平纹织物伸长性预定方法、设定伸长性的平纹织物制作方法与流程

本发明涉及织物织造技术领域，具体涉及一种平纹织物伸长性预定方法、一种设定伸长性的平纹织物制作方法。

背景技术：

在游泳、田径等体育竞技中，选手所穿着的竞技服的性能能够显著影响选手的能力发挥。故而需要从多角度测定织物的性能，或者通过构建织物性能的预测模型来指导生产实际，以减少试验成本。如公告于2015年7月15日的中国专利文献cn103439188b记载了一种复合材料平纹织布撕裂阻力预测方法，其从理论上推导了任意裂纹长度下无限大复合材料织布的撕裂阻力预测公式，方便了对复合材料平纹织布结构载荷许用值的确定。

按织造方式的不同，织物分为针织物和机织物。针织物是指用织针将纱线构成线圈，再把线圈相互串套而成的织物，分为纬编和经编两大类。机织物(又称梭织物)是指在织机上由经纱、纬纱按一定的规律交织而成的织物。机织物具有结构稳定、外观表现丰富、服用性全面、挺括性好等优点。

随着消费观念的改变，人们不再仅注重于服装的外观，服装穿戴时的舒适性也越来越受到人们的重视，尤其是对服装织料的保暖性、透湿散热性和拉伸性能方面的要求越来越高。在体育竞争中，在关节点和非关节点处，竞技服的拉伸性能显著影响选手的能力发挥。虽然针织物的伸长能力比机织物好的多，但是针织物的耐磨性、耐洗性、耐用性不如机织物。但是，相对于保暖、透湿散热的可调控性，机织物的拉伸性、尤其是织物结构较简单的平纹织物的拉伸性是非常不容易预测确定的。因此，有必要改善机织物的伸长性能以及预测机织物的伸长性。

公开于2018年6月22日的中国专利文献cn108152153a记载了一种基于最小二乘法构建机织物延伸量预测模型的方法，主要包括如下步骤：(1)选取由相同织造组织、不同类型的纱线织造而成的机织物试样；(2)依次测试上述不同试样中纱线的性能指标；(3)测试试样机织物的性能指标；(4)利用最小二乘法建立多元线性方程，对测试所得数据进行多元线性回归分析，求得各自变量的系数a1、a2、a3及常数项b，即得预测模型。该技术方案采用的技术路线是经验拟合法。

当前，涉及织物结构的理论分析模型有：peirce弯曲线程模型、peirce的弹性线程模型、kemp的“赛道”纱线截面模型、hamilton的通用模型、b.olofsson通用模型、双弧模型。其中，图1中示出了平纹织物的peirce的弯曲线程模型，图中，p为织物平面轴线受力方向，θ为经纱与织物轴线夹角(又称织造角)，r1为纬纱半径(织物受力后纬纱半径的变化为△r1)，r2为经纱半径，p0为经纱段受拉伸力，p0在经纱轴向的分力n为p0n，p0在经纱垂向t的分力为p0t，△l为经纱段受拉力后的长度变化，△x为织物受力后纬纱中心距的变化；在该模型中，peirce假设织物由圆形截面、不可延伸、不可压缩、且能自由屈曲的均质纱线构成且纱线的抗弯刚度很小以至可以忽略不计。

技术实现要素：

本发明的发明目的是提供一种平纹织物伸长性预定方法、一种设定伸长性的平纹织物制作方法，以从新的技术路线估计待制平纹织物的伸长性。

日常生活中，人们的惯常思维认为：通过测量织物的受力伸长量能够表示织物的拉伸性能。但是，在此逻辑中，并未区分织物在受力伸长时其结构是否发生不可逆转的结构形变。在本申请中，伸长性，指在拉伸不损坏织物本身结构的前提下，织物受力伸长且自然恢复后，其织物结构、性能并未改变时的性能指标。换而言之，伸长性表征着织物在低负荷作用下的伸展能力。影响机织物伸长能力的因素有：纱线的性能(纱线弹性、捻度、线密度等)、织物组织和上机工艺(织物的组织结构、上机张力、浆纱情况等)、织物受力过程中受力单元的不均匀受力、纱线之间的摩擦、纱线的抗弯刚度等。

在前人的研究中，学者们一般把经纬交织的截面部分看成点接触。即使某些学者为了使所建模型更加直观、更贴近事实，并建立了段接触模型，但是在对纱线进行受力分析时却仍然把经纬纱的接触处看作一条直线来分析。这样的假设是为了更清晰的分析织物中结构形态，同时计算也简化了许多，但这样的处理存在比较大的误差，结果不准确。

本发明中，以下列条件为分析研究基础：①纱线之间的摩擦力为静摩擦力、受力对称，因而在织物受到拉伸力时，织物的经纱、纬纱交织点处并未发生相对位移；②织物在拉伸过程中经纬纱直径未发生改变；③沿用纱线的理想弹性模型，即假设织物在经向拉伸时经纱、纬纱均为弹性体，即经纱段、纬纱段内各点受力相同。

织物结构单元中经纱段受力可分为两部分，一部分为两端经纱与纬纱的贴附弧线段，另一部分为经纱的直线线段。借鉴图1中的peirce理论模型，图2中，p为织物平面轴线，θj0为经纱与织物轴线夹角(又称织造角)，rj为经纱半径，rw为纬纱半径，tj0为单根经纱所受拉伸力，则织物轴垂直距离为rj+rw。由于纱线的应力变形中有塑性变形、蠕变等，不同纱线的弹性回复率也不尽相同，其形变具有不可预测性，因此需要借用理想弹性模型。图3中，在平纹织物的伸长性测定中，由于前述①、②和③的假设前提，随着织物受拉伸外力作用，经纱会伸长变形，以其中一根纬纱为参照物，经纱发生弹性伸长移至图中的双点划线处，导致经纱和纬纱的贴附弧缩短，贴附弧的端点向上发生转移，织造角减小，进而使经纱与织物轴线交点发生位移，此时，经纱与织物轴线交点b也会移动为b，经纱与纬纱的贴附弧的端点由a点移动至a点，位移量bb即与本发明所指的伸长性相关的物理量，单元结构的变形量直接影响着织物的受力伸长量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

设计了一种平纹织物的经向伸长性预定方法，包括如下步骤：

设定物理量步骤，预取待制织物的经纱半径rj、纬纱半径rw；待制织物的纬向单位长度中经纱根数pj、在经向单位长度中纬纱根数pw；待测织物的经向长度xj和纬向长度xw，待制织物的经向断裂强力tjd；

设定经纱的受力系数yjd,yjd≤30％；

则待制织物的经向伸长性δlj由以下方程组得出：

式中，rj为经纱半径，rw为纬纱半径，tjd为织物的经向断裂强力，pj为织物纬向单位长度的经纱根数，pw为织物经向单位长度的纬纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，kj为经纱的弹性系数，yjd为经纱的受力系数，yjd≤30％，

优选的，yjd取5％、10％、15％、20％、25％或30％。

设计一种设定经向伸长性为δlj的平纹织物制作方法，包括以下步骤：

选取用于制作平纹织物的经纱、纬纱，具备经纱半径rj、纬纱半径rw、经纱的弹性系数kj，经纱的断裂强力tj′d，将上述物理量代入下述方式组

计算后获得多组备选解其中，θj0为自然状态下织物的经向织造角，pw为织物的经向单位长度中纬纱根数，pj为织物的纬向单位长度中经纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，y′jd为经纱在织物中的受力发挥系数，且y′jd∈[5％,15％]；

设定经纱在织物中的受力发挥系数y′jd，范围5％～15％，根据备选解试制织物，其中，织物的经向长度为xj，织物的纬向长度为xw，测量试制织物的经向伸长性δl′j，当δl′j符合所需制作的经向伸长性误差范围时，即可按相关物理量参数制造平纹织物。

设计一种平纹织物的纬向伸长性预定方法，包括如下步骤：

设定物理量步骤，选取待测织物的经纱半径rj、纬纱半径rw；待测织物的纬向单位长度中经纱根数pj、在经向单位长度中纬纱根数pw；待测织物的经向长度xj和纬向长度xw，待制织物的纬向断裂强力twd；

设定待制织物中纬纱的受力系数ywd,ywd≤30％

则待制织物的纬向伸长性δlw由以下方程组得出：

式中，rj为经纱半径，rw为纬纱半径，twd为织物的纬向断裂强力，pj为织物纬向单位长度的经纱根数，pw为织物经向单位长度的纬纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，kw为纬纱的弹性系数，ywd为纬纱的受力系数，ywd≤30％，

优选的，ywd取5％、10％、15％、20％、25％或30％。

设计一种设定纬向伸长性为δlw的平纹织物制作方法，包括以下步骤：

选取用于制作平纹织物的经纱、纬纱，获取经纱半径rj、纬纱半径rw、纬纱的弹性系数kw，纬纱的断裂强力t′wd，将上述物理量代入下述方式组

计算后获得多组备选解其中，θw0为自然状态下织物的纬向织造角，pw为织物的经向单位长度中纬纱根数，pj为织物的纬向单位长度中经纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，y′wd为纬纱在织物中的受力发挥系数，且y′wd∈[5％,15％]；

设定纬纱在织物中的受力发挥系数y′wd，根据备选解试制织物，其中，织物的经向长度为xj，织物的纬向长度为xw，测量试制织物的纬向伸长性δl′w，当δl′w符合所需制作的纬向伸长性误差范围时，即可按相关物理量参数制造平纹织物。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果是：

提供了一种平纹织物伸长性测定方法，能从理论模型的角度获取平纹织物伸长性；有利于根据所需的织物伸长性指导平纹织物的原料选材、结构设计，缩减了大量的试错成本。

附图说明

图1为现有技术中平纹织物的peirce的弯曲线程模型的结构分析图。

图2为本发明中自然状态下的平纹织物结构单元的模型分析图。

图3为本发明中测量伸长性时受拉伸力t′j拉伸状态下平纹织物的模型分析图，其中，点o表示纬纱截面圆心，线段bb代表经纱形变前后的伸长量，织物在拉伸过程中，经纱轴线与织物轴线交点由b向左移动至b点，经纱轴线上与经纬纱边缘切点对应点由a变为a，经向织造角由θj0变为θj1。

图4为试样1在100cn时的强力伸长曲线。

图5为试样1在200cn时的强力伸长曲线。

图6为试样1在300cn时的强力伸长曲线。

图7为试样2在100cn时的强力伸长曲线。

图8为试样2在200cn时的强力伸长曲线。

图9为试样2在300cn时的强力伸长曲线。

图10为试样3在50cn时的强力伸长曲线。

图11为试样3在75cn时的强力伸长曲线。

图12为试样3在100cn时的强力伸长曲线。

图13为试样4在50cn时的强力伸长曲线。

图14为试样1在100cn时的强力伸长曲线。

图15为试样1在150cn时的强力伸长曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下公式中，角度采用弧度制表示。

发明原理：

平纹织物的伸长性δl的定义是，平纹织物受到能够自然恢复原状的最大拉力t下，一个结构单元中相邻的两根同向纱线的间距伸长量。相邻两根纬纱的间距伸长量即对应于平纹织物的经向伸长性δlj，相邻两根经纱的间距伸长量即对应于平纹织物的纬向伸长性δlw。

定义，在平纹织物中，rj为经纱半径，kj为经纱的弹性系数，t′jd为经纱的断裂强力，y′jd为经纱在织物中的受力发挥系数，rw为纬纱半径，xw为织物的纬向长度，pj为织物的纬向单位长度中经纱根数，xj为织物的经向长度，pw为织物的经向单位长度中纬纱根数，θj0为自然状态下织物的经向织造角，θj1为织物伸长性测定中的拉力拉伸后织物的经向织造角，tjd为织物的经向断裂强力，yjd为织物中经纱的受力系数，yjd≤30％。

根据图2，在平纹织物自然状态的结构单元中，

在平纹织物的经向方向施加能够自然恢复原状的最大拉力tj＝yjdtjd，或者，tj＝y′jdt′jd，由此，对应的，在平纹织物受到能够自然恢复原状的最大拉力作用下，在平纹织物的结构单元中经纱段所分担的拉力tj0为

或者，

根据图3，在平纹织物受到能够自然恢复原状的最大拉力作用下，在平纹织物的结构单元中，

则在平纹织物受到能够自然恢复原状的最大拉力作用下，相邻两根经纱的伸长量即对应于平纹织物的经向伸长性

综上，以织物确定在平纹织物的经向方向施加能够自然恢复原状的最大拉力tj＝yjdtjd，存在以下方程组：

以织物的经纱确定在平纹织物的经向方向施加能够自然恢复原状的最大拉力tj＝y′jdt′jd，存在以下方程组，

同理，定义，在织物中，rj为经纱半径，rw为纬纱半径，kw为纬纱的弹性系数，t′wd为纬纱的断裂强力，y′wd为纬纱在织物中的受力发挥系数，xw为织物的纬向长度，pj为织物的纬向单位长度中经纱根数，xj为织物的经向长度，pw为织物的经向单位长度中纬纱根数，θw0为自然状态下织物的纬向织造角，θw1为织物伸长性测定中的拉力拉伸后织物的纬向织造角，twd为织物的纬向断裂强力，ywd为织物中纬纱的受力系数，ywd≤30％。

以织物确定在平纹织物的纬向方向施加能够自然恢复原状的最大拉力tw＝ywdtwd，存在以下方程组：

以织物的纬纱确定在平纹织物的经向方向施加能够自然恢复原状的最大拉力tw＝y′wdt′wd，存在以下方程组，

实施例1：一种平纹织物的径向伸长性测算方法，包括如下步骤：

获取待制织物的经纱半径rj、纬纱半径rw；具体方法是测量待测织物的经纱线密度ntj、纬纱线密度ntw(单位tex)，以及标准状态下经纱体积重量系数δj和纬纱体积重量系数δw(单位mg/mm³)，则经纱半径

纬纱半径

取待测织物试样，测量待制织物的经向长度xj和纬向长度xw(单位cm)，获取待制织物的在1cm纬向长度中经纱根数pj、在1cm的经向长度中纬纱根数pw(单位根/cm)；具体方法是取待测织物的5cm×5cm标准试样，此时，经向长度xj为5cm，纬向长度xw为5cm；查计标准试样经纱根数mj，纬纱根数mw，则

待测织物经向所受能够自然恢复原状的最大拉伸力为tj(单位cn)，一般的，测量待测织物试样(即经向长度为xj和纬向长度为xw)的经向断裂强力tjd，在实际操作中宜选用标准规定的织物纬向长度为5cm的标准试样，则tj＝yjdtjd,yjd≤30％，根据需要，yjd可以取5％、10％、15％、20％、25％、30％中的一个数。

具体的，经纱的弹性系数kj的获取方法是：根据公式

式中：f1、f2、f3分别为经纱所受的三个梯度的定负荷值，单位为n；δl1、δl2、δl3分别对应于三个梯度的经纱实测伸长量，单位为mm；取分别通过不损伤经纱弹性的三种拉力值拉伸该经纱，并测量经纱的三次长度，然后通过公式(14)即可获得经纱的弹性系数kj；

由上述获取的物理量代入方程组(8)后能够求得θj0和θj1；

则待制平纹织物的径向伸长性

实施例2：一种平纹织物的纬向伸长性测算方法，原理同实施例1中的平纹织物的纬向伸长性测算方法，包括如下步骤：

获取待制织物的经纱半径rj、纬纱半径rw；

取待测织物试样，测量待制织物的经向长度xj和纬向长度xw(单位cm)，获取待制织物的在1cm纬向长度中经纱根数pj、在1cm的经向长度中纬纱根数pw(单位根)，有几何等式

待测织物纬向所受能够自然恢复原状的最大拉伸力为tw(单位cn)，一般的，测量待测织物试样(即经向长度为xj和纬向长度为xw)的纬向断裂强力twd，在实际操作中宜选用标准规定的织物经向长度为5cm的标准试样，则tw＝ywdtwd,ywd≤30％。根据需要，ywd可以取5％、10％、15％、20％、25％、30％中的一个数。

由上述获取的物理量代入方程组(10)能够求得θw0和θw1；

则待制织物的纬向伸长性

验证例1：选用四个种类的65/35涤棉混纺平纹织物，试样1、试样2为不同纬纱间距、不同线密度的涤棉平布，试样3、试样4为府绸。

表1织物试样的密度和线密度结果

涤棉纱δ值的范围为0.85-0.95mg/mm³，试样1、2、3、4均选取δ为0.9mg/mm³，计算结果如表2所示。

表2织物中经纬纱直径计算结果/mm

在实施例1中设定纱线在低负荷下为理想弹性，接下来将对这一假设进行实验验证。先测纱线拉伸断裂强力，之后在断裂强力的百分之三十以内，合理设计三种低负荷条件对织物中拆出的纬纱进行定负荷弹性测试。

实验采用的仪器为yg061型纱线强力测试仪。参照纱线的弹性测试标准方法fz/t70006对织物中拆出的纬纱进行测试，拆纱时注意尽量不要让纱线发生退捻现象，停滞的时间也应尽量长，这样可以保证试样充分伸长，使所得数据尽量准确。因为要研究的是纱线在低负荷下的弹性，所以先对试样进行拉伸断裂实验，得出纱线的断裂应力，进而设置低负荷梯度，为每种试样的经纬纱拆去五根进行实验，对所得数据求平均值得出织物中纱线的断裂强力。

表3纱线断裂强力测试结果/cn

根据经纬纱的断裂强力，对4种试样的经纬纱各设置3种低负荷条件。设置结果如表4和表5所示。

表4试样拆出经纱弹性测试时的负荷梯度/cn

表5试样拆出纬纱弹性测试时的负荷梯度/cn

采用yg061型纱线强力测试仪按照上述负荷条件对织物中纱线进行低负荷弹性测试，具体设置参数如表6所示。

表6纱线弹性测试参数

①试样1的测试结果

依照上述参数对试样中纱线进行弹性测试，所得数据如表7所示。试样1中经纱在100cn下的强力伸长曲线如图4所示；经纱在200cn下的强力伸长曲线如图5所示；经纱在300cn下的强力伸长曲线如图6所示。

表7试样1经纱的弹性测试数据

试样2中经纱在不同梯度应力下的强力伸长数据如表8所示。试样2中经纱在100cn下的强力伸长曲线如图7所示；经纱在200cn下的强力伸长曲线如图8所示；经纱在300cn下的强力伸长曲线如图9所示。

表8试样2经纱的弹性测试数据

试样3中经纱在不同梯度应力下的强力伸长数据如表9所示。试样3中经纱在50cn下的强力伸长曲线如图10所示；经纱在75cn下的强力伸长曲线如图11所示；经纱在100cn下的强力伸长曲线如图12所示。

表9试样3经纱的弹性测试数据

试样4中经纱在不同梯度应力下的强力伸长数据如表10所示。试样4中经纱在50cn下的强力伸长曲线如图13所示；经纱在100cn下的强力伸长曲线如图14所示；经纱在150cn下的强力伸长曲线如图15所示。

表10试样4经纱的弹性测试数据

实施例3：一种平纹织物的经向伸长性预定方法，包括如下步骤：

设定物理量步骤，预取待制织物的经纱半径rj、纬纱半径rw；预取待制织物的纬向单位长度中经纱根数pj、在经向单位长度中纬纱根数pw；预取待制织物的经向长度xj和纬向长度xw，待制织物的经向断裂强力tjd；

设定经纱的受力系数yjd,yjd≤30％；

则待制织物的经向伸长性δlj可以由以下方程组得出：

式中，rj为经纱半径，rw为纬纱半径，tjd为织物的经向断裂强力，pj为织物纬向单位长度的经纱根数，pw为织物经向单位长度的纬纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，kj为经纱的弹性系数，yjd为经纱的受力系数，yjd≤30％，

优选的，yjd取5％、10％、15％、20％、25％或30％。

实施例4：一种设定经向伸长性为δlj的平纹织物制作方法，包括以下步骤：

获取用于制作平纹织物的经纱、纬纱，测量经纱半径rj、纬纱半径rw、经纱的弹性系数kj，经纱的断裂强力t′jd，将上述物理量代入下述方式组：

计算后获得多组备选解其中，θj0为自然状态下织物的经向织造角，pw为织物的经向单位长度中纬纱根数，pj为织物的纬向单位长度中经纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，y′jd为经纱在织物中的受力发挥系数，且y′jd∈[5％,15％]；

设定经纱在织物中的受力发挥系数y′jd，根据备选解试制织物，其中，织物的经向长度为xj，织物的纬向长度为xw，一般选择织物的经向长度为xj为5cm，织物的纬向长度为xw为5cm，测量试制织物的经向伸长性δl′j，当δl′j符合所需制作的经向伸长性误差范围(也即是满足需要)时，即可按相关物理量参数制造平纹织物。

实施例5：一种平纹织物的纬向伸长性预定方法，包括如下步骤：

设定物理量步骤，预取待制织物的经纱半径rj、纬纱半径rw；预取待制织物的纬向单位长度中经纱根数pj、在经向单位长度中纬纱根数pw；预取待制织物的经向长度xj和纬向长度xw，待制织物的纬向断裂强力twd；

设定待制织物中纬纱的受力系数ywd,ywd≤30％；

则待制织物的纬向伸长性δlw可以由以下方程组得出：

式中，rj为经纱半径，rw为纬纱半径，twd为织物的纬向断裂强力，pj为织物纬向单位长度的经纱根数，pw为织物经向单位长度的纬纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，kw为纬纱的弹性系数，ywd为纬纱的受力系数，ywd≤30％，

优选的，ywd取5％、10％、15％、20％、25％或30％。

实施例6：一种设定纬向伸长性为δlw的平纹织物制作方法，包括以下步骤：

获取用于制作平纹织物的经纱、纬纱，测量经纱半径rj、纬纱半径rw、纬纱的弹性系数kw，纬纱的断裂强力t′wd，将上述物理量代入下述方式组，

计算后获得多组备选解其中，θw0为自然状态下织物的纬向织造角，pw为织物的经向单位长度中纬纱根数，pj为织物的纬向单位长度中经纱根数，xj为织物的经向长度，xw为织物的纬向长度，y′wd为纬纱在织物中的受力发挥系数，且y′wd∈[5％,15％]；

设定纬纱在织物中的受力发挥系数y′wd，根据备选解试制织物，其中，织物的经向长度为xj，织物的纬向长度为xw，测量试制织物的纬向伸长性δl′w，当δl′w符合所需制作的纬向伸长性误差范围时，即可按相关物理量参数制造平纹织物。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。