织物几何结构的概念(精)

第四章织物几何结构的概念第一节织物几何结构概述在织物内，经纱和纬纱的空间关系称为织物的几何结构。纱线为塑性材料，而且织物的经纬纱线密度、密度、织物组织以及上机张力等各种因素，可以有各种不同的配合。因此，织物的经纬纱线的相互关系是比较复杂的。一、织物内纱线的几何形态1、织物内纱线的截面形态织物内纱线的截面形态，数十年来有多种论述，F.T.皮尔斯、H.T.诺维柯夫等学者主张以圆形或椭圆形进行描述，A.肯泼主张以跑道形进行描述，也有的学者以凸透镜形态进行描述。各种纱线的截面形态如图4-1所示。圆形椭圆形凸透镜形跑道形图4-1纱线截面形态因纱线在织物内的截面形态受到纤维原料、织物组织、织物密度等因素的影响，因此在讨论织物几何结构概念时，建议采用圆形截面作为各项概算的依据，但应充分考虑纱线在织物内被压扁的实际情况。因此其压扁系数计算如下：纱线在织物切面图上垂直布面方向的直径利用公式计算的纱线直径的大小，与织物组织、密度、纱线原料、成纱结构、织造参数等有关，一般为0.8左右。2、织物内经纬纱的屈曲形态织物内纱线的屈曲形态，随织物组织、经纬密度，纱线线密度、纤维原料以及上机张力等不同，所表现的形态也各异。但无论何种织物组织每根纱线在织物内的屈曲形态，可以看作由经纬交叉区域与非交叉区域两个部位的屈曲形态所构成，如图4-2所示。图4-2纱线屈曲形态图4-2中部位a，表示经纬纱交叉区域。在这个区域内，纱线A的屈曲形态，在织物紧密的条件下，可以假定呈正弦曲线状。在织物稀疏的条件下，可以假定呈正弦曲线与直线段相互衔接的形态。部位b，表示经纬纱非交叉区域。在这个区域内，纱线A的屈曲形态，不论织物紧密与否，均可以假定呈直线段形态。因此，每根纱线在织物内的屈曲形态，均可以根据织物的组织、密度等具体条件，概括为正弦曲线形态与直线段形态的组合与衔接。3、织物内纱线的直径系数（dk）纱线在受到压缩后的直径大小，显然与自由状态下的直径是不同的，应该加以区别。而织物内纱线直径的大小，是影响织物结构，决定织物的经纬向紧度和进行织物结构设计的依据。纱线在织物内的直径，可以按下式计算：ddkTt式中：d——织物内纱线的计算直径，mm;dk——织物内纱线的直径系数；Tt——纱线的线密度，tex。直径系数dk的大小，受纺纱方法、纤维品种、纤维表面形态等因素的影响，在采用特克斯制时，棉纱、棉线的dk值可以近似的取0.037。dk值是重要的织物结构参数，在纤维品种、纱线结构日益丰富的条件下，能否及时地提供各类纱线在织物内的直径系数，对于合理地进行织物结构设计是很重要的。采用特克斯制时，dk的计算可按下式进行：0.03568dk上式中：为纱线的体积质量（g/cm3），其值随组成纱线的纤维种类、性质及纱线的捻系数而不同，几种纱线的值可参考表4-1。表4—1几种纱线的值纱线种类值（g/cm3）纱线种类值（g/cm3）棉纱0.8~0.9涤棉沙（65/35）0.85~0.95精梳毛纱0.75~0.81维棉沙（50/50）0.74~0.76粗梳毛纱0.65~0.72不同线密度纱线之间的直径换算，可按下式进行：112221dTtdTt式中：1、2——纱线的体积质量（g/cm3）。二、织物厚度的概念织物几何结构的参数如下：()jwLL——一个经纱（纬纱）组织循环所占有的距离，mm；()jwhh——经（纬）纱屈曲波高，用织物内经（纬）纱屈曲的波峰和波谷之间垂直于布面方向的距离表示，mm；()jwdd——经（纬）纱直径，mm。织物的厚度（mm），用织物正反面之间的距离表示。图4-3（1）和图4-3（2）分别表示两种平纹织物的经向和纬向切面图。图4—3织物厚度根据织物厚度的定义，如图4-3（1）中，jjjhd。该织物的支持表面完全由经纱构成（经支持面织物），假设纬纱没有屈曲，经纬纱的直径相等。则23jjwddd在图4-3（2）中，。该织物的支持表面完全由纬纱构成（纬支持面织物），假设经纱没有屈曲，经纬纱的直径相等。则23wwjddd图4-4为某平纹织物的切面图。图4-4（4）和图4-4（3）为纬向切面图。图4-4（2）和图4-4（4）为经向切面图。如果由经纬纱共同构成织物的支持表面（经纬同支持面织物），如图4-5、图4-6所示，jwjwdd，jjwwdhdh,由此可知：当jwdd时（如图4-5所示），则jwjwhhdd；图4—4平纹织物纬、经向切面图图4—5经纬纱直径相同的平纹织物纬、经向切面图当jwdd时（如图4-6所示），则jwhd，wjhd；jwdd图4—6经纬纱直径不同的平纹织物纬、经向切面图根据以上的计算结果，可以知道：经纬纱线密度相同的各种织物，织物的厚度范围总是在2d~3d之间。如果考虑到纱线在织物内的压扁系数，则织物的厚度范围为（2d~3d）。如果顾及纱线在织物内的压扁系数，并假定经纬纱的压扁系数相等，则wjjwhhdd各类织物的厚度值可参考表4-2。4-2各类织物的厚度单位：（mm）织物厚度类型棉织物丝织物精梳毛织物薄型粗梳毛织物轻薄型0.240.140.401.10中厚型0.24~0.400.14~0.280.40~0.601.10~1.60厚重型0.400.280.601.60三、织物的几何结构相根据图4-4（1）、图4-4（2）可知：在织物，仅纬纱有屈曲，而经纱是完全伸直的。按照屈曲波高的定义，得：wjwhdd，0jh反过来，如果纬纱是完全伸直的，而仅经纱有屈曲，则：jjwhdd，0wh随着织物组织、密度、纱线线密度、纤维原料以及上机张力等条件的不同，织物内的经纬纱屈曲波高之间的配合关系是变化无穷的。如图4-4（1）和图4-4（2）的情况，即在wjwhdd，0jh的基础上，对纬纱施以一定的张力或减少织造时的经纱张力，使纬纱屈曲波高wh减少一个值，则经纱的屈曲波高必然会增加一个值，织物的几何结构由图4-4（1）和图4-4（2）变到图4-4（3）和图4-4（4）。由此可得到织物的经纬纱屈曲波高与经纬纱直径之间的关系式为：jwjwhhdd上式说明：织物的经纬纱屈曲波高之和等于经纬纱的直径之和。为了便于研究问题，规定经纬纱屈曲波高每变动1()8jwdd的几何结构状态，称为变动一个结构相。表4-3列出了经纬纱屈曲波高的比值与几何结构相之间的关系（设jwddd）。表4—3经纬纱曲屈波高的比值与几何结构相之间的关系几何结构相jhwhjwhh几何结构相jhwhjwhh102d03d6114d34d53124d214d314d17324d7112d12d3122d312d112d13122d8314d14d7324d434d114d35124d92d03d51d1d12d0wdjdwjddjwdd当经纬纱的直径相同时，对于第5几何结构相的织物，1jwhh，而jwjwhhdd，所以jwjwhhdd，jjwwhdhd。在这种条件下的织物切面如图4-5所示，织物的经纱和纬纱共同构成了织物的支持面。当经纬纱直径不等时，为了得到如图4-6那样由经纬纱共同支持表面的织物，需要满足jwwjhdhd的条件，称这种构相为0结果相。在这种条件下的织物切面如图4-6所示。在许多传统的织物产品中，对应于织物的风格特征，都具有相应的几何结构相。例如：府绸或卡其等织物，都是经纱支持面织物，必须具有较高的几何结构相；麻纱、横贡缎和拉绒坯布，都是纬纱支持面织物，必须具有较低的几何结构相；各类平布、涤棉织物和胶管帆布类织物，经纬纱在织物的使用过程中，同时承受外力的作用，都需要构成经纬同支持面的结构，因此，这些织物的几何结构相，一般处于第5结构相或者0结构相附近。知道了各种产品应该属于的几何结构相范围，通过对织物进行切片检验，将有助于研究及探讨影响织物品质的因素。一般地讲，高相位或低相位几何结构的织物，是仅由经纱或纬纱构成织物的支持表面。高结构相的织物，经纱的屈曲波高（jh）大，需要具有较大的经纱密度，织物的经向织缩大，经向断裂伸长大。对于要求经纬向物理机械指标差异小，耐穿耐用的织物，一般采用第5结构相或0结构相的几何结构。第二节织物紧度与织物几何结构相的关系一、织物紧度的概念（一）织物的相对紧度当比较两种组织相同，而所用经纱线密度不同的织物时，不能单用织物经纬的绝对密度jP和wP来评定织物的紧密程度，而应采用织物相对密度的指标即织物的紧度来评定。织物的经向紧度jE、纬向紧度wE和织物的总紧度E，是以织物中的经纱或纬纱的覆盖面积，或经纬纱的总覆盖面积对织物全部面积的比值表示的。在织物组织相同的条件下，织物紧度越大，表示织物越紧密。设：jE——织物经向紧度；wE——织物纬向紧度；E——织物总紧度；jd——经纱直径，mm；wd——纬纱直径，mm；tjT——经纱密度，tex；twT——纬纱密度，tex；jP——织物的经向密度，根/10cm；wP——织物的纬向密度，根/10cm；图4-7所示为织物中经纬纱交织情况的示意图，现仅取图4-7（1）中的一个小单元ABCD，在图表-7（2）中予以放大。其中ABEG表示一根经纱，AHID表示一根纬纱，AHFG表示经纱和纬纱相交重叠的部分，EFIC为织物的空隙部分。图4—7织物中经纬纱交织情况示意图100%0.0370.037100%jjijtj面积织物的经向紧度面积织物的纬向紧度面积织物总紧度面积（二）经纬同支持面紧密织物的紧度从规则织物中计算经纬纱同支持面紧密织物的紧度，找出经纬纱配合条件，以确定织物应有的经向与纬向紧度（jE，wE）。图4-8是经纬同支持面紧密织物31斜纹织物的纬向切面图。由图可知：22()jwjwjLababtaaddh式中：jL——一个经纱组织循环所占有的距离，mm；wt——纬纱在一个组织循环一个组织循环内与经纱的交错次数。图4—831斜纹“0”相结构织物切面图因为该织物是经纬同支持面，所以：222222()jwjj代入上式得：2()2jjwjwjjwLRtdtddd同理：2()2wwjwjwjwLRtdtddd根据织物经（纬）向紧度的定义：''100%100%jjjj由于大多数织物的经纬纱线密度相等，即jwddd，所以各种组织织物的'jE与'wE值可以计算如下。11平纹织物：2jwRR,2wjtt''2100%57.8%23jwdEEd21或12斜纹织物：3,2jwjwRRtt''43100%67.3%223123jwdEEdd22或31斜纹织物：4,2jwjwRRtt''44100%100%73.5%5.46223jwdEEdd五枚缎纹织物：5,2jwjwRRtt55100%100%77.3%6.40323jwdEEdd二、织物的紧度与织物几何结构相的关系规则组织紧密织物的紧度可根据规则组织紧度计算公式计算，计算结果与各结构相的jwhh值列于表4-4（jwddd）。表4--4规则组织紧密织物紧度和各结构相的jwhh值（jwddd）组织紧度(%)结构相jwhhjhwh平纹三页斜纹四页斜纹五枚缎纹'jE'wE'jE'wE'jE'wE'jE'wE1002d50.0(∞)10060.0(300)10066.7(200)10071.4(166.6)10021/70.25d1.75d50.3(103)10060.4(102)10067.0(101.6)10071.8(101.2)10031/30.5d1.5d51.675.661.682.368.186.072.888.643/50.75d1.25d54.064.0