針織衣物的肘部、膝部等部位，在服用過程中不斷受到集中性負(fù)荷的頂、壓作用而擴(kuò)張直至破壞，這種破壞作用叫頂破[1]。由于針織物服用過程中受到頂破的作用，若僅測試針織物的拉伸斷裂強(qiáng)力并不能反映實際穿著的情況，而利用特定設(shè)備測試出的針織物在擴(kuò)張至破裂時所承受的力，就是針織物的頂破強(qiáng)力或脹破強(qiáng)力。頂破強(qiáng)力或脹破強(qiáng)力是考核針織物質(zhì)量的一個重要物理指標(biāo)。

目前，頂破強(qiáng)力或脹破強(qiáng)力的測試方法主要有三種：脹破法、彈子頂破法和鋼球法。國外如美國、日本、韓國、加拿大、澳大利亞等采用脹破法測試[1]。我國的GB/T 7742.1-2005《紡織品織物脹破性能第１部分：脹破強(qiáng)力和脹破擴(kuò)張度的測定液壓法》標(biāo)準(zhǔn)引用了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13938-1:1999中的脹破測試法。測試原理是：將試樣夾在可延伸的膜片上，在膜片下面施加液體壓力，并以恒定速度增加液體體積，使膜片和試樣膨脹直至試樣破裂即測得脹破強(qiáng)力[2],這個方法同時還能測試出樣品的脹破擴(kuò)張度。國家標(biāo)準(zhǔn)《棉針織內(nèi)衣》在修訂前，頂破強(qiáng)力采用彈子頂破法測試，即利用一個25 mm的圓形彈子頂壓針織物來測試。而2005年制定的GB/T 19976-2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測定鋼球法》標(biāo)準(zhǔn)所列出的測試方法與之前相比有兩點差異：一是頂破的彈子（鋼球）直徑改為38 mm，二是規(guī)定強(qiáng)力測試儀器為國際通用的CRE（等速伸長型）強(qiáng)力儀。

為了了解上述三種方法之間的差異，本文選擇了不同類型的針織物進(jìn)行對比測試分析，探討不同方法測試結(jié)果之間的相關(guān)性。
 

1對比測試

1.1儀器設(shè)備

脹破法：脹破儀（恒定體積增長速率為100cm3/min~500cm3/min，精度±10%），膜片。

彈子頂破強(qiáng)力試驗：彈子頂破強(qiáng)力機(jī)，下降速度為10cm/min~11cm/min，彈子直徑為2 cm，圓環(huán)內(nèi)徑為2.5 cm。

鋼球法：等速伸長型試驗儀（CRE），精度不超過示值的±1%。包括一個試樣夾持器和一個球形頂桿組件。頂破裝置由夾持試樣的環(huán)形夾持器和鋼質(zhì)球形頂桿組成。環(huán)形夾持器內(nèi)徑為（45±0.5）mm，頂桿的頭端為拋光鋼球，本試驗所用鋼球直徑為（38±0.02）mm。
 

1.2試樣處理和測試的環(huán)境

脹破法：樣品須在溫度（20±2）℃和濕度（65±2）%的狀態(tài)下調(diào)濕和試驗。

彈子頂破強(qiáng)力試驗：將試樣在常溫下展開平放20 h，然后在試驗室溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±3）%條件下，放置4 h后進(jìn)行試驗。

鋼球法：預(yù)調(diào)濕、調(diào)濕和試驗用大氣應(yīng)按GB 6529規(guī)定執(zhí)行，溫度為（20±2）℃，濕度為（65±4）%。
 

1.3測試結(jié)果

根據(jù)織物的種類和克重選擇8種不同的樣品，將所選樣品按照脹破法、彈子頂破法和鋼球法分別測試其頂破強(qiáng)力或脹破強(qiáng)力。三種不同測試方法的測試結(jié)果如表1所示。

表1對比試驗樣品類型及測試結(jié)果

2分析

2.1試驗結(jié)果分析

圖1為彈子頂破法和鋼球法測試結(jié)果的柱形圖。從圖1中可以看出，彈子頂破法測出的強(qiáng)力值明顯小于鋼球法，前者大約為后者的50%~60%。這主要是因為：鋼球的直徑（38 mm）大于彈子的直徑（20 mm），織物受頂破作用時，鋼球與試樣的接觸面積明顯大于彈子，要達(dá)到相同的壓強(qiáng)值，鋼球法所須加載的力要明顯大于彈子頂破法。

圖1彈子頂破和鋼球法的結(jié)果比較

目前，幾個常用的針織標(biāo)準(zhǔn)已修訂或新制定為國家標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)采用鋼球法取代原來的彈子頂破強(qiáng)力法，其頂破強(qiáng)力修訂前后的考核指標(biāo)見表2。

表2新舊標(biāo)準(zhǔn)頂破強(qiáng)力考核指標(biāo)的比較

對比新、舊標(biāo)準(zhǔn)的頂破強(qiáng)力的標(biāo)準(zhǔn)值可以發(fā)現(xiàn)：雖然新標(biāo)準(zhǔn)采用了鋼球法測試頂破強(qiáng)力，但是對頂破強(qiáng)力的要求并沒有相應(yīng)的提高；而對于沒有更新的標(biāo)準(zhǔn)（如FZ/T 73020-2004等），原來采用彈子頂破法測試針織物的頂破強(qiáng)力，現(xiàn)在均采用了鋼球法測試，但是其對頂破強(qiáng)力的要求仍然沿用原標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值，這些顯然都是不合理的。
 

2.2破壞分析

圖2和圖3分別給出了針織物頂破測試時兩種典型的破壞情況。圖2為平紋組織，圖3為珠地組織，其中（1）為脹破法，（2）為鋼球法，（3）為彈子頂破法。

圖3珠地組織的破壞

從圖中可以看出，對于平紋組織和珠地組織，三種測試方法所形成的破壞裂口都是相似的。平紋組織會形成平行于織物縱向的裂口，而且沿著織物的橫向有較多的線圈脫散；而珠地組織的破壞裂口為破洞形狀，破壞主要表現(xiàn)為紗線的斷裂，幾乎不會形成線圈脫散。因此推斷，三種方法具有相似的破壞機(jī)理。由弱環(huán)理論可知：針織物在受到頂破或脹破作用時，會在某一強(qiáng)力最弱處首先產(chǎn)生破壞，進(jìn)而在此破壞處產(chǎn)生應(yīng)力集，隨著試驗地進(jìn)行，平紋織物在破壞的周圍會有大量的線圈沿橫向脫散，裂口沿縱向不斷擴(kuò)展；珠地織物則會有更多的紗線發(fā)生斷裂，其裂口會沿四周擴(kuò)展。
 

2.3相關(guān)性分析

分別對三種方法的結(jié)果進(jìn)行二元線性回歸分析，所得結(jié)果見表3，其中，x—彈子頂破法，y—鋼球法，z—脹破法。可以看到，三種方法相互之間具有線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)也較高，具有很好的相關(guān)性。圖4為三種測試方法相互間的相關(guān)曲線圖，從圖中可以更直觀的看到，三種方法之間具有良好的線性相關(guān)性。表3三種測試方法間的回歸方程及相關(guān)系數(shù)

圖4三種方法的相關(guān)曲線圖
 

3結(jié)言

由以上分析可以得出如下結(jié)論：

1）鋼球的直徑比彈子大，鋼球法獲得的頂破強(qiáng)力也較彈子頂破法大。目前采用GB/T 19976-2005（鋼球法）標(biāo)準(zhǔn)測試頂破強(qiáng)力的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，頂破強(qiáng)力要求明顯偏低，使有些產(chǎn)品雖然達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但頂破強(qiáng)力值較低，影響服用功能的要求。因此，建議在修訂標(biāo)準(zhǔn)時，可以考慮適當(dāng)提高頂破強(qiáng)力的標(biāo)準(zhǔn)值要求。

2）三種測試方法具有相似的破壞機(jī)理，織物破壞后的裂口形狀也基本相同。

3）三種測試方法的結(jié)果相互之間具有良好的線性關(guān)系，三者之間具有很好的相關(guān)性。