针织物顶破强力测试方法对比分析
Comparison and Analysis for the Testing Methods of Bursting Strength
文/ 王敏 温箐 谢火胜
摘要：为了了解针织物顶破强力的几种测试方法—胀破法（GB/T 7742.1-2005）、弹子顶破法（20 mm）和钢球法（38 mm）之间的差异，本文选择几种不同类型的针织物进行对比测试分析，结果表明，钢球法可以获得比弹子顶破更大的顶破强力，三种方法具有相似的破坏机理，其结果相互之间具有良好的线性相关性。
关键词：针织物；顶破强力或胀破强力；弹子顶破；钢球法
针织衣物的肘部、膝部等部位，在服用过程中不断受到集中性负荷的顶、压作用而扩张直至破坏，这种破坏作用叫顶破[1]。由于针织物服用过程中受到顶破的作用，若仅测试针织物的拉伸断裂强力并不能反映实际穿着的情况，而利用特定设备测试出的针织物在扩张至破裂时所承受的力，就是针织物的顶破强力或胀破强力。顶破强力或胀破强力是考核针织物质量的一个重要物理指标。
目前，顶破强力或胀破强力的测试方法主要有三种：胀破法、弹子顶破法和钢球法。国外如美国、日本、韩国、加拿大、澳大利亚等采用胀破法测试 [1]。我国的GB/T 7742.1-2005《纺织品 织物胀破性能 第１部分：胀破强力和胀破扩张度的测定 液压法》标准引用了国际标准ISO 13938-1:1999中的胀破测试法。测试原理是：将试样夹在可延伸的膜片上，在膜片下面施加液体压力，并以恒定速度增加液体体积，使膜片和试样膨胀直至试样破裂即测得胀破强力[2], 这个方法同时还能测试出样品的胀破扩张度。国家标准《棉针织内衣》在修订前，顶破强力采用弹子顶破法测试，即利用一个25 mm的圆形弹子顶压针织物来测试。而2005年制定的GB/T 19976-2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》标准所列出的测试方法与之前相比有两点差异：一是顶破的弹子（钢球）直径改为38 mm，二是规定强力测试仪器为国际通用的CRE（等速伸长型）强力仪。
为了了解上述三种方法之间的差异，本文选择了不同类型的针织物进行对比测试分析，探讨不同方法测试结果之间的相关性。
1 对比测试
1.1 仪器设备
胀破法：胀破仪（恒定体积增长速率为100cm3/min~500cm3/min，精度±10%），膜片。
弹子顶破强力试验：弹子顶破强力机，下降速度为10cm/min~11cm/min，弹子直径为2 cm，圆环内径为2.5 cm。
钢球法：等速伸长型试验仪（CRE），精度不超过示值的±1%。包括一个试样夹持器和一个球形顶杆组件。顶破装置由夹持试样的环形夹持器和钢质球形顶杆组成。环形夹持器内径为（45±0.5）mm，顶杆的头端为抛光钢球，本试验所用钢球直径为（38±0.02）mm。
1.2 试样处理和测试的环境
胀破法：样品须在温度（20±2）℃和湿度（65±2）%的状态下调湿和试验。
弹子顶破强力试验：将试样在常温下展开平放20 h，然后在试验室温度为（20±2）℃，相对湿度为（65±3）%条件下，放置4 h后进行试验。
钢球法：预调湿、调湿和试验用大气应按GB 6529规定执行，温度为（20±2）℃，湿度为（65±4）%。
1.3 测试结果
根据织物的种类和克重选择8种不同的样品，将所选样品按照胀破法、弹子顶破法和钢球法分别测试其顶破强力或胀破强力。三种不同测试方法的测试结果如表1所示。
表1 对比试验样品类型及测试结果
2 分析
2.1 试验结果分析
图1为弹子顶破法和钢球法测试结果的柱形图。从图1中可以看出，弹子顶破法测出的强力值明显小于钢球法，前者大约为后者的50%~60%。这主要是因为：钢球的直径（38 mm）大于弹子的直径（20 mm），织物受顶破作用时，钢球与试样的接触面积明显大于弹子，要达到相同的压强值，钢球法所须加载的力要明显大于弹子顶破法。
图1弹子顶破和钢球法的结果比较
目前，几个常用的针织标准已修订或新制定为国家标准，国家标准采用钢球法取代原来的弹子顶破强力法，其顶破强力修订前后的考核指标见表2。
表2 新旧标准顶破强力考核指标的比较
对比新、旧标准的顶破强力的标准值可以发现：虽然新标准采用了钢球法测试顶破强力，但是对顶破强力的要求并没有相应的提高；而对于没有更新的标准（如FZ/T 73020-2004等），原来采用弹子顶破法测试针织物的顶破强力，现在均采用了钢球法测试，但是其对顶破强力的要求仍然沿用原标准的标准值，这些显然都是不合理的。
2.2 破坏分析
图2和图3分别给出了针织物顶破测试时两种典型的破坏情况。图2为平纹组织，图3为珠地组织，其中（1）为胀破法，（2）为钢球法，（3）为弹子顶破法。
（1） （2） （3）
图2平纹组织的破坏
（1） （2） （3）
图3 珠地组织的破坏
从图中可以看出，对于平纹组织和珠地组织，三种测试方法所形成的破坏裂口都是相似的。平纹组织会形成平行于织物纵向的裂口，而且沿着织物的横向有较多的线圈脱散；而珠地组织的破坏裂口为破洞形状，破坏主要表现为纱线的断裂，几乎不会形成线圈脱散。因此推断，三种方法具有相似的破坏机理。由弱环理论可知：针织物在受到顶破或胀破作用时，会在某一
强力最弱处首先产生破坏，进而在此破坏处产生应力集，随着试验地进行，平纹织物在破坏的周围会有大量的线圈沿横向脱散，裂口沿纵向不断扩展；珠地织物则会有更多的纱线发生断裂，其裂口会沿四周扩展。
2.3 相关性分析
分别对三种方法的结果进行二元线性回归分析，所得结果见表3，其中，x—弹子顶破法，y—钢球法，z—胀破法。可以看到，三种方法相互之间具有线性关系，相关系数也较高，具有很好的相关性。图4为三种测试方法相互间的相关曲线图，从图中可以更直观的看到，三种方法之间具有良好的线性相关性。
表3 三种测试方法间的回归方程及相关系数
图4 三种方法的相关曲线图
3 结言
由以上分析可以得出如下结论：
1）钢球的直径比弹子大，钢球法获得的顶破强力也较弹子顶破法大。目前采用GB/T 19976-2005（钢球法）标准测试顶破强力的产品标准，顶破强力要求明显偏低，使有些产品虽然达到标准要求，但顶破强力值较低，影响服用功能的要求。因此，建议在修订标准时，可以考虑适当提高顶破强力的标准值要求。
2）三种测试方法具有相似的破坏机理，织物破坏后的裂口形状也基本相同。
3）三种测试方法的结果相互之间具有良好的线性关系，三者之间具有很好的相关性。
参考文献：
[1] 缪秋菊, 王海燕. 针织面料与服装[M]. 上海：东华大学出版社，2009.
[2]GB/T 7742.1-2005《纺织品 织物胀破性能 第１部分：胀破强力和胀破扩张度的测定 液压法》[S].
(作者单位：广州市纤维产品检测院)
针织物顶破强力测试方法对比分析
Comparison and Analysis for the Testing Methods of Bursting Strength
文/ 王敏 温箐 谢火胜
摘要：为了了解针织物顶破强力的几种测试方法—胀破法（GB/T 7742.1-2005）、弹子顶破法（20 mm）和钢球法（38 mm）之间的差异，本文选择几种不同类型的针织物进行对比测试分析，结果表明，钢球法可以获得比弹子顶破更大的顶破强力，三种方法具有相似的破坏机理，其结果相互之间具有良好的线性相关性。
关键词：针织物；顶破强力或胀破强力；弹子顶破；钢球法
针织衣物的肘部、膝部等部位，在服用过程中不断受到集中性负荷的顶、压作用而扩张直至破坏，这种破坏作用叫顶破[1]。由于针织物服用过程中受到顶破的作用，若仅测试针织物的拉伸断裂强力并不能反映实际穿着的情况，而利用特定设备测试出的针织物在扩张至破裂时所承受的力，就是针织物的顶破强力或胀破强力。顶破强力或胀破强力是考核针织物质量的一个重要物理指标。
目前，顶破强力或胀破强力的测试方法主要有三种：胀破法、弹子顶破法和钢球法。国外如美国、日本、韩国、加拿大、澳大利亚等采用胀破法测试 [1]。我国的GB/T 7742.1-2005《纺织品 织物胀破性能 第１部分：胀破强力和胀破扩张度的测定 液压法》标准引用了国际标准ISO 13938-1:1999中的胀破测试法。测试原理是：将试样夹在可延伸的膜片上，在膜片下面施加液体压力，并以恒定速度增加液体体积，使膜片和试样膨胀直至试样破裂即测得胀破强力[2], 这个方法同时还能测试出样品的胀破扩张度。国家标准《棉针织内衣》在修订前，顶破强力采用弹子顶破法测试，即利用一个25 mm的圆形弹子顶压针织物来测试。而2005年制定的GB/T 19976-2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》标准所列出的测试方法与之前相比有两点差异：一是顶破的弹子（钢球）直径改为38 mm，二是规定强力测试仪器为国际通用的CRE（等速伸长型）强力仪。
为了了解上述三种方法之间的差异，本文选择了不同类型的针织物进行对比测试分析，探讨不同方法测试结果之间的相关性。
1 对比测试
1.1 仪器设备
胀破法：胀破仪（恒定体积增长速率为100cm3/min~500cm3/min，精度±10%），膜片。
弹子顶破强力试验：弹子顶破强力机，下降速度为10cm/min~11cm/min，弹子直径为2 cm，圆环内径为2.5 cm。
钢球法：等速伸长型试验仪（CRE），精度不超过示值的±1%。包括一个试样夹持器和一个球形顶杆组件。顶破装置由夹持试样的环形夹持器和钢质球形顶杆组成。环形夹持器内径为（45±0.5）mm，顶杆的头端为抛光钢球，本试验所用钢球直径为（38±0.02）mm。
1.2 试样处理和测试的环境
胀破法：样品须在温度（20±2）℃和湿度（65±2）%的状态下调湿和试验。
弹子顶破强力试验：将试样在常温下展开平放20 h，然后在试验室温度为（20±2）℃，相对湿度为（65±3）%条件下，放置4 h后进行试验。
钢球法：预调湿、调湿和试验用大气应按GB 6529规定执行，温度为（20±2）℃，湿度为（65±4）%。
1.3 测试结果
根据织物的种类和克重选择8种不同的样品，将所选样品按照胀破法、弹子顶破法和钢球法分别测试其顶破强力或胀破强力。三种不同测试方法的测试结果如表1所示。
表1 对比试验样品类型及测试结果
2 分析
2.1 试验结果分析
图1为弹子顶破法和钢球法测试结果的柱形图。从图1中可以看出，弹子顶破法测出的强力值明显小于钢球法，前者大约为后者的50%~60%。这主要是因为：钢球的直径（38 mm）大于弹子的直径（20 mm），织物受顶破作用时，钢球与试样的接触面积明显大于弹子，要达到相同的压强值，钢球法所须加载的力要明显大于弹子顶破法。
图1弹子顶破和钢球法的结果比较
目前，几个常用的针织标准已修订或新制定为国家标准，国家标准采用钢球法取代原来的弹子顶破强力法，其顶破强力修订前后的考核指标见表2。
表2 新旧标准顶破强力考核指标的比较
对比新、旧标准的顶破强力的标准值可以发现：虽然新标准采用了钢球法测试顶破强力，但是对顶破强力的要求并没有相应的提高；而对于没有更新的标准（如FZ/T 73020-2004等），原来采用弹子顶破法测试针织物的顶破强力，现在均采用了钢球法测试，但是其对顶破强力的要求仍然沿用原标准的标准值，这些显然都是不合理的。
2.2 破坏分析
图2和图3分别给出了针织物顶破测试时两种典型的破坏情况。图2为平纹组织，图3为珠地组织，其中（1）为胀破法，（2）为钢球法，（3）为弹子顶破法。
（1） （2） （3）
图2平纹组织的破坏
（1） （2） （3）
图3 珠地组织的破坏
从图中可以看出，对于平纹组织和珠地组织，三种测试方法所形成的破坏裂口都是相似的。平纹组织会形成平行于织物纵向的裂口，而且沿着织物的横向有较多的线圈脱散；而珠地组织的破坏裂口为破洞形状，破坏主要表现为纱线的断裂，几乎不会形成线圈脱散。因此推断，三种方法具有相似的破坏机理。由弱环理论可知：针织物在受到顶破或胀破作用时，会在某一
强力最弱处首先产生破坏，进而在此破坏处产生应力集，随着试验地进行，平纹织物在破坏的周围会有大量的线圈沿横向脱散，裂口沿纵向不断扩展；珠地织物则会有更多的纱线发生断裂，其裂口会沿四周扩展。
2.3 相关性分析
分别对三种方法的结果进行二元线性回归分析，所得结果见表3，其中，x—弹子顶破法，y—钢球法，z—胀破法。可以看到，三种方法相互之间具有线性关系，相关系数也较高，具有很好的相关性。图4为三种测试方法相互间的相关曲线图，从图中可以更直观的看到，三种方法之间具有良好的线性相关性。
表3 三种测试方法间的回归方程及相关系数
图4 三种方法的相关曲线图
3 结言
由以上分析可以得出如下结论：
1）钢球的直径比弹子大，钢球法获得的顶破强力也较弹子顶破法大。目前采用GB/T 19976-2005（钢球法）标准测试顶破强力的产品标准，顶破强力要求明显偏低，使有些产品虽然达到标准要求，但顶破强力值较低，影响服用功能的要求。因此，建议在修订标准时，可以考虑适当提高顶破强力的标准值要求。
2）三种测试方法具有相似的破坏机理，织物破坏后的裂口形状也基本相同。
3）三种测试方法的结果相互之间具有良好的线性关系，三者之间具有很好的相关性。
参考文献：
[1] 缪秋菊, 王海燕. 针织面料与服装[M]. 上海：东华大学出版社，2009.
[2]GB/T 7742.1-2005《纺织品 织物胀破性能 第１部分：胀破强力和胀破扩张度的测定 液压法》[S].
(作者单位：广州市纤维产品检测院)