變結(jié)構(gòu)參數(shù)下的間隔織物壓縮性能表征與建模研究.pdf

1、間隔織物是由上表面層、下表面層及連接上、下兩表面層的間隔層構(gòu)成的立體織物，具有良好的透氣性、導(dǎo)濕性、抗震性、回彈性、抗壓縮性、過(guò)濾性和隔音性等，而逐漸成為墊類(lèi)材料的優(yōu)選，其關(guān)鍵在于間隔層的結(jié)構(gòu)及其壓縮性能。據(jù)此，本文著重于間隔織物結(jié)構(gòu)與壓縮性能間的規(guī)律研究，期望為墊類(lèi)材料設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供結(jié)構(gòu)優(yōu)化指導(dǎo)，主要研究?jī)?nèi)容包括：（a）結(jié)構(gòu)參數(shù)與壓縮性能的影響分析，主要通過(guò)平板壓縮和球形壓縮實(shí)驗(yàn)，分析機(jī)織間隔織物和經(jīng)編針織間隔織物等結(jié)構(gòu)參數(shù)的差異對(duì)間

2、隔織物的壓縮性能影響；（b）與其他墊類(lèi)產(chǎn)品的舒適性進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)經(jīng)編針織間隔織物與非織造材料、海綿等比較，測(cè)試人體接觸部位微環(huán)境的溫濕度變化，找出適合墊類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)選材料；（c）壓縮性能有限元模擬，基于ABAQUS有限元軟件分析間隔織物整體及間隔絲受壓過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變分布，結(jié)果如下：
　　（1）結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)經(jīng)編間隔織物壓縮性能影響?？椢锖穸扔?.45mm到13.81mm，壓縮功由148.21mJ增加到186.75mJ，壓縮起始階段的

3、割線模量由148.03Kpa降低到71.25Kpa，表明織物越厚，壓縮過(guò)程消耗能量越多，割線模量越小，越易被壓縮，織物越軟；隨著間隔絲直徑增加（由137.64μm到185.54μm），壓縮功由93.62mJ增加到148.21mJ，恢復(fù)率由0.55增加到0.61，割線模量由92.68Kpa增加到148.03Kpa，能承受的最大力值由233.27N增加到373.23N，表明恢復(fù)性、抗壓性和承受最大力值隨著間隔絲直徑增加而增加，起始階段也難壓

4、縮；隨著間隔角由28.54°增大到55.60°，壓縮功由71.74mJ增加到108.29mJ，表明織物越難壓縮，回復(fù)率（由0.57增加到0.72）和割線模量（由38.15Kpa增加到83.41Kpa）也呈此趨勢(shì)；間隔絲的排列形式有X型和V型，間隔絲為X型時(shí)，織物的整體結(jié)構(gòu)比呈V型時(shí)穩(wěn)定，主要是由于間隔絲X型排列時(shí)，兩表面間的間隔絲交叉排列形成了雙鋸齒型，使織物整體的抗壓性能增強(qiáng)，織物整體的回彈性好，被壓縮后的恢復(fù)性能也較好，但消耗的能量

5、也相對(duì)較多；間隔絲密度由644.27g/m2增加到974.97g/m2，整個(gè)壓縮過(guò)程所需的能量增加（由108.29mJ增加到160.24mJ），恢復(fù)性變差（由0.72降低到0.69），間隔織物越難壓縮，織物表現(xiàn)出手感較硬。同時(shí)分析了五種不同直徑球（5cm、8cm、12cm、16cm、18cm）壓縮結(jié)果間的相關(guān)性，得到相關(guān)系數(shù)最小也達(dá)到了0.91以上，表明可以采用球形壓頭模擬人體的接觸部位，并且分析了不同壓頭壓縮結(jié)果的特征指標(biāo)(例如壓縮功

6、、恢復(fù)功等)間的相關(guān)性，得到除回復(fù)率的相關(guān)系數(shù)最小為0.73，其他參數(shù)的相關(guān)系數(shù)基本都在0.85以上，所以可采用一種壓頭壓縮結(jié)果預(yù)測(cè)不同尺寸球的壓縮特征值結(jié)果。
　?。?）間隔織物的熱濕通透性及透氣性主要受織物厚度、間隔絲密度、表面結(jié)構(gòu)的影響，織物厚度由7.45mm增加到13.81mm、密度由644.27g/m2增加到974.97g/m2、網(wǎng)格數(shù)由2.34個(gè)/cm2減小到1.55個(gè)/cm2，織物的熱濕通透性及透氣性（由8856.2

7、0mm/s減小到3652.43mm/s）越差，反之越好。間隔織物所具有的緩壓性、透氣性、熱濕通透性、彎曲性能均比非織造材料和海綿產(chǎn)品好，而且對(duì)接觸部位微環(huán)境溫濕度的測(cè)量表明，間隔織物能夠保持接觸部位微環(huán)境溫濕度的平衡性能優(yōu)于其它兩種材料，有助于避免由于久坐或躺而產(chǎn)生的褥瘡和其他疾病，是海綿和非織材料坐墊的優(yōu)選替代產(chǎn)品。
　　（3）機(jī)織間隔織物與經(jīng)編間隔織物有限元模擬：機(jī)織間隔織物主要模擬結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)壓縮性能的影響，①間隔絲經(jīng)密、緯密

8、，設(shè)計(jì)了四種不同經(jīng)密（分別是2:2:1、3:3:2、5:5:2、7:7:2）及兩種不同緯密（分別是3:8、5:11）的機(jī)織間隔織物，結(jié)果顯示間隔絲經(jīng)密或緯密越大，其抗壓性能越強(qiáng)，壓縮到一定應(yīng)變時(shí)所需消耗的能量相對(duì)越多，這是由于隨著經(jīng)密或緯密的增加，相同面積內(nèi)間隔絲數(shù)量越多，所以表現(xiàn)出來(lái)的抗壓性越好；②織物厚度，實(shí)驗(yàn)表明隨著厚度由5mm增加到10mm，機(jī)織間隔織物的壓縮功（由50.12mJ降低到27.84mJ）、割線模量（由17.57N/

9、mm降低到1.43N/mm）都相應(yīng)降低，主要是由于厚度的增加，使間隔絲不穩(wěn)定性增加，在受壓時(shí)織物越厚，間隔絲越易彎曲變形，間隔絲所能承擔(dān)的力值也越??；③間隔絲直徑，隨著間隔絲直徑由0.2mm增加到0.4mm，間隔織物抗壓性能增強(qiáng)，壓縮到一定應(yīng)變時(shí)所消耗能量（由50.12mJ增加到387.98mJ）也相應(yīng)增加，且間隔絲直徑對(duì)其壓縮性能的影響很大。
　　經(jīng)編間隔織物有限元模擬：①模擬五種不同直徑（5cm、8cm、12cm、16cm、1

10、8cm）的球形壓頭壓縮經(jīng)編間隔織物，得到壓頭直徑越大，織物所受壓力（由86.42N降低到25.20N）越大；②沿間隔織物表面的縱向建立路徑，然后輸出該方向上的位移變化趨勢(shì)曲線，得到不同壓頭壓縮時(shí)的位移曲線，各曲線以對(duì)稱軸為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)360°，得到的曲面可近似計(jì)算各壓頭與織物壓縮時(shí)變形曲面。③間隔織物表面每隔約18°提取一次位移變化曲線，并根據(jù)模型的對(duì)稱性，把各曲線的中心距最大值采用曲線連接，基本上可得到受壓后表面的形態(tài)呈橢圓形，表明