机织物的几何结构

二、机织物的几何结构

传统的机织物是由经纬纱按照一定规律交织而成，为二维织物，受力时呈各向异性，经纬向具有较大的强力，耐用性较强；而斜向强力较弱，耐用性较差。机织物结构较针织物稳定，织物一般比较紧密、硬挺，具有较大的强力、耐磨，外观保形性好，抗皱性好，悬垂性低于针织物，不易起拱变形，制成的服装保形性好。

在机织物中，经纱与纬纱交织处会产生屈曲，而且只在垂直于织物平面的方向内弯曲。由于采用的原料、纱线结构、织物密度、上机工艺以及织物组织不同，使得经纬纱的配合关系和屈曲状态也不同。机织物中经、纬纱的空间关系称为织物的几何结构。

（一）机织物内纱线的几何形态

1.织物内纱线的截面形态　为了研究织物的几何结构，织物内经、纬纱被假设为可以弯曲，但不伸长与压缩的圆柱体，即截面为圆形，这种研究方法虽然与织物中经、纬纱的实际情况差异较大，但其几何结构与模型对于分析织物结构与性能有很大帮助，也可以作为织物设计中计算织物密度、经纬纱线密度和经纬纱缩率的依据。

在采用圆形截面作为各项概算的依据时，应充分考虑纱线在织物中的压扁情况，η为压扁系数，与组织、密度、原料、成纱结构、织造参数等有关。一般取0.8左右。压扁系数的计算公式为：

2.织物内纱线的屈曲形态　织物内纱线的屈曲形态会随纤维原料、纱线结构、织物组织、经纬纱密度以及上机张力等不同而变化。织物中，经、纬纱的屈曲形态及相互配合关系可以通过织物切片获得。在分析各种组织织物几何结构时，可以近似看作是由经纬交叉区域与非交叉区域两个部位的屈曲形态联合构成，如图4－35所示。

图4－35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条件下，可以假定呈正弦曲线状态；当织物较疏松时，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，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概括为正弦曲线形态与直线段形态的组合或衔接。

3.纱线的直径系数　织物中纱线直径的大小是影响织物结构和进行织物设计的依据。当纱线截面被认为是理想的规则圆形时，纱线的理论直径可用下式计算：

式中：d——织物内纱线的计算直径，mm；

Kd——采用特克斯制时织物内纱线的直径系数；

Tt——纱线的线密度，tex。

直径系数Kd的大小，受纺纱方法、纤维品种、纤维表面形态等因素的影响。一般取棉型织物为0.037，精纺毛织物为0.0401，粗纺毛织物为0.0430。

（二）机织物的几何结构相

1.织物的厚度与屈曲波高　织物的厚度是指织物正、反表面之间垂直于布面方向的距离，用τ（mm）表示。由经纬纱交织形成织物时，经纬纱在织物中呈屈曲状态，经纬纱的屈曲程度可由经纬纱的屈曲波高来表示。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称作经（纬）纱的屈曲波高，用hj（hw）表示，单位为mm，如图4－36所示。图中分别表示了平纹织物的经向和纬向切面图。(https://www.daowen.com)

（1）经支持面平纹织物。如果构成织物的正反面均为经纱，即该织物的支持表面完全由经纱构成，称为经支持面平纹织物。如图4－36（a）所示。由厚度定义得：τ=τj=hj+dj。

假设纬纱没有屈曲，经纬纱的直径相等。则：τ=τj=2dj+dj=3d

根据屈曲波高的定义得：hj=dj+dw，hw=0

（2）纬支持面平纹织物。当构成织物的正反面均为纬纱，即该织物的支持表面完全由纬纱构成，称为纬支持面平纹织物。如图4－36（b）所示。由厚度定义得：τ=τw=hw+dw

假设经纱没有屈曲，经纬纱的直径相等。则：τ=τw=2dw+dj=3d

根据屈曲波高的定义得：hw=dj+dw，hj=0

（3）经纬同支持面平纹织物。如果由经纬纱共同构成织物的支持表面，称为经纬同支持面平纹织物，如图4－37所示，则τj=τw=dj+dw，dj+hj=dw+hw。

由此可知，当dj=dw时，如图4－37（a）所示，hj=hw=dj=dw；

当dj≠dw时，如4－37（b）所示，则hj=dw，hw=dj，τ=dj+dw。

根据以上的计算结果，可以得知：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，等支持面织物厚度最小，为经纬纱直径之和。

2.织物的几何结构相　经纬纱在织物中交织时的结构状态叫做织物的结构相。随着原料、纱线结构、织物组织、织物密度以及上机张力等条件的不同，织物的几何结构状态可以在有限范围内进行无限变化。由图4－36（b）可知：在织物内，仅纬纱有屈曲，而经纱是完全伸直的。按照屈曲波高的定义，hw=dj+dw，hj=0。在此基础上，对纬向施以一定张力或减少织造时的经纱张力，使纬纱屈曲波高hw减少值，则经纱的屈曲波高必然会增加。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：hj+hw=dj+dw，即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的几何结构状态，称为变动一个结构相。经纬纱屈曲波高的比值与几何结构相之间的关系见表4－2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。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、涤棉混纺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。