影响织物耐磨性的因素及优化方案

影响织物耐磨性的因素很多，下面就纤维的力学性能与形态尺寸、纱线与织物的结构以及树脂整理方面加以讨论。

（一）纤维的力学性能与形态尺寸的影响

1.纤维力学性能的影响

纤维的拉伸、弯曲与剪切性能对织物耐磨性的相对重要性随组织结构与使用条件不同而不同。由于纤维的形态与柔软特性，在一般情况下，纤维主要承受拉伸应力，所以纤维的拉伸性能在力学性能中尤为重要。在磨损过程中，纤维承受着反复应力，但这种应力远比断裂应力小，所以纤维在反复拉伸中的变形能力大的，具有较好的耐磨性。纤维在重复拉伸中的变形能力决定于纤维的强度、伸长率与弹性能力。强度大、伸长率大的纤维，拉伸曲线下的面积大，因此，能储存较多的拉伸变形能。弹性能力大的纤维，在反复拉伸后拉伸曲线的形状改变小，即变形能力的降低程度小。除纤维的拉伸性能外，纤维的弯曲性能与剪切性能对耐磨性也有影响。

以一些主要纺织纤维的耐磨性为例分析。虽然玻璃纤维的强度很大，硬度很高，但伸长率极低，性脆，因此，玻璃纤维的耐磨性甚差；黏胶纤维和醋酯纤维在一次拉伸时的断裂功较大，但由于这两种纤维尤其是黏胶纤维的弹性较差，结果使它们多次拉伸后的断裂功明显下降，所以耐磨性很差；羊毛纤维虽然强度不高，但它的伸长率与弹性十分大，多次拉伸后的断裂功降低甚少，因此，在作用不过分剧烈的某些条件下，羊毛的耐磨性相当好。所以纤维的伸长率与弹性对耐磨性的影响是很大的。

锦纶和涤纶的断裂功大，弹性恢复能力高，所以它们的耐磨性十分优异。图3-2-9表示黏胶纤维分别与锦纶、涤纶和腈纶三种合成纤维混纺的织物耐磨性。

图3-2-10表示棉分别与锦纶、涤纶和腈纶三种合成纤维混纺织物的耐磨性。从图可见，锦纶的耐磨性优于涤纶，涤纶又优于腈纶。一般认为，腈纶的耐磨性属中等，同时腈纶的耐磨性随纤维制造条件的不同有很大差异。

图3-2-9　黏胶纤维与合成纤维混纺织物的耐磨性

图3-2-10　棉与合成纤维混纺织物的耐磨性

图3-2-11表示涤/腈/黏三合一混纺时织物的耐磨性。图中三角形的三顶点表示纯纺织物，三角形底边为两种成分的混纺织物，三角形中各点表示三种纤维不同混纺比的织物。例如，点1表示织物中纤维含量，涤纶为25%，腈纶为50%，黏纤为25%；点2表示涤纶为50%，腈纶为25%，黏纤为25%。三角形底上各点的高度代表各种织物的耐磨性，各点的高度形成一曲面。

图3-2-11　涤纶、腈纶与黏胶纤维三合一混纺织物的耐磨性

目前某些针织物的“三口”（领口、袖口、裤口）采用腈纶加固，棉袜采用锦纶夹底或采用棉/锦混纺纱，这些可显著提高织物的耐磨性。由于维纶、丙纶比棉有较大的变形能力，棉/维混纺织物的耐磨性试验结果见表3-2-1。试验在圆盘平磨仪上进行，每个试验方案试20块试样，加压为9.8N，取在试样上出现相邻两根纱被磨断时的摩擦次数为试验最终点。

表3-2-1　棉/维混纺比与织物的耐磨性

衣着用织物在实际服用过程中，不仅受到机械磨损，还经常受到日晒、洗涤等作用，曾把织物规格相同，但混纺比分别为50棉/50丙与50棉/50维的两种细布做成衬衫和长裤进行穿着试验，将由棉/丙织物和棉/维织物对拼的衬衫给农民穿用，将同样对拼而长裤给邮递员穿用，结果衬衫大都是棉/丙织物衣片先损坏，而长裤则大都为棉/维织物裤片先损坏。这可以说明，由于农民穿用的衬衫除受机械磨损外，还长期曝晒，而丙纶有不耐晒的缺点，所以棉/丙织物衣片先损坏，邮递员穿用的长裤，由于主要承受机械磨损，所以棉/丙织物裤片反比棉/维织物裤片为牢。为了改善丙纶织物的日晒老化，可以在纺丝液中加入适当的金属盐，使丙纶的防老化性提高。几种织物日晒一个月后的剩余强度百分率，见表3-2-2。从上面的分析来看，不同纤维的织物应根据不同的服用条件合理使用。

表3-2-2　几种织物的耐晒性

2.纤维形态尺寸的影响

纤维的形态尺寸，如纤维长度、细度和断面形态等，对织物的耐磨性也有影响。因为纤维的形态尺寸与纤维在纱线中附着力的强弱有关，也和磨损时纤维中所产生的应力大小有关。纱线中只要有极少量的纤维分离，纱线结构就会变得松散，纱线继续在外力作用下，将很快地解体，最终降低织物的耐磨性。

在同样的纺纱条件下，较长的纤维比较短的纤维在纱线内产生相对移动较为困难，因此，就难于从纱线中抽出；另外，由于较长纤维纺成的纱线，其强度、伸长率和耐疲劳等力学性能好，这对织物耐磨性是有利的。这也是中长纤维织物有较好耐磨性能的原因之一。实践证明，精梳棉纱织物不但外观上优于普梳棉纱织物，而且前者的耐磨性也优于后者，因为在精梳棉纱中排除了许多在原棉中存在的短绒，在同样条件下，长丝织物的耐磨性优于短纤维织物。

较细的纤维纺成的纱线，其强度、伸长率与耐疲劳性好。但纤维过细，在磨损过程中即使是较小的作用力，也可以引起很大的内应力，使纤维容易损坏。如果纤维过粗，则纤维与纱线的抗弯性能差，并且由于纱线中纤维根数过少而使纤维间抱合力弱，这将不利于织物的耐磨性。因此，关于纤维细度的选择，应该是在保持足够的单纤维拉伸强度与剪切强度条件下，使纤维细度提高。有些资料说明，以取2.2～3.3dtex的纤为宜。

3.原棉等级的影响

关于原棉的等级是否影响织物的耐磨性，是值得讨论研究的问题。曾对五种不同等级的原棉进行单唛试纺，再加工成同样规格的织物，又将坯布经煮练、漂白、丝光、柔软剂处理等染整加工，对各工序的试样进行试验，试验结果见表3-2-3。

表3-2-3中耐曲磨的秩位总数，是指坯布、煮练后织物、漂白后织物、丝光织物、成品、轧柔软剂后织物以及洗去柔软剂后织物等七种试样耐曲磨的位数之和。由表可知，原棉等级越高，织物的耐曲磨性能越好。这可能是由于原棉等级高时，棉纤维成熟度好，力学性能良好，细度适中且短绒少等因素的作用。

表3-2-3　原棉等级与织物耐磨性

（二）纱线与织物的结构对织物耐磨性的影响

如果纱线与织物的结构选择不当，即使耐磨性优良的纤维也不能织成耐磨性优良的纱线与织物；反之，选择适当的纱线与织物结构，就能够利用耐磨性较差的纤维织成耐磨性能较好的织物。

1.纱线捻度的影响

纱线捻度对耐磨性的影响与对强度的影响相似。随着捻度的加大，耐磨性提高。但捻度到达极大值后，耐磨性逐渐下降。因为纱线加捻过多时，纱线变得刚硬，不易压扁，摩擦时接触面积小，结果使局部应力增加，纱线较早地损坏，所以不利于织物的耐磨性。加捻过多时，附加在纤维上的应力大，纤维在纱线中缺少适当的移动余地，这对耐磨性也不利。捻度与纱线直径有关，捻度小，直径大，因而织物紧度大，也即磨损支持面积大，所以有利于耐磨性；但捻度过小时，纤维在纱线内束缚较差，纱线结构不良，纤维易分离。因此，捻度适中时耐磨性最好。应该指出，经常洗涤的织物，如果纱线捻度偏低则不利于织物的耐洗牢度。

对经、纬纱线密数为29tex×29tex（20英支×20英支）的中平布曾进行过不同捻系数的耐磨试验。经纱取三档，纬纱取四档，交织成经纬纱捻系数不同的十二种织物，见表3-2-4。

表3-2-4　捻系数的组合方案

大面积生产使用的经纬纱线密度捻系数为335×317（英制捻系数为3.53×3.34）。试验在往复式平磨仪上进行，结果见表3-2-5。从试验结果看，大面积生产使用的经纬纱捻系数从平磨方面来看是可取的。

表3-2-5　纱的捻系数与织物的耐磨性

2.纱线直径的影响

直径较粗的纱线含有较多的纤维，在磨损时要有较多根纤维断裂后纱线方才解体，所以有利于织物的平磨。特别是当纤维本身的强度与耐磨性较差时，效果更为突出。例如，将黏胶纤维再适当混入少量锦纶，纺成较粗的纱线，加工成较厚的毛型织物，还是能获得较好的耐磨性。股线与单纱相比，一般在平磨情况下，股线的耐磨性优于单纱。

3.织物单位面积重量的影响

不论是精梳毛织物还是粗疏毛织物，不论是单面纬编织物还是双面纬编织物和经编织物，对同一类织物来说，织物单位面积重量对耐平磨的影响是极为显著的，耐磨性几乎随织物的重量成线性增长。但各类织物的单位面积重量对耐磨性的影响是不同的，针织物的耐磨性一般要比相同单位面积重量的机织物低。(www.xing528.com)

表3-2-6表示一组公制支数为27公支/2×27公支/2的2/2斜纹精梳毛织物的耐磨性与织物单位面积重量的试验资料，试验时用某种标准毛织物作为磨料。

表3-2-6　织物单位面积重量对织物耐磨性的影响

图3-2-12　机织物内纱线弯曲的三种类型

4.织物支持面的影响

织物磨损程度同织物和磨料的实际接触面积（即织物的支持面）以及这些接触面上的局部应力大小有关。织物与磨料的实际接触面积又同纱线在织物内的弯曲波高和纱线直径、织物密度、织物组织以及纱线浮长等结构因素有关。从机织物与外界物体接触的状态来看，机织物内纱线的弯曲可有三种典型情况：第一种是纬纱呈现在织物表面，而经纱被覆盖在织物里面，如图3-2-12（a）所示；第二种是经纬纱同时露在织物的同一平面内，如图3-2-12（b）；第三种是经纱浮在织物表面，而纬纱被覆盖在织物里面，如图3-2-12（c）。在磨损时，第一种结构的织物，纬纱比经纱先受到磨损；第三种结构的织物，经纱比纬纱先受到磨损；第二种结构的织物，经纬纱同时受到磨损。哪一系统的纱线突出于织物表面组成支持面，决定于纱线在织物中的弯曲波高和纱线直径之和。设dT、dw分别为经纬纱线的直径，hT、hw分别为经纬纱线弯曲波高，则从图3-2-12可以看出，当（hT+dT）＞（hw+dw）时，经纱将被覆于织物表面；当（hT+dT）＜（hw+dw）时，纬纱被覆于织物表面；当（hT+dT） =（hw+dw）时，经纬纱在织物同一平面上。实际穿着试验结果，证明了上述的分析。由经纱构成支持面的织物，经穿用后经纱均遭严重磨损，经纱浮点的波峰被削平，在破洞处经纱被断裂，纬纱则很少损伤，甚至相当完整，因此，破洞的形状呈横向裂口。

5.织物密度的影响

织物与所接触物体（磨料）的实际接触面积增加，则接触面上的局部应力减少。把织物内各纱段与磨料实际接触的部分称为支持点，若每一个支持点的面积变化不大而织物单位面积内的支持点多，则织物与磨料接触面上局部应力必将减弱，使磨损程度减小。如果是经面织物，则织物单位面积内的支持点数目决定于经纱密度，同理，纬面织物则决定于纬纱密度。其次，若其他因素保持不变，而织物密度增加，则单位面积内纱线的交织数增加，纤维所受束缚点增加，纤维就不易从磨损过程中被抽出。因此，织物密度对耐磨性的影响是明显的。

将六种不同规格的14tex×2×28tex（42英支/2×21英支）卡其织物做成裤子，进行穿着试验，这些卡其织物的密度见表3-2-7。穿着试验后，臀、膝部淘汰率及裤边淘汰率，分别见表3-2-8与表3-2-9。

表3-2-7　织物密度的设计方案

表3-2-8　织物密度与织物臀、膝部淘汰率

表3-2-8表明，不论是3/1单面卡其或2/2双面卡其，在试验范围内，经向密度大的织物做成裤子臀、膝部的淘汰率都较经向密度小的织物做成裤子臀、膝部的淘汰率小。

但应该指出，为了增加织物与磨料的接触面，不能仅从增加织物的密度着手。要保持织物必要的柔软性，才有利于织物的耐磨性。如果织物密度很高，而选择的织物组织又不恰当，以致纱线的浮长较短，使支持点形成刚硬的结节点，那么在磨损过程中，织物内纤维相互挤压而影响一定的相对移动，就会造成应力集中，从而织物遭到损坏。

表3-2-9　织物密度与织物裤边淘汰率

从表3-2-9可知，密度大的织物，裤边淘汰率大；密度小的织物，裤边淘汰率小。

针织物的密度对耐磨性的影响也是显著的。针织物的密度增加，就意味着线圈长度缩短，织物表面的支持面增大，故可减少接触面上的局部摩擦应力，提高针织物的耐磨性。

图3-2-13　针织物的总密度与耐磨性

图3-2-13为罗纹针织物总密度（纵密PA×横密PB）的相对变化（%）与耐磨次数相对变化n（%）之间的关系。由图可得，总密度的相对变化与耐磨性的相对变化呈明显的线性关系。

6.织物组织的影响

织物组织也是影响耐磨性的重要因素之一。一般地说，在经纬密度较低的疏松织物中，平纹组织织物的交织点多，纤维附着牢固，有利于耐磨性。但是在较紧的织物中，在同样的经纬密度条件下，则斜纹组织与缎纹组织织物的耐磨性比平纹组织织物的好。因为这时在斜纹与缎纹织物结构中，纤维附着已相当牢固，而平纹织物由于纱线浮长较短，常容易造成支持点上应力集中。如果浮长较长，则在磨损时可以通过纱线的适当移动，使应力集中缓和。例如，受机械作用较剧烈而频繁的外衣织物，结构常较紧密，并且纱支较粗。实际服用表明，在这种织物中，平纹组织织物的耐磨性最差，斜纹组织织物较好，缎纹组织织物最好。从上面卡其织物的穿着试验中可知，在相同经纬密度条件下，3/1单面卡其，臀、膝部的淘汰率比2/2双面卡其小。除去3/1单面卡其比2/2双面卡其较大支持面外，3/1单面卡其纱线浮长大于2/2双面卡其也是原因之一。

对65涤/35棉、13tex×2×28tex×531.5根/10cm×275.5根/10cm（45英支/2×21英支×135根/英寸×70根/英寸）卡其曾进行实验室动态磨试验，也说明单面卡其的耐磨性有优于双面卡其的趋势。试验数据见表3-2-10。

表3-2-10　几种织物的动态磨试验结果

为了充分利用纺织原料，发挥织物组织的功能，提高织物的耐用性能，以同样的黏胶纤维作为原料，设计了15种不同组织织物（其中包括平纹、斜纹、方平和各种绉组织），并进行穿着试验。结果表明，过分松或过分紧的结构都不利于织物的耐磨性，被广泛应用的斜纹组织与有些绉组织织物具有较小的淘汰率。由此可知，即使原料相同，不同织物组织对服用期限也是有影响的。

关于织物结构的松紧程度对织物的几项耐用特性（拉伸强度、撕裂强度与耐磨性）的影响，曾先后讨论过。如果组成纤维的成分、织物的后整理等保持一定，则织物结构的松紧程度可以大体归纳为表3-2-11的规律。由表可知，织物结构的松紧程度必须根据织物的用途和外表受力特征加以设计。

表3-2-11　织物结构与几项耐用性的关系

针织物的组织结构对耐磨性有很大影响。表3-2-12和表3-2-13是几种不同组织针织物的耐磨性试验结果。

从表3-2-12可看出，所用原料虽然相同，但由于组织结构不同，耐磨性相差很大。其中纬平组织织物的耐磨性最好，因为纬平组织与罗纹及半畦编组织相比，织物表面比较平滑，而且支持面大，能够承受的摩擦应力也大。

由表3-2-13可知，1+1罗纹组织针织物和以罗纹为基本组织的双面凹凸组织针织物的耐磨性较好，而提花组织针织物由于线圈被拉长（色纱数越多，正面线圈被拉得越长），故耐磨性较差。耐磨性最差的是完全双色提花组织针织物，因为它容易脱散。

表3-2-12　针织物的组织结构与耐磨性的关系（一）

表3-2-13　针织物的组织结构与耐磨性的关系（二）

（三）树脂整理对织物耐磨性的影响

由于黏胶纤维、棉等纤维素纤维的弹性差，因此，由这类纤维制成的衣着用或床单等生活用织物，最好进行树脂整理，将纤维适当增强表面并互相黏结以改善织物的弹性等服用性能。但树脂整理后，纤维的伸长率与强度降低，仪器试验的织物耐磨性明显下降。但是有些试验指出，在实验室磨损试验较为剧烈的条件下，如果选用较大的压力，则经树脂整理后织物的耐磨性不及整理前；如果所用的压力逐渐减小，则整理前后织物的耐磨性差异渐趋缩小；在压力降低到某一值时，则整理后织物的耐磨性反而比整理前高。其原因可能是：虽然纤维的强度、伸长率与弹性等力学性能都影响着纤维和织物的耐磨性，但影响的程度在不同的磨损试验条件下并不一致。当试验条件较为剧烈时，纤维的强度和伸长率等因素对织物耐磨性的影响较为突出；相反，在试验条件较为缓和时，纤维的弹性、拉伸恢复功等因素对织物耐磨性的影响较为突出。因此，当压力降低到某一值时，整理后织物的耐磨性有可能反比整理前高。此外，织物经树脂整理后，还可能减少纤维端露出于织物表面，这也有利于织物的耐磨性。从用旧的棉织物中取出的纱线观察，可以发现经整理后的棉织物中的纤维仍能较好地保持在成纱结构中，如图3-2-14所示。

图3-2-14　从整理前后棉织物中抽取出的纱

实践证实，如用0-氯酚处理，可以显著提高毛织物的耐磨性。这可能因为0-氯酚起到增强毛纤维皮层细胞间的黏结作用，使纤维在断裂前要经过较长时期沿纤维轴向的分劈，故破坏后毛纤维呈现沿纵向劈裂的特征。