织物几何结构的概念

织物几何结构的概念I
第一节织物几何结构概述
在织物内，经纱和纬纱的空间关系称为织物的几何结构。

纱线为塑性材料，而且织物的经纬纱线密度、密度、织物组织以及上机张力等各种因素，可以有各种不同的配合。

因此，织物的经纬纱线的相互关系是比较复杂的。

一、织物内纱线的几何形态
1.织物内纱线的截面形态
织物内纱线的截面形态，数十年来有多种论述，F.T.皮尔斯、H.T.诺维柯夫等学者主张以圆形或椭圆形进行描述，A.肯泼主张以跑道形进行描述，也有的学者以凸透镜形态进行描述。

各种纱线的截面形态如图4-1所示。

圆形椭圆形凸透镜形跑道形
图4-1 纱线截面形态
因纱线在织物内的截面形态受到纤维原料、织物组织、织物密度等因素的影响，因此在讨论织物几何结构概念时，建议采用圆形截面作为各项概算的依据，但应充分考虑纱线在织物内被压扁的实际情况。

因此其压扁系数计算如下：
η=纱线在织物切面图上垂直布面方向的直径利用公式计算的纱线直径
η的大小，与织物组织、密度、纱线原料、成纱结构、织造参数等有关，一般为0.8左右。

2.织物内经纬纱的屈曲形态
织物内纱线的屈曲形态，随织物组织、经纬密度，纱线线密度、纤维原料以及上机张力等不同，所表现的形态也各异。

但无论何种织物组织每根纱线在织物内的屈曲形态，可以看作由经纬交叉区域与非交叉区域两个部位的屈曲形态所构成，如图4-2所示。

图4-2 纱线屈曲形态
图4-2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，在织物紧密的
条件下，可以假定呈正弦曲线状。

在织物稀疏的条件下，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，纱线A 的屈曲形态，不论织物紧密与否，均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，均可以根据织物的组织、密度等具体条件，概括为正弦曲线形态与直线段形态的组合与衔接。

3.织物内纱线的直径系数（d k ）
纱线在受到压缩后的直径大小 ，显然与自由状态下的直径是不同的，应该加以区别。

而织物内纱线直径的大小，是影响织物结构，决定织物的经纬向紧度和进行织物结构设计的依据。

纱线在织物内的直径，可以按下式计算：
d d k =
式中：d ——织物内纱线的计算直径，mm;
d k ——织物内纱线的直径系数；
Tt ——纱线的线密度，tex 。

直径系数d k 的大小，受纺纱方法、纤维品种、纤维表面形态等因素的影响，在采用特克斯制时，棉纱、棉线的d k 值可以近似的取0.037。

d k 值是重要的织物结构参数，在纤维品种、纱线结构日益丰富的条件下，能否及时地提供各类
纱线在织物内的直径系数，对于合理地进行织物结构设计是很重要的。

采用特克斯制时，d k 的计算可按下式进行：
d k =
上式中：δ为纱线的体积质量（g/cm 3
），其值随组成纱线的纤维种类、性质及纱线的捻系数而不同，几种纱线的δ值可参考表4-1。

表4—1 几种纱线的δ值
不同线密度纱线之间的直径换算，可按下式进行：
12d d =式中：1δ、2δ——纱线的体积质量（g/cm 3
）。

二、织物厚度的概念
织物几何结构的参数如下：
()j w L L ——一个经纱（纬纱）组织循环所占有的距离，mm ；
()j w h h ——经（纬）纱屈曲波高，用织物内经（纬）纱屈曲的波峰和波谷之间垂直于布面方向
的距离表示，mm ；
()j w d d ——经（纬）纱直径，mm 。

织物的厚度τ（mm ），用织物正反面之间的距离表示。

图4-3（1）和图4-3（2）分别表示两种平纹织物的经向和纬向切面图。

图4—3 织物厚度
根据织物厚度的定义，如图4-3（1）中，j j j h d ττ==+。

该织物的支持表面完全由经纱构成（经支持面织物），假设纬纱没有屈曲，经纬纱的直径相等。

则
23j j w d d d ττ==+=
在图4-3（2）中，w w w h d ττ==+。

该织物的支持表面完全由纬纱构成（纬支持面织物），假设经纱没有屈曲，经纬纱的直径相等。

则
23w w j d d d ττ==+=
图4-4为某平纹织物的切面图。

图4-4（4）和图4-4（3）为纬向切面图。

图4-4（2）和图4-4（4）为经向切面图。

如果由经纬纱共同构成织物的支持表面（经纬同支持面织物），如图4-5、图4-6所示，
j w j w d d ττ==+，j j w w d h d h +=+, 由此可知：
当j w d d =时（如图4-5所示），则j w j w h h d d ===；
图4—4 平纹织物纬、经向切面图
图4—5 经纬纱直径相同的平纹织物纬、经向切面图
当j w d d ≠时（如图4-6所示），则j w h d =，w j h d =；j w d d τ=+
图4—6 经纬纱直径不同的平纹织物纬、经向切面图
根据以上的计算结果，可以知道：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。

如果考虑到纱线在织物内的压扁系数η，则织物的厚度范围为（2d ~3d ）η。

如果顾及纱线在织物内的压扁系数，并假定经纬纱的压扁系数相等，则
()w j j w h h d d η+=+
各类织物的厚度()τ值可参考表4-2。

4-2 各类织物的厚度
τ
单位：（mm ）
三、织物的几何结构相 根据图4-4（1）、图4-4（2）可知：在织物，仅纬纱有屈曲，而经纱是完全伸直的。

按照屈曲波高的定义， 得：
w j w h d d =+，0j h =
反过来，如果纬纱是完全伸直的，而仅经纱有屈曲，则：
j j w h d d =+，0w h =
随着织物组织、密度、纱线线密度、纤维原料以及上机张力等条件的不同，织物内的经纬纱屈曲波高之间的配合关系是变化无穷的。

如图4-4（1）和图4-4（2）的情况，即在w j w h d d =+，0j h =的基础上，对纬纱施以一定的张力或减少织造时的经纱张力，使纬纱屈曲波高w h 减少一个∆值，则经纱的屈曲波高必然会增加一个∆值，织物的几何结构由图4-4（1）和图4-4（2）变到图4-4（3）和图4-4（4）。

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：
j w j w h h d d +=+
上式说明：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1()8
j w d d +的几何结构状态，称为变动一个结构相。

表4-3列出了经纬纱屈曲波高的比值与几何结构相之间的关系（设j w d d d ==）。

表4—3 经纬纱曲屈波高的比值与几何结构相之间的关系
当经纬纱的直径相同时，对于第5几何结构相的织物，1j w h h =，而j w j w h h d d +=+，所以
j w j w h h d d ===，j j w w h d h d τ=+=+。

在这种条件下的织物切面如图4-5所示，织物的经纱和
纬纱共同构成了织物的支持面。

当经纬纱直径不等时，为了得到如图4-6那样由经纬纱共同支持表面的织物，需要满足
j w
w
j
h d h d =
的条件，称这种构相为0结果相。

在这种条件下的织物切面如图4-6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。

例如：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。

知道了各种产品应该属于的几何结构相范围，通过对织物进行切片检验，将有助于研究及探讨影响织物品质的因素。

一般地讲，高相位或低相位几何结构的织物，是仅由经纱或纬纱构成织物的支持表面。

高结构相的织物，经纱的屈曲波高（j h ）大，需要具有较大的经纱密度，织物的经向织缩大，经向断裂伸长大。

对于要求经纬向物理机械指标差异小，耐穿耐用的织物，一般采用第5结构相或0结构相的几何结构。