本發(fā)明涉及紡織領域，尤其涉及一種負泊松比機織物及制造方法。

背景技術：

泊松比是指材料在拉伸或壓縮時橫向與縱向應變的負比值。正的泊松比是指，當在縱向上對物體上施加拉伸作用力的時，物體在橫向方向收縮。對于大多數傳統(tǒng)材料來說，其泊松比為正值。相反地，負泊松比是指當在縱向上給物體施加拉伸力的時，其橫向方向也膨脹。負泊松比材料也被稱為“拉脹”材料，該名字起源于希臘文字中的“auxetos”，含義為“可被增加的”。泊松比是一種彈性常數，不受材料尺寸的影響。因此，負泊松比材料可以是單分子結構也可以是橫跨宏觀到微觀層面的特定架構。在自然界中也可以找到負泊松比材料，如巖石，礦物和皮膚等，它們也可以通過人工的方式來生產。

直到今日，已經有許多負泊松比材料被制成，包括負泊松比泡沫，負泊松比聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯，負泊松比紡織纖維、紗線、針織物和負泊松比復合材料等。相比于傳統(tǒng)材料，負泊松比材料具有許多顯著的優(yōu)點，例如，良好的尺寸適應性以及對身體關節(jié)部分的貼合。由于日后貼身服裝的發(fā)展，對于人體運動時，在彈性、可擴展性和發(fā)生在服裝的不同點的變形會有更高要求，而負泊松比材料在適應人體變形方面又是一個不錯的選擇，因此，使用負泊松比材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料來織造貼身衣物將是十分有益的。雖然高彈性和延伸性可以在正泊松比織物上很容易地實現，但其縱向拉伸時橫向的收縮始終是一個問題。由于其橫向的收縮，附加的壓力將由織物施加在皮膚上，從而限制了肌肉運動，并在身體的關節(jié)部位引起不適和不貼合。只要織物是用正泊松比材料織成的，即使他們是高可擴展性和彈性的，這個問題也會一直存在。然而，如果使用一個負泊松比織物，這個問題就可以被解決；負泊松比面料在縱向拉伸時，橫向會膨脹而不是收縮。由于拉脹織物的變形行為與人身變形相一致，不會產生額外的服裝壓力，肌肉和關節(jié)運動將不會被限制，形狀契合度也將得到提高。因此，服裝可以變得更加舒適。此外，負泊松比結構具有增強的剪切模量，良好的能量吸收，減振，吸音和高彈性特性。

由于負泊松比織物具有新的紡織結構及特殊屬性，使得它們可以廣泛應用于高性能服裝。在眾多負泊松比織物中，具有負泊松比效果的服裝在近年來發(fā)展非?？臁?/p>

現有技術的負泊松比織物都是基于使用針織技術來實現的。盡管負泊松比針織物有較好的適形性，它們的平面力學性能和結構穩(wěn)定性不如機織物，并且重復拉伸后會導致負泊松比效應失效，再加上編織復雜且困難使得負泊松比針織物的應用前景十分有限。

技術實現要素：

針對上述技術中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種負泊松比機織物及制造方法。通過常規(guī)的紗線來織造具有負泊松比效應的機織物是一種完全的創(chuàng)新，而且在現今市面上依舊不存在這種新型結構。本發(fā)明的主要目標是，通過常規(guī)的紗線來織造出具有厚度較小和成型性更好，可以很容易加工成服裝的負泊松比機織物。除了許多由于固有的負泊松比結構，高體積變化和耐磨性等有益特征使此種開發(fā)出來的負泊松比機織物還具有優(yōu)異的成型性，使得該機織物可以在服裝生產中被用在高性能的貼身衣物上。本發(fā)明的目的是提供一種或多種具有高彈性、高延展性以及負泊松比效應穩(wěn)定的機織物，從而改善負泊松比針織織物和傳統(tǒng)機織物存在的上述缺點和不足，并且制造方法簡便有效，使得大規(guī)模生產具有負泊松比效應的機織物變得簡單并易于實現。

本發(fā)明解決技術問題采用的技術方案是：提供一種負泊松比機織物，由最小重復織物結構單元重復組成，所述最小重復織物結構單元由經紗和緯紗共同交織構成，所述最小重復織物結構單元的形狀結構是內凹多邊形、旋轉多邊形、星形蜂窩結構、交聯(lián)多邊形或者內凹折疊結構，使機織物在其平面一個或多個方向上呈現負泊松比或零泊松比效應。

優(yōu)選地，內凹多邊形包括內凹四邊形和內凹六邊形，旋轉多邊形包括旋轉三角形、旋轉矩形和旋轉正方形，交聯(lián)多邊形包括交聯(lián)六邊形、交聯(lián)四邊形和交聯(lián)三角形，內凹折疊結構包括內凹折疊正交條紋結構、內凹折疊橫豎線形、內凹折疊斜線形、內凹菱形線結構、內凹方形線以及基于任何上述內凹折疊結構組合的形狀結構。

優(yōu)選地，所述經紗是彈性紗線或者非彈性紗線。

優(yōu)選地，所述緯紗是彈性紗線或者非彈性紗線。

優(yōu)選地，所述經紗和緯紗中至少一個使用彈性紗線。

本發(fā)明還提供了一種負泊松比機織物制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

S1：紗線上漿，將經紗和緯紗通過PVA(聚乙烯醇)溶液進行表面上漿，為后續(xù)織造工藝做準備；

S2：織物織造，采用常規(guī)織機，使上漿后的經紗和緯紗共同交織構成最小重復織物結構單元，并不斷重復織造機織物；

S3：織物后處理，通過洗滌去除織物上的漿料，在干燥和松弛后產生具有負泊松比效應的機織物。

優(yōu)選地，所述最小重復織物結構單元的形狀結構是內凹多邊形、旋轉多邊形、星形蜂窩結構、交聯(lián)多邊形或者內凹折疊結構。

優(yōu)選地，內凹多邊形包括內凹四邊形和內凹六邊形，旋轉多邊形包括旋轉三角形、旋轉矩形和旋轉正方形，交聯(lián)多邊形包括交聯(lián)六邊形、交聯(lián)四邊形和交聯(lián)三角形，內凹折疊結構包括內凹折疊正交條紋結構、內凹折疊橫豎線形、內凹折疊斜線形、內凹菱形線結構、內凹方形線以及基于任何上述內凹折疊結構組合的形狀結構。

優(yōu)選地，在步驟S2中，所述經紗是彈性紗線或者非彈性紗線。

優(yōu)選地，在步驟S2中，所述緯紗是彈性紗線或者非彈性紗線。

優(yōu)選地，所述經紗和緯紗中至少一個使用彈性紗線。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的說明，附圖中：

圖1(a)表示拉伸負荷下常規(guī)或正泊松比材料的變形行為；

圖1(b)表示拉伸負荷下拉脹或負泊松比材料的變形行為；

圖2(a)表示一個常規(guī)的六邊形形狀；

圖2(b)表示一個常規(guī)的六邊形形狀的結構單元；

圖3(a)表示一個拉脹或負泊松比的六邊形幾何形狀；

圖3(b)表示一個拉脹或負泊松比六邊形形狀的結構單元；

圖4(a)表示了彎曲條件下常規(guī)或正泊松比材料變形行為；

圖4(b)表示了彎曲條件下拉脹或負泊松比材料變形行為；

圖5(a)提供了本發(fā)明的負泊松比內凹六邊形機織物示意圖；

圖5(b)提供了本發(fā)明的負泊松比內凹六邊形機織物拉伸時的變形行為；

圖6(a)對應本發(fā)明中一個或多個具體實例，負泊比機織物沿經向拉伸測試時的代表性負泊松比測試結果；

圖6(b)對應本發(fā)明中一個或多個具體實例，負泊比機織物沿緯向拉伸測試時的代表性負泊松比測試結果；

圖7(a)是表示旋轉三角形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(b)是表示旋轉矩形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(c)是表示旋轉方形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(d)是表示蜂窩形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(e)是表示交聯(lián)三角形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(f)是表示內凹折疊正交條紋結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(g)是表示內凹折疊橫豎線結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(h)是表示內凹折疊斜線形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(i)是表示內凹折疊菱形結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(j)是表示內凹折疊方格結構的負泊松比機織織物的示意圖；

圖7(k)是表示內凹折疊鋸齒結構的負泊松比機織織物的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的負泊松比機織物是由彈性紗線、非彈性紗和專門設計的經緯紗交織圖案的組合來實現的。彈性紗線具有彈性的結構和良好形變回復能力，而非彈性紗線和花型組合成的體系結構會產生負泊松比效應。此種結構所兼有的彈性和負泊松比效應，使之可以用在高性能的運動服上。彈性將有助于衣服的不同部位在運動或鍛煉時的變形，而負泊松比效應有助于衣物在運動和鍛煉過程中貼合連續(xù)變化的體形?？椩斐鼍哂胸摬此杀鹊臋C織物是可能的，但應當選用特定的經緯線交織圖案來形成特殊的負泊松比幾何形狀。

本發(fā)明設計了一類新型的具有不同的幾何形狀的負泊松比機織物，該織物可以基于常規(guī)織造技術和常規(guī)的紗線來生產。在一個優(yōu)選的實施方案中，用于制造負泊松比機織織物的方法包括以下步驟：

步驟S1：將PVA(聚乙烯醇)作為上漿材料涂在彈性和非彈性紗的表面上，以提高紗線的強度，以便紗線可以在織造過程中承受應力。之所以讓彈性紗線和非彈性紗線在織造之前先進行PVA(聚乙烯醇)處理，目的主要是提高紗線的強度，并將棉或聚酯纖維固定到芯紗氨綸上，以防因為紗線與紗線或者紗線與機械部件摩擦造成的解纏。

步驟S2：通過使用彈性和非彈性紗織造負泊松機織物。如圖5(a)所示的單層負泊松比機織物的織造是由CCI劍桿引緯織機與多臂開口裝置完成的。對于負泊松比機織織物，可以使用彈性紗線(棉或聚酯纖維氨綸包芯紗)作為經紗和緯紗，以及非彈性紗線(棉或聚酯纖維)作為經紗和緯紗。參照圖3(b)，優(yōu)選的負泊松比機織織物的單元結構為內凹六邊形網孔。其中，由步驟S2制成的織物的厚度僅為1.84毫米。

參照圖3(b)，在最小重復單元或結構單元上，標示3和標示6的線段長度是相等的，標示1、2、4和5的線段的長度也是相等；標示3和6的線段、標示1和4的線段和標示2和5的線段分別是平行的。參照圖5(b)，當織物在一個方向上進行延伸，圖3(b)中的線段1、2、3、4、5和6相應地被彎曲或拉伸，并使該織物在垂直于延伸方向的方向上也實現延伸，從而達到負泊松比效果。

為了清楚的解釋，本發(fā)明中提到的織物的實例是通過多臂開口機構來制造得到的經緯交織的負泊松比機織物。然而，應該認識到，本發(fā)明的織物可以通過任何開口機構來生產，不限于提花開口機構。

為了清楚的解釋，本發(fā)明中提到的織物的實例是通過劍桿引緯來制造得到的經緯交織的負泊松比機織物。然而，應該認識到，本發(fā)明的織物可以通過任何引緯系統(tǒng)產生，不限于空氣噴射引緯系統(tǒng)。

另外重要地，本發(fā)明的一個巨大優(yōu)勢是本發(fā)明的負泊松比織物可以使用許多市面上銷售的織機與任何類型的開口機構，和引緯系統(tǒng)來織造，從而大大降低了制造成本。

步驟S3，后織處理：上述織物先用熱水清洗，接著干燥。放松后的織物結構變得如圖5(a)所示具有內凹六邊形單元排列而成的結構。取得從織機下來的織物之后，將其在60℃下進行熱洗滌，持續(xù)約30分鐘，隨后在高溫下滾筒干燥。洗滌和干燥后，織物結構的結構單元由具有彈性和非彈性紗的經紗和具有彈性和非彈性的緯紗交織后產生的收縮作用而呈現內凹六邊形幾何形狀。以這種方式，可以得到如示意圖5(a)所示負泊松比機織織物。可以清楚地從圖中可以看出，圖5(a)中的負泊松比機織織物結構單元是具有六個側面的內凹六邊形，這樣的結構單元可以使織物產生負泊松比效應。

負泊松比效應是基于經紗和緯紗的交織結構，以及結合彈性紗線和非彈性紗線的不同的收縮效應引起的。但在具體織造時，一定要保證經紗或者緯紗至少其中一個選擇彈性紗線或者兩者都使用彈性紗線來織造，而兩者同時使用非彈性紗線是無法產生負泊松比效應的。圖3(b)所示的幾何結構是一個內凹的六邊形，這種結構的壁的變形被認為是使織物產生負泊松比效應的原因。

以上討論的負泊松比材料具有與正的泊松比材料不同的性質，如在縱向拉伸時會發(fā)生橫向膨脹。因此，可以通過對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案制成的負泊松比機織織物進行拉伸測試，以驗證其負泊松比的效果。圖5(b)是本發(fā)明的拉脹或負泊松比機織物在拉伸狀態(tài)下的的示意圖。從圖中可以清楚地看到，本發(fā)明的負泊松比機織織物在沿著緯紗或經紗的方向上拉伸時，織物沿垂直于拉伸方向變寬?？椢锏牟此杀仁前础袄脵M機開發(fā)負泊松比織物”一文中提供的方法測試的(Hong Hu et al.，Journal of Textile Research，2011，81(14)，1493-1502)。測試儀器采用的是Instron拉伸儀器。

圖5(b)表示的是本發(fā)明織物在拉伸試驗下的負泊松比效果。沿經向拉伸時的泊松比應變曲線如圖6(a)所示，而沿緯向拉伸時的泊松比應變曲線如圖6(b)所示。從泊松比應變曲線中可以看出，本發(fā)明中織造的負泊松比機織物在高達100％拉伸時依舊具有非常高和穩(wěn)定的負泊松比值。

在本發(fā)明中，除如圖3(a)所示的內凹六邊形結構，也可以使用具有方形網格結構的機織物和具有矩形網眼結構的機織物?？梢岳斫獾氖潜绢I域的技術人員可以根據實際需要使用任何一種具有網狀結構的機織織物，只要機織織物可以與網狀結構在拉伸后產生負泊松比效應。

此外，除了基于上述的內凹六邊形單元結構，在本發(fā)明中，具有負泊松比效應的結構也可以是如圖7(a)所示的一個旋轉的三角形結構；如圖7(b)所示的旋轉矩形結構；如圖7(c)所示的旋轉正方結構；如圖7(d)所示的星形蜂窩結構；如圖7(e)所示的交聯(lián)三角形網格結構；如圖7(f)所示的內凹正交條紋的網格結構；如圖7(g)所示的內凹橫豎條紋的網格結構；如圖7(h)所示的內凹斜條紋的網格結構；如圖7(i)所示的內凹菱形條紋的網格結構和如圖7(j)中所示的內凹方格網格結構的折返折條紋。

在本發(fā)明中，也可以生產多層的負泊松比機織織物，第一織物層可以具有與第二織物層相同的結構或具有與第二層不同的結構，并且也可以具有與織物的第二層對稱或不對稱結構。由于負泊松比效應的結構不是唯一的，所述第一層和第二層的結構可具有多種選擇。

本領域技術人員除了使用非彈性(棉或聚酯)和彈性(包芯氨綸棉紗或聚酯)紗線，也可以根據實際需要，選擇諸如聚乙烯纖維，聚丙烯纖維，聚酰胺任何其它合適的熱塑性纖維和聚氨酯纖維或任何其它彈性纖維等，而且用于本發(fā)明中的彈性和非彈性紗線的材料可以是其它種類的化學纖維單絲，復絲或紡制而成的紗。

如圖4(b)所示，當經受超出平面的彎曲時，具有負泊松比的材料拉脹并顯示出同向彎曲性。因此，本發(fā)明的經緯負泊松比機織結構的織物在應用于服裝制造時，當受到外力時，相比于其他正泊松比的織物，在不同的接合部體的移動使得織物在主體上有更好的適應，而且不會限制關節(jié)的運動。

圖5(b)所示的是平面力作用于負泊松比的機織物上的效果。其中一個實施例是，當縱向拉伸力作用于機織物時，其顯示出了橫向的膨脹，這意味著該機織物在橫向上發(fā)生了延展。因此，當由于肌肉擴張運動時，對本發(fā)明的負泊松比織物服裝產生平面上的作用力時，由于服裝尺寸和形狀的增加，使得衣服的變形行為與人體變形相一致，從而減少了服裝對人體的壓力。

由于已知負泊松比材料在適應側向變形方面是一個不錯的選擇，因此在制造高性能運動服時使用負泊松比織物替代傳統(tǒng)的織物將是十分有益的。目前，在運動服中使用的針織面料都有橫向收縮的問題。相反，負泊松比機織物可以消除這種不良的后果。因此，本發(fā)明提供了一種由經紗和緯紗交織而成的具有負泊松比效果的機織結構，使得其應用在制作服裝時，能夠很自然的貼合人體形狀，而且還具備各個方向同時擴大或收縮的能力。

綜上所述，本發(fā)明用于制造負泊松比機織織物的方法具有成本低，操作簡便的優(yōu)點。本發(fā)明的負泊松比機織物的負泊松比效應是顯著的，織物的彈性回復性和可擴展性十分優(yōu)越。該織物可用于制造高性能貼身服裝，并具有很高的商業(yè)潛力。

進一步地，本發(fā)明的實施例還包括，上述實施例的各技術特征，相互組合形成的負泊松比機織物及制造方法。需要說明的是，上述各技術特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發(fā)明說明書記載的范圍；并且，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。