彈性針織布織造參數對拉伸模數的影響控制

近年來彈性紡織品市場逐漸擴展，因其具有可自由活動（Free Movement）、容易保養（Easy Care）、合體（Fit）、服裝保形性（Keep Shape）、可創造布料壓力等特點，在人口高齡化、消費者健康休閒意識提高以及千禧年世代朝向Athleisure的生活型態等發展背景下，彈性紡織品的特點正好符合市場需求，因而逐漸成為市場主流。彈性紡織品在服裝的終端應用十分廣泛，不論時裝、內衣、運動及戶外服飾、塑身衣、甚至醫療用壓力服飾等皆需採用彈性紡織品，然而人體不同的身體部位、或從事不同的活動，對於服裝所需的彈性伸展幅度及服裝壓均有很大的差異，會影響穿著者的舒適度、運動效能、甚至是醫療效果。

根據Euromonitor（2018/06）資料指出，2017年全球前十大運動服飾品牌依序為NIKE（8.5%）、adidas（7.9%）、Under Armour（2.9%），除前列三大品牌外，Lululemon、Reebok、Asics、Mizuno等其他運動品牌也相當關注布料的精準彈性控制。近年來隨著彈性服飾所採用的彈性纖維比重及布料強度（Power）逐漸增加，消費者對於不同彈性服飾之穿著體感與舒適度也常感受到明顯的差異，過往品牌客戶僅以最終成品布的規格（包括：幅寬、碼重、平方米重、紗線材質比重等）作為驗貨的標準，此問題促使國際品牌開始愈來愈重視彈性布料「精準彈性控制」的指標（如：布料伸長率與拉伸模數Tensile Modulus、服裝壓等指標）。面對國際品牌客戶的要求，目前大多數台灣布廠仍未能精準掌握彈性控制技術，業者僅能憑藉經驗，在布料定型加工段不斷修正解決問題，如此容易導致彈性布料產生回復性不佳、品質不穩定等問題。

因應上述問題，本篇技術實驗規劃主要為找出影響拉伸模數的關鍵控制參數之最佳參數，進而依據參數模型作為設定關鍵控制變數的準備。彈性針織布關鍵參數實驗分析探討織物規格與應力應變控制參數調整應用，透過本技術建立標準化針織織造參數控制技術，有助於布料供應商對彈性布料精準彈性控制，為業界帶來更大的效益。

影響拉伸模數的關鍵控制參數

一、彈性針織布拉伸模數與應力應變關係

（一）彈性針織布拉伸模數與伸長回復率

當彈性布料或纖維無受力狀態下，施以外力（應力）作用進而產生相對伸長變形（應變），若將此定應力除去，彈性布料或纖維的應變會隨時間逐漸回復到未受力時的狀態，則變形伸長回復程度稱為回復率（通常無法回復達到最初狀態）。一般伸長回復程度則與織物機械性能相關，如圖1可了解彈性布料的伸長回復率與拉伸模數之間的變化關係。
 

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖1　彈性伸長回復率與拉伸模數關係圖
 

以下針對應力、應變（彈性伸長率）、拉伸模數（Tensile Modulus或稱彈力Power）與彈性回復率等相關名詞闡述說明：

1. 應力（Stress）

又稱拉伸應力（Tensile Stress），應力（Stress）定義為單位截面積上的受力大小，意指彈性布料在拉伸形變時，其內部材料與結構所產生的抗拉作用（Resistance to Stretch）以抵抗形變，在未達織物的拉伸強力極限之前（Tensile Strength），其拉伸外力與抗拉力大小相同、方向相反，並力圖恢復到拉伸前的狀態。

2. 應變（Strain）

又稱彈性伸長率，表示當彈性布料受到外力作用，單位長度或單位體積產生尺寸上的變化量，這種尺寸上的變化稱為應變（Strain），因此當彈性布料受到固定之荷重之伸長率=△L / L0，其中L0為布料原始長度、△L為尺寸變化量。一般而言，不同服裝類別，因肢體伸展的差異，所對應的彈性伸長率之需求也不同。

3. 拉伸模數（Tensile Modulus）

又稱彈力Power，定義為「應力/應變（Stress / Strain）」，其代表應力與應變的曲線的斜率關係，即彈性布料在一定的形變量下的抗拉力。一般而言，彈性布料應力與應變成正比關係，當彈性布料的拉伸模數愈大、布料的彈力愈大，代表在特定伸長量下布料的阻力愈大，因此愈不容易拉伸變形。通常隨著彈性纖維含量增加（改變彈性纖維粗細度或在增加彈性纖維比例含量），布料拉伸模數（Power彈力）也會變大。

4. 伸長回復力（Recovery）

伸長回復力意指彈性布料拉伸後回復到未受力時的狀態的能力，用來表示彈性布料拉伸後恢復到原始狀態的程度，而布料彈性回復性的優劣，會影響彈性服飾（特別是採用Power Stretch的壓力服飾）的耐用性與品質。量測方法為透過拉伸後放開至無張力狀態，並觀察布料在一定時間內返回原始狀態的百分比（伸長回復率）。一般而言，布料加入彈性纖維後，有助於使布料結構具有更好的彈性回復性和拉伸模數或稱更佳的彈力。

• 伸長率（Elongation under load）= L1-L0 / L0
• 回復率（Recovery）= L1-L2 / L1-L0

L0：未加外力時的原始長度、L1：施加外力伸長後的長度、L2：去除外力一定時間後的伸直長度

（二）彈性針織織物結構與應力應變關係

針織布由於其具有針環組織的結構型態，因此布料彈性伸展主要來自紗環（Loop）的形變，其紗環以左右併排、上下套疊的形式組成，在施以一定力量的拉伸下，所產生的彈性伸長率變化量，但以彈性紡織品應力應變關係曲線看出（參見圖2），彈性布料最大的拉伸程度（伸長量）主要取決於布料的密度與組織，布料結構越鬆散，拉伸的幅度越大。彈性布料的伸長率極限（Tensile Elongation）是控制在主紗的織造喂紗長度（緊度係數、紗環長）與布料組織（如：單面二線魚鱗針織布相較於單面平紋針織布，因組織具備緯向浮長而限縮拉伸所產生的最大形變量）結構等因素，依過往研究探討彈性纖維的控制參數（含量比例）並不會影響伸長率的最大值，但彈力（Power）、拉伸阻力（Resistance to stretch）與彈性回復力（Recovery）則與彈性纖維的粗細有正相關聯性，不同彈力在定伸長下的抗拉阻力變化與應力應變關係（參見圖5）。
 

資料來源：http：//advances.sciencemag.org/content/3/1/e1600327.full

圖2　彈性紡織品的應力應變關係
 

（三）影響拉伸模數的製程關鍵控制參數

一般而言，彈性布料的應力與應變成正比關係，因此當彈性布料的拉伸模數愈大表示布料的彈力愈大，布料在一定形變量下的拉伸阻力愈大其伸長回復性愈好，代表愈不容易變形，通常影響彈性回復程度優劣的因素相當多，與織物機械性能亦有密切關聯性，特別是需具有高彈的服裝布料。本技術實驗規劃將影響拉伸模數之關鍵控制參數，設定以主紗織造喂紗量（喂紗長度）、紗環長、主紗緊度係數[1]（參見圖3）及彈性纖維延伸倍率（參見圖4）、縮練（成品規格）、胚定（超喂/縮碼、擴幅/縮幅）及定型溫度[2]等變因分別對拉伸模數與伸長回復率的影響變化關係分析，以作為彈性針織布料穩定規格的參數設定。

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖3　主紗緊度係數與拉伸模數的關係

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖4　彈性纖維延伸倍率與拉伸模數的關係

[1] 主紗緊度係數（T.F.）=

[2] 定型溫度提高雖能增加布料的尺寸安定性，但溫度過高會影響彈性回復性。

二、穿著舒適性的布料彈性參數設計

（一）服裝穿著舒適性的影響關鍵

一般而言，服裝依終端用途不同相對的對布料性質的需求也不同，最重要的就是需符合舒適度及彈性伸展特性，因此製作服裝須符合其中一項因素：「合身性」，此與尺寸大小、衣服壓、款式設計、人體工學都有關係。身體活動過程中，關節周圍區域會擴張和收縮，因此服裝的彈性伸展便需依據身體活動的模式而設計，由於彈性纖維被普遍應用後，不同身體部位與不同的肢體伸展而有很大的差異，對於服裝合身性與伸展性都大幅改善，對於款式類別也有極大區隔。通常不同服裝類別，因肢體伸展的差異，所對應的彈性伸長率之需求也不同。根據南亞塑膠報告所做的分類（參見表1），將彈性伸長率範圍分成四個等級，不同伸長率其對應的彈性分類與服裝適合應用的終端用途也有所不同。

表1　彈性伸長率分類及對應的終端服飾應用範圍

資料來源：南亞塑膠公司
 

為達到最佳的穿著舒適性，彈性服飾需依不同活動用途與身體不同部位所需的皮膚伸展量設計適切的伸長率，皮膚最大的伸長率依不同身體部位與不同的肢體伸展而有很大的差異（參見表2），不同的位置動態尺寸與靜態尺寸的變異量不同，而布料彈性也需要超過動態尺寸變異量的1.5倍，才不會造成織物過度拉伸而產生彈性疲乏。

表2　穿著者日常生活活動時，皮膚的最大伸長率

資料來源：荒谷善夫等（1984），〈人體伸展之比例〉，《纖學誌》，No.4，p318
 

（二）穿著舒適性與彈性布料拉伸模數的關係

服裝的拉伸彈性需依據身體活動的部位設計，例如：當膝蓋彎曲時，腿部在膝蓋骨上方的長度增加，而對應在膝蓋後部的長度會縮小，並隨著肌肉組織和脂肪移動到不同位置，彎曲區域也會隨之增加。因此，對應的服飾若未能依身體不同部位而設計適切所需的伸長率，將容易造成人體穿著的不舒適感。如：Hatch（1993）即針對不同服裝類型彈性依布料之最小伸長率與最小回復率進行分類，以運動用服裝（Activewear）的需求為例，對布料要求的最小伸長率約35~50%、最小回復率為94%（參見表3）。但人體在動態的情況下肢體需要較長的伸長率與布料的可伸長量，因此必須考量彈性布料之設計，在相同的負鬆分下，不同Power彈性布的表現（參見圖5），於織物結構上或彈性纖維含量的差異可以設計不同彈力（Tensile Modulus）之布料，通常布料在特定伸長量下布料的阻力愈大，拉伸模數（Power彈力）也會變大，布料愈不容易拉伸變形。

表3　不同服裝種類彈性依布料之最小伸長率與回復率（在舒適美觀的情況下）

資料來源：Hatch（1993）

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖5　彈性布料定伸長率下的抗拉阻力

彈性針織布關鍵參數實驗分析與控制

一、彈性針織布織造準備

本技術實驗所採用的布料為單面彈性圓編針織布，其使用紗線原料與織機設備規格說明如下（參見表4）：

原料使用

主紗為聚酯假撚加工紗，彈性紗採用白色ROICA®聚氨酯彈性纖維。

織造設備

以單面圓編針織機織造，織機規格為32針；針筒直徑為32”（參見圖6）。

織物試驗儀器：

等速伸長型拉伸試驗機/家用水洗實驗機。

表4　織造紗線規格與針織機規格

資料來源：紡織綜合所研究整理
 

二、彈性針織布織造參數與規格設定

（一）針織織造關鍵參數設定

本技術規劃以目前供應市場主要彈性針織布料規格：成分重量比（%）PET/Spandex 88/12，並以此規格作為織造參數之標準設定，規劃以主紗PET（緯列長度、紗環長度、緊度係數）與彈性纖維延伸倍率等控制參數為自變數，參數控制設定如下：

• 第1組參數設定：主紗喂紗長或緯列長度[3]=800 CM，改變彈性纖維延伸倍率（2倍、2.5倍、3倍）。
• 第2組參數設定：彈性纖維延伸倍率=2.5倍，改變主紗喂紗長CM（700、800、900）。

依本次參數設定規劃計織造產出6組胚布（編號參見表5），作為本技術彈性針織布料應力應變參數試驗基礎，並分別分析Modulus、布重、幅寬（經緯密）等三項因變數。

織物緊密程度會依使用紗線粗細與織造喂紗長及張力調整而變化，進而影響布料碼重與幅寬，因此織造參數設定需視布料規格需要而調整，此參數稱為緊度係數（Tightness factor），用來表示織物結構緊密程度關係，由織造單一紗環長度與紗線支數間的比數關係求得：

T.F.：緊度係數、Tex：德克支數、ℓ：單一紗環長（㎝）

紗環長度決定影響組織結構緊度與密度，當紗環越小或紗線愈粗則緊度係數大布匹越緊密，織物規格不論使用何種紗線其織造緊度係數之變化不會因使用機台不同而改變。

[3] 緯列喂紗長 = 單一紗環長 x機台總針數

表5　胚布織造編號與參數設定

資料來源：紡織綜合所研究整理

（二）彈性針織織造參數調控

依照前節表5規劃之參數設定數值，調整主紗喂紗長度與彈性纖維送絲張力與牽伸，透過送紗盤內徑尺寸增減變化來控制織機送紗器傳動皮帶之送紗速度以調整主紗紗環長設定（請參見圖7），並以紗速器確認送紗長度，目前業界已普遍採用紗長自動計算顯示裝置如圖6所示。對於紗線張力調整是指紗線在從儲紗器至喂紗嘴之間所測得的張力，為紗線在送紗與織造區間必需之預張力，因此彈性纖維也因織造送紗速度與張力調整而使延伸倍率隨之變化，紗線盡可能在平整穩定的狀態進入織造區，依前述方法將主紗喂紗長度與彈性纖維調整至實驗所需要之參數數值。由於彈性纖維具有張力伸縮特性，目前台灣彈性針織廠在數據的採集多以人工方式手動記錄，往往會因人為因素而導致採集數據不夠客觀，無法正確測得織造時喂入紗嘴織造數據來計算彈性纖維之延伸倍率，因此參考業界彈性針織織造提供以下方法量測步驟：（參見圖8與9）

1. 量測Spandex紗架至喂紗口紗道距離長度（L0）後再將此段之彈性纖維剪下。
2. 若L0之距離長度為80cm，回縮後原始長度30cm，牽伸倍率[4]為80/30=67。
3. 如果是30D Spandex，織入時大約是30D/2.67=11.2D。

[4]依據文獻，彈性纖維的喂入張力，0.25g/d彈性纖維延伸3.5倍，0.2g/d彈性纖維延伸3倍，0.15g/d彈性纖維延伸2.5倍

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖6　單面圓編針織機
 

近年來國外設備廠如德國的Memminger-Iro、義大利的LGL及BTSR，均有推出「高精密電子式恆定張力送紗器（Constant Tension Feeders）」，直接於機上測得彈性布料製程資料取代人工調整方式，且能預設主紗/彈性紗之喂紗張力及延伸倍率，並即時偵測及回饋紗線張力至伺服器馬達，達到線上監測的功能。

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖7　送紗速度控制主紗與Spandex的參數調整

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖8　Spandex紗架至喂紗口紗道距離

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖9　量測Spandex回縮後原始長度
 

緊度係數（Tightness factor）：表示織物結構緊密程度關係，由織造單一紗環長度與紗線支數間的比數關係求得，紗環長度決定組織結構緊度與密度，當紗環越小或紗線愈粗則緊度係數大布匹越緊密，以本技術規畫之編號2-1布樣舉例說明，其計算方法如下：

• 織機規格：32G╳32"╳128F╳3200T
• 主紗：PET 75D/144f 喂紗長800cm
• 紗環長： 800cm/3200T=0.25cm
• ：75Dx 0.111=2.88
• 緊度係數T.F.：2.88/0.25=11.5
• 紗環長度與紗線支數間的關係：線支數粗＝緊度係數大＝布匹越緊密
• 紗環越小＝緊度係數大＝布匹越緊密

（三）彈性針織布穩定規格的控制參數

穩定的成品規格設定可以維持彈性布料尺寸安定性與拉伸模數，如本節所述胚布在織造時之參數設定就已經決定了布疋本身的DNA（主紗的喂紗長度、彈性纖維的延伸倍率），但由於針織布易受外力而產生形變，對於原料使用的差異性（如：聚酯與棉等）導致洗滌後收縮與縮率因素，目前織造廠對於彈性布料下機後的量測缺乏一致性的作業方法與流程，此也導致彈性布料各工序關鍵參數不易掌握。為避免影響實驗過程中量測的結果產生數據誤差而誤判，因此在織造落布後之胚布必須確認在無外來張力的原始狀態下、回潮時間需相同、取樣位置也需相同[5]之情形下進行，於取樣後需將布料平整靜置於標準溫溼度環境下72小時[6]進行乾式回縮，讓布料可達到尺寸安定性的穩定狀態量測布重與幅寬數據。

1.彈性針織布回縮控制

織物在完全回縮穩定狀態下可分為「胚布乾式回縮狀態」、「濕式回縮-脫水後標準環境自然乾燥狀態」及「濕式回縮-無張力烘乾狀態」三種，乾式回縮是以胚布規格[7]下進行回縮狀態控制；濕式回縮則是經過集束式染色後取2碼進行無張力烘乾後之回縮狀態，因布疋經向受到應力拉伸對紗環形狀產生經向的影響（不可逆），紗環變化差異如圖10所示。為簡化實驗參數取樣數，本技術將以「胚布乾式回縮狀態（以下簡稱乾式回縮）」所量測之幅寬、布重與經緯密等數據，作為彈性針織布料在成品定型前的穩定規格參數，經乾式回縮後將測得之參數與胚布規格比較（請參見表6），並依此設定做為彈性織造控制變數與影響拉伸模數的關係評估。

[5] 布料由織機落布時，位於前、中、後位置的布料回縮率均不同。

[6] 布料乾式回縮之最佳回潮時間為72小時，原則上回潮至少需24小時才能獲得較佳的尺寸安定性。

[7] 由織造參數所決定：主紗的緊度係數、彈性纖維延伸倍率。

表6　胚布規格與乾式回縮後參數比較

資料來源：紡織綜合所研究整理（2019/12）
 

資料來源：紡織綜合所整理

圖10　不同回縮狀態後紗環變化差異
 

2彈性針織布的胚布定型參數設定

彈性針織物於織造過程中會有應力產生，若應力無經過適當消除處理將會影響織物的拉伸模數、手感、碼重等，因此織物於生產過程中透過縮練工序而進行應力消除（完全回縮），如表6以胚布測得之的乾式回縮規格數據，即作為本技術在成品定型前的穩定規格控制參數。圖11所示為目前業界染整現場生產的聚酯彈性針織布從胚布→精練→胚布定型→染出成品定型的染整工序。

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖11　彈性針織布染整工序
 

針對本技術規劃之6組聚酯彈性針織布以連續式開幅縮練機進行縮練水洗與定型加工，織物經過5槽水洗縮練並經過8節烘乾定型。本技術在定型加工參數設定中特別規劃不同之定型溫度加工，用以比較同1組的彈性針織布縮練後，經不同溫度之熱定型對後其尺寸安定性之影響（水洗縮率）。此6組的水洗縮練參數與定型參數設定請參見表7與表8。由於本技術規劃僅針對織造參數控制對成品規格與拉伸模數之關係作探討，尚未擴及深入分析染色對布匹幾何的影響，如：

• 集束式染色對織物產生經向應力的影響，對紗環產生永久性的變形，幅寬變窄，碼重變輕。
• 染色後產生織物重量變化：如纖維的重量損失，染料增加碼重（依染料深淺而異）。

因此未來仍有待實驗分析找出染色後（完全回縮）對成品規格設定（幅寬、碼重）影響參數。

表7　連續式水洗縮練參數

資料來源：紡織綜合所研究整理

表8　縮練後定型參數設定

資料來源：紡織綜合所研究整理

推定彈性針織布的胚定與成品規格關係(表6所得參數)，作為成品規格的設定依據，舉本技術實驗規劃編號1-2為例說明胚布參數與成品規格參數設定關係：

• 織造參數設定PET 75D/72f （T.F.=11.5） + 30D spandex （延伸倍率2.5倍）
• 胚布乾式回縮後規格大約為：60”x 300g/y

假設預估集束式染色後對布料規格的影響為：碼重較輕5%、幅寬較窄5%，所以胚布定型時參數須以胚布乾式回縮後規格為基礎：幅寬必須擴幅5%：60÷0.95=63”，碼重縮碼5%：300÷0.95 =316g/y，所以縮練後胚布定型之參數設定為63”x 316g/y。

染色後，理論上布料在布匹幾何上若完全回縮則織物規格就會回復到60”×300g/y，再加上染料的附著重量約增加5%：300×1.05=315g/y。

因此編號1-2布樣獲得最終的成品規格碼重為：60”× 315g/y。

本技術規劃6組不同織造參數變化之聚酯彈性針織布以連續式開幅縮練機進行縮練水洗與定型加工（外加1組溫度變因定型布樣），經加工實驗所量測獲取之編號與規格參數資料比較（請參見表9），表中成品編號所代表之含意說明如下：

• 編號的前2碼，代表不同織造參數變因設定。
• 編號的第3碼，1代表定型碼重接近乾式回縮，2代表定型碼重較輕，3代表定型碼重最輕。
• 編號末碼英文代號，代表縮練後定型參數設定。

表9　彈性針織布胚定與成品規格的參數比較

註：縮練定型後編號與規格：數字的第3碼，1代表定型碼重接近乾式回縮，2代表定型碼重較輕，3代表定型碼重最輕。

資料來源：紡織綜合所研究整理（2019/12）

雖然於量化生產時建議以染色後定型之前的色布，以其無張力烘乾之後的幅寬碼重作為最適合的成品布幅寬碼重，但是目前業界針對客人訂單要求的不同成品規格時，仍大都是以同一組織造規格織出的胚布，再透過不同的定型參數加工去符合客人的訂單成品規格需求，如此往往造成成品規格不穩定、縮率大或物性無法通過測試等等。所以針對品牌客戶所要求的成品布幅寬碼重，建議調整織造條件，以吻合最適合的成品規格，不建議以熱定型的手段解決（雖然溫度可以解決縮率的問題）；如果以擴幅拉碼定型，將導致布重降低、拉伸模數Tensile Modulus（Power）變大且回復性變差，而不易達到品牌客戶對彈性布料彈性伸長率與回復率再現性的要求。

三、彈性針織布拉伸特性的關鍵控制參數實驗

目前國際市場針對彈性布針對布種與用途有不同的試驗方法，對於檢測彈性布料拉伸模數Tensile Modulus（Power）與彈性回復率之關係，是判斷彈性布料對於服裝的合體性（Fit）和舒適性（Comfort）的重要標準。多數國際運動品牌針對「定伸長下的布料抗拉力量亦為拉伸阻力（拉伸模數Tensile Modulus / Power）」及「定荷重下的布料伸長量（Tensile Strain或稱Elongation Under Load）」之檢測方法，高彈性布料檢測方法主要依據ASTM D4964（參見表10），是以等速伸長型（CRE）拉伸試驗機（Constant –Rate-of-Externsiln Tensile Testing Machine，CRE請參見圖12）取得量測布料力量的數據；之後檢測量取解荷重後彈性布料伸長回復率數據，則採用低彈性針織布料ASTM D 2594標準檢測方法（靜態拉伸回復試驗機，請參見圖13），本技術彈性伸長回復率量測方法如下：

1.試驗循環數往返五次。

2.定伸長：40%伸長應力與回復率（人體在日常活動下之最大皮膚伸長率）將彈性布料樣本固定伸長量後，進行布料抗拉力量量測，以分析不同布料間的抗拉阻力（Tensile Modulus），及瞭解彈性布料Power的差異。

3.定荷重：4500g與100N之伸長應變率與回復率量測「定荷重下的布料伸長量」，意指將不同彈性布料樣本施予固定的拉伸力量後，進行布料伸長率的量測，以分析不同布料間的彈性阻力（Tensile Modulus），定荷重檢測方法針對不同的布料給予相同力量的拉伸，若布料可拉伸的長度愈長，代表布料的彈性壓力（Power）愈小。

4.解荷重之後，量測60秒、1小時後的彈性伸長回復率。

依據ASTM D2594檢測方法，檢測步驟為將布料保持於拉伸狀態放置2小時±5分鐘後釋放，並在無張力狀態下的60±5秒鐘與1小時±5分鐘後分別記錄量測值，以衡量布料恢復到其原始尺寸的程度（參見圖14）。彈性回復率（Recovery after load %）公式為：

A為未加外力時的原始伸直長度；B為施加外力伸長後的長度；C為解荷重後長度，進行張力或拉伸試驗之前，需將樣品布料置於濕度平衡狀態，讓樣品布料放鬆（Relax），無張力狀態下放置至少16小時[8]，以達到水分平衡後在標準環境中即溫度20±5°C和65±2％相對濕度進行測試。

[8]本實驗前的布料回潮與乾式回縮實驗方法相同在標準環境無張力狀態下放置72小時。

表10　彈性針織布料拉伸試驗測試方法

資料來源：紡織綜合所研究整理

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖12　CRE型拉伸試驗機

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖13　靜態拉伸回復試驗機

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖14　彈性布料的伸長率與回復率
 

本技術依前述試驗標準與項目進行彈性針織布拉伸試驗與伸長回復率量測並觀察其拉伸特性變化，分析比較織物規格參數與拉伸模數參數的影響關係。將本技術彈性針織成品規格與拉伸特性測試結果如表11所示。

表11　彈性針織成品規格與拉伸特性測試結果

資料來源：紡織綜合所研究整理（2020/01）

四、織造關鍵參數對成品規格與拉伸模數關係

針對本技術彈性針織織造實驗規劃所測得的參數資料（參見表9），分別分析彈性纖維延伸倍率、主紗緊度係數、定型碼重等織造關鍵控制變數對幅寬、碼重與經緯密等三項成品規格與拉伸模數（應力應變）變化的影響程度（參見表11）。

（一）織造控制參數對織物規格參數設定的影響

1. 彈性纖維延伸倍率（張力）與成品規格參數的關係分析

• 織造關鍵控制參數對織物規格的影響關係，如表12所示，當喂紗長參數不變時，彈性纖維延伸倍率越大時則織物幅寬變窄（成反向關係），碼重較重（影響不大），反之亦然。
• 彈性纖維丹尼數越粗，定荷重伸長率較低但相對拉伸模數（Power）彈力較大、拉伸回復率越好，相對得碼重較重、幅寬較窄（反向關係），反之亦然。

2. 緊度係數與成品規格參數的關係分析

• 如圖15與圖16中織造控制參數對織物規格（幅寬、碼重）的影響之模型中，主紗緊度控制變數對布重與幅寬的關係呈反向關係，由織造實驗結果（參見表13）比較，當主紗緊度係數T.F.越高（喂紗長度較短）則碼重變輕、幅寬較小，符合理論緊度係數與織物規格呈反向關係結果。
• 值得注意的是「主紗緊度係數」緊度低（喂紗長大）織物的經緯密降低，但布重卻變重，其原因主紗重量大於因織物緊度而回縮之重量，必須從布匹幾何原理中探討。

3. 定型加工（相對於乾式回縮的經向拉碼）與織物規格參數的關係分析

• 由表14量測結果顯示，比較在相同織造參數（T.F.與延伸倍率）經乾式回縮後同規格狀態下之布樣，以相同的定型參數設定（經向拉碼）對定型碼重（幅寬、碼重與經緯密）的影響不大。但因為定型拉伸設備距離長度因素，定型參數調整須有一定布匹長度，造成定型拉伸比（經向伸長緯密降低）不同，產生成品規格變異。
• 定型順序影響織物規格參數，因織物布匹上下堆積於布車上，造成下層布匹含水過重產生拉布張力而影響定型後織物規格。

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖15　織造控制參數對幅寬的影響
 

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖16　控制參數對碼重的影響

表12　彈性纖維延伸倍率對幅寬、碼重與經緯密的參數關係

資料來源：紡織所研究整理
 

表13　緊度係數對幅寬、碼重與經緯密的關係

資料來源：紡織綜合所研究整理

表14　定型碼重（相對於乾式回縮的經向拉碼）對幅寬、碼重與經緯密的關係

資料來源：紡織綜合所研究整理
 

（二）織造控制參數對應力應變參數的影響

1. 彈性纖維延伸倍率（張力）與拉伸模數及回復率的關係分析

• 在彈性針織布織造施以不同延伸倍率之彈性纖維其延伸倍率分別為2.1倍（編號1-1-A），2.5倍（編號2-2-A）、2.9倍（編號1-3-A），比較其應力應變與拉伸回復之差異性，拉伸實驗結果顯示（請參見表15），彈性纖維的喂絲張力越高（送絲速度越慢，牽伸倍率越大），對Elongation under load 伸長率與Tensile modulus （power）影響不大反而有下降變差之趨勢且延伸倍率越大對拉伸回復率也越差。因此彈性纖維張力對性能的影響關係並不成立。
• Spandex 丹尼數越粗，Elongation under load 伸長率較低、Tensile modulus （power）較大、回復率越好。

2. 緊度係數與拉伸模數及回復率的關係分析

如圖17顯示織造控制參數對拉伸性能的影響模型中，緊度係數對應力應變與回復率的影響都是正向關係，由表16實驗結果顯示，當主紗緊度越高（喂紗長度較短；T.F.越高），定荷重伸長率較低、拉伸模數（Power）彈力較大、拉伸回復率越好。

3. 定型碼重（相對於乾式回縮的經向拉碼）對拉伸模數及回復率的關係分析

• 拉伸實驗結果顯表示（參見表17），彈性織物在定型參數不變的情形下，織物經定型時的經向拉伸（相對於乾式回縮碼重拉碼），定型碼重越輕，經向拉伸模數（Power）彈力變大，緯向變小，經向回復率變好，緯向無明顯差異。
• 比較表11實驗結果，相同織造參數的彈性針織布受定型經向拉碼（拉伸）的影響與拉伸模數經向呈正向關係，緯向則是負向關係、回復率呈正向關係。
   

表15　彈性纖維延伸倍率對拉伸模數與回復率的關係

資料來源：紡織綜合所研究整理
 

表16　緊度系數對拉伸模數與回復率的關係

資料來源：紡織綜合所研究整理
 

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖12　Master Yarn緊度係數對性能的影響
 

表17　定型碼重（相對於乾式回縮的經向拉碼）對拉伸模數與回復率的影響

資料來源：紡織綜合所研究整理
 

在實驗規劃中比較布樣編號1-2的影響變化，經乾式回縮精練後，經過不同定型溫度參數加工（參見表8）做為比較定型溫度對拉伸模數、回復率與水洗縮率之影響，拉伸實驗結果如表18顯示：經過定型溫度180℃與195℃，在tensile modulus （power）、回復率、尺寸安定性（水洗縮率），均無明顯差異。以目前業界做法都以相同織造參數之胚布規格，再利用熱定型加工的手段符合成品規格（雖然溫度可以解決縮率的問題），但因為會影響其他的物性，如拉伸模數、回復率、尺寸安定性、手感等，不建議以此方式生產。

表18　定型溫度對拉伸模數、回復率與水洗縮率的影響

資料來源：紡織綜合所研究整理

五、結論：關鍵參數控制綜合分析與應用

本技術實驗規劃主要分析主紗緊度係數與彈性纖維延伸倍率等關鍵變數控制對拉伸模數Tensile Modulus、織物規格、定型加工等三項評估因素的影響程度分析，並經由實驗結果驗證應力應變參數模型變化合理性，並建立彈性紡織品規格穩定性與拉伸模數Tensile Modulus關係之影響控制技術。綜合上節實驗結果發現，拉伸模數Tensile Modulus與控制變數間的影響關係符合理論。由於本次受限於資源耗費龐大但仍須處理大量之實驗數據與量測分析，因此規劃實驗參數變因設計僅以一疋布樣作為實驗依據，所測得數據結果仍必須對透過未來再現性實驗進行數據優化與差異比較驗證。

（一）拉伸模數在織造端關鍵控制參數影響綜合分析：

綜合以上實驗結果，對於織物規格穩定性與拉伸模數Tensile Modulus變化在織造端的參數控制影響有密切關係，加上定型條件變化同時影響彈性織物回復性，以下針對實驗結果在織造參數控制對拉伸模數影響分析說明（請參見圖18）：

1.彈性針織織造規格∶

實驗結果顯示（表13、表16）：調整主紗緊度係數可獲得更大的拉伸模數Modulus （Power），於實務上可考慮將主紗PET緊度係數提高（降低喂紗長），變因結果：定荷重伸長率下降、拉伸模數（Power）變大、布料碼重變輕、幅寬變窄（看調幅，稍窄0.5~1.5吋）。

2.彈性纖維延伸倍率∶

實驗結果顯示（表12、表15）：由於彈性纖維張力調整對性能的影響關係有限呈現反向趨勢，因此可將彈性纖維的延伸倍率降低（送絲速度調快，牽伸倍率調小），定荷重伸長率上升、拉伸模數 （power）變小以維持回復率不變差，於織物規格上碼重變重（有限，約5 g/y）、幅寬變窄（有上限）。

實務上於機上調整時需注意，主紗與彈性纖維可同時調整以達到維持布重的穩定，但參數調整須彼此配合，如果降低主紗緊度係數（喂紗長調長），彈性纖維張力調大、送紗速度慢，則可能影響布面平整性。

3.定型條件

實驗結果（表17）：經比較實驗數據發現織物經定型時的經向拉伸（相對於乾式回縮碼重拉碼），定型碼重越輕，但經向拉伸模數（power）彈力變大;緯向變小，且經向回復率變好，緯向無明顯差異。因此若實務上要提高拉伸模數可於胚定時將經向以拉碼定型。

值得注意的是比較實驗結果顯示（表14、表17），在相同的織造參數下經乾式回縮後（規格成穩定狀態），雖以不同之定型溫度（180℃相較於195℃），但水洗縮率尺寸安定性、拉伸模數（power）拉伸性質、回復率無明顯影響，在確保品質穩定下，可以是一個節能方向。

本技術所實驗的內容，並不包含顏色所帶來的變異與影響，在缸染時，因顏色的不同，染色時間不同，彈性纖維在染缸內老化的程度也各有所異，Tensile Modulus允收變異25%以內、Elongation Under Load允收變異10%以內目前是國際塑身衣品牌可接受的標準。

4.原料纖維粗細

參數模型結果顯示，彈性纖維粗細與布重呈顯著正向關係，所以彈性纖維越粗則拉伸模數（Power）越大，拉伸回復率越好。如果上述仍無法有效提升達到性能指標與需求規格，則考量更換彈性纖維與主紗的丹尼數，再次重複上述的流程。

（二）調整成品布規格設定與應用

目前業界做法都以相同織造參數之胚布規格，再利用高溫定型的手段調整幅寬、碼重，符合訂單的成品規格，但因為會影響其他的物性，如拉伸模數、回復率、縮率、手感等，建議量化生產彈性針織布時，以染色後定型之前的色布，其無張力烘乾之後的幅寬碼重作為最適合的成品布幅寬碼重，應避免最後才以加工熱定型加工的方式生產符合客戶所需要的布料規格。

首先確認客戶要求的成品規格（允收之縮率與平方米重規格），再針對織造關鍵參數（彈性纖維粗細、主紗緊度係數、彈性纖維延伸倍率等）的調整。

1. 本製程規格可適用之成品規格：

確認幅寬並調整總針數（隔距／直徑）：正向調整則幅寬變寬碼重變重，反之則幅寬變窄碼重變輕。

2. 不適用本製程規格之成品規格

調整主紗緊度係數：當增加喂紗長 T.F.降低則幅寬變大、碼重降低、單位碼重g/m2降低；反之當減少喂紗長，T.F.提高則幅寬變窄、碼重增加、單位碼重g/m2增加。

透過本技術之控制應用達到規格穩定、符合品牌客戶對彈性布料拉伸模數目標，提升彈性布料的品質及再現性。

資料來源：紡織綜合所研究整理

圖18　Modulus在織造端的關鍵控制參數分析

參考文獻

巫佳宜（2019），〈彈性紡織品應力應變參數模型建構與導入智慧創新應用之研究〉，紡織所TNET全球紡織資訊網。

尹承達（1999），〈彈性圓編布規格控制技術之探討--以尼龍6.6加工絲單面平紋織物為例〉，《紡織中心期刊》，紡織綜合所，Vol.9，No.1。

荒谷善夫（1984），〈ストレッチ性素材〉，纖學誌，Vol.40，No.4-5，pp.318。

南亞塑膠公司纖維事業部研究開發組（2007），〈Spanfit-carefree®聚酯複合彈性纖維之開發與應用〉，http：//www.efpg.tw/html/mgz/PDF/200701/p14-26.pdf