一种负泊松比织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种负泊松比织物及其制备方法，属于纺织加工技术领域。
背景技术
材料的泊松比定义为垂直于载荷方向的应变与载荷方向的应变之比的负值。常规材料通常表现为正泊松比，即受到拉伸时在垂直于拉伸方向的一个或多个方向发生收缩。而负泊松比效应是指材料受到拉伸时，垂直于拉伸方向发生膨胀；受到压缩时，垂直于压缩方向发生收缩。这种不同于常规材料的独特性质使负泊松比材料具备了很多性能优势：同向曲率、形体贴合性好、抗剪切性增强、平面断裂韧性增加、抗压痕性提高、吸声降噪效果好以及冲击能量吸收性能更好等。随着科学技术的发展，负泊松比材料越来越受到材料研究者和物理学家们的关注，就纺织行业而言，对这一领域的探索也正在进行。
负泊松比织物的使用可以为一些实际问题提供更好的解决方案。例如，负泊松比织物制备的防护服不仅能随着肘部和膝盖的弯曲、伸直轻易地改变形状与肘部和膝盖完美贴合，随伸随缩，灵活透气，还能有效地吸收冲击能量，是泡沫防护垫的最佳替代品。
织物的负泊松比效应是通过设计纤维、纱线或织物结构实现的。与前两种方法相比，织物结构设计方法具有制造连续、成本低、材料约束少(可使用非负泊松比纤维或纱线)等优点。与机织或编织结构相比，针织结构具有组织多变、成形性好等优点，更容易实现负泊松比结构的编织。
根据旋转矩形结构，Grima等人利用电脑横机可部分编织的特点，沿着横列方向连续编织单独的矩形单元，并使它们在顶点处相互连接，开发了一种负泊松比纬编织物。旋转矩形结构在理论上在水平方向和垂直方向都具有负泊松比效应，但是实际织物只在水平拉伸条件下表现出负泊松比性能。
Hu等人基于内凹六边形结构设计了两种织物。第一种是利用移床和引塔夏技术形成的真六边形结构。第二种是利用织物背面浮线弹性纱的收缩形成假内凹六边形结构，与真内凹六边形结构织物不同的是，该织物是闭合结构。由于纱线沿织物各方向取向不均匀、织物边缘卷曲等原因，这两种织物的负泊松比值都低于理论值。
目前，人们对负泊松比织物的研究还不够深入，负泊松比织物的种类还不够丰富，这限制了其在实际工程问题中的应用。使用常规纱线、常规设备实现负泊松比织物的大规模产业化生产，并拓宽负泊松比织物的应用范围，仍面临挑战。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种负泊松比织物及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种负泊松比织物，所述织物由多个最小基本单元组成，所述最小基本单元是由正面或反面线圈组成的内凹菱形图案相间分布形成的织物在自然状态下折叠收缩得到的。
所述的一种负泊松比织物，所述最小基本单元受到拉伸时，织物展开，使织物在拉伸载荷的垂直方向上产生负泊松比效应。
所述的一种负泊松比织物，所述织物的原料可选自棉、毛、芳纶、涤纶或锦纶等。
所述的一种负泊松比织物的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：采用双针床纬编机作为织机，双针床纬编机的上针槽和下针槽调整为相对配置；
步骤S2：两个针床的织针按照一定规律选针成圈，在织物上相间地形成由正面线圈或反面线圈组成的内凹菱形图案。
本发明所达到的有益效果：
本发明的负泊松比织物基于菱形网格内凹结构模型设计而成，能在双针床纬编机上实现织造。由于正反面线圈结构不平衡，织物下机后折叠和收缩，形成明显的三维立体效应。当织物受到拉伸时，折叠结构展开，使织物在拉伸载荷的垂直方向上变宽，进而产生负泊松比效应。
本发明的负泊松比纬编织物为常用织物，原料可选性广泛，制备方法简便，且成本低，实现性较强。本发明的纬编织物沿三个方向拉伸时均具有负泊松比效应：纬向拉伸时织物的负泊松比效应最强，斜向次之，经向最弱。
本发明生产负泊松比纬编织物的制备方法具有成本低、材料约束少、能实现产业化生产的优点。
附图说明
图1是实施例1和2的负泊松比纬编织物所基于的菱形网格内凹结构模型；
图2是实施例1和2的负泊松比纬编织物的组织意匠图；
图3是实施例1和2的负泊松比纬编织物的编织图；
图4和图5分别是实施例1和实施例2的负泊松比纬编织物沿经向、纬向和斜向拉伸时的泊松比值测试结果曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
图1示出了本实施例的负泊松比纬编织物所基于的菱形网格内凹结构模型；图2和图3示出了本实施例的负泊松比纬编织物最小重复单元包含的横列数和纵行数为24×24时的组织意匠图和编织图。
一种负泊松比纬编织物的制备方法包括以下步骤：
步骤1：选用纬编机机型：所用纬编机需具有两个针床，所选机型的机号要与纱线粗细相匹配。
步骤2：选用纱线原料：选用600D的芳纶无捻复丝作为原料织造。
步骤3：根据图2所示的组织意匠图和图3所示的编织图进行织造。在组织意匠图中，一个灰色小方格代表一个正面线圈，一个白色小方格代表一个反面线圈，黑色粗线圈出的区域是最小重复单元。
为了更好地证实通过上述方法制作的负泊松比纬编织物具有负泊松比效应，对所述的负泊松比纬编织物进行拉伸并测试其泊松比值。测试结果如图4所示。由图可知，织物在较大的应变范围内呈现负泊松比效应，且沿三个方向拉伸时均具有负泊松比效应。其中，纬向拉伸时，织物的负泊松比效果最明显，负泊松比值可低达-0.63。
实施例2
图1示出了本实施例的负泊松比纬编织物所基于的菱形网格内凹结构模型；图2和图3示出了本实施例的负泊松比纬编织物最小重复单元包含的横列数和纵行数为24×24时的组织意匠图和编织图。
一种负泊松比纬编织物的制备方法包括以下步骤：
步骤1：选用纬编机机型：所用纬编机需具有两个针床，所选机型的机号要与纱线粗细相匹配。
步骤2：选用纱线原料：选用30S棉纱作为原料织造。
步骤3：根据图2所示的组织意匠图和图3所示的编织图进行织造。在组织意匠图中，一个灰色小方格代表一个正面线圈，一个白色小方格代表一个反面线圈，黑色粗线圈出的区域是最小重复单元。
泊松比值测试结果如图5所示，织物沿三个方向拉伸时均具有负泊松比效应：经向拉伸时负泊松比值可达-0.11，纬向拉伸时负泊松比值可达-1.17，斜向拉伸时负泊松比值可达-0.38。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
