Effect of Elastic Knitted Fabric Construction Parameters on Thermo-physiological Properties

Amany Ahmed Salama Khalil, M.Eng.

Doctoral thesis

Abstract:

Pro zvýšení rozměrové stability je do pletacího stroje při pletení přiváděn spandex ve formě jádrové příze nebo technikou kladení. Termo-fyziologické vlastnosti plošných textilií jsou jednou z nejdůležitějších vlastností, které ovlivňují pohodlí člověka. Navrhovaná studie si proto klade za cíl prozkoumat vliv konstrukčních parametrů elastické jednolícní pleteniny (SJKF), konkrétně jemnosti příze, délky oček, hmotnostního podílu spandexu (SWP) a techniky kladení spandexu na geometrické a termo-fyziologické vlastnosti. Pleteniny byly vyrobeny ve dvou jemnostech příze (25 a 35 Ne), pěti délkách očka (2,7; 2,9; 3,1; 3,3; 3,4 mm), pěti podílech spandexu (4, 5, 6, 7 a 8 %) a s plným a polovičním kladením spandexu. Pro srovnání byly vyrobeny vzorky ze 100% bavlny se stejnými jemnostmi příze a délky očka. Byly naměřeny geometrické a termo-fyziologické vlastnosti, statické a trvalé prodloužení pleteniny a tepelné vlastnosti v relaxovaném stavu a na dvou úrovních roztažení (15 a 30 %). Výsledky ukázaly, že přidání spandexu vede k výraznému překrývání oček, proto se tloušťka SJKF pohybovala v násobcích průměru příze d mezi 3,9*d až 4,4*d. Tepelná vodivost a nasákavost, výparný odpor, hustota oček a hmotnost pleteniny plně a polovičně kladené SJKF se snížily, když se délka očka a SWP zvětšily. Zatímco tepelný odpor a tloušťka pleteniny rostly s rostoucí délkou očka a klesaly s rostoucím SWP. Tepelná vodivost pleteniny plně kladeného spandexu byla vyšší než pleteniny polovičně kladeného spandexu. Tepelný odpor pleteniny polovičně kladeného spandexu byl vyšší než pleteniny plně kladeného spandexu. Trvalé prodloužení u plně kladených SJKF bylo menší než u vzorků ze 100% bavlny, zatímco statické prodloužení u elastických SJKF bylo vyšší než u vzorků ze 100% bavlny. Když se roztažení pleteniny zvýšilo z 15 na 30 %, tloušťka pleteniny, tepelná vodivost, tepelný odpor a nasákavost plně kladeného materiálu se snížily. Začlenění spandexu do pletacího stroje mělo pozitivní vliv na geometrické a termo-fyziologické vlastnosti. Tato studie si také klade za cíl prezentovat inovované 3D geometrické modely s překrýváním oček, strukturou maximálního zaplnění a otevřenou strukturou pro výpočet velikosti pórů a distribuce pórů ve strukturách SJKF pomocí softwaru AutoCAD. Byl vytvořeny původní 3D modely zohledňující i vlákna na základě skutečných konstrukčních parametrů, jako je délka očka 2,9 mm a průměr příze 0,1662 mm. Bylo potvrzeno, že překrývající se struktura měla nejmenší objem pórů, následovaný modelem s maximální dostavou a modelem s otevřenou strukturou. Posledním cílem této studie bylo odvodit nový model, který lze použít k predikci tepelné vodivosti elastického SJKF, na základě geometrických parametrů očka a poloze vláken ke směru tepelného toku. Bylo ověřeno, že predikované hodnoty tepelné vodivosti z nového modelu byly velmi blízké experimentálním hodnotám a model je tedy možné úspěšně aplikovat na predikci tepelné vodivosti SJKF.

Abstract:

To enhance the dimensional stability of knitted fabrics, spandex is incorporated in the knitting machine in form of core spun yarn or by plaiting technique. The thermo-physiological properties of the fabric are one of the most important properties that affect human comfort. Therefore, the proposed study aims to investigate the effect of construction parameters of elastic single jersey knitted fabric (SJKF), namely yarn count, loop length, spandex weight percent (SWP), and plaiting technique on the geometrical and thermo-physiological properties. The elastic SJKF were produced at two levels of yarn count (25 and 35 Ne), five levels of loop length (2.7, 2.9, 3.1, 3.3, 3.4 mm), and five levels of SWP (4, 5, 6, 7, 8%) with full and half plaiting techniques. For comparison, the 100% cotton samples were produced at the same levels of yarn count and loop length. The geometrical and thermo-physiological properties, fabric stretch, fabric growth, and thermal properties at two levels of extension (15 and 30%) were measured. The results showed that Adding spandex leads to stitch overlapping; therefore, the elastic SJKF thickness ranged between 3.9*d to 4.4*d where d is yarn diameter. The thermal conductivity and absorptivity, water vapor resistance, stitch density, and fabric weight of full and half plaited SJKF decreased when the loop length and SWP increased. While the thermal resistance and fabric thickness of the elastic SJKF increased with the loop length increasing, and decreased with SWP increasing. The thermal conductivity of full plaited knitted fabric was higher than half plaited fabric, and the thermal resistance of half plaited SJKF was higher than full plaited SJKF. The fabric growth of the full plaited SJKF was less than 100% cotton samples, while the fabric stretch of the elastic SJKF was higher than 100% cotton samples. When the fabric extension increased from 15 to 30%, the fabric thickness and the thermal conductivity, resistance, and absorptivity of full plaited decreased. The spandex incorporated in the weft knitting machine had a good impact on the geometrical and thermo-physiological properties. Also, this study aims to present an innovated 3D geometrical model of the stitch overlapping, maximum set structure, and open structure to calculate the pore size and pore distribution through the SJKF structures by using AutoCAD software. A 3D multifiber model was developed based on actual construction parameters, such as loop length 2.9 mm, and yarn diameter 0.1662 mm. It was noticed that the overlapping structure had the smallest pore volume, followed by the maximum set, followed by the open structure. The last aim of this study is to derive a new model that can be used to predict the thermal conductivity of the elastic SJKF based on the geometrical parameters of the loop and fibers' direction to the heat flow direction. It was marked that the predicted values of the thermal conductivity from the new model were very close to the experimental values, and the model is prepared to be used for the prediction of thermal properties of SJKF.

Keywords

Elastická pletenina, plné kladení, poloviční kladení, termo-fyziologické vlastnosti, výparný odpor, tepelná vodivost, překrývání oček, geometrický model

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavla Těšinová, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering