經(jīng)編過(guò)程中金屬絲耐摩擦性能的研究

魏 賀 蔣金華 陳南梁

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海，201620;2.東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

經(jīng)編過(guò)程中金屬絲耐摩擦性能的研究

魏 賀1，2蔣金華1，2陳南梁1，2

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海，201620;2.東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

為了分析不銹鋼絲金屬絲編織過(guò)程中影響其摩擦性能的因素，采用自制的摩擦儀模擬上機(jī)對(duì)金屬絲進(jìn)行摩擦性能分析，得出在經(jīng)編工藝中彎曲及摩擦應(yīng)力是影響金屬絲耐摩擦性能及磨損的原因，編織工藝參數(shù)(包括紗線張力、機(jī)速、針頭尺寸)對(duì)紗線耐磨性能的影響程度。

經(jīng)編，金屬絲，耐磨性

目前，針織物由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、方向強(qiáng)度好、抗沖擊、易于成型制作復(fù)雜形狀的構(gòu)件等優(yōu)點(diǎn)而受到人們?cè)絹?lái)越多的重視［1-2］。特別是各種產(chǎn)業(yè)用經(jīng)編金屬網(wǎng)織物在過(guò)濾產(chǎn)業(yè)、催化工業(yè)、航天工業(yè)、復(fù)合材料等方面用途越來(lái)越多，但在這些經(jīng)編網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，一般采用超細(xì)不銹鋼絲和貴金屬超細(xì)絲進(jìn)行編織。與常規(guī)化纖長(zhǎng)絲或棉紗等原料相比，超細(xì)金屬絲的經(jīng)編編織過(guò)程難度較高。編織過(guò)程中，由于超細(xì)金屬絲材料本身剛度較高，低伸長(zhǎng)率，易打結(jié)、受力易卷曲等特性，特別是在與成圈機(jī)構(gòu)反復(fù)接觸摩擦，容易造成斷紗和磨損成圈機(jī)件問(wèn)題。超細(xì)金屬絲的可編織性是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外在紗線可編織性這方面已進(jìn)行了一定的研究，其中玻璃纖維的可編織性是研究的重點(diǎn)［3-5］。但是，對(duì)于金屬絲在經(jīng)編工藝中的磨損情況以及影響因素還沒(méi)有具體的實(shí)驗(yàn)研究與分析。本文對(duì)不銹鋼金屬絲在編織過(guò)程中受到的摩擦進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了在編織時(shí)造成金屬絲損傷的一些原因，分析了編織工藝參數(shù)對(duì)耐磨性的影響程度。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過(guò)模擬在編織過(guò)程中金屬絲與成圈機(jī)件的摩擦過(guò)程，測(cè)試金屬絲在編織過(guò)程中受到的摩擦，分析金屬絲在預(yù)型加工過(guò)程中損傷破壞產(chǎn)生的原因，并分析織針來(lái)回運(yùn)動(dòng)的速度、織針的尺寸以及紗線張力等參數(shù)對(duì)金屬絲紗線損傷的影響，及編織過(guò)程中織針對(duì)紗線的彎曲、拉伸和摩擦作用，并通過(guò)分析對(duì)金屬絲摩擦斷裂次數(shù)的影響，來(lái)定量分析金屬絲的可編織性。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

試驗(yàn)用金屬絲的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)用金屬絲的基本參數(shù)

1.3 金屬絲拉伸性能測(cè)試

按照 GB/T 3916［2］測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，使用 YG061 電子強(qiáng)力測(cè)試儀對(duì)金屬絲進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，拉伸隔距設(shè)為250 mm，拉伸速度為20 mm/min，測(cè)試20組數(shù)據(jù)，取其平均值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

1.4 金屬絲摩擦性能測(cè)試

在自制模擬分析儀上進(jìn)行分析試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)儀器圖(圖1)。摩擦部分2固定有織針，金屬絲從織針針鉤處穿過(guò)，測(cè)試時(shí)摩擦部分2往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以模擬金屬絲滑過(guò)針鉤時(shí)受到的摩擦作用。記錄金屬絲在一定的張力下的磨斷次數(shù)。

表2 試驗(yàn)用金屬絲力學(xué)性能

圖1 自制紗線摩擦模擬分析儀構(gòu)造示意圖

試驗(yàn)通過(guò)變化金屬絲編織時(shí)的預(yù)加張力F、模擬編織速度V、編織織針(針鉤直徑d)三個(gè)因素，交替變化測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每組測(cè)試3組數(shù)據(jù)，取平均值，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 金屬絲摩擦斷裂次數(shù)表

2 結(jié)果與討論

2.1 紗線預(yù)張力的改變對(duì)摩擦性能的影響

由圖2和圖3可知，在不同的紗線預(yù)加張力條件下，金屬絲紗線的耐磨性能差異較大。不銹鋼絲與織針之間的接觸應(yīng)力會(huì)隨著接觸載荷的增加而增加，當(dāng)紗線預(yù)加張力增加，會(huì)使得不銹鋼絲與織針兩者之間的接觸載荷增加。在各種機(jī)速條件下，金屬絲的磨斷次數(shù)均隨著預(yù)加張力的增大而急劇下降。

圖2 高機(jī)號(hào)下紗線磨斷次數(shù)—預(yù)加張力曲線

圖3 低機(jī)號(hào)下紗線磨斷次數(shù)—預(yù)加張力曲線

另外，由圖2和圖3的曲線看出從低張力過(guò)渡到高張力時(shí)，在預(yù)加張力較小時(shí)，預(yù)張力很小的增加變化對(duì)金屬絲的耐摩擦性能影響很大，會(huì)使得磨斷次數(shù)急劇下降;而當(dāng)預(yù)張力較大時(shí)，預(yù)張力的變化對(duì)金屬絲的耐摩擦性能影響不明顯?？梢?jiàn)，經(jīng)編編織過(guò)程中，紗線的張力對(duì)紗線的摩擦損傷較大，在利于編織的條件下，張力越小，對(duì)紗線的損傷越小，越有利于順利編織。

選用兩種不同的織針尺寸，變化趨勢(shì)均相同，機(jī)號(hào)較低的織針(E7)，對(duì)應(yīng)的針頭尺寸較粗，磨斷次數(shù)相對(duì)較多，但較粗的織針對(duì)于編織較緊密的織物時(shí)，可能不容易脫圈，從而可能引起紗線的摩擦性能降低。為此，還要繼續(xù)分析織針尺寸的變化對(duì)于金屬絲磨斷次數(shù)及摩擦性能的影響。

2.2 織針尺寸的影響

由圖4可知，在較低的張力下(如F=25 cN)，磨斷次數(shù)在各種速度情況下，均隨著織針尺寸的增加而增加，主要是由于織針尺寸的增加，使得不銹鋼絲摩擦織針的曲率半徑增大，使得摩擦部位的包圍角度減小，同時(shí)減少了接觸面積，使得接觸摩擦力降低，從而使不銹鋼絲耐磨性增加。

圖4 低預(yù)加張力下紗線磨斷次數(shù)—織針尺寸曲線

圖5 高預(yù)加張力下紗線磨斷次數(shù)—織針尺寸曲線

由圖5可知，在較高的預(yù)加張力下(如F=40 cN)，使得摩擦部位接觸載荷的增加，進(jìn)而使實(shí)際接觸面積增大［6］，而摩擦力的大小主要取決于實(shí)際接觸面積的大小。一般情況下，實(shí)際接觸面積的增加并不與接觸載荷成正比，而是比接觸載荷增加得慢［6］，因此，在較高的預(yù)加張力下，接觸載荷增加反而使摩擦系數(shù)增大，這樣在織針尺寸超過(guò)0.45 mm后，磨斷次數(shù)反而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，耐磨性下降。這種趨勢(shì)在低速下(如v=90 r/min和v=120 r/min)表現(xiàn)明顯，說(shuō)明低速摩擦?xí)r，接觸面積對(duì)接觸摩擦影響占主導(dǎo)作用，對(duì)接觸部位的黏滯阻礙效應(yīng)越明顯;而在高速下(如v=140 r/min)，接觸面積對(duì)接觸摩擦影響不明顯，接觸部分主要受滑動(dòng)摩擦，受織針的曲率半徑的影響更大，其變化趨勢(shì)與低張力下相一致。

2.3 運(yùn)行速度對(duì)紗線磨損情況的影響

如圖6可知，當(dāng)預(yù)張力較小時(shí)，隨著運(yùn)行速度的增加，金屬絲的耐摩擦次數(shù)也隨之增加，運(yùn)行速度增加到某一值后，磨斷次數(shù)會(huì)隨之下降，但在織針尺寸很小的情況下(d=0.37 mm)除外，這種條件下磨斷次數(shù)會(huì)隨著速度的增加一直增加，說(shuō)明織針越細(xì)，越利于金屬絲紗線的彎曲，脫圈越容易，有利于順利編織，這樣機(jī)速越高反而更加利于接觸部位的滑動(dòng)，接觸點(diǎn)幾率減小，黏滯性降低，耐磨性提高。但另一方面，在較低的機(jī)速下，織針越細(xì)，彎曲曲率半徑越小，不利于接觸摩擦，從而比用較粗織針(d=0.45 mm，d=0.59 mm)編織時(shí)耐磨次數(shù)均要小很多，低于100次，而其他兩種在200次和300次以上。

圖6 預(yù)加張力F=5 cN時(shí)紗線磨斷次數(shù)—速度曲線

如圖7和圖8可知，當(dāng)預(yù)張力較大時(shí)，隨著運(yùn)行速度的增加，金屬絲的耐摩擦次數(shù)也隨之增加但運(yùn)行速度增加到某一值后，金屬絲的耐摩擦次數(shù)也會(huì)下降。在速度達(dá)到某個(gè)臨界值之前，金屬絲的耐摩擦次數(shù)隨著速度的增加而增大，可以歸因當(dāng)速度較高時(shí)整個(gè)模擬系統(tǒng)的工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，摩擦接觸部位的接觸性穩(wěn)定，摩擦張力波定性較小;當(dāng)速度達(dá)到某個(gè)臨界值之后(如大v＞120 r/min后)，金屬絲的耐摩擦次數(shù)隨著速度的增加而減小，主要是由于摩擦接觸部位在高速時(shí)，接觸響應(yīng)回復(fù)不及時(shí)，摩擦波動(dòng)性加大，摩擦點(diǎn)不連續(xù)性增加，會(huì)使得接觸部位波動(dòng)性和張力波動(dòng)性提高。由此可以看出，當(dāng)速度增大到一定程度時(shí)，對(duì)金屬絲的編織耐磨擦次數(shù)的影響十分明顯，在實(shí)際的經(jīng)編編織過(guò)程中，也要控制機(jī)速在合理的范圍內(nèi)，機(jī)速過(guò)高反而會(huì)使得紗線耐磨性下降，不利于編織。

圖7 預(yù)加張力F=25 cN時(shí)紗線磨斷次數(shù)—速度曲線

圖8 預(yù)加張力F=40 cN時(shí)紗線磨斷次數(shù)—速度曲線

3 結(jié)論

超細(xì)金屬絲本身的脆性和高強(qiáng)低伸的特性，使其紗線在編織過(guò)程中極易因彎曲、拉伸、摩擦等外力的作用，這是影響金屬絲耐摩擦性能及磨損的主要原因。編織工藝參數(shù)(包括紗線張力、機(jī)速、針頭尺寸)對(duì)金屬絲紗線耐磨性能有較大的影響。綜合上述分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:

(1)經(jīng)編編織過(guò)程中，金屬絲的耐磨擦性能隨著初始張力的提高而降低，并且在預(yù)加張力較小時(shí)，預(yù)加張力的變化對(duì)金屬絲耐磨擦性能的影響較明顯。當(dāng)紗線張力小幅增加后，紗線的摩擦斷裂次數(shù)會(huì)大幅下降。紗線的張力對(duì)紗線的摩擦損傷較大，在利于編織的條件下，張力越小，對(duì)紗線的損傷越小，越有利于順利編織。

(2)經(jīng)編機(jī)的機(jī)號(hào)越高，即織針的尺寸越小，使得不銹鋼絲摩擦織針的曲率半徑減小，編織過(guò)程中金屬絲紗線所承受的彎曲應(yīng)力越大，導(dǎo)致紗線容易斷裂，編織難度也隨之加大。且低速摩擦?xí)r，接觸面積對(duì)接觸摩擦影響占主導(dǎo)作用，對(duì)接觸部位的粘滯阻礙效應(yīng)越明顯。

(3)在運(yùn)行速度達(dá)到某個(gè)臨界值之前，金屬絲的耐摩擦性能隨速度的增加而提高;當(dāng)運(yùn)行速度超過(guò)臨界速度后，摩擦接觸部位使得摩擦接觸部位波動(dòng)性和張力波動(dòng)性提高，使得金屬絲的耐摩擦性能會(huì)降低。

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Study on abradability of stainless wire yarn during warp knitting process

Wei He1，2，Jiang Jinhua1，2，Chen Nanliang1，2
(1.College of Textiles，Donghua University;2.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education，Donghua University)

Aimed at analyzing the abrasion and knittability of the stainless wire yarn during the knitting process，abrasion damage and abrasion life of the stainless wire yarn were investigated by using a self made yarn/metal abrasion tester and different knitting factors were analyzed.The experimental results show that the stainless wire yarn was much easier to get damage under bending stress and frictional stress generated by abrasion during warp knitting process，and knitting factors(include knitting velocity，yarns tension，size of needle)had different effect on the abrasion of stainless wire yarn.

warp knitting，stainless wire yarn，abradability

TS193

A

1004－7093(2012)04－0018－04

2011－10－10

魏賀，男，1986年生，在讀碩士研究生。研究方向?yàn)榻?jīng)編產(chǎn)品性能。