加強筋織物的研制及其性能影響因素研究

李文婷 孫必成 萬 明 (西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048)

加強筋織物的研制及其性能影響因素研究

李文婷 孫必成 萬 明 (西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048)

選用高強滌綸和滌棉紗為經(jīng)緯紗原料織制加強筋織物和無加強筋對照織物，對織成的兩種織物小樣進行拉伸和撕破性能的測試。通過數(shù)據(jù)計算和比較分析，研究了纖維原料、紗線類型(股線紗或單絲紗)和紗線總根數(shù)對織物強度的影響。

高強滌綸絲，加強筋織物，拉伸性能，撕破性能，影響

1 加強筋織物概述

加強筋在塑膠部件上是不可或缺的功能部分，它在紡織品中也得到了應用，如在織物中有規(guī)律地加入加強筋，可以提高織物的斷裂強力和抗撕裂能力，改善其物理機械性能，延長使用壽命。若加強筋織物用作復合材料的基布，將有利于提高復合材料的強度。對于加強筋織物現(xiàn)在還沒有準確的定義和分類。

本文研制加強筋織物采用平紋組織，因為平紋織物的每根經(jīng)紗與每根緯紗都產(chǎn)生交叉，各根經(jīng)紗之間的距離相等，經(jīng)、緯紗之間相互滑移較困難，且織物的穩(wěn)定性好，強度高?？椢锍尚魏?，可根據(jù)不同的要求對其進行不同的后整理，如阻燃整理等。目前加強筋織物的加強筋材料使用較多的為高強滌綸絲，其彈性、耐沖擊性好;耐熱性和熱穩(wěn)定性好，經(jīng)熱定型后熱收縮率小;耐日光性能僅次于腈綸，日光下暴曬6 000 h后纖維強度損失60%［1］;同時，滌綸不怕霉菌等微生物作用，不發(fā)霉、不腐爛，不怕蟲蛀?；谶@些性能，本文織制平紋加強筋織物(以下簡稱加筋織物)主要以高強滌綸絲為原料。

2 加筋織物小樣織造

本文織造兩種小樣，采用高強滌綸股線和單絲紗作經(jīng)緯紗加強筋原料，和高強滌綸長絲(網(wǎng)絡絲)及滌棉紗一起織制加筋織物，采用高強滌綸長絲(網(wǎng)絡絲)及滌棉紗織制無加強筋織物(以下簡稱無加筋織物)，對兩種織物分別進行經(jīng)向和緯向的強力對比和分析，期望研究結(jié)論對加筋織物的實際生產(chǎn)具有一定的參考價值。

2.1 加筋織物的工藝設計

設計加筋織物的加強筋隔距(lgj)為4 mm，即在織物經(jīng)、緯向每隔4 mm加入一根高強滌綸股線或單絲紗作為加強筋，形成一個方格，即為一個單元格。加筋織物具體工藝參數(shù)設計如下。

面密度(G):190～210 g/m2

經(jīng)紗原料:24 tex的高強滌綸長絲合股紗(合股紗線密度48 tex，直徑記為d1，作為加強筋) 36 tex的高強滌綸長絲(網(wǎng)絡絲)紗(直徑為d2)

緯紗原料:48 tex的高強滌綸長絲單絲紗(作為加強筋) 32 tex的滌棉紗(直徑為d3)

織縮率(φ):初步定為4%

織物規(guī)格:長(l)100 cm，寬(W)30 cm

2.1.1 初定密度

式中:Pj——織物經(jīng)密;

Pw——織物緯密;

Nt——紗線線密度。

采用織物中經(jīng)紗和緯紗的線密度平均值來計算織物密度，經(jīng)向和緯向紗線線密度的平均值分別是42和40 tex。則

P代表織物經(jīng)緯向密度，計算P的目的是確定織物的密度范圍。

2.1.2 幾何密度(L)

2.1.3 織物密度

設織物經(jīng)向的幾何密度(Lj)和緯向的幾何密度(Lw)相同，均為0.444 mm/根，則每個單元格內(nèi)經(jīng)紗的根數(shù)a和緯紗的根數(shù)b計算公式為

根據(jù)上述計算，織物經(jīng)緯向每單元格內(nèi)有9根紗線，經(jīng)向合股紗與網(wǎng)絡絲紗的比例為1∶8(即每4 mm的單元格內(nèi)經(jīng)向有1根合股紗，8根網(wǎng)絡絲紗);而緯向在實際織造過程中，要考慮到組織的連續(xù)性，應將單元格內(nèi)緯紗的根數(shù)修正為8根，織物緯向每單元格內(nèi)滌綸絲與滌棉紗的比例為1∶7 (即每4 mm的單元格內(nèi)緯向有1根高強滌綸絲紗，7根滌棉紗)。修正后，按上述相關(guān)公式推得織物緯向的幾何密度Lw為

所以織物經(jīng)密和緯密分別為225和200根/10 cm。

2.1.4 總經(jīng)根數(shù)(J)

經(jīng)紗中合股紗總根數(shù)(J合股紗)和網(wǎng)絡絲紗總根數(shù)(J網(wǎng)絡絲紗)計算如下

2.1.5 筘號(Kh)的確定

取每筘穿入數(shù)KS為2，則

實際織造時筘號為100筘/10 cm。

2.1.6 織縮率(φ)修正

上機幅寬Wsj為31 cm，下機幅寬Wxj為30 cm，則

2.1.7 誤差分析

織物下機后，由于緯向紗線的調(diào)整，實際加強筋隔距為3.9 mm，誤差為2.5%，在允許誤差范圍內(nèi)。

2.2 無加筋織物(對比織物)的工藝設計

無加筋織物的設計以與加筋織物的緊度相同為前提。

經(jīng)紗原料:36 tex的高強滌綸長絲(網(wǎng)絡絲)紗

緯紗原料:32 tex的滌棉紗

織縮率(φ):初步定為4%

織物規(guī)格:長(l)100 cm，寬(W)30 cm

參數(shù)計算如下。

2.2.1 根據(jù)加筋織物的緊度計算無加筋織物的緊度

不同線密度紗線的直徑計算:

式中:K——常數(shù)(滌綸股線和網(wǎng)絡絲紗線的K常數(shù)K1和K2為0.004，滌綸單絲紗線的K常數(shù)K3為0.038);

Nt——紗線的線密度(tex);

d——紗線直徑。

式中:Nt1、Nt2、Nt3——分別為滌綸股線、網(wǎng)絡絲、單絲紗線的線密度(tex)。

織物的緊度ε計算公式為

經(jīng)向緊度εj計算

緯向緊度εw計算

無加筋織物的經(jīng)緯向緊度分別為55.00%和43.75%。

2.2.2 無加筋織物的密度

由ε=Pd推得

無加筋織物的經(jīng)緯向密度分別為229和208根/10 cm。

2.2.3 總經(jīng)根數(shù)(J)

2.2.4 筘號的確定(Kh)

取每筘穿入數(shù)KS為2，則

實際織造時筘號為100筘/10 cm。

2.2.5 織縮率(φ)修正

上機幅寬Wsj為31.1 cm，下機幅寬Wxj為30.0 cm，則

2.2.6 誤差分析

下機后，實際織得的無加筋織物經(jīng)向密度為232根/10 cm，緯向密度為211根/10 cm，經(jīng)緯向密度誤差均小于1.5%，在允許誤差范圍內(nèi)。

3 織物的性能測試

織物在使用過程中會受到各種不同的物理、機械、化學等作用而逐漸遭到破壞。在一般情況下機械力的作用是主要的?？椢锏哪途眯酝ǔ＞褪侵冈诟鞣N機械力作用下織物的堅牢度?？椢锏哪途眯栽囼灠ɡ鞌嗔言囼灐⑺浩茝娏υ囼灥龋?］。

3.1 織物拉伸性能的測試

3.1.1 試驗原理

本文織物拉伸性能的測試使用的方法為條樣法［3］。條樣法是將試樣裁剪成條，被強力儀夾鉗夾持，以恒定伸長速率拉伸直至斷脫，記錄所需數(shù)據(jù)。

3.1.2 試樣準備及試驗儀器

試驗中的試樣采用扯邊紗法制備。在兩種布樣中剪取寬為6 cm、長33 cm以上的布條，扯去邊紗，使之成為寬5 cm、長30～33 cm的經(jīng)向和緯向試樣。經(jīng)向和緯向試樣各取10塊。裁剪試樣要沿紗路開剪，以保證扯去邊紗得到5 cm寬的布條。

試驗儀器:YG(B)026D-500型電子織物強力機。

3.1.3 試驗步驟

(1)選取預加張力。根據(jù)標準(GB/T 3923.1—1997斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法)規(guī)定，以織物單位面積質(zhì)量來確定張力值。本試驗選取的預加張力為5 N。

(2)將試樣的一端夾入強力機的上夾口，另一端置入下夾口內(nèi)，懸掛上預加重錘。拉伸的隔距長度為100 mm。擰緊下夾鉗后取下張力錘，設定試驗次數(shù)后啟動機器進行測定。

3.2 織物撕破性能的測試

3.2.1 試驗原理

本試驗中撕破強力的測試方法采用梯形撕破法［3］。其特征是靠近梯形上底一邊的紗線首先受拉伸直，其裂口處的第一根紗線變形最大，負擔較大的外力，與它相鄰的紗線也擔負著部分外力，但由于按梯形斜線夾持，遠離第一根紗線的其他紗線受力逐漸減小。當撕裂到第一根紗線達到斷裂伸長時發(fā)生斷裂，出現(xiàn)一個撕破強力峰值，于是下一根紗變成裂口處的第一根紗線，擔負著較大的外力，如此發(fā)展，直至織物撕破。

3.2.2 試樣準備及試驗儀器

梯形撕破法的試樣為矩形，在兩種試樣上面劃取一個等腰梯形，并從梯形上底正中沿中心線剪一15 mm的裂口，如圖1［3］。每種試樣分別取經(jīng)向和緯向試樣各10塊。

試驗儀器:YG(B)026D-500型電子織物強力機。

3.2.3 試驗步驟

(1)儀器調(diào)整:按照要求將拉伸夾頭換為梯形撕破夾頭。

圖1 梯形撕破裁剪試樣

(2)將試樣按梯形線(夾持線即為圖1中的兩條虛線)夾入上、下夾頭內(nèi)。這樣，上、下夾鉗間的試樣就成為梯形。試樣切口的一邊呈張緊狀態(tài)，另一邊呈松弛的皺曲狀態(tài)。設定試驗次數(shù)后啟動儀器，下夾鉗逐漸下降，直至試樣全部撕破。

4 測試數(shù)據(jù)與分析

4.1 數(shù)據(jù)記錄

加筋織物和無加筋織物的拉伸性能和撕破性能測試數(shù)據(jù)記錄分別列于表1和表2。表中數(shù)據(jù)均為試樣平均值。

表1 拉伸性能測試

表2 撕破性能測試

4.2 測試結(jié)果分析

由表1及其原始數(shù)據(jù)可得到:①兩種織物經(jīng)向和緯向的斷裂強力、斷裂伸長和斷裂伸長率相差較大。其中，加筋織物的經(jīng)向斷裂強力比緯向斷裂強力高254.5%，無加筋織物的高213.1%。②加筋織物與無加筋織物相比較，經(jīng)向的斷裂強力明顯增加，而緯向的斷裂強力增加幅度較小。經(jīng)計算，加筋織物經(jīng)向的平均斷裂強力增加了16.7%，而緯向的僅為 3.1%;經(jīng)向的平均伸長率增加了19.1%，而緯向的僅增加了1.5%，基本不變。

由表2及其原始數(shù)據(jù)可得到:①兩種織物經(jīng)向和緯向的撕破強力相差也較大。其中，加筋織物的經(jīng)向撕破強力比緯向撕破強力高191.9%，無加筋織物的高281.9%。②兩種織物相比較，加筋織物經(jīng)向和緯向的撕破強力明顯增加，加筋織物經(jīng)向的平均撕破強力增加了46.2%，而緯向增加了91.3%。

經(jīng)分析，產(chǎn)生以上測試結(jié)果的原因有:①織物所用原料。在加筋織物中，經(jīng)向采用36 tex滌綸和24 tex合股的高強滌綸長絲(48 tex)，緯向采用32 tex滌棉紗和48 tex的高強滌綸單紗;無加筋織物經(jīng)向采用36 tex滌綸，緯向采用32 tex滌棉。由于滌綸強度高于滌棉的強度，且高強滌綸長絲強度高，伸長小，尺寸穩(wěn)定，所以兩種織物的經(jīng)向斷裂強力和撕破強力均高于緯向。②相同線密度的股線紗比單絲紗強力高，由股線紗織成的織物斷裂強力和撕破強力大于由相當線密度單絲紗所織成的織物。由于加筋織物的經(jīng)向采用合股的高強滌綸紗，而緯向為同支單絲紗，故加筋織物經(jīng)向斷裂強力的增加大于緯向。③紗線的總根數(shù)。兩織物相比，加筋織物的經(jīng)密小于無加筋織物，即在相同尺寸的試樣中，加筋織物的總經(jīng)根數(shù)少于無加筋織物;而加筋織物的緯密大于無加筋織物的緯密，即在相同尺寸的試樣中，其打緯數(shù)(即緯紗根數(shù))多于無加筋織物，根據(jù)織物撕裂原理，受力的紗線根數(shù)越多撕裂強度越大，故兩種織物對比，加筋織物緯向撕裂強度的增加大于經(jīng)向的增加。

5 結(jié)論

通過對加筋織物和無加筋織物的拉伸性能和撕破性能的測試和對比分析，得出以下結(jié)論:

織物中加入高強滌綸加強筋后，其經(jīng)緯向的平均斷裂強力和撕破強力均有增加。經(jīng)緯向的平均斷裂強力和撕破強力的增加幅度取決于下列因素:織物所用纖維原料;紗線類型，股線紗還是單絲紗;紗線的總根數(shù)。

在實際織造過程中，為了加強織物的強度，可在織物的紗線中有規(guī)律地加入高線密度或是合股的高強滌綸紗作為加強筋;同時，在織物尺寸一定的情況下，適當增加經(jīng)緯密度可提高織物的斷裂強度和撕破強力。

［1］ 成曉旭，楊浩之.合成纖維新品種和用途［M］.北京:紡織工業(yè)出版社，1987:30.

［2］ 姚穆，周錦芳，黃淑珍，等.紡織材料學［M］.2版.北京:中國紡織出版社，1990:518-535.

［3］ 范麗紅，沈蘭萍.紡織品檢測實驗教程［M］.西安:西安工程科技學院，2002:18-30.

Development of reinforcing rib fabric and investigating factors that influence its performance

Li Wenting，Sun Bicheng and Wan Ming (Xi’an Polytechnic University)

The reinforcing rib fabric and its comparative fabric were developed by selected and used high-strength polyester fiber and T/C for the raw in this paper，then two samples’tensile and tear properties were tested.By comparing and analyzing to the data，the effects of raw，types of yarn(single or folded yarn)and total number of yarn on strength were studied.

high-strength polyester yarn，reinforcing rib fabric，tensile performance，tear performance，effect

TS105.14

A

1004－7093(2010)08－0013－05

2009－10－09

李文婷，女，1985年生，在讀碩士研究生。主要從事紡織功能性材料與功能紡織品設計課題的研究。