漁用PE辮線和捻線拉伸性能比較研究

孟祥磊，陳志海

(浙江海洋學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院，浙江舟山 316004)

網(wǎng)線主要有捻線和辮線2種，影響辮線和捻線性能差異的主要因素包括所用單絲材料、網(wǎng)線結(jié)構(gòu)和制作工藝等。國外使用辮線網(wǎng)片逐年增加，生產(chǎn)的粗線常用于拖網(wǎng)、圍網(wǎng)和網(wǎng)箱上，如日本主要應(yīng)用于網(wǎng)箱和金槍魚圍網(wǎng)上，在我國，很少應(yīng)用在近海漁業(yè)上，在遠(yuǎn)洋漁業(yè)上PA長絲辮線用于制作中層拖網(wǎng)或縫扎拖網(wǎng)下綱等。對(duì)網(wǎng)線的研究一直集中于捻線[1-13]，對(duì)有關(guān)辮線的研究雖然較少，但國內(nèi)外學(xué)者一直致力于新型材料辮線的研究，如美國以超高強(qiáng)度UHMWPE纖維為原料生產(chǎn)出漁用性能優(yōu)異的辮線網(wǎng)片，中國水科院東海水產(chǎn)研究所開展了漁用高強(qiáng)度聚乙烯辮線的研究[14]，石建高等[7]曾做了辮線工藝對(duì)漁用高斷裂強(qiáng)度聚乙烯辮線拉伸性能的影響研究。

我國大型拖網(wǎng)、深水網(wǎng)箱的發(fā)展，對(duì)網(wǎng)線斷裂強(qiáng)度及性價(jià)比提出了更高的要求。據(jù)初步研究：由于辮線不需加捻，是由一定單絲數(shù)的股線相互交叉穿插而成，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使用中不會(huì)發(fā)生退捻和變形；辮線有加芯和空芯之分，相同單絲數(shù)制成的空芯辮線直徑比捻線大，但為了提高強(qiáng)力和保證網(wǎng)線的外觀要求，需加一定數(shù)量的單絲作為線芯來填滿管狀內(nèi)腔，加滿線芯后，用相同單絲數(shù)制成的辮線比捻線直徑小，強(qiáng)力高，其優(yōu)良性能正在逐步被人們所發(fā)現(xiàn)和關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。

研究PE辮線和捻線的拉伸性能，可以為漁用網(wǎng)線的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和漁具設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)研究資料，并為生產(chǎn)加工和實(shí)際推廣應(yīng)用提供價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來自于舟山市舟陽繩網(wǎng)廠。用同批PE單絲(單絲線密度為40 tex)生產(chǎn)而成的PE辮線和捻線，作為試驗(yàn)材料。捻線為部頒標(biāo)準(zhǔn)乙綸網(wǎng)線，即PE 40 tex×16×3。PE辮線由股線和線芯組成，股線分為8股和16股，線芯為不加捻的平行絲束，股線采用一股壓一股的工藝相互交叉穿插辮制而成，辮線結(jié)構(gòu)為PE(40 tex×3×16+0)、PE(40 tex×6×8+0)、PE(40 tex×2×16+16)，節(jié)距均為 35 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中斷裂強(qiáng)力、結(jié)節(jié)強(qiáng)力、斷裂伸長率及彈性恢復(fù)率均按照標(biāo)準(zhǔn)SC 110-83進(jìn)行。

1.2.1 試驗(yàn)儀器

(1)多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)：寧波紡織儀器廠生產(chǎn)的YG026D型，量程0～9.8 kN，精度0.1 N，測定網(wǎng)線的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率、結(jié)節(jié)強(qiáng)力等數(shù)據(jù)。

(2)紡織天平：型號(hào) XY，量程 0～1 000 tex，精度 0.1 tex。

1.2.2 試樣的處理

試樣是隨機(jī)抽取而得，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)(標(biāo)準(zhǔn)大氣下)放置24 h以上，試驗(yàn)溫度為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20±2℃，濕度(65±2)%，試樣均為干態(tài)。

1.2.3 拉伸速度的設(shè)定

試驗(yàn)采用300 mm/min的拉伸速度，對(duì)預(yù)定的試樣進(jìn)行測試。對(duì)每種試驗(yàn)在相同速度下，分別進(jìn)行20次有效測定，最后取數(shù)據(jù)的平均值，測試數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均小于5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 PE辮線和捻線斷裂特性

對(duì)網(wǎng)線斷裂特性的研究一般集中于一次性拉伸時(shí)的斷裂特性，然而通常網(wǎng)線織成網(wǎng)片后要進(jìn)行牽伸定型，目的是使網(wǎng)線尤其是結(jié)節(jié)的緊密度得到改善，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，此外，網(wǎng)具在使用中，實(shí)際上是一個(gè)加載-卸載反復(fù)使用的過程，或者說多次拉伸受力的過程，因此，本文對(duì)PE辮線和捻線開展了一次、二次和多次拉伸斷裂特性研究。

2.1.1 PE辮線和捻線一次拉伸斷裂特性

當(dāng)網(wǎng)線直徑相同時(shí)直接比較斷裂強(qiáng)力和結(jié)節(jié)強(qiáng)力的大小，直徑不同時(shí)用斷裂強(qiáng)度(強(qiáng)度=強(qiáng)力/綜合線密度)、結(jié)節(jié)強(qiáng)力保持率(結(jié)節(jié)強(qiáng)力保持率=結(jié)節(jié)強(qiáng)力/斷裂強(qiáng)力)和強(qiáng)度利用率(強(qiáng)度利用率=網(wǎng)線的斷裂強(qiáng)度/單絲的斷裂強(qiáng)度×單絲根數(shù))等指標(biāo)進(jìn)行比較；實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)片的斷裂強(qiáng)力主要取決于網(wǎng)線打結(jié)后的強(qiáng)力特性，試驗(yàn)所用的結(jié)節(jié)為S型單線結(jié)。對(duì)PE辮線和捻線進(jìn)行一次拉伸斷裂測試，測試數(shù)據(jù)如表1、圖1、圖 2所示。

從表1、圖1和圖2可以看出，相同單絲數(shù)的PE辮線的斷裂強(qiáng)力比PE捻線大，16股空芯辮線比捻線大12.31%，8股空芯辮線比捻線大9.54%，16股加芯辮線比捻線大7.90%；相同單絲數(shù)的PE辮線的結(jié)節(jié)強(qiáng)力比捻線大，16股空芯辮線比捻線大27.38%，8股空芯辮線比捻線大24.61%，16股加芯辮線比捻線大24.14%；相同單絲數(shù)的PE辮線的結(jié)節(jié)強(qiáng)力保持率大于捻線，16股空芯辮線比捻線大13.33%，8股空芯辮線比捻線大13.75%，16股加芯辮線比捻線大15.05%；相同單絲數(shù)的PE辮線的斷裂強(qiáng)度比捻線也大，16股和8股空芯辮線均比捻線大5.1%，16股加芯辮線比捻線大10.71%；相同單絲數(shù)的PE辮線的強(qiáng)度利用率比捻線大，16股和8股空芯辮線均比捻線大5.13%，16股加芯辮線比捻線大10.66%。

表1 相同單絲數(shù)量PE辮線和捻線一次拉伸強(qiáng)力Tab.1 The first tensile strength of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

圖1 辮線和捻線斷裂強(qiáng)度比較Fig.1 The fracture strength of PE braided line and twisting machne

圖2 辮線和捻線強(qiáng)度利用率比較Fig.2 The strength utilization rate of PE braided line and twisting machne

相同單絲數(shù)PE辮線強(qiáng)力和強(qiáng)度比捻線大，原因在于：捻線是將單絲加捻而成，加捻后外側(cè)單絲抱緊內(nèi)側(cè)單絲，導(dǎo)致單絲間的摩擦增加，使網(wǎng)線的斷裂強(qiáng)力受到損失，而辮線是將多股單絲相互交叉穿插辮制而成，單絲與網(wǎng)線軸向的夾角小，單絲受力在網(wǎng)線軸向的分力占主導(dǎo)地位，強(qiáng)力受損失較小，單絲的強(qiáng)度利用率高。

而相同單絲數(shù)加芯辮線的斷裂強(qiáng)度比空芯辮線大，16股加芯辮線比16股和8股空芯辮線均大5.34%；相同單絲數(shù)加芯辮線的結(jié)節(jié)強(qiáng)力保持率比空芯辮線大，16股加芯辮線比16股空芯辮線大1.51%，16股加芯辮線比8股空芯辮線大1.15%；相同單絲數(shù)加芯辮線的強(qiáng)度利用率比空芯辮線大，16股加芯辮線比16股和8股空芯辮線大5.26%；

相同單絲數(shù)加芯辮線斷裂強(qiáng)度、強(qiáng)度利用率比空芯辮線大是由于：線芯是不加捻的平行絲束，強(qiáng)力沒有受到損失，形成線芯和股線的合力；并且空芯時(shí)辮線受擠壓后形狀易變形為扁狀，會(huì)增加網(wǎng)線的水阻力，而加芯辮線的形狀為飽滿的圓形，形狀不易變形，水阻力也小。

相同單絲數(shù)的16股空芯辮線的強(qiáng)力比8股空芯辮線大，斷裂強(qiáng)度、結(jié)節(jié)強(qiáng)力保持率與8股空芯辮線大致相等，原因是16股空芯辮線更加均稱緊密，綜合線密度大，各單絲受力均勻，總斷裂強(qiáng)力提高，外觀也更加美觀。

總之，相同單絲數(shù)的辮線斷裂特性優(yōu)于捻線，加芯辮線的斷裂特性優(yōu)于空芯辮線，16股空芯辮線和8股空芯辮線的斷裂特性大致相等，但是結(jié)構(gòu)更加緊密，外觀更加美觀。

2.1.2 PE辮線和捻線二次拉伸斷裂特性

對(duì)PE辮線和捻線施加50%斷裂強(qiáng)力和結(jié)節(jié)強(qiáng)力載荷，卸除載荷5 min后對(duì)網(wǎng)線進(jìn)行二次拉伸，用二次拉伸斷裂強(qiáng)力增加率和二次拉伸結(jié)節(jié)強(qiáng)力增加率來比較PE辮線和捻線的斷裂特性，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 相同單絲數(shù)量PE辮線和捻線二次拉伸強(qiáng)力Tab.2 The second tensile strength of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

從表2中可以看出，相同單絲數(shù)的PE辮線和捻線的二次拉伸斷裂強(qiáng)力比一次拉伸斷裂強(qiáng)力都有所增加，但辮線比捻線增加的多；辮線的二次拉伸結(jié)節(jié)強(qiáng)力比一次拉伸結(jié)節(jié)強(qiáng)力有所增加，而捻線的二次拉伸結(jié)節(jié)強(qiáng)力比一次拉伸結(jié)節(jié)強(qiáng)力減小了8.78%。

相同單絲數(shù)的PE辮線和捻線的二次拉伸強(qiáng)力都有所增加，網(wǎng)線二次拉伸斷裂強(qiáng)力增加的原因在于網(wǎng)線經(jīng)過一定拉伸后，改善了網(wǎng)線結(jié)構(gòu)，提高了結(jié)構(gòu)緊密度，使各單絲強(qiáng)力的疊加性能提高，從而使2種網(wǎng)線的強(qiáng)力有所增加；PE辮線和捻線二次拉伸斷裂強(qiáng)力增加率差異的原因與網(wǎng)線的結(jié)構(gòu)有關(guān)，辮線經(jīng)過50%斷裂強(qiáng)力拉伸后，股線的單絲受力更加均勻，從而使單絲的強(qiáng)力更好地疊加在一起，完成了斷裂強(qiáng)力的增加；PE辮線和捻線二次拉伸結(jié)節(jié)強(qiáng)力增加率產(chǎn)生差別的原因是辮線經(jīng)過50%結(jié)節(jié)強(qiáng)力拉伸后，結(jié)節(jié)處的單絲受摩擦作用力較小，而捻線結(jié)節(jié)處的單絲由于受摩擦作用強(qiáng)力受到損失，說明PE辮線在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出更好的適用性。

加芯辮線的二次拉伸強(qiáng)力比空芯辮線小，但是加芯辮線的二次拉伸強(qiáng)力增加率比空芯辮線大，原因是由于加芯辮線經(jīng)過50%斷裂強(qiáng)力載荷拉伸后，線芯和股線的延伸性更加趨于一致，兩者的合力更好地融合在一起。

總之，相同單絲數(shù)的PE辮線和捻線的二次拉伸斷裂強(qiáng)力比一次拉伸斷裂強(qiáng)力都有所增加，但是辮線的二次拉伸斷裂特性比捻線優(yōu)良，加芯辮線的二次拉伸斷裂強(qiáng)力增加率和結(jié)節(jié)強(qiáng)力增加率比空芯辮線略大。

2.1.3 PE辮線和捻線多次拉伸斷裂特性

從表3、圖3、圖4可以看出，相同單絲數(shù)的辮線和捻線在承受多次50%斷裂強(qiáng)力載荷-卸載過程后測試其斷裂強(qiáng)力，結(jié)果隨著拉伸次數(shù)的增加呈現(xiàn)先變大后變小的趨勢，辮線的三次拉伸斷裂強(qiáng)力達(dá)到最大，之后變??；捻線的二次拉伸斷裂強(qiáng)力達(dá)到最大，之后變小。

相同單絲數(shù)的辮線的多次拉伸斷裂特性優(yōu)于捻線，辮線的多次拉伸斷裂強(qiáng)力大于捻線，并且斷裂強(qiáng)力產(chǎn)生增加的次數(shù)也多余捻線，這一方面說明了在經(jīng)過50%斷裂強(qiáng)力拉伸后，辮線的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，股線的單絲受力更加均勻，從而使單絲的強(qiáng)力更好的疊加在一起，完成了斷裂強(qiáng)力的增加；這也從另一側(cè)面反應(yīng)了辮線耐疲勞性優(yōu)于捻線。

表3 相同單絲數(shù)量PE辮線和捻線多次拉伸強(qiáng)力Tab.3 The repeatedly drawing strength of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

圖3 辮線多次拉伸斷裂強(qiáng)力Fig.3 The repeatedly drawing breaking Strength of braided line

圖4 捻線多次拉伸斷裂強(qiáng)力Fig.4 The repeatedly drawing breaking strength of twisting machne

2.2 PE辮線和捻線伸長性能

2.2.1 PE辮線和捻線斷裂伸長率

通常采用比較PE辮線和捻線的斷裂伸長率來比較兩種網(wǎng)線的伸長性能，對(duì)相同單絲數(shù)PE辮線和捻線斷裂伸長率測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 相同單絲數(shù)量PE辮線和捻線斷裂伸長率Tab.4 The elongation at break of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

由表4可知，相同單絲數(shù)的PE空芯辮線、加芯辮線和捻線相比，16股空芯辮線比捻線的斷裂伸長率大19.49%，8股空芯辮線比捻線的斷裂伸長率大16.61%，16股加芯辮線比捻線的斷裂伸長率小7.75%；相同單絲數(shù)的16股空芯辮線比捻線的結(jié)節(jié)斷裂伸長率大12.88%，8股空芯辮線比捻線的結(jié)節(jié)斷裂伸長率大12.37%，16股加芯辮線比捻線的結(jié)節(jié)斷裂伸長率小13.73%。

相同單絲數(shù)空芯辮線斷裂伸長率比捻線大，原因是由于空芯辮線的線密度大于捻線，說明組成單位長度空芯辮線所用的單絲較長，并且空芯辮線有較大的空隙，拉伸時(shí)有較大的伸長空間；加芯辮線斷裂伸長率和結(jié)節(jié)斷裂伸長率較小，是由于線芯和股線的伸長不一致，線芯是不加捻的平行絲束，受力后呈現(xiàn)類似于單絲的斷裂特性。

2.2.2 漁用PE辮線和捻線載荷-伸長曲線

要充分表達(dá)出網(wǎng)線在不同載荷下的伸長情況，即載荷與伸長之間的關(guān)系，通常用載荷-伸長曲線來比較PE辮線和捻線的伸長性能。

由圖5可知，PE辮線和捻線都呈現(xiàn)出伸長隨著載荷的增加而增加，網(wǎng)線并不是在載荷最大時(shí)斷裂，而是繼續(xù)拉伸一段長度后才斷裂的現(xiàn)象；載荷-伸長曲線進(jìn)一步

驗(yàn)證了相同單絲數(shù)的PE辮線和捻線伸長特性，空芯辮線比捻線受力慢、伸長大，加芯辮線比捻線受力快、伸長小。

網(wǎng)線并不是在載荷最大時(shí)斷裂的原因在于：網(wǎng)線在受到最大載荷時(shí)，網(wǎng)線的合力達(dá)到最大，但網(wǎng)線并沒有疲勞到直接斷裂，而是再拉伸一段長度使網(wǎng)線發(fā)生疲勞產(chǎn)生斷裂；空芯辮線比捻線受力慢、伸長大，原因是由于空芯辮線的線密度大于捻線，使組成單位長度空芯辮線所用的單絲較長，并且空芯辮線有較大的空隙，拉伸時(shí)有較大的伸長空間；加芯辮線辮線比捻線受力快、伸長小，是因?yàn)榫€芯是不加捻的平行絲束，線芯首先受力，拉伸到一定程度后股線才受力，斷裂時(shí)也是線芯先斷，線芯和股線出現(xiàn)的強(qiáng)力峰值并沒有完全融合在一起，只有當(dāng)線芯和股線同時(shí)斷裂時(shí)，線芯和股線共同構(gòu)成的斷裂強(qiáng)力才能達(dá)到最大，這就要求增加線芯的延伸性，使線芯和股線的延伸性一致。

2.3 漁用PE辮線和捻線彈性

彈性指標(biāo)一般用彈性恢復(fù)率來表示，彈性恢復(fù)率與材料的使用價(jià)值有關(guān)，彈性大的材料具有使用期限長，能保持漁具或網(wǎng)箱網(wǎng)衣的固定形狀，并能承受沖擊等特點(diǎn)[14]。彈性恢復(fù)率指給網(wǎng)線施加30%斷裂強(qiáng)力載荷后，網(wǎng)線的彈性伸長在其總伸長中所占的百分率，對(duì)PE辮線和捻線的彈性測試數(shù)據(jù)見表5。

圖5 辮線和捻線載荷——伸長曲線Fig.5 The load-elongation curve of PE braided line and twisting machne

表5 相同單絲數(shù)量PE辮線和捻線彈性恢復(fù)率Tab.5 The elastic recovery rate of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

從表5可以看出，相同單絲數(shù)的PE辮線的彈性恢復(fù)率略大于捻線，其原因是由于辮線的緊密度大于捻線，拉伸后會(huì)較快的恢復(fù)原長度；加芯辮線的彈性恢復(fù)率比空芯辮線大，是由于線芯是不加捻的平行絲束，加芯辮線受力后，線芯直接受力，沒有空芯辮線和捻線那樣的拉伸緩沖。

3 結(jié)論和討論

(1)相同單絲數(shù)的PE辮線一次拉伸、二次拉伸及多次拉伸的斷裂特性都優(yōu)于PE捻線；相同單絲數(shù)的加芯辮線的斷裂強(qiáng)力比空芯辮線稍小，但是斷裂強(qiáng)度、強(qiáng)度利用率都比空芯辮線大，此外，相同單絲數(shù)的空芯辮線受擠壓后形狀易變形為扁狀，會(huì)增加網(wǎng)線的水阻力，而加芯辮線的截面形狀為飽滿的圓形，形狀不易變形，水阻力也??；相同單絲數(shù)的16股辮線的斷裂特性與8股辮線大致相等，但是16股辮線比8股辮線結(jié)構(gòu)更加緊密，外觀更加漂亮，具有更好的應(yīng)用價(jià)值。

(2)由相同單絲數(shù)組成的PE辮線和捻線，空芯辮線斷裂伸長率和結(jié)節(jié)斷裂伸長率大于捻線，加芯辮線斷裂伸長率和結(jié)節(jié)斷裂伸長率小于捻線；PE辮線和捻線都呈現(xiàn)出伸長隨著載荷的增加而增加，網(wǎng)線并不是在載荷最大時(shí)斷裂，而是繼續(xù)拉伸一段長度后才斷裂的現(xiàn)象，且空芯辮線比捻線受力慢、伸長大，加芯辮線比捻線受力快、伸長?。幌嗤瑔谓z數(shù)的PE辮線的彈性恢復(fù)率略大于捻線，加芯辮線的彈性恢復(fù)率比空芯辮線大。

(3)通常都是研究網(wǎng)線的一次拉伸斷裂特性和延伸性，對(duì)二次拉伸和多次拉伸后的性能研究的很少，此實(shí)驗(yàn)對(duì)辮線和捻線的二次拉伸斷裂強(qiáng)力和延伸性等做了初步研究；網(wǎng)線編織成網(wǎng)具后，在使用過程中，是在不斷經(jīng)受加載——卸載交替出現(xiàn)的過程，受的載荷也不是固定不變的，而是呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化，研究在不定載荷下的多次拉伸斷裂特性、延伸性及疲勞強(qiáng)度具有很好的現(xiàn)實(shí)意義，今后有待進(jìn)一步研究PE辮線和捻線在這方面的特性。

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