不同參數(shù)高強(qiáng)高模針織物拉伸性能研究

文/趙凱敏 劉 夙

高強(qiáng)高模紡織復(fù)合材料具備良好的物理及化學(xué)穩(wěn)定性，并且質(zhì)輕、柔韌，已成功應(yīng)用于軍事、航空航天、通信、電子和防護(hù)等高科技領(lǐng)域。目前這類材料多采用芳綸纖維制成，具有高強(qiáng)高模、耐酸堿性強(qiáng)、密度低、阻燃及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)異特性。但芳綸纖維價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本較高。滌綸網(wǎng)絡(luò)絲具有良好的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性，以及較強(qiáng)的承載能力和優(yōu)良的抗疲勞性能，近年來逐漸受到研究者們的關(guān)注，并使其在汽車工業(yè)、建筑工程等領(lǐng)域逐步開展應(yīng)用。芳綸纖維與高強(qiáng)滌綸網(wǎng)絡(luò)絲都具有高強(qiáng)高模的特點(diǎn)，但兩者價(jià)格差距較大，力學(xué)性能方面也存在差距。本文采用上述兩種纖維在電腦橫機(jī)上編織成不同參數(shù)的針織物，探究原料、織造密度及織物組織對(duì)針織物拉伸性能的影響規(guī)律。本研究將對(duì)產(chǎn)業(yè)用高強(qiáng)高模針織物的設(shè)計(jì)開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及儀器

試驗(yàn)原料見表1，試驗(yàn)所用儀器信息見表2。

表1 紗線基本規(guī)格

表2 試驗(yàn)儀器信息

1.2 影響織物力學(xué)性能的指標(biāo)

影響針織物力學(xué)性能的主要指標(biāo)為：原料、彎紗深度（電腦橫機(jī)上，彎紗深度用NP值表示，NP值越大，彎紗深度越大，所形成的線圈長度也相應(yīng)越大）、組織結(jié)構(gòu)。

原料：芳綸1313、芳綸1313+2根尼龍熱熔絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲+2根尼龍熱熔絲。

NP值：12、12.5。

組織結(jié)構(gòu)：平針、變化平針1、變化平針2，編織圖如圖1所示。

圖1 平針及變化平針針織物編織示意圖

1.3 不同參數(shù)針織物設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)針織物的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)出24種不同類型的織物，如表3所示。其中，A表示的是由芳綸1313織成的織物，B表示的是由芳綸1313＋2根尼龍熱熔絲織成的織物，C表示的是由5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲織成的織物，D表示的是由5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲＋2根尼龍熱熔絲織成的織物。

表3 不同參數(shù)針織物設(shè)計(jì)

2 紗線性能測(cè)試

2.1 紗線拉伸性能測(cè)試

紗線的拉伸性能是衡量織物拉伸性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它對(duì)織物的加工過程以及織物質(zhì)量都會(huì)造成一定的影響。本文對(duì)芳綸1313紗線以及滌綸網(wǎng)絡(luò)絲進(jìn)行了拉伸強(qiáng)力測(cè)試。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長絲拉伸性能試驗(yàn)方法》。

試驗(yàn)參數(shù)如下：預(yù)加張力為0.2 cN/dtex，夾持距離為250 mm，速度為500 mm/min。將這兩種紗線重復(fù)測(cè)試20次，所測(cè)得平均值見表4。

表4 紗線拉伸性能測(cè)試結(jié)果

從表4中可以看出，細(xì)度相同時(shí)，芳綸1313的斷裂強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲，而滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的斷裂伸長率要高于芳綸1313。

2.2 紗線摩擦性能測(cè)試

紗線的摩擦性能對(duì)織物的加工過程以及成品質(zhì)量有著重要影響。如果紗線的摩擦系數(shù)過大，則會(huì)影響織物的上機(jī)編織，進(jìn)而影響織物的質(zhì)量和外觀效果。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D3108—2001《紗線與固體材料之間摩擦系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。

試驗(yàn)參數(shù)如下：包圍角為180°，速度為100mm/min，時(shí)間為15s。每種紗線重復(fù)測(cè)試3次，測(cè)試平均值如表5所示。

表5 紗線摩擦性能測(cè)試結(jié)果

從表5中可以看出，同樣細(xì)度的滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的摩擦系數(shù)低于芳綸1313，紗線的摩擦系數(shù)不會(huì)影響織物的上機(jī)編織。

3 織物拉伸測(cè)試及分析

在測(cè)試織物拉伸性能之前，先對(duì)織物的密度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表6。

表6 織物密度參數(shù)

3.1 織物拉伸性能測(cè)試方法

參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3923.1—2013《紡織品 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定（條樣法）》。

試驗(yàn)參數(shù)：設(shè)定隔距長度為200mm，拉伸速度為100mm/min。在夾鉗中心位置夾持試樣，啟動(dòng)試驗(yàn)儀，將試樣拉伸至斷脫，記錄斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長。

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

將含有不同參數(shù)的織物進(jìn)行拉伸測(cè)試，測(cè)試所得的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率平均值。由測(cè)試結(jié)果可以看出：芳綸1313的強(qiáng)度大概是滌綸網(wǎng)絡(luò)絲所織成織物的1.6～2.6倍。當(dāng)組織結(jié)構(gòu)、紗線相同時(shí)，NP值越小，織物強(qiáng)度越大，斷裂伸長越小。這是由于NP值越?。瘁樋椢锟v橫密越密），織物中紗線間的接觸點(diǎn)越多，這時(shí)紗線間的切向滑動(dòng)阻力會(huì)增大，從而導(dǎo)致織物的斷裂強(qiáng)度增大，斷裂伸長減小。此外，NP值為12.5時(shí)的織物拉伸規(guī)律與NP值為12時(shí)的織物拉伸規(guī)律大致相同，為此，本文只對(duì)NP值為12時(shí)的織物拉伸規(guī)律進(jìn)行分析。

3.2.1 原料對(duì)織物強(qiáng)力的影響

不同原料對(duì)織物強(qiáng)力的影響見圖2。

圖2 原料對(duì)織物強(qiáng)力的影響

由圖2可見，當(dāng)NP=12，組織結(jié)構(gòu)為緯平針時(shí)，經(jīng)向斷裂強(qiáng)度：A1＞B1＞C1＞D1，緯向斷裂強(qiáng)度：A1＞B1＞C1＞D1；經(jīng)向斷裂伸長：A1＞D1＞B1＞C1，緯向斷裂伸長：A1＞B1＞C1＞D1。當(dāng)組織結(jié)構(gòu)為1隔1變化平針及2隔2變化平針時(shí)，經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)度和伸長與緯平針相同，即經(jīng)向斷裂強(qiáng)度：A＞B＞C＞D，緯向斷裂強(qiáng)度：A＞B＞C＞D；經(jīng)向斷裂伸長：A＞D＞B＞C，緯向斷裂伸長：A＞B＞C＞D。與C和D相比，A和B強(qiáng)度較高的原因在于：A、B中含有芳綸1313，芳綸1313強(qiáng)度要比滌綸網(wǎng)絡(luò)絲強(qiáng)度高。在A與B中，A強(qiáng)度更高的原因在于：B中除了含有芳綸1313外，還增加了兩根尼龍熱熔絲，而尼龍熱熔絲的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于芳綸1313，尼龍熱熔絲的加入降低了整體的斷裂強(qiáng)度。在C和D中，C強(qiáng)度更高的原因在于：尼龍熱熔絲的加入降低了整體的斷裂強(qiáng)度。對(duì)于經(jīng)向斷裂伸長，A大于D的原因在于，A1織物中紗線根數(shù)較少，紗線間摩擦阻力較小，斷裂伸長較大。D大于B的原因在于:滌綸網(wǎng)絡(luò)絲紗線本身的斷裂伸長要高于芳綸1313。而B大于C的原因在于：B中紗線根數(shù)較少。對(duì)于緯向斷裂伸長，A＞B＞C＞D的主要原因在于紗線根數(shù)。紗線根數(shù)越少，摩擦阻力越小，斷裂伸長越大。

3.2.2 織物組織對(duì)織物強(qiáng)力的影響

不同織物組織對(duì)織物強(qiáng)力的影響見圖3。

圖3 織物組織對(duì)織物強(qiáng)力的影響

由圖3可見，當(dāng)NP=12，紗線原料為芳綸1313時(shí)，經(jīng)向斷裂強(qiáng)度：緯平針＞變化平針1＞變化平針2，緯向斷裂強(qiáng)度：變化平針2＞變化平針1＞緯平針；經(jīng)向斷裂伸長：變化平針2＞變化平針1＞緯平針，緯向斷裂伸長：緯平針＞變化平針1＞2變化平針2。當(dāng)紗線原料分別為芳綸1313＋2根尼龍熱熔絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲＋2根尼龍熱熔絲時(shí)，經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長規(guī)律與芳綸1313的拉伸規(guī)律相似。在經(jīng)向上，緯平針織物橫密最大，變化平針1次之，變化平針2最稀疏。在織物拉伸時(shí)，織物橫密越大，織物在拉伸過程中承受拉力的紗線根數(shù)越多，織物斷裂強(qiáng)度越大。同時(shí)橫密的增加會(huì)使得紗線間的阻力增大，斷裂伸長減小。故經(jīng)向斷裂強(qiáng)度：緯平針＞變化平針1＞變化平針2，經(jīng)向斷裂伸長：變化平針2＞變化平針1＞緯平針。在緯向上，由于變化平針中增加了浮線組織，使得針織物的橫向延伸性減小，尺寸穩(wěn)定性提高。故緯向斷裂強(qiáng)度：變化平針2＞變化平針1＞緯平針。同時(shí)在緯向上，變化平針2的縱密最大，變化平針1次之，緯平針最差，故緯向斷裂伸長：緯平針＞變化平針1＞變化平針2。

4 結(jié)論

芳綸1313的斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)大于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的斷裂強(qiáng)度，因此本研究中滌綸網(wǎng)絡(luò)絲織物的強(qiáng)度大概是芳綸1313所織成織物的38.5%～62.5%；芳綸1313的摩擦系數(shù)也大于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲，可根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)實(shí)際情況對(duì)原料進(jìn)行選擇。

織物組織和紗線原料相同時(shí)，NP值越小，織物強(qiáng)度就越大，斷裂伸長就越小；變化平針中由于添加了浮線，使得針織物的橫向延伸性減小，尺寸穩(wěn)定性提高，因此變化平針織物的緯向斷裂強(qiáng)度相對(duì)于平針組織來說更高。