捻度對(duì)雙層包覆紗斷裂強(qiáng)力的影響

金禮月 李小紅 時(shí)娟娟 黃曉梅 曹海建

（1.南通大學(xué)，江蘇南通，226019；2.安徽銘瑞新材料科技有限公司，安徽滁州，239000）

包覆紗是一種新型復(fù)合紗，其芯紗可以為長絲或短纖維，外包紗通過加捻并用螺旋的方式包纏在芯紗表面［1］。獨(dú)特的包覆方式使兩種纖維各方面性能得到互補(bǔ)，減少由單一紗線制成織物的性能不足，充分發(fā)揮了包覆紗的優(yōu)勢。在長絲包長絲和長絲包短纖維的試驗(yàn)研究中，芯紗容易裸露在外而影響織造過程，故需改進(jìn)方法［2］。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)包覆紗的拉伸性能做了許多研究。其中，周朝鋼等通過細(xì)紗機(jī)制備了芳綸1313/超高分子量聚乙烯包覆紗，通過正交試驗(yàn)得出的質(zhì)量最佳包覆紗工藝為牽伸倍數(shù)1.05 倍，捻系數(shù)330，芯絲張力0.2 cN［3］。鄧世豪在優(yōu)化繃帶用氨綸/錦綸包覆紗的工藝試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，包覆紗的強(qiáng)力主要取決于外包紗，彈性主要由氨綸決定［4］；嚴(yán)雪峰等在研究包覆紗芯絲性能試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，包覆紗強(qiáng)力與所制織物耐切割性呈正相關(guān)［5］；仲霞等在包覆錦綸/氨綸的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，包覆紗的斷裂強(qiáng)力呈先增加后降低的規(guī)律，并且較高的外包捻度會(huì)使織物手感變硬［6］。田鷺新等經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在織物緊度一致的前提條件下，用芳綸1414 長絲織成織物的防刺性能比用超高分子量聚乙烯長絲的性能更優(yōu)異［7］。

本研究以芳綸1414 長絲和聚酰胺（PA）長絲為外包纖維，以芳綸1414 長絲或超高分子量聚乙烯（UHMWPE）長絲為芯紗分別制備了包覆紗，重點(diǎn)研究捻度對(duì)包覆紗斷裂強(qiáng)力的影響規(guī)律。其中，將芳綸1414 長絲為芯紗的記為K/K 包覆紗，UHMWPE 長絲為芯紗的記為K/P 包覆紗。

1 包覆紗的制備

1.1 原料與設(shè)備

原料包括芳綸 1414 長絲（66.6 tex）、PA 長絲（7.7 tex）和 UHMWPE 長絲（44.4 tex）。

儀器設(shè)備包括HKV-101D 型絡(luò)筒機(jī)、HKV-141D 型空心錠子包覆絲機(jī)和Instron5969H 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)［8］。

1.2 包覆紗制備技術(shù)

1.2.1 包覆紗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于UHMWPE 長絲和芳綸1414 長絲表面都較為光滑，為了實(shí)現(xiàn)較好的包覆效果，采用雙層結(jié)構(gòu)的包覆工藝，內(nèi)包較細(xì)的PA 長絲為過渡層，如圖 1 所示［9］。內(nèi)包紗 PA 長絲為 S 捻，外包芳綸1414 長 絲 為 Z 捻 。

圖1 雙層結(jié)構(gòu)包覆紗結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 包覆紗的工藝參數(shù)

牽伸速度21 m/min，里層PA 長絲捻度400 捻/m，錠速8 400 r/min，開機(jī)前根據(jù)不同外包捻度設(shè)置好相應(yīng)外層的錠速。

根據(jù)包覆工藝要求和前期研究結(jié)果，外層捻度要低于里層捻度，但外層外包捻度低于100捻/m時(shí)包覆紗質(zhì)量不理想，因此確定外包芳綸1414 長絲的捻度范圍在100 捻/m～300 捻/m。為確定斷裂強(qiáng)力的拐點(diǎn)，取50 捻/m 為一個(gè)梯度，即依次制備外包捻度 100 捻/m、150 捻/m、200 捻/m、250捻/m、300 捻/m 的 K/K 包覆紗和 K/P 包覆紗。

1.3 斷裂強(qiáng)力測試

使用Instron5969H 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定（CRE 法）》，測試各捻度下兩組包覆紗的斷裂強(qiáng)力，調(diào)整夾距200 mm，設(shè)置拉伸速度100 mm/min，輸入相應(yīng)包覆紗的線密度［10］。每筒紗測量 10 次，取平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 卷繞率對(duì)包覆紗斷裂強(qiáng)力的影響

在外包捻度分別為 150 捻/m 和 190 捻/m 的情況下，制備卷繞率分別為 1.0、1.2、1.4、1.6 的K/K 包覆紗，總共8 個(gè)紗筒樣本，每筒上取5 個(gè)有效數(shù)值計(jì)算平均值，結(jié)果如表1 所示。

表1 不同卷繞率下K/K 包覆紗的斷裂強(qiáng)力

由表 1 可知，在外包 捻度為 150 捻/m 和190 捻/m，卷繞率為 1.4 時(shí)，K/K 包覆紗的斷裂強(qiáng)力均最大，分別達(dá)到233.60 N 和221.03 N。這是由于在牽伸速度不變的前提下，卷繞速度與卷繞率呈正比關(guān)系，適當(dāng)?shù)奶嵘砝@率有利于改善紗線質(zhì)量，但增至一定值時(shí)，由于芯紗張力過大，會(huì)導(dǎo)致預(yù)伸長增大，進(jìn)而使包覆紗斷裂強(qiáng)力降低[11-13]。此外，卷繞率過小或過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致紗線不能均勻分布在紗筒上，影響后續(xù)織造過程[14]。因此本研究最終選定卷繞率為1.4，以提高包覆紗的斷裂強(qiáng)力。

2.2 捻度對(duì)包覆紗斷裂強(qiáng)力的影響

2.2.1 大梯度捻度對(duì)包覆紗斷裂強(qiáng)力的影響

捻度梯度為 50 捻/m 時(shí)，K/K 包覆紗和 K/P包覆紗的斷裂強(qiáng)力如圖2 所示。由圖2 可知，捻度在 100 捻/m～300 捻/m 時(shí)，K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力好于K/K 包覆紗；K/P 包覆紗和K/K 包覆紗的斷裂強(qiáng)力均隨著捻度的增加呈先增加后減小的規(guī)律［15］。這是因?yàn)椋矶仍黾蛹窗菜俣仍龃?，使纖維間摩擦力變大，紗線滑移量減小，斷裂強(qiáng)力增大。但當(dāng)外包長絲的包覆捻回角隨著捻度的增加而增加時(shí)，在軸向承受的有效分力減弱，芯紗發(fā)生塑形變形，使得包覆紗強(qiáng)力下降［16-18］。由此推測K/K 包覆紗和K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力拐點(diǎn)在100捻/m～200 捻/m。

圖2 捻度梯度50 捻/m 時(shí)兩種包覆紗的斷裂強(qiáng)力

2.2.2 細(xì)化梯度捻度對(duì)包覆紗斷裂強(qiáng)力的影響

捻度梯度為 20 捻/m 時(shí) K/K 包覆紗和 K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力如圖3 所示。由圖3 可知，捻度在100 捻/m～200 捻/m 時(shí) ，K/K 包覆紗 和 K/P 包覆紗均出現(xiàn)兩個(gè)峰值，前者分別出現(xiàn)在140 捻/m 和160捻/m，后者則分別出現(xiàn)在150捻/m 和200捻/m。捻度大于 200 捻/m 時(shí)，K/K 包覆紗和 K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力都明顯下降。這是由于高捻包覆下使芯紗受到較大壓力，不利于芯紗在空心錠中保持穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致紗線在拉伸時(shí)出現(xiàn)外包紗先行斷裂，使包覆紗強(qiáng)力下降［19］。捻度為100 捻/m～120捻/m 時(shí)，K/K 包覆紗和K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力相差不大。捻度大于120 捻/m 時(shí)，K/K 包覆紗和K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力相差明顯，且K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力平均值明顯高于K/K 包覆紗，由此可知芯紗類別對(duì)包覆紗的斷裂強(qiáng)力有明顯影響。

圖3 捻度梯度20 捻/m 時(shí)兩種包覆紗的斷裂強(qiáng)力

2.3 包覆紗拉伸斷裂形貌分析

兩種包覆紗在不同捻度下的斷裂形貌各不相同。圖4 是K/K 包覆紗外包紗先行斷裂形貌，圖5 和圖6 分別是K/P 包覆紗芯紗先行斷裂形貌和外包紗先行斷裂形貌。

圖4 K/K 包覆紗外包紗先斷裂形貌

圖5 K/P 包覆紗芯紗先斷裂形貌

圖6 K/P 包覆紗外包紗先斷裂形貌

觀察試驗(yàn)過程可知，對(duì)于K/K 包覆紗，捻度大于200 捻/m 時(shí)，基本都是外包紗先斷，如圖4 所示，斷裂聲音低沉；捻度為 140 捻/m 和 160 捻/m時(shí)，外包紗和芯紗同時(shí)斷裂，并發(fā)出清脆且較響的斷裂聲。對(duì)于K/P 包覆紗，捻度在100 捻/m～120 捻/m 時(shí)，芯紗先行斷裂，如圖 5 所示；捻度大于 300 捻/m 時(shí)，外包紗先行斷裂，如圖 6 所示；捻度為 150 捻/m 和 200 捻/m 時(shí)，外包紗和芯紗同時(shí)斷裂。兩組包覆紗的斷裂強(qiáng)力達(dá)到峰值時(shí)，都是芯紗和外包紗同時(shí)斷裂，說明制備效果良好的包覆紗外包紗和芯紗需要達(dá)到張力平衡，發(fā)生斷裂破壞時(shí)應(yīng)表現(xiàn)為二者同時(shí)斷裂［20］。

3 結(jié)論

（1）外包捻度為 150 捻/m 和 190 捻/m，卷繞率為1.4 時(shí)，K/K 包覆紗的斷裂強(qiáng)力均最大。

（2）捻度在 100 捻/m～300 捻/m 時(shí)，K/P 包覆紗和K/K 包覆紗的斷裂強(qiáng)力均隨著捻度的增加呈先增加后減小的規(guī)律。

（3）捻度大于 120 捻/m 時(shí)，K/P 包覆紗的斷裂強(qiáng)力平均值明顯高于K/K 包覆紗。

（4）對(duì)于 K/K 包覆紗，捻度大于 200 捻/m 時(shí)，基本都是外包紗先斷；捻度為140捻/m 和160捻/m時(shí)，外包紗和芯紗同時(shí)斷裂。

（5）對(duì)于 K/P 包覆紗，捻度為 100 捻/m～120 捻/m 時(shí)，芯紗先行斷裂；捻度大于300 捻/m時(shí)，外包紗先行斷裂；捻度為150 捻/m 和200 捻/m 時(shí)，外包紗和芯紗同時(shí)斷裂。