玻璃纤维纱线横机编织性能分析

孙妍妍，赵 堃

(1.安徽工程大学 安徽省纺织面料重点实验室，安徽 芜湖 241000；2.奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241000)

随着复合材料的发展，对纤维增强复合材料的要求也越来越高，在要求复合材料具有很高损伤容限的同时，对其增强材料的结构完整性和适型性的要求也更加严格.由于具有结构设计灵活、抗冲击性好等优点，针织物受到了越来越多的重视[1-2].但高性能纤维的强度和模量较高，使得特殊的编织成圈工艺具有一定的难度并很容易损伤机器部件，所以对高模量玻璃纤维可编织性的研究已成为国内外针织增强结构复合材料领域一个重要的研究方向[3-5].本研究分析了影响玻璃纤维纱线编织性能的因素，探讨了玻璃纤维针织物在手摇横机上的编织方法和工艺.

1 实验部分

1.1 实验材料

无碱玻璃纤维长丝纱线，河南洛阳晶纬玻璃纤维有限公司.

1.2 仪器与设备

E9手摇横机，通州市华康针织机械有限公司.

1.3 实验方法

1.3.1 编织实验

本实验选择了5种组织结构：平针、1+1罗纹(隔针罗纹)、四平、罗纹空气层和畦编组织，编织幅宽为80～100织针.

1.3.2 弯纱深度测试

针织物试样经处理后，采用拆散法测量线圈长度[6]，每个试样测量5次，然后取平均值.罗纹空气层组织的线圈长度取罗纹线圈和纬平针线圈的平均值，畦编组织的线圈长度取线圈和悬弧的平均值.

1.3.3 织物密度测试

织物下机后放置48 h，用照布镜放大后，根据公式(1)～(4)测试出它们的横密、纵密及密度对比系数.

(1)

(2)

P=PA×PB,

(3)

(4)

其中，PA为针织物横密，纵行/5 cm；PB为针织物纵密，横列/5 cm；A为圈距，mm；B为圈高，mm；P为总密度，线圈/25 cm2；C为密度对比系数.

2 结果与分析

2.1 玻璃纤维纱线编织性能分析

2.1.1 织物组织对编织质量的影响

织物的组织结构会影响编织的难易，也会影响复合后的材料性能.在手摇横机上，对所选的5种织物组织进行上机编织.通过实验发现,在相同工艺条件下编织由易到难依次为1+1罗纹>四平组织>罗纹空气层>平针>畦编组织.

1+1罗纹是最容易编织的，而畦编组织是最难编织的一种组织.这是由于罗纹组织的编织需要在两个针床进行，针床间距大，纱线弯曲小，所以编织相对容易，而畦编组织纱线在编织过程中的弯曲较多，所以编织最困难.

1+1罗纹组织的线圈沉降弧跨越2枚针距，弯曲较小，四平组织为满针罗纹，在编织过程中，线圈沉降弧只跨越一枚针距，弯曲较大，相对于1+1罗纹组织编织较困难.

相对于罗纹组织而言，平针不容易编织.这是由于平针组织是在同一针床上进行成圈与脱圈，纱线弯曲较大，部分纤维容易磨毛直至断裂.

2.1.2 给纱张力对编织的影响

由欧拉公式可知，在弯纱深度一定时，弯纱张力与给纱张力成正比，手摇横机的给纱张力不易定量控制，所以在保证挑线弹簧能够充分吸收机头换向时产生的余线的条件下，将圆盘式张力装置的张力调节到最小，减少成圈过程中的纱线张力.

2.1.3 弯纱深度对编织的影响

在针织过程中，弯纱深度是关系到能否正常编织、织物的线圈结构是否均匀以及织物的稀密是否得当的关键因素.在弯纱过程中，纱线要与成圈机件接触，主要为织针和针槽壁，并发生相对移动，这就会产生较大的弯纱张力，从而影响编织.

图1 弯纱深度对织物横密的影响Fig.1 Effect of sinking depth on horizontal density

在实际的编织过程中发现，弯纱深度的确影响编织的顺利程度.在弯纱深度较小时，编织比较顺利，布面质量较好，毛羽数量较少.在线圈大小适中的基础上，如再增加弯纱深度，则会发觉机头移动困难，纱线上断裂的毛羽增多，有的甚至会由于张力太大而崩断，尤其对平针和满针罗纹，由于是满针排针，增加弯纱深度使得同时弯纱的针数增加，那么纱线与成圈机件的包围角也增加，编织张力自然会大幅上升.

2.2 玻璃纤维纬编针织物性能分析

图2 弯纱深度对织物纵密的影响Fig.2 Effect of sinking depth on vertical density

密度对比系数C能够反映针织线圈的形态，C值越大，线圈形态越是瘦高；该值越小，则线圈形态越是宽矮,如图1和图2所示.通过对密度与弯纱深度及线圈长度的分析，探索出其对玻璃纤维纱线可编织性的影响.由图1可知，在相同的弯纱深度下，织物的横密的关系为罗纹空气层>平针>四平>1+1罗纹>畦编.由图2可知，在相同的弯纱深度下，织物的纵密的关系为平针>罗纹空气层>四平>1+1罗纹>畦编.这说明织物的组织结构不同，相同弯纱深度下编织织物的密度也不同.其中，平针的结构最紧密，因为其结构中的浮线有拉拢与之相连的两线圈纵行的趋势，同时它的线圈长度又最小，所以它的纵、横密最大；罗纹空气层组织具有平针和四平的结构，它的密度介于平针和四平之间，排第二；四平是满针罗纹，排针比1+1罗纹紧密，它的密度为第三；畦编组织虽然和1+1罗纹的排针一样，但其结构中的线圈都为拉长线圈，且拉长线圈上悬挂的集圈悬弧力图拨开，使线圈纵行相互分离，所以它的密度最小.

由图3可知，随着弯纱深度的增加，1+1罗纹、四平组织和罗纹空气层的密度对比系数C逐渐增大；随着线圈长度的增加，1+1罗纹、四平组织及罗纹空气层的线圈长度增大，线圈形态变得狭长，同时织物的纵密减少.随着弯纱深度的增加，平针组织的密度对比系数分别为0.6，0.59和0.55，密度对比系数虽然逐渐变小，但基本变化不大.究其原因，由于玻璃纤维具有高模量、高强度、纱线抗弯刚度大等特点，当线圈长度逐渐增加时，每个线圈可以自由弯曲的空间变大，沉降弧可以自由弯曲的空间增加，织物经充分松弛后，厚度方向的尺寸增加.而畦编组织的密度对比系数先增大后降低，这表明随着线圈长度增加，畦编组织的线圈形态先变长后变宽.究其原因，是畦编组织中集圈悬弧的存在使得织物长度缩短、宽度增加.

图4 弯纱深度对织物密度对比系数的影响Fig.4 Scatter diagram between sinying depth and stitch length

2.3 弯纱深度与线圈长度的回归分析

图4为线圈长度与弯纱深度的关系，由图4可看出，这5类组织的线圈长度l均随弯纱深度h的增加而增大.这是由于在针距一定的条件下，弯纱深度越大，织针在弯纱成圈时由导纱器中钩取的纱线越多，所以其成圈后线圈长度越大,弯纱深度与成圈后线圈长度近似呈线性关系.采取线性函数进行回归分析，得到的回归方程如表1所示.

由回归方程可知,在一定的范围内，平针、1+1罗纹、四平、罗纹空气层、畦编组织的线圈长度与织针的弯纱深度呈良好的线性关系.而且，组织结构不同，直线的斜率也不同.四平组织回归直线的斜率最大，所以织针的弯纱深度对四平组织线圈长度的影响最大，其次是平针和1+1罗纹，影响较小的是罗纹空气层和畦编.

织物的组织结构不同，相同的弯纱深度下编织织物的线圈长度也不同.在相同的弯纱深度条件下，这5类组织的线圈长度排列为畦编<平针<四平<1+1罗纹<罗纹空气层.

表1 弯纱深度与线圈长度的回归分析Tab.1 Regression analysis of sinking depth and stitch length

3 结论

(1)在相同的工艺条件下，各种组织在手摇横机上的编织由易到难为1+1罗纹>四平组织>罗纹空气层>平针>畦编组织.

(2)在相同的弯纱深度条件下，织物的横密关系为罗纹空气层>平针>四平>1+1罗纹>畦编；纵密的关系为平针>罗纹空气层>四平>1+1罗纹>畦编.在一定范围内，平针、1+1罗纹、四平、罗纹空气层、畦编组织的线圈长度与织针的弯纱深度呈良好的线性关系.

(3)在相同的弯纱深度条件下，编织组织的线圈长度排列为畦编<平针<四平<1+1罗纹<罗纹空气层.

参考文献：

[1] 梁玉华,马洪才.玻璃纤维及其复合材料[J].山东纺织科技,2001(6):47-49.

[2] 胡红,罗永康.纬编针织结构在复合材料中的应用[J].东华大学学报：自然科学版,2000,20(4):23-26.

[3] 朱梅.高模量纤维纱线针织可编织性能的研究[D].上海：东华大学，2003:12.

[4] 朱梅,胡红,周荣星.高性能纤维可编织性的研究[J].上海纺织科技,2003(6):30-32.

[5] 陈在学,胡红.电脑横机上玻璃纤维纱线编织工艺的探讨[J].东华大学学报：自然科学版,2005(5):48-52.

[6] 潘早霞.横机针织物线圈长度与弯纱深度的关系[J].上海毛纺科技,2009(1):5-6.