玻璃纤维可编织性评价

张振方，万 明

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048)

0 前言

目前，玻璃纤维一般作为复合材料应用在医学、建筑、航空航天等领域，在纺织中的研究也较多。马晓红［1］等以玻璃纤维为原料，在拉舍尔舌针经编机上编织经编针织物，并建立了经平织物线圈三维几何模型。王秋美［2］等对玻璃纤维平针织物的尺寸特性进行了研究，并得出玻璃纤维纬平针织物的线圈长度主要由弯纱深度决定的结论。在编织过程中玻璃纤维纱线会受到拉伸和弯曲，由于其脆性较大，很容易发生扭折，纤维会断裂，在布面形成毛羽;由于其摩擦系数大，在成圈过程中纱线与纱线以及纱线与机件发生摩擦带来纱线甚至机件的磨损［3］，带来布面破洞。

朱梅［4］等就玻璃纤维的可编织性进行过总结，认为玻璃纤维由于高强度和高模量编织较困难，而国际上对其可编织性评价主要是实验研究为主，而没能对由机件和纱线相互作用引起的纤维损伤和机件损伤情况以及损伤机理进行深入的分析和研究。通常评价玻璃纤维纱线可编织性可采用编织织物的顺利程度和观察织物外观的方法，然而，这些方法都是定性描述，缺乏系统的定量分析。本文采用定性与定量结合对玻璃纤维的编织损伤进行评价，以期为玻璃纤维的研究提供理论指导。

1 编织试样

1.1 原料

试样编织的原料采用河南洛阳晶纬玻璃纤维有限公司生产的无碱连续玻璃纤维长丝纱线，其规格为:单丝直径为9μM，纱线为两股，单股纱线线密度为34TEX，捻度为60捻/米，捻向为S。

1.2 编织工艺

1.2.1 机号

考虑到纱线的细度与机号相适应，故选用机号为E10的国产手摇横机(不带压脚)。

1.2.2 组织结构

选用具有代表性的单面平针组织、满针罗纹组织、罗纹空气层组织和畦编组织四种组织结构。

1.2.3 工艺参数

试样的规格选择为15CM×15CM，除线圈长度外，保持每片试样相同的牵拉力、给纱张力、机头速度，并确保其他的工艺参数不变。

线圈长度确定的方法为调节成圈三角，使其达到能编织最小线圈的弯纱深度，在此弯纱深度基础上再以成圈三角刻度盘的3个刻度为梯度增加线圈长度，直到不能正常编织，分别编织出具有不同线圈长度的织物。

1.2.4 定量评价取样

(1)取编织好的试样(平针、罗纹空气层、满针和畦编四组织试样)，并把他们拆散，取较好的拆散样。

(2)仪器操作

按照YG061型电子单纱强力试验仪的操作步骤，逐步进行实验，其中预加张力选择纤维强力测试的常用值，即为10CN～14CN。

2 实验结果与分析

2.1 定性分析

在编织过程中玻璃纤维纱线会受到拉伸和弯曲，由于其脆性较大，很容易发生扭折，致使纤维断裂，在布面形成毛羽，而且其摩擦系数较大，在与机件的接触过程中玻璃纤维纱也会有磨损，使布面出现毛羽和破洞，同时较大的摩擦力会造成成圈机件的损伤。因此，布样的表面毛羽情况以及织针在编织过程中受到玻璃纤维的牵拉、摩擦等作用，会受到不同程度的损伤失效情况直接反映了玻璃纤维的磨损状况及编织性能。

采用观察法，通过电子显微镜或者用肉眼直接观察织物的表观性能(纱线毛羽、漏针、破洞等)以及织针和成圈三角的磨损情况，来定性分析玻璃纤维纱线的损伤情况。这种方法方便简单，很容易得出结论，但是它只是定性描述，缺乏系统的定量分析，主观性比较大。

评价指标:纱线毛羽量、漏针情况、破洞大小、数量、织针和成圈三角的磨损情况。

2.1.1 布样表面毛羽分析

不同线圈长度的织物表面毛羽情况见图1的(A)、(B)、(C)所示。

图1 不同线圈长度的织物表面毛羽情况

对不同参数的布样用肉眼和扫描电镜分别进行观察分析发现布面的毛羽是不可避免的，差别在于毛羽量随织物参数不同而不同;当编织参数合适时，表面的毛羽量相对比较少;在线圈长度较长时，布面密度小，布面相对疏松，布面毛羽相对较长且数量相对较多;线圈长度较短时，布面相对紧致，但毛羽较多;当线圈长度适中时，布面毛羽明显相对较少。

分析毛羽形成的原因:玻璃纤维纱的弯曲刚度大、伸长率低、脆性大、耐磨和耐扭折性能差，在成圈过程中，纤维受到弯曲、拉伸、摩擦，超出纤维的强伸极限，纤维断裂或劈裂，产生断头或碎屑;断裂纤维伸出纱线表面，形成毛羽［5］。

2.1.2 织针的磨损分析

在编织过程中，织针磨损、形变、断裂等情况各不相同，因此，织针的损伤同样反映了玻璃纤维的编织性能［6］。织针的编织损伤如图2所示:

图2 编织玻璃纤维过程中织针的损伤

经实际编织，出现了不同程度的针舌偏斜损伤和针沟上翘损伤，而织针的损伤会导致织针失效，无法继续使用。针舌偏斜和针钩上翘是由于旧线圈受到牵拉产生张力和较大编织张力而变形，由于玻璃纤维纱线摩擦系数大，退圈时，旧线圈易随织针一起上浮，为了克服纱线与织针之间的摩擦力，需要施加相对偏大的牵拉张力，针钩受力较大;在退圈和套圈阶段，针舌需承受线圈在扩张时较大的张力，长时间大张力导致少数针钩上翘或者针钩与针舌错位。两种情况会导致织针完全破坏或变形过大不能工作，经试验统计，失效的织针数约占整个工作织针数的3.6%。

2.2 定量分析

玻璃纤维在编织之后，由于其不易折、不易弯曲等性能，会造成布面出现破洞，织物拆散后的纱线的强力会有不同程度的损伤，因此，对布面破洞数量和纱线强力损伤的定量分析可间接反映其编织性能。定量分析的优点是精确客观，缺点是工作量大，数据分析较困难。

2.2.1 布面破洞分析

布面的破洞数量是反映纤维编织性能的直观因素。对选择不同的线圈长度编织的单面平针组织和双面满针罗纹组织布面的破洞数量进行统计分析，如图3所示:

图3 平针和满针罗纹织物表面的破洞数量与线圈长度的关系

对单面平针组织，当线圈长度在6.5mm～7mm之间时，破洞最少;对双面满针罗纹组织，当线圈长度在6mm～6.5mm之间时，织物破洞数量最少。因此线圈长度对织物的影响较大，实际操作时，应根据其组织控制其最佳线圈长度范围。

2.2.2 定量分析玻璃纤维纱的损伤程度

采用纱线强力损伤率定量分析玻璃纤维纱的损伤程度，评价其可编织性。

强力损伤率=P1/P2;

式中:P1为未经编织的纱线的拉伸断裂强力;

P2为编织后从织物中脱散下来的纱线的拉伸断裂强力。

考虑到玻璃纤维脱散过程中，纤维不可避免发生损伤，经试验，其损伤较小，可不做考虑，但脱散过程中应注意力度。

分析实验结果得出图4所示，图中分别给出了编织4种不同的组织结构时，玻璃纤维纱线的强力损伤率(或纤维强力损伤率)随线圈长度的变化曲线。

图4 编织不同组织时玻璃纤维纱线强力损伤率与线圈长度的关系

从图4中可以看出，曲线的变化趋势是相似的，四种织物组织中均有一个强力损伤最小点，大于或小于此时的线圈长度范围，纱线的强力损伤均有所增加。经数据反映，满针罗纹、罗纹空气层和畦编组织的最低损伤率分别为31%、33%和37%左右，而平针为27%左右，说明玻璃纤维纱线织造后的强力损伤率与编织时的弯纱深度(即织物的线圈长度)有着密切的关系，并存在一个最佳的参数值。平针织物的纤维损伤率最低，将纤维损伤率控制在合理的范围内也相对比较容易实现，是理想的组织结构。满针罗纹和罗纹空气层比平针稍微高一点，畦编组织由于同时进行集圈和成圈，而它们的弯纱要求又不同，所以玻璃纤维纤维纱的损伤比较严重，在对组织没有特殊要求的情况下，常选用平针织物，应尽量避免选用满针罗纹、畦编组织等较复杂的组织。

分析其编织原因:满针罗纹与平针组织相比，织针全部参与编织，后者只是一个针床上的织针编织，无论在退圈阶段还是弯纱成圈阶段，满针罗纹参与运动的织针数均为平针组织的两倍［8，9］，所以在编织过程中，纤维与纤维、纤维与成圈机件之间的摩擦以及纤维的编织强力都会随之大幅增加，造成纤维损伤率上升［10］。因而和平针相比较，最低损伤率稍高一些。罗纹空气层组织与平针组织相比，由于前者是平针和罗纹的复合［11］，所以牵拉力等工艺参数不能按照单一的一种组织设定，即对于单独的平针和罗纹而言，工艺参数都不是最适中的，因此，罗纹空气层的最低损伤率比平针组织高。畦编组织是因为在编织过程中，成圈和集圈同时出现［12］，而且集圈会使线圈进一步拉伸，对于伸长率比较小，摩擦力比较大的玻璃纤维纱线而言，纤维的损伤就会更加明显。

2.3 定性与定量评价结合

玻璃纤维的可编织性的定性与定量均有其优劣性，结合图1中的(A)、(B)、(C)分别为在显微镜下3种不同线圈长度的平针组织中纤维受损的织物图分析:只有在线圈长度适中的情况下，纤维损伤才会达到较低的理想程度，这也恰好与实验测试和分析结果较为吻合。观察法和纱线强力损伤法得出的结果基本一致。

对玻璃纤维的编织性能的评价中，观察法比较简单，便于操作，容易得出结论，然而它只是定性的描述，主观性比较大，误差大。而纤维损伤法就具有客观性，而且能定量的、清晰的描述纤维的损伤程度［13］，但这种方法也有工作量比较大，数据较多，处理较复杂等缺点。

3 结语

玻璃纤维在编织过程中，毛羽较多，但控制线圈长度，可有效减少毛羽;编织后，织针会有不同程度的失效，且布面会出现破损;纱线强力损伤与线圈长度有较大关系，织物组织越复杂，纱线强力损伤率越高。

定性评价和定量评价均有其各自优劣性，定性评价具有直观易读性，但不够精确，而定量评价具有精确可靠性，但数据采集及分析较繁琐，因此玻璃纤维的编织性能的准确反映应结合定性和定量综合评价。

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