常用超高分子量聚乙烯纤维钓线断裂强度与耐磨性能研究

滕文良，殷雷明，庄 鑫，龚德华，张健峰，钱金玉，郑志龙，刘英泰，邢彬彬

(1 大连海洋大学 水产与生命学院，辽宁 大连 116023;2 大连海洋大学，辽宁省海洋牧场工程技术研究中心，辽宁 大连 116023)

迪尼玛(Dyneema©)纤维是一种超高分子量聚乙烯纤维，迪尼玛纤维钓线采用编织或加捻而成，一般有4股编、8股编等多种结构。迪尼玛纤维钓线具有优异的综合性能，相较于普通聚乙烯钓线其拥有更坚韧、模量高、伸长低、重量轻等特点[1]。同时，迪尼玛纤维在其生产及使用过程中对环境造成的污染小[2]。

近年来，休闲渔业在国内高速发展，垂钓作为休闲渔业的一种重要形式逐渐被人们所喜爱，如何在垂钓中选择合理的钓线成为休闲垂钓者急需解决的问题[3]。鉴于迪尼玛纤维钓线性能优异及在垂钓爱好者群体中积累的良好口碑，其正逐渐替代传统的垂钓鱼线，成为主要的垂钓钓线选择材料之一[4]。中国学者对迪尼玛纤维在改进捕捞渔具方面进行了大量研究。郁岳峰等[5]对比测试了迪尼玛纤维绳网与聚乙烯材料绳网的断裂强力及渔用实用性，结果表明迪尼玛纤维绳网断裂强力更高，在拖网作业中可以有效降低拖网的线面积系数，提高生产效能。王明彦等[6]对迪尼玛纤维材料制作的拖网研究表明，迪尼玛纤维拖网的捕捞产量和产值相较于传统PE拖网高，有着更好的经济效能。国外学者对迪尼玛纤维在渔具选择性方面进行了研究，Herrmann等[7]对使用普通聚乙烯的拖网和使用迪尼玛纤维的拖网进行了拖网选择性试验，研究表明迪尼玛纤维拖网的渔获物中兼捕误捕现象较普通聚乙烯拖网少，选择性更优。Adnan等[8]在地中海对迪尼玛纤维拖网网囊和传统PE材料网囊进行了选择性实验，结果证明使用迪尼玛纤维材料制成的拖网网囊较传统PE材料具有更小的阻力，有利于提高拖网渔具的使用性。

由于迪尼玛纤维钓线应用到垂钓业上的时间较短，目前国内还未有在鱿鱼钓作业中大规模使用迪尼玛纤维钓线的报道，迪尼玛纤维钓线在垂钓业上应用的各项性能指标还没有系统地进行测试研究。同时，在钓线各项性能中，断裂强度、耐磨性尤为重要，是钓线必不可少的重要技术指标[9]。

结合垂钓业中钓线选择实际需要，通过对2种结构、8种规格的迪尼玛纤维钓线的断裂强度及耐磨特性进行对比研究，得出相关性能数据，并结合休闲渔业垂钓中常见渔获物重量范围，提出针对不同钓捕对象钓线选择的合理建议，为鱿鱼钓及休闲渔业垂钓的钓线选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

所用2种结构、8种规格的同一批次生产的迪尼玛纤维钓线购自大连某钓线生产工厂，作为试验材料试样，材料参数详见表1。

1.2 仪器

断裂强度试验采用电子织物强度机(YG026C，中国)，断裂强度测量范围为0～5 000 N，可在不同的拉伸速度下，测定试样的断裂强度、断裂伸长等数据。

耐磨特性试验采用电脑纱线耐磨试验仪(LFY-109A，中国)，匀速摩擦速率为60次/min。

1.3 断裂特性试验方法

2种结构、8种规格的试样在实验室内(标准大气下)放置24 h以上，温度(20±2)℃，湿度(65±5)%。设100、200、300、400、500、600 mm/min 6个拉伸速度档[10]，对预定的试验试样进行测试,分别进行n=30次有效测定。试验过程中相关的技术条件和方法，均按SC/T 4039—2018《合成纤维渔网线试验方法》标准[11]进行。

1.4 耐磨性试验方法

对2种结构、8种规格的迪尼玛纤维钓线的耐磨性进行测定，每次测试样品的数量为20组，对4股编、8股编1～8号16种规格迪尼玛钓线进行耐磨性实验。本试验采用往复式摩擦程序进行操作，在标准实验室环境下，将试样的一端系在耐磨机的小圆环上，然后穿过滑轮、磨砂石和导向滑轮,将试样的另一端施加1.47 N张力[12]。当试样的表面与磨砂石表面充分接触时，开始进行耐磨试验，当试样被完全磨断时，记录试样的磨断次数，并计算单位线密度的磨断次数[13]；当试样摩擦 3、6、9、12、15 min后，将试样从电脑纱线耐磨仪上取下，通过断裂强力机上以拉伸速度300 mm/min[14]，对磨损后的试样进行断裂强度测试，计算断裂强度并得出断裂强度保持率。以试样单位线密度的磨断次数，断裂强度保持率这2个指标来评价迪尼玛纤维钓线的耐磨性能[15-16]。

2 结果

2.1 断裂强度与拉伸速度的关系

由表2可知，2种结构、8种规格的迪尼玛纤维钓线的断裂强度在6种拉伸速度下，同号迪尼玛纤维钓线8股编的平均断裂强度为4股编的1.05～1.23倍，且同编钓线的断裂强度随着粗度的增加而增加。

表2 迪尼玛纤维钓线断裂强度与拉伸速度的关系

如表3所示，经SPSS软件作线性回归分析，得出迪尼玛纤维钓线断裂强度(B)与拉伸速度(v)的趋势曲线。结果表明，2种结构、8种规格的迪尼玛纤维钓线断裂强度与拉伸速度的线性回归关系极为显著，即迪尼玛纤维钓线在不同的拉伸速度之下，断裂强度随着拉伸速度的增大而减小。

表3 4股编、8股编迪尼玛纤维钓线的断裂强度与拉伸速度线性回归分析

2.2 拉伸速度与钓线断裂伸长率的关系

钓线的断裂伸长率并不遵循线径越粗其断裂伸长率减小的情况[17-19]，不同的结构和规格钓线变化规律不同。如图1、2所示，随着速度的增加，4股编钓线与8股编钓线的伸长率变化存在明显差异。4股编钓线的伸长率在不同速度时的伸长率变化范围为4.3%～6.3%，在拉伸速度为300 mm/min时，7号钓线的伸长率最大，为6.3%；在拉伸速度为300 mm/min时，1号钓线的断裂伸长率最小，为4.3%。8股编钓线的伸长率在不同速度时的伸长率变化范围为4.0%～8.2%，且除1号、5号外在同一拉伸速度下伸长率均随线号规格的变大而变大；在拉伸速度为300 mm/min时，5号钓线的伸长率最大，为8.2%；在拉伸速度为400 mm/min时，2号钓线的伸长率最小，为4.4%。8股编5号线的伸长率约为其他线号(除1号外)的1.1～1.3倍，在拉伸速度为200 mm/min时，其伸长率最小，为7.8%。

图2 8股编迪尼玛纤维钓线同一拉伸速度下不同粗度钓线的伸长率变化曲线

2.3 各规格钓线单位线密度磨断次数的比较

由表4可见，同种结构迪尼玛纤维钓线单位线密度磨断次数随着钓线粗度的增加而增加，单位线密度磨断次数最少的为4股编1号和8股编1号，单位线密度磨断次数最大的为4股编8号和8股编8号。其中4股编8号钓线单位线密度磨断次数为4股编1号钓线的13倍；8股编8号钓线单位线密度磨断次数为4股编8号钓线的8.5倍。

表4 各规格迪尼玛纤维钓线磨断次数

2.4 各规格钓线断裂强度保持率的比较

由表5、6可见，4股编1号钓线因磨断次数过少导致无法测试其断裂强度保持率；4股编2号、4股编3号钓线在9 min内磨断，故无法测试其9、12、15 min断裂强度保持率；8股编1号钓线在12 min内磨断，故无法测试其12、15 min断裂强度保持率。同种结构钓线中，4股编8号钓线在5个磨损时间后的断裂强度保持率高于4股编其余号数钓线。8股编钓线在3 min、15 min摩擦后，断裂强度保持率最大的为8号钓线；在6、9、12 min摩擦后，断裂强度保持率最大的为7号钓线。由此可见，2种结构钓线7号、8号钓线的耐磨性好，1号钓线的耐磨性最差。

表5 各规格迪尼玛纤维钓线磨损后断裂强度比较

经SPSS软件作线性回归分析，得出迪尼玛纤维钓线断裂强度(B)与磨损时间(T)的趋势曲线，如表7所示。

表6 各规格迪尼玛纤维钓线磨损后断裂强度保持率比较

表7 各规格迪尼玛纤维钓线断裂强度与磨损时间线性回归分析

结果表明，2种结构、8种规格的迪尼玛纤维钓线断裂强度与磨损时间的线性回归关系显著，即迪尼玛纤维钓线的断裂强度在不同的磨损时间后，断裂强度随着磨损时间的增大而减小。

3 讨论

3.1 影响钓线断裂的因素

拉伸速度影响纤维断裂强度，本多胜司等[20]曾经对聚酰胺(Polyamid)网线在0.25～1.11 m/min的拉伸速度下做过断裂强度试验分析，结果表明拉伸速度增加会改变纤维断裂强度。国内的许传才等[21]曾做过有关拉伸速度对网线断裂强度的影响试验，结果显示拉伸速度对钓线的断裂强度有一定的影响。

在试验过程中，对钓线进行断裂强度测试时，容易被夹具夹破损,测试时会在夹具根部断裂。尤其是进行“合纤”网线断裂强度测试时，更容易在夹具根部断裂或滑动，会对试验结果造成误差。在更换不同垫衬物后，如使用砂纸、纸壳、塑料布及涤纶薄膜、帆布、胶皮、皮革(牛皮)、猪皮作为垫衬物进行断裂强度测试，仍然出现不同程度的滑动情况。原因有两点：垫衬物过厚，导致夹具无法加紧钓线，出现滑落的情况；摩擦力过大，在拉拽时，在夹具根部出现破损，致使受力不均，发生断裂。迪尼玛纤维光滑、强度高的特点上述所涉及的垫衬物均不能在本试验中使用，但通过研究分析，符合本试验的垫衬物应具备柔软、较薄、摩擦阻力大等特点[22-25]。通过对其他新材料的测试，纸巾(原生木浆)的效果最好。

3.2 钓线耐磨性分析

有研究表明，钓线的耐磨性与其直径、线密度的大小有关[26]。本试验表明，相同结构钓线直径及线密度越大，单位线密度磨断次数越高；直径及线密度越小，单位线密度磨断次数越小。单位线密度磨断次数随着直径及线密度的线性变化而不同，钓线的断裂强度保持率在不同粗度、不同线密度的钓线中表现不同[27]。钓线在6 min、9 min、12 min磨损后，直径及线密度较小的8股编7号钓线的断裂强度保持率高于直径及线密度较大的8股编8号钓线；在9 min、12 min、15 min磨损后，8股编4号钓线的断裂强度保持率高于8股编5号。由此可见直径及线密度不是影响迪尼玛纤维钓线断裂强度保持率的因素。

3.3 迪尼玛纤维钓线应用的建议

休闲垂钓的鱼类主要包括褐菖鲉(Sebastiscusmarmoratus)、乌鳢(Channaargus)、黄鳍鲷(Acanthopagruslatus)、大泷六线鱼(Hexagrammosotakii)、鲻鱼(Mugilcephalus)、虹鳟(Oncorhynchusmykiss)、真鲷(Pagrusmajor)、许氏平鮋(Sebastesschlegelii)、黑鲷(Acanthopagrusschlegelii)、鲤(Cyprinuscarpio)、草鱼(Ctenopharyngodonidella)等品种[28-30]。中国鱿鱼钓渔业主要渔获种类包括太平洋褶柔鱼(Todarodespacificus)、中国枪乌贼(Uroteuthischinensis)等品种。根据舒列依金鱼体最大拉力公式[31]并结合本研究结果，在钓线选择上应选取直径及线密度更大且磨损后断裂强度保持率更高的8股编迪尼玛纤维钓线作为钓线，4股编作为钩线。由于4股编1～3号、8股编1号在12 min磨损后的断裂强度保持率为0，不推荐设置为主线；子线较主线细，故推荐选取较细的4股编迪尼玛纤维钓线作为子线。通过查阅休闲垂钓中部分常见鱼种的质量及体长范围[32-36]，对钓线的搭配提供建议(表8)。因中国鱿鱼钓主捕渔获物种类太平洋褶柔鱼及中国枪乌贼体重达到0.6 kg，且鱿鱼钓作业过程中钓线磨损频繁，建议选择4股编8号钓线作为子线，8股编8号钓线作为主线进行捕捞作业。

表8 常见渔获物的钓线搭配

4 结论

2种结构的8号迪尼玛纤维钓线的断裂强度及耐磨性能显著优于相同结构的其他号数的钓线，迪尼玛纤维钓线的耐磨性与其直径、线密度的大小有关，直径及线密度越大，单位线密度磨断次数越高；直径及线密度越小，单位线密度磨断次数越小。8股编8号钓线直径及线密度大，应作为钓线主线使用，4股编钓线较8股编钓线直径及线密度小，应作为钓线子线使用。4股编8号钓线及8股编8号钓线具有同结构中最优秀的断裂强度及耐磨性能，可以有效作为鱿鱼钓渔业中近海手绳钓渔具及外海鱿鱼手钓渔具的钓线，进行捕捞作业。对垂钓中常见的渔获物钓线选择分析得出8股编6号至8号钓线可以有效地作为钓线主线使用，4股编6号至8号钓线可以有效地作为钓线子线使用。在对耐磨性有较高要求的捕捞作业中，应选择同结构中耐磨性最好的4股编8号钓线作为子线，8股编8号钓线作为主线。建议使用以上钓线搭配进行休闲垂钓。

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