李文婷 孫必成 萬(wàn) 明 (西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安，710048)

加強(qiáng)筋織物的研制及其性能影響因素研究

李文婷 孫必成 萬(wàn) 明 (西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安，710048)

選用高強(qiáng)滌綸和滌棉紗為經(jīng)緯紗原料織制加強(qiáng)筋織物和無(wú)加強(qiáng)筋對(duì)照織物，對(duì)織成的兩種織物小樣進(jìn)行拉伸和撕破性能的測(cè)試。通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算和比較分析，研究了纖維原料、紗線類型(股線紗或單絲紗)和紗線總根數(shù)對(duì)織物強(qiáng)度的影響。

高強(qiáng)滌綸絲，加強(qiáng)筋織物，拉伸性能，撕破性能，影響

1 加強(qiáng)筋織物概述

加強(qiáng)筋在塑膠部件上是不可或缺的功能部分，它在紡織品中也得到了應(yīng)用，如在織物中有規(guī)律地加入加強(qiáng)筋，可以提高織物的斷裂強(qiáng)力和抗撕裂能力，改善其物理機(jī)械性能，延長(zhǎng)使用壽命。若加強(qiáng)筋織物用作復(fù)合材料的基布，將有利于提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。對(duì)于加強(qiáng)筋織物現(xiàn)在還沒(méi)有準(zhǔn)確的定義和分類。

本文研制加強(qiáng)筋織物采用平紋組織，因?yàn)槠郊y織物的每根經(jīng)紗與每根緯紗都產(chǎn)生交叉，各根經(jīng)紗之間的距離相等，經(jīng)、緯紗之間相互滑移較困難，且織物的穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高。織物成形后，可根據(jù)不同的要求對(duì)其進(jìn)行不同的后整理，如阻燃整理等。目前加強(qiáng)筋織物的加強(qiáng)筋材料使用較多的為高強(qiáng)滌綸絲，其彈性、耐沖擊性好;耐熱性和熱穩(wěn)定性好，經(jīng)熱定型后熱收縮率小;耐日光性能僅次于腈綸，日光下暴曬6 000 h后纖維強(qiáng)度損失60%［1］;同時(shí)，滌綸不怕霉菌等微生物作用，不發(fā)霉、不腐爛，不怕蟲(chóng)蛀?；谶@些性能，本文織制平紋加強(qiáng)筋織物(以下簡(jiǎn)稱加筋織物)主要以高強(qiáng)滌綸絲為原料。

2 加筋織物小樣織造

本文織造兩種小樣，采用高強(qiáng)滌綸股線和單絲紗作經(jīng)緯紗加強(qiáng)筋原料，和高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲(網(wǎng)絡(luò)絲)及滌棉紗一起織制加筋織物，采用高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲(網(wǎng)絡(luò)絲)及滌棉紗織制無(wú)加強(qiáng)筋織物(以下簡(jiǎn)稱無(wú)加筋織物)，對(duì)兩種織物分別進(jìn)行經(jīng)向和緯向的強(qiáng)力對(duì)比和分析，期望研究結(jié)論對(duì)加筋織物的實(shí)際生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值。

2.1 加筋織物的工藝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)加筋織物的加強(qiáng)筋隔距(lgj)為4 mm，即在織物經(jīng)、緯向每隔4 mm加入一根高強(qiáng)滌綸股線或單絲紗作為加強(qiáng)筋，形成一個(gè)方格，即為一個(gè)單元格。加筋織物具體工藝參數(shù)設(shè)計(jì)如下。

面密度(G):190～210 g/m2

經(jīng)紗原料:24 tex的高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲合股紗(合股紗線密度48 tex，直徑記為d1，作為加強(qiáng)筋) 36 tex的高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲(網(wǎng)絡(luò)絲)紗(直徑為d2)

緯紗原料:48 tex的高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲單絲紗(作為加強(qiáng)筋) 32 tex的滌棉紗(直徑為d3)

織縮率(φ):初步定為4%

織物規(guī)格:長(zhǎng)(l)100 cm，寬(W)30 cm

2.1.1 初定密度

式中:Pj——織物經(jīng)密;

Pw——織物緯密;

Nt——紗線線密度。

采用織物中經(jīng)紗和緯紗的線密度平均值來(lái)計(jì)算織物密度，經(jīng)向和緯向紗線線密度的平均值分別是42和40 tex。則

P代表織物經(jīng)緯向密度，計(jì)算P的目的是確定織物的密度范圍。

2.1.2 幾何密度(L)

2.1.3 織物密度

設(shè)織物經(jīng)向的幾何密度(Lj)和緯向的幾何密度(Lw)相同，均為0.444 mm/根，則每個(gè)單元格內(nèi)經(jīng)紗的根數(shù)a和緯紗的根數(shù)b計(jì)算公式為

根據(jù)上述計(jì)算，織物經(jīng)緯向每單元格內(nèi)有9根紗線，經(jīng)向合股紗與網(wǎng)絡(luò)絲紗的比例為1∶8(即每4 mm的單元格內(nèi)經(jīng)向有1根合股紗，8根網(wǎng)絡(luò)絲紗);而緯向在實(shí)際織造過(guò)程中，要考慮到組織的連續(xù)性，應(yīng)將單元格內(nèi)緯紗的根數(shù)修正為8根，織物緯向每單元格內(nèi)滌綸絲與滌棉紗的比例為1∶7 (即每4 mm的單元格內(nèi)緯向有1根高強(qiáng)滌綸絲紗，7根滌棉紗)。修正后，按上述相關(guān)公式推得織物緯向的幾何密度Lw為

所以織物經(jīng)密和緯密分別為225和200根/10 cm。

2.1.4 總經(jīng)根數(shù)(J)

經(jīng)紗中合股紗總根數(shù)(J合股紗)和網(wǎng)絡(luò)絲紗總根數(shù)(J網(wǎng)絡(luò)絲紗)計(jì)算如下

2.1.5 筘號(hào)(Kh)的確定

取每筘穿入數(shù)KS為2，則

實(shí)際織造時(shí)筘號(hào)為100筘/10 cm。

2.1.6 織縮率(φ)修正

上機(jī)幅寬Wsj為31 cm，下機(jī)幅寬Wxj為30 cm，則

2.1.7 誤差分析

織物下機(jī)后，由于緯向紗線的調(diào)整，實(shí)際加強(qiáng)筋隔距為3.9 mm，誤差為2.5%，在允許誤差范圍內(nèi)。

2.2 無(wú)加筋織物(對(duì)比織物)的工藝設(shè)計(jì)

無(wú)加筋織物的設(shè)計(jì)以與加筋織物的緊度相同為前提。

經(jīng)紗原料:36 tex的高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲(網(wǎng)絡(luò)絲)紗

緯紗原料:32 tex的滌棉紗

織縮率(φ):初步定為4%

織物規(guī)格:長(zhǎng)(l)100 cm，寬(W)30 cm

參數(shù)計(jì)算如下。

2.2.1 根據(jù)加筋織物的緊度計(jì)算無(wú)加筋織物的緊度

不同線密度紗線的直徑計(jì)算:

式中:K——常數(shù)(滌綸股線和網(wǎng)絡(luò)絲紗線的K常數(shù)K1和K2為0.004，滌綸單絲紗線的K常數(shù)K3為0.038);

Nt——紗線的線密度(tex);

d——紗線直徑。

式中:Nt1、Nt2、Nt3——分別為滌綸股線、網(wǎng)絡(luò)絲、單絲紗線的線密度(tex)。

織物的緊度ε計(jì)算公式為

經(jīng)向緊度εj計(jì)算

緯向緊度εw計(jì)算

無(wú)加筋織物的經(jīng)緯向緊度分別為55.00%和43.75%。

2.2.2 無(wú)加筋織物的密度

由ε=Pd推得

無(wú)加筋織物的經(jīng)緯向密度分別為229和208根/10 cm。

2.2.3 總經(jīng)根數(shù)(J)

2.2.4 筘號(hào)的確定(Kh)

取每筘穿入數(shù)KS為2，則

實(shí)際織造時(shí)筘號(hào)為100筘/10 cm。

2.2.5 織縮率(φ)修正

上機(jī)幅寬Wsj為31.1 cm，下機(jī)幅寬Wxj為30.0 cm，則

2.2.6 誤差分析

下機(jī)后，實(shí)際織得的無(wú)加筋織物經(jīng)向密度為232根/10 cm，緯向密度為211根/10 cm，經(jīng)緯向密度誤差均小于1.5%，在允許誤差范圍內(nèi)。

3 織物的性能測(cè)試

織物在使用過(guò)程中會(huì)受到各種不同的物理、機(jī)械、化學(xué)等作用而逐漸遭到破壞。在一般情況下機(jī)械力的作用是主要的?？椢锏哪途眯酝ǔ＞褪侵冈诟鞣N機(jī)械力作用下織物的堅(jiān)牢度?？椢锏哪途眯栽囼?yàn)包括拉伸斷裂試驗(yàn)、撕破強(qiáng)力試驗(yàn)等［2］。

3.1 織物拉伸性能的測(cè)試

3.1.1 試驗(yàn)原理

本文織物拉伸性能的測(cè)試使用的方法為條樣法［3］。條樣法是將試樣裁剪成條，被強(qiáng)力儀夾鉗夾持，以恒定伸長(zhǎng)速率拉伸直至斷脫，記錄所需數(shù)據(jù)。

3.1.2 試樣準(zhǔn)備及試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)中的試樣采用扯邊紗法制備。在兩種布樣中剪取寬為6 cm、長(zhǎng)33 cm以上的布條，扯去邊紗，使之成為寬5 cm、長(zhǎng)30～33 cm的經(jīng)向和緯向試樣。經(jīng)向和緯向試樣各取10塊。裁剪試樣要沿紗路開(kāi)剪，以保證扯去邊紗得到5 cm寬的布條。

試驗(yàn)儀器:YG(B)026D-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

3.1.3 試驗(yàn)步驟

(1)選取預(yù)加張力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 3923.1—1997斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法)規(guī)定，以織物單位面積質(zhì)量來(lái)確定張力值。本試驗(yàn)選取的預(yù)加張力為5 N。

(2)將試樣的一端夾入強(qiáng)力機(jī)的上夾口，另一端置入下夾口內(nèi)，懸掛上預(yù)加重錘。拉伸的隔距長(zhǎng)度為100 mm。擰緊下夾鉗后取下張力錘，設(shè)定試驗(yàn)次數(shù)后啟動(dòng)機(jī)器進(jìn)行測(cè)定。

3.2 織物撕破性能的測(cè)試

3.2.1 試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)中撕破強(qiáng)力的測(cè)試方法采用梯形撕破法［3］。其特征是靠近梯形上底一邊的紗線首先受拉伸直，其裂口處的第一根紗線變形最大，負(fù)擔(dān)較大的外力，與它相鄰的紗線也擔(dān)負(fù)著部分外力，但由于按梯形斜線夾持，遠(yuǎn)離第一根紗線的其他紗線受力逐漸減小。當(dāng)撕裂到第一根紗線達(dá)到斷裂伸長(zhǎng)時(shí)發(fā)生斷裂，出現(xiàn)一個(gè)撕破強(qiáng)力峰值，于是下一根紗變成裂口處的第一根紗線，擔(dān)負(fù)著較大的外力，如此發(fā)展，直至織物撕破。

3.2.2 試樣準(zhǔn)備及試驗(yàn)儀器

梯形撕破法的試樣為矩形，在兩種試樣上面劃取一個(gè)等腰梯形，并從梯形上底正中沿中心線剪一15 mm的裂口，如圖1［3］。每種試樣分別取經(jīng)向和緯向試樣各10塊。

試驗(yàn)儀器:YG(B)026D-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

3.2.3 試驗(yàn)步驟

(1)儀器調(diào)整:按照要求將拉伸夾頭換為梯形撕破夾頭。

圖1 梯形撕破裁剪試樣

(2)將試樣按梯形線(夾持線即為圖1中的兩條虛線)夾入上、下夾頭內(nèi)。這樣，上、下夾鉗間的試樣就成為梯形。試樣切口的一邊呈張緊狀態(tài)，另一邊呈松弛的皺曲狀態(tài)。設(shè)定試驗(yàn)次數(shù)后啟動(dòng)儀器，下夾鉗逐漸下降，直至試樣全部撕破。

4 測(cè)試數(shù)據(jù)與分析

4.1 數(shù)據(jù)記錄

加筋織物和無(wú)加筋織物的拉伸性能和撕破性能測(cè)試數(shù)據(jù)記錄分別列于表1和表2。表中數(shù)據(jù)均為試樣平均值。

表1 拉伸性能測(cè)試

表2 撕破性能測(cè)試

4.2 測(cè)試結(jié)果分析

由表1及其原始數(shù)據(jù)可得到:①兩種織物經(jīng)向和緯向的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)和斷裂伸長(zhǎng)率相差較大。其中，加筋織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力比緯向斷裂強(qiáng)力高254.5%，無(wú)加筋織物的高213.1%。②加筋織物與無(wú)加筋織物相比較，經(jīng)向的斷裂強(qiáng)力明顯增加，而緯向的斷裂強(qiáng)力增加幅度較小。經(jīng)計(jì)算，加筋織物經(jīng)向的平均斷裂強(qiáng)力增加了16.7%，而緯向的僅為 3.1%;經(jīng)向的平均伸長(zhǎng)率增加了19.1%，而緯向的僅增加了1.5%，基本不變。

由表2及其原始數(shù)據(jù)可得到:①兩種織物經(jīng)向和緯向的撕破強(qiáng)力相差也較大。其中，加筋織物的經(jīng)向撕破強(qiáng)力比緯向撕破強(qiáng)力高191.9%，無(wú)加筋織物的高281.9%。②兩種織物相比較，加筋織物經(jīng)向和緯向的撕破強(qiáng)力明顯增加，加筋織物經(jīng)向的平均撕破強(qiáng)力增加了46.2%，而緯向增加了91.3%。

經(jīng)分析，產(chǎn)生以上測(cè)試結(jié)果的原因有:①織物所用原料。在加筋織物中，經(jīng)向采用36 tex滌綸和24 tex合股的高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲(48 tex)，緯向采用32 tex滌棉紗和48 tex的高強(qiáng)滌綸單紗;無(wú)加筋織物經(jīng)向采用36 tex滌綸，緯向采用32 tex滌棉。由于滌綸強(qiáng)度高于滌棉的強(qiáng)度，且高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)小，尺寸穩(wěn)定，所以兩種織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力均高于緯向。②相同線密度的股線紗比單絲紗強(qiáng)力高，由股線紗織成的織物斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力大于由相當(dāng)線密度單絲紗所織成的織物。由于加筋織物的經(jīng)向采用合股的高強(qiáng)滌綸紗，而緯向?yàn)橥谓z紗，故加筋織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力的增加大于緯向。③紗線的總根數(shù)。兩織物相比，加筋織物的經(jīng)密小于無(wú)加筋織物，即在相同尺寸的試樣中，加筋織物的總經(jīng)根數(shù)少于無(wú)加筋織物;而加筋織物的緯密大于無(wú)加筋織物的緯密，即在相同尺寸的試樣中，其打緯數(shù)(即緯紗根數(shù))多于無(wú)加筋織物，根據(jù)織物撕裂原理，受力的紗線根數(shù)越多撕裂強(qiáng)度越大，故兩種織物對(duì)比，加筋織物緯向撕裂強(qiáng)度的增加大于經(jīng)向的增加。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)加筋織物和無(wú)加筋織物的拉伸性能和撕破性能的測(cè)試和對(duì)比分析，得出以下結(jié)論:

織物中加入高強(qiáng)滌綸加強(qiáng)筋后，其經(jīng)緯向的平均斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力均有增加。經(jīng)緯向的平均斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力的增加幅度取決于下列因素:織物所用纖維原料;紗線類型，股線紗還是單絲紗;紗線的總根數(shù)。

在實(shí)際織造過(guò)程中，為了加強(qiáng)織物的強(qiáng)度，可在織物的紗線中有規(guī)律地加入高線密度或是合股的高強(qiáng)滌綸紗作為加強(qiáng)筋;同時(shí)，在織物尺寸一定的情況下，適當(dāng)增加經(jīng)緯密度可提高織物的斷裂強(qiáng)度和撕破強(qiáng)力。

［1］ 成曉旭，楊浩之.合成纖維新品種和用途［M］.北京:紡織工業(yè)出版社，1987:30.

［2］ 姚穆，周錦芳，黃淑珍，等.紡織材料學(xué)［M］.2版.北京:中國(guó)紡織出版社，1990:518-535.

［3］ 范麗紅，沈蘭萍.紡織品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教程［M］.西安:西安工程科技學(xué)院，2002:18-30.

Development of reinforcing rib fabric and investigating factors that influence its performance

Li Wenting，Sun Bicheng and Wan Ming (Xi’an Polytechnic University)

The reinforcing rib fabric and its comparative fabric were developed by selected and used high-strength polyester fiber and T/C for the raw in this paper，then two samples’tensile and tear properties were tested.By comparing and analyzing to the data，the effects of raw，types of yarn(single or folded yarn)and total number of yarn on strength were studied.

high-strength polyester yarn，reinforcing rib fabric，tensile performance，tear performance，effect

TS105.14

A

1004－7093(2010)08－0013－05

2009－10－09

李文婷，女，1985年生，在讀碩士研究生。主要從事紡織功能性材料與功能紡織品設(shè)計(jì)課題的研究。