張振方，萬 明

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安710048)

0 前言

目前，玻璃纖維一般作為復(fù)合材料應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、建筑、航空航天等領(lǐng)域，在紡織中的研究也較多。馬曉紅［1］等以玻璃纖維為原料，在拉舍爾舌針經(jīng)編機(jī)上編織經(jīng)編針織物，并建立了經(jīng)平織物線圈三維幾何模型。王秋美［2］等對玻璃纖維平針織物的尺寸特性進(jìn)行了研究，并得出玻璃纖維緯平針織物的線圈長度主要由彎紗深度決定的結(jié)論。在編織過程中玻璃纖維紗線會受到拉伸和彎曲，由于其脆性較大，很容易發(fā)生扭折，纖維會斷裂，在布面形成毛羽;由于其摩擦系數(shù)大，在成圈過程中紗線與紗線以及紗線與機(jī)件發(fā)生摩擦帶來紗線甚至機(jī)件的磨損［3］，帶來布面破洞。

朱梅［4］等就玻璃纖維的可編織性進(jìn)行過總結(jié)，認(rèn)為玻璃纖維由于高強(qiáng)度和高模量編織較困難，而國際上對其可編織性評價(jià)主要是實(shí)驗(yàn)研究為主，而沒能對由機(jī)件和紗線相互作用引起的纖維損傷和機(jī)件損傷情況以及損傷機(jī)理進(jìn)行深入的分析和研究。通常評價(jià)玻璃纖維紗線可編織性可采用編織織物的順利程度和觀察織物外觀的方法，然而，這些方法都是定性描述，缺乏系統(tǒng)的定量分析。本文采用定性與定量結(jié)合對玻璃纖維的編織損傷進(jìn)行評價(jià)，以期為玻璃纖維的研究提供理論指導(dǎo)。

1 編織試樣

1.1 原料

試樣編織的原料采用河南洛陽晶緯玻璃纖維有限公司生產(chǎn)的無堿連續(xù)玻璃纖維長絲紗線，其規(guī)格為:單絲直徑為9μM，紗線為兩股，單股紗線線密度為34TEX，捻度為60捻/米，捻向?yàn)镾。

1.2 編織工藝

1.2.1 機(jī)號

考慮到紗線的細(xì)度與機(jī)號相適應(yīng)，故選用機(jī)號為E10的國產(chǎn)手搖橫機(jī)(不帶壓腳)。

1.2.2 組織結(jié)構(gòu)

選用具有代表性的單面平針組織、滿針羅紋組織、羅紋空氣層組織和畦編組織四種組織結(jié)構(gòu)。

1.2.3 工藝參數(shù)

試樣的規(guī)格選擇為15CM×15CM，除線圈長度外，保持每片試樣相同的牽拉力、給紗張力、機(jī)頭速度，并確保其他的工藝參數(shù)不變。

線圈長度確定的方法為調(diào)節(jié)成圈三角，使其達(dá)到能編織最小線圈的彎紗深度，在此彎紗深度基礎(chǔ)上再以成圈三角刻度盤的3個(gè)刻度為梯度增加線圈長度，直到不能正常編織，分別編織出具有不同線圈長度的織物。

1.2.4 定量評價(jià)取樣

(1)取編織好的試樣(平針、羅紋空氣層、滿針和畦編四組織試樣)，并把他們拆散，取較好的拆散樣。

(2)儀器操作

按照YG061型電子單紗強(qiáng)力試驗(yàn)儀的操作步驟，逐步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中預(yù)加張力選擇纖維強(qiáng)力測試的常用值，即為10CN～14CN。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 定性分析

在編織過程中玻璃纖維紗線會受到拉伸和彎曲，由于其脆性較大，很容易發(fā)生扭折，致使纖維斷裂，在布面形成毛羽，而且其摩擦系數(shù)較大，在與機(jī)件的接觸過程中玻璃纖維紗也會有磨損，使布面出現(xiàn)毛羽和破洞，同時(shí)較大的摩擦力會造成成圈機(jī)件的損傷。因此，布樣的表面毛羽情況以及織針在編織過程中受到玻璃纖維的牽拉、摩擦等作用，會受到不同程度的損傷失效情況直接反映了玻璃纖維的磨損狀況及編織性能。

采用觀察法，通過電子顯微鏡或者用肉眼直接觀察織物的表觀性能(紗線毛羽、漏針、破洞等)以及織針和成圈三角的磨損情況，來定性分析玻璃纖維紗線的損傷情況。這種方法方便簡單，很容易得出結(jié)論，但是它只是定性描述，缺乏系統(tǒng)的定量分析，主觀性比較大。

評價(jià)指標(biāo):紗線毛羽量、漏針情況、破洞大小、數(shù)量、織針和成圈三角的磨損情況。

2.1.1 布樣表面毛羽分析

不同線圈長度的織物表面毛羽情況見圖1的(A)、(B)、(C)所示。

圖1 不同線圈長度的織物表面毛羽情況

對不同參數(shù)的布樣用肉眼和掃描電鏡分別進(jìn)行觀察分析發(fā)現(xiàn)布面的毛羽是不可避免的，差別在于毛羽量隨織物參數(shù)不同而不同;當(dāng)編織參數(shù)合適時(shí)，表面的毛羽量相對比較少;在線圈長度較長時(shí)，布面密度小，布面相對疏松，布面毛羽相對較長且數(shù)量相對較多;線圈長度較短時(shí)，布面相對緊致，但毛羽較多;當(dāng)線圈長度適中時(shí)，布面毛羽明顯相對較少。

分析毛羽形成的原因:玻璃纖維紗的彎曲剛度大、伸長率低、脆性大、耐磨和耐扭折性能差，在成圈過程中，纖維受到彎曲、拉伸、摩擦，超出纖維的強(qiáng)伸極限，纖維斷裂或劈裂，產(chǎn)生斷頭或碎屑;斷裂纖維伸出紗線表面，形成毛羽［5］。

2.1.2 織針的磨損分析

在編織過程中，織針磨損、形變、斷裂等情況各不相同，因此，織針的損傷同樣反映了玻璃纖維的編織性能［6］?？椺樀木幙棑p傷如圖2所示:

圖2 編織玻璃纖維過程中織針的損傷

經(jīng)實(shí)際編織，出現(xiàn)了不同程度的針舌偏斜損傷和針溝上翹損傷，而織針的損傷會導(dǎo)致織針失效，無法繼續(xù)使用。針舌偏斜和針鉤上翹是由于舊線圈受到牽拉產(chǎn)生張力和較大編織張力而變形，由于玻璃纖維紗線摩擦系數(shù)大，退圈時(shí)，舊線圈易隨織針一起上浮，為了克服紗線與織針之間的摩擦力，需要施加相對偏大的牽拉張力，針鉤受力較大;在退圈和套圈階段，針舌需承受線圈在擴(kuò)張時(shí)較大的張力，長時(shí)間大張力導(dǎo)致少數(shù)針鉤上翹或者針鉤與針舌錯(cuò)位。兩種情況會導(dǎo)致織針完全破壞或變形過大不能工作，經(jīng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，失效的織針數(shù)約占整個(gè)工作織針數(shù)的3.6%。

2.2 定量分析

玻璃纖維在編織之后，由于其不易折、不易彎曲等性能，會造成布面出現(xiàn)破洞，織物拆散后的紗線的強(qiáng)力會有不同程度的損傷，因此，對布面破洞數(shù)量和紗線強(qiáng)力損傷的定量分析可間接反映其編織性能。定量分析的優(yōu)點(diǎn)是精確客觀，缺點(diǎn)是工作量大，數(shù)據(jù)分析較困難。

2.2.1 布面破洞分析

布面的破洞數(shù)量是反映纖維編織性能的直觀因素。對選擇不同的線圈長度編織的單面平針組織和雙面滿針羅紋組織布面的破洞數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖3所示:

圖3 平針和滿針羅紋織物表面的破洞數(shù)量與線圈長度的關(guān)系

對單面平針組織，當(dāng)線圈長度在6.5mm～7mm之間時(shí)，破洞最少;對雙面滿針羅紋組織，當(dāng)線圈長度在6mm～6.5mm之間時(shí)，織物破洞數(shù)量最少。因此線圈長度對織物的影響較大，實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)根據(jù)其組織控制其最佳線圈長度范圍。

2.2.2 定量分析玻璃纖維紗的損傷程度

采用紗線強(qiáng)力損傷率定量分析玻璃纖維紗的損傷程度，評價(jià)其可編織性。

強(qiáng)力損傷率=P1/P2;

式中:P1為未經(jīng)編織的紗線的拉伸斷裂強(qiáng)力;

P2為編織后從織物中脫散下來的紗線的拉伸斷裂強(qiáng)力。

考慮到玻璃纖維脫散過程中，纖維不可避免發(fā)生損傷，經(jīng)試驗(yàn)，其損傷較小，可不做考慮，但脫散過程中應(yīng)注意力度。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出圖4所示，圖中分別給出了編織4種不同的組織結(jié)構(gòu)時(shí)，玻璃纖維紗線的強(qiáng)力損傷率(或纖維強(qiáng)力損傷率)隨線圈長度的變化曲線。

圖4 編織不同組織時(shí)玻璃纖維紗線強(qiáng)力損傷率與線圈長度的關(guān)系

從圖4中可以看出，曲線的變化趨勢是相似的，四種織物組織中均有一個(gè)強(qiáng)力損傷最小點(diǎn)，大于或小于此時(shí)的線圈長度范圍，紗線的強(qiáng)力損傷均有所增加。經(jīng)數(shù)據(jù)反映，滿針羅紋、羅紋空氣層和畦編組織的最低損傷率分別為31%、33%和37%左右，而平針為27%左右，說明玻璃纖維紗線織造后的強(qiáng)力損傷率與編織時(shí)的彎紗深度(即織物的線圈長度)有著密切的關(guān)系，并存在一個(gè)最佳的參數(shù)值。平針織物的纖維損傷率最低，將纖維損傷率控制在合理的范圍內(nèi)也相對比較容易實(shí)現(xiàn)，是理想的組織結(jié)構(gòu)。滿針羅紋和羅紋空氣層比平針稍微高一點(diǎn)，畦編組織由于同時(shí)進(jìn)行集圈和成圈，而它們的彎紗要求又不同，所以玻璃纖維纖維紗的損傷比較嚴(yán)重，在對組織沒有特殊要求的情況下，常選用平針織物，應(yīng)盡量避免選用滿針羅紋、畦編組織等較復(fù)雜的組織。

分析其編織原因:滿針羅紋與平針組織相比，織針全部參與編織，后者只是一個(gè)針床上的織針編織，無論在退圈階段還是彎紗成圈階段，滿針羅紋參與運(yùn)動的織針數(shù)均為平針組織的兩倍［8，9］，所以在編織過程中，纖維與纖維、纖維與成圈機(jī)件之間的摩擦以及纖維的編織強(qiáng)力都會隨之大幅增加，造成纖維損傷率上升［10］。因而和平針相比較，最低損傷率稍高一些。羅紋空氣層組織與平針組織相比，由于前者是平針和羅紋的復(fù)合［11］，所以牽拉力等工藝參數(shù)不能按照單一的一種組織設(shè)定，即對于單獨(dú)的平針和羅紋而言，工藝參數(shù)都不是最適中的，因此，羅紋空氣層的最低損傷率比平針組織高。畦編組織是因?yàn)樵诰幙椷^程中，成圈和集圈同時(shí)出現(xiàn)［12］，而且集圈會使線圈進(jìn)一步拉伸，對于伸長率比較小，摩擦力比較大的玻璃纖維紗線而言，纖維的損傷就會更加明顯。

2.3 定性與定量評價(jià)結(jié)合

玻璃纖維的可編織性的定性與定量均有其優(yōu)劣性，結(jié)合圖1中的(A)、(B)、(C)分別為在顯微鏡下3種不同線圈長度的平針組織中纖維受損的織物圖分析:只有在線圈長度適中的情況下，纖維損傷才會達(dá)到較低的理想程度，這也恰好與實(shí)驗(yàn)測試和分析結(jié)果較為吻合。觀察法和紗線強(qiáng)力損傷法得出的結(jié)果基本一致。

對玻璃纖維的編織性能的評價(jià)中，觀察法比較簡單，便于操作，容易得出結(jié)論，然而它只是定性的描述，主觀性比較大，誤差大。而纖維損傷法就具有客觀性，而且能定量的、清晰的描述纖維的損傷程度［13］，但這種方法也有工作量比較大，數(shù)據(jù)較多，處理較復(fù)雜等缺點(diǎn)。

3 結(jié)語

玻璃纖維在編織過程中，毛羽較多，但控制線圈長度，可有效減少毛羽;編織后，織針會有不同程度的失效，且布面會出現(xiàn)破損;紗線強(qiáng)力損傷與線圈長度有較大關(guān)系，織物組織越復(fù)雜，紗線強(qiáng)力損傷率越高。

定性評價(jià)和定量評價(jià)均有其各自優(yōu)劣性，定性評價(jià)具有直觀易讀性，但不夠精確，而定量評價(jià)具有精確可靠性，但數(shù)據(jù)采集及分析較繁瑣，因此玻璃纖維的編織性能的準(zhǔn)確反映應(yīng)結(jié)合定性和定量綜合評價(jià)。

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