胡 瑜, 繆旭紅
(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心, 江蘇 無(wú)錫 214122)
經(jīng)編織造過(guò)程對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響
胡 瑜, 繆旭紅
(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心, 江蘇 無(wú)錫 214122)
為擴(kuò)大短纖紗在經(jīng)編領(lǐng)域的應(yīng)用以及經(jīng)編面料的研發(fā),對(duì)短纖紗在經(jīng)編織造過(guò)程中的損傷因素進(jìn)行了探討。以73.8 dtex緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗為原料,測(cè)試不同導(dǎo)紗部件以及編織速度、織物組織延展線長(zhǎng)度對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:紗線編織行進(jìn)路徑中,經(jīng)過(guò)的每個(gè)器件都會(huì)使短纖紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率下降,經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗梳后的紗線斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的下降幅度明顯大于經(jīng)過(guò)分紗梳后的紗線;隨著機(jī)速的提升,短纖紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率不斷下降,并呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系;隨著織物組織延展線的增長(zhǎng),短纖紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有增加的趨勢(shì)。
經(jīng)編; 短纖紗; 性能測(cè)試; 紗線損傷
經(jīng)編針織物由于具有延伸性小,防脫散性好,品種和花樣繁多,生產(chǎn)效率高等特性,使其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多。因?yàn)榻?jīng)編機(jī)生產(chǎn)的高效率,所以當(dāng)前使用的紗線一般都為滌綸、錦綸、氨綸等化纖長(zhǎng)絲[1-2]。而棉等短纖紗由于強(qiáng)度低、伸長(zhǎng)小、毛羽多等問(wèn)題,在經(jīng)編過(guò)程中易斷紗,機(jī)速難以達(dá)到正常水平,生產(chǎn)效率低下,所以很少在經(jīng)編上使用,因而限制了經(jīng)編織物向多樣化、高檔化的發(fā)展[3-4]。
針對(duì)短纖紗在經(jīng)編編織上的問(wèn)題,夏風(fēng)林[5]等、朱新卯[6]等對(duì)棉紗的經(jīng)編編織工藝進(jìn)行了探討;陳靜靜[7]對(duì)棉紗在經(jīng)編中的毛羽變化進(jìn)行了研究;徐穎[8]則分析了編織過(guò)程中影響緊密紡高支棉紗強(qiáng)力和毛羽的各個(gè)因素。雖然目前已有學(xué)者對(duì)短纖紗在經(jīng)編上的應(yīng)用進(jìn)行了研究,但短纖紗在經(jīng)編編織上的難題依舊沒(méi)有得到很好的解決。而現(xiàn)在經(jīng)編產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)低迷期,急需在產(chǎn)品上進(jìn)行創(chuàng)新,短纖紗如若能成為經(jīng)編產(chǎn)品的新原料,對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著極大的幫助。
基于短纖紗在經(jīng)編編織上的一系列問(wèn)題,本文通過(guò)分析不同導(dǎo)紗部件以及編織速度、織物組織延展線長(zhǎng)度對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響,以期為擴(kuò)大短纖紗在經(jīng)編上的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。
1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器
采用3把梳進(jìn)行編織,前2把梳采用73.8 dtex緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗(吳江鷹翔集團(tuán)公司),第3把梳采用55.5 dtex/24 f滌綸全拉伸絲(FDY)。E28的KS4 EL型高速特里科經(jīng)編機(jī);YG 020B電子單紗強(qiáng)力儀;SU1510掃描電子顯微鏡。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 取樣方法
為了研究短纖紗在經(jīng)過(guò)不同導(dǎo)紗部件后的性能變化,取經(jīng)過(guò)分紗筘后和導(dǎo)紗針后的紗線進(jìn)行強(qiáng)伸性測(cè)試。為研究機(jī)速與組織延展線長(zhǎng)度對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響,選4種機(jī)速和3種組織,分別取經(jīng)過(guò)第1把梳導(dǎo)紗針后的紗線進(jìn)行測(cè)試。取樣示意圖如圖1所示。
為了取到圖1(a)中經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗針3后的紗線,在實(shí)驗(yàn)時(shí)將取紗處的相應(yīng)織針2去除,防止經(jīng)紗4織入織物中,從而取到經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗針3后的經(jīng)紗4。由于實(shí)驗(yàn)儀器有限,采取手動(dòng)卷繞取紗,取樣時(shí)握住圖1(b)中紗管5的左右兩端,使紗線4均勻卷繞在紗管中間。保持卷繞速度恒定,且給予紗線一定的張力,使紗線伸直,但不至于過(guò)緊,不阻礙導(dǎo)紗針中經(jīng)紗的正常運(yùn)動(dòng),卷繞過(guò)程中防止外物碰到紗線,減少其他因素對(duì)紗線的損傷。為了排除因取樣位置不同而帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差,取樣時(shí)取樣位置始終不變。一種工藝條件下,取邊紗和中間紗各1根,分別卷繞,單根紗線卷繞長(zhǎng)度為40 m。相同條件和位置下采集1個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試,每個(gè)試樣測(cè)試20組斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)試完成后,將相同條件下邊紗和中間紗的測(cè)試數(shù)據(jù)綜合,取其平均值和CV值列表作圖。
1.2.2 測(cè)試方法
依據(jù)GB/T3916—1997《單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》對(duì)紗線進(jìn)行強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)速度為500 mm/min,定伸長(zhǎng)為500 mm。測(cè)試溫度為20 ℃,濕度為40%。
1.3 測(cè)試工藝參數(shù)
實(shí)驗(yàn)在E28的KS4 EL型高速特里科經(jīng)編機(jī)上進(jìn)行,用3把梳進(jìn)行編織,考慮到采樣的便利性,對(duì)GB1即前梳紗線進(jìn)行采樣,有關(guān)參數(shù)變化見(jiàn)表1所示。所有采樣過(guò)程中,GB2采用1-2/1-0//,送經(jīng)量為1 400 mm/臘克);GB3采用1-0/0-1//,送經(jīng)量為1 200 mm/臘克,牽拉密度為19橫列/cm,其他工藝參數(shù)如表1所示。
表1 測(cè)試工藝參數(shù)
2.1 紗線性能評(píng)估
在常規(guī)的E28高速特里科經(jīng)編機(jī)上,一般采用44~83.3 dtex的滌綸或錦綸長(zhǎng)絲為原料。緊密賽絡(luò)紡作為一種新的紡紗技術(shù),具有良好的紗線性能。緊密賽絡(luò)紡紗表面纖維排列整齊順直,毛羽少,尤其是3 mm以上的有害毛羽明顯減少,這是其最突出的優(yōu)勢(shì);其斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率也都優(yōu)于普通環(huán)錠紡紗[9-10]。緊密賽絡(luò)紡紗線的優(yōu)良性能,較適合于經(jīng)編生產(chǎn)。表2示出73.8 dtex緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗、118.1 dtex緊密賽絡(luò)紡棉紗(山東魯泰紡織股份有限公司)和55.5 dtex/24 f滌綸FDY(江蘇盛虹化纖有限公司)的性能。
表2 紗線力學(xué)性能比較
從表2可以看出,緊密賽絡(luò)紡短纖紗的強(qiáng)度已達(dá)到滌綸長(zhǎng)絲強(qiáng)度的95%以上,在強(qiáng)度方面,緊密賽絡(luò)紡棉紗和滌綸短纖紗都已達(dá)到經(jīng)編要求。
通過(guò)比較73.8 dtex緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗和118.1 dtex緊密賽絡(luò)紡棉紗的性能可以看到,73.8 dtex滌綸短纖紗的強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率均高于118.1 dtex緊密賽絡(luò)紡棉紗,相同線密度的滌綸短纖紗的價(jià)格只有棉紗價(jià)格的50%左右,而且能夠達(dá)到的線密度更低,更能滿足輕薄經(jīng)編織物的生產(chǎn),因此滌綸短纖紗更適合于經(jīng)編織造。雖然滌綸短纖紗的力學(xué)性能優(yōu)于棉紗,但跟滌綸長(zhǎng)絲相比還有一定的差距,特別是在斷裂伸長(zhǎng)率方面,滌綸短纖紗的斷裂伸長(zhǎng)率僅為滌綸長(zhǎng)絲的52.7%,斷裂伸長(zhǎng)率在一定程度上反映紗線在成圈過(guò)程中對(duì)張力變化的適應(yīng)性。短纖紗在斷裂伸長(zhǎng)率上的缺陷是導(dǎo)致其經(jīng)編編織困難的一大因素。圖2示出3種紗線掃描電鏡照片。由圖可看到,短纖紗的條干均勻性較差,毛羽多。短纖紗捻度的存在,也會(huì)造成紗線扭結(jié)斷紗,影響布面效果。
短纖紗相比長(zhǎng)絲存在的不足,限制了其在經(jīng)編中的發(fā)展。因此對(duì)短纖紗在經(jīng)編中的損傷研究至關(guān)重要。
2.2 導(dǎo)紗部件對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響
經(jīng)紗線路圖如圖3所示。
在編織過(guò)程中,紗線從經(jīng)軸a上下來(lái),需要經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗桿b、分紗筘c、張力桿d、導(dǎo)紗梳e,最后墊到針鉤上成圈。在這個(gè)過(guò)程中,金屬導(dǎo)桿和張力桿表面摩擦因數(shù)較小,對(duì)紗線造成的損傷相對(duì)較小,可忽略不計(jì)[8]。 但紗線在經(jīng)過(guò)分紗筘、導(dǎo)紗梳和墊到針鉤上成圈時(shí),會(huì)受到較大的拉伸、摩擦和彎曲作用,不能忽略不計(jì)。但因紗線經(jīng)過(guò)成圈后難以脫散,且脫散也會(huì)對(duì)紗線造成一定的損傷,因此本文主要研究經(jīng)過(guò)分紗筘后和導(dǎo)紗針后的紗線性能情況。
經(jīng)過(guò)分紗筘和導(dǎo)紗針后紗線的力學(xué)性能如表3所示。其中未經(jīng)編織的紗線為經(jīng)過(guò)整經(jīng)速度為90 m/min整經(jīng)后的紗線。
表3 經(jīng)過(guò)分紗筘和導(dǎo)紗針后紗線力學(xué)性能變化
在比較不同導(dǎo)紗部件對(duì)紗線強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響時(shí),需要考慮強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降率,計(jì)算公式如式(1)、(2)所示,在比較不同機(jī)速和組織延展線長(zhǎng)度對(duì)紗線的影響時(shí)也需用到這些公式。
(1)
(2)
式中:△F為斷裂強(qiáng)度的下降率,△L為斷裂伸長(zhǎng)率的下降率,F(xiàn)1、L1分別為前一因素下紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率,F(xiàn)2、L2分別為后一因素下紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。
從表3可以看出,隨著編織的不斷進(jìn)行,紗線經(jīng)過(guò)分紗筘后由于受到底部和側(cè)邊的摩擦作用,強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率受到一定的損失。在經(jīng)過(guò)分紗筘后強(qiáng)度下降2.71%,斷裂伸長(zhǎng)率下降1.30%。在經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗針后時(shí),紗線強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率進(jìn)一步下降。強(qiáng)度從經(jīng)過(guò)分紗筘后的2.87 cN/dtex降低到2.73 cN/dtex,下降了4.88%;伸長(zhǎng)率則下降15.38%。經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗針后紗線斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的下降幅度明顯大于經(jīng)過(guò)分紗筘后的,說(shuō)明導(dǎo)紗梳對(duì)紗線的損傷作用更強(qiáng)。其原因在于分紗筘對(duì)紗線的作用時(shí)間較短,而導(dǎo)紗梳會(huì)帶著紗線前后擺動(dòng)并進(jìn)行左右橫移,使得紗線受到反復(fù)的拉伸作用。在導(dǎo)紗梳的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,紗線還會(huì)與導(dǎo)紗孔進(jìn)行不斷的摩擦,使得紗線的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率受到較大的損傷。
2.3 機(jī)速對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響
短纖紗的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨著機(jī)速的提升而不斷下降。隨著機(jī)速的提升,紗線強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降率如表4所示。圖4示出機(jī)速與紗線力學(xué)性能的關(guān)系。
表4 紗線強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降率
從圖4可以看到,紗線斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率與機(jī)速呈顯著的一次線性關(guān)系,斷裂強(qiáng)度和機(jī)速的相關(guān)性方程為y=-0.000 6x+3.083 1(R2=0.993 9),斷裂伸長(zhǎng)率與機(jī)速的相關(guān)性方程為y=-0.001 9x+9.427 0(R2=0.964 0)。隨著機(jī)速的增加,紗線與各導(dǎo)紗部件的摩擦加劇,紗線抖動(dòng)增加,使紗線強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的損失增加。從強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降率來(lái)看,雖然每次機(jī)速的提升,紗線強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降率都較小,但隨著機(jī)速的提升,強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率始終在下降。本文測(cè)試的機(jī)速最高僅為700 r/min,而常規(guī)機(jī)速一般在1 000 r/min以上。通過(guò)上述的2個(gè)線性方程,可估計(jì)當(dāng)機(jī)速為1 000 r/min時(shí),紗線的斷裂強(qiáng)度約為2.48 cN/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率約為7.53%,與未經(jīng)整經(jīng)和織造的紗線相比,強(qiáng)度下降了19.7%,伸長(zhǎng)率下降了30.1%,強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降率非常顯著。而強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下降會(huì)加大編織難度,使斷頭增多,對(duì)最終的織物強(qiáng)度也會(huì)造成影響。因此為了使紗線既能順利編織又能盡可能地提高生產(chǎn)效率,在編織過(guò)程中需要采取一些合理的措施來(lái)減少紗線損傷,如在每次落布時(shí)需及時(shí)對(duì)編織區(qū)域進(jìn)行清花和加油,從而減少編織機(jī)件對(duì)紗線的摩擦損傷,此外,在進(jìn)行短纖紗的編織時(shí),需合理選用張力片的材質(zhì)、數(shù)量和位置,從而使短纖紗得到更緩和的加工,減少因張力突變而造成的紗線損傷。
2.4 墊紗組織對(duì)短纖紗力學(xué)性能的影響
不同墊紗組織下,紗線的強(qiáng)伸性測(cè)試結(jié)果如表5所示。
表5 不同組織下紗線的力學(xué)性能變化
由表5可知,隨著延展線的增長(zhǎng),斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有不斷增加的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)成圈過(guò)程中,經(jīng)紗有時(shí)需要送入,有時(shí)則需要反過(guò)來(lái)從成圈區(qū)域中拉出,經(jīng)紗相對(duì)于織針和導(dǎo)紗針會(huì)發(fā)生多次往復(fù)移動(dòng),在編織每個(gè)橫列時(shí),紗線相對(duì)于導(dǎo)紗孔的往復(fù)移動(dòng)次數(shù)相同;此外,由文獻(xiàn)[11]的研究知道,經(jīng)紗張力在1個(gè)成圈過(guò)程中呈現(xiàn)3次明顯的張力峰值。紗線相對(duì)導(dǎo)紗孔的反復(fù)摩擦以及張力峰值都會(huì)對(duì)紗線造成一定的損傷,因此從第1個(gè)經(jīng)軸上下來(lái)到導(dǎo)紗針的這1段紗線的損傷程度與能夠編織的橫列數(shù)息息相關(guān)。
設(shè)紗線從經(jīng)軸a點(diǎn)到導(dǎo)紗針e點(diǎn)的距離為A,單位為mm(如圖3所示)。經(jīng)測(cè)量,得到GB1的A段長(zhǎng)度為1 854 mm,結(jié)合不同組織下的送經(jīng)量,從經(jīng)軸退繞下來(lái)紗線a點(diǎn)到進(jìn)入導(dǎo)紗針e點(diǎn)能夠編織的橫列數(shù)S:
(3)
式中R為不同組織下的送經(jīng)量,mm/臘克。
通過(guò)式(3)計(jì)算可以得到,組織為1-0/1-2//時(shí)可以編織627個(gè)橫列,1-0/2-3//可以編織481個(gè)橫列,1-0/3-4//則可以編織387個(gè)橫列。從這個(gè)計(jì)算結(jié)果可以看到,隨著組織延展線的增長(zhǎng),從經(jīng)軸上下來(lái)的這段紗線可以編織的橫列數(shù)不斷減少。因此當(dāng)編織的組織延展線越長(zhǎng)時(shí),從經(jīng)軸上下來(lái)的這段紗線與導(dǎo)紗孔的往復(fù)移動(dòng)次數(shù)以及受到張力峰值的次數(shù)減少,使紗線的損傷減小。但在測(cè)試時(shí),由于將經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗孔后的紗線作為測(cè)試對(duì)象,而非成圈后的紗線,在取紗線時(shí),握持張力無(wú)法準(zhǔn)備模擬在經(jīng)編機(jī)上的狀態(tài),且取樣時(shí)紗線與導(dǎo)紗針的角度與正常成圈時(shí)紗線與導(dǎo)紗針的角度不同,因此會(huì)有一定的誤差。
本文通過(guò)比較緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗與滌綸長(zhǎng)絲的性能,得出緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗的強(qiáng)度接近滌綸長(zhǎng)絲強(qiáng)度,但斷裂伸長(zhǎng)率要比滌綸長(zhǎng)絲小的多,且短纖紗的條干均勻性差,毛羽多,因此經(jīng)編過(guò)程困難。不同導(dǎo)紗部件以及編織速度、織物組織延展線長(zhǎng)度都會(huì)影響滌綸短纖紗的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率,從經(jīng)過(guò)分紗筘后和導(dǎo)紗針后的紗線來(lái)看,經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗針后的紗線斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的下降幅度明顯大于經(jīng)過(guò)分紗筘后的;從編織速度來(lái)看,隨著機(jī)速的提升,短纖紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率不斷下降,并呈現(xiàn)明顯的一次線性關(guān)系;從編織組織的延展線長(zhǎng)度來(lái)看,隨著延展線的增長(zhǎng),短纖紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有不斷增加的趨勢(shì)。
本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試了短纖紗在經(jīng)編過(guò)程中斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化情況,而實(shí)際生產(chǎn)中短纖紗毛羽狀況也會(huì)對(duì)經(jīng)編編織產(chǎn)生較大的影響,但由于毛羽測(cè)試所需長(zhǎng)度較長(zhǎng),受到取樣方法的限制,毛羽測(cè)試很難進(jìn)行,因此,在以后的研究中需探索更合適的取樣方式,對(duì)短纖紗在經(jīng)編過(guò)程中的毛羽變化進(jìn)行分析,得到更準(zhǔn)確的短纖紗的損傷情況。
FZXB
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Effect of warp knitting on mechanical properties of spun yarn
HU Yu, MIAO Xuhong
(EngineeringResearchCenterofKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)
For expanding the application of spun yarn in the warp knitting and promoting the development of warp knitted fabrics, the factors damaging spun yarn in warp knitting were discussed in this paper. Compact sirospun polyester yarn with 73.8 dtex was selected as raw materials, and the effect of guiding devices, knitting speed and length of underlap on the mechanical properties of spun yarn was tested. The research results showed that in the path of yarn knitting, the breaking strength and elongation at break of spun yarn decreas when passing every device. And after passing the guide bar, yarn breaking strength and elongation at break decrease significantly in comparison with that of yarn passing raddle. With the upgrading of knitting speed, yarn breaking strength and elongation decline, showing a significant linear relationship. With the longer underlap, yarn breaking strength and elongation at break have a rising trend.
warp knitting; spun yarn; performance test; yarn injury
10.13475/j.fzxb.20150706506
2015-07-28
2016-03-05
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11302085);江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015019-20,BY2015019-01);江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)(2014)37號(hào))
胡瑜(1992—),女,碩士生。研究方向?yàn)槎汤w紗在經(jīng)編中的應(yīng)用??娦窦t,通信作者,E-mail:miaoxuhong@163.com。
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