林文君 繆旭紅 董智佳

摘要： 由于聚合物光纖脆性大，抗彎剛度大，導(dǎo)致其彎曲易斷裂。文章針對聚合物光纖在緯編成圈和集圈編織時(shí)容易受到損傷且不易形成織物的現(xiàn)象，分別測試了兩種聚合物光纖的拉伸性能與彎曲性能，分析聚合物光纖力學(xué)性能對其編織性能的影響，采用直徑為0.25 mm的聚合物光纖在雙面圓緯機(jī)上進(jìn)行成圈、集圈和浮線編織試驗(yàn)。探討了輔助編織的紗線線密度，織物組織，給紗張力、彎紗深度、機(jī)速及牽拉卷取張力等編織參數(shù)對聚合物光纖緯編編織性能的影響，分析了聚合物光纖織物表面產(chǎn)生不平整的原因，闡述聚合物光纖在雙面圓緯機(jī)上生產(chǎn)的編織工藝。

關(guān)鍵詞： 聚合物光纖;編織性能;編織參數(shù);工藝設(shè)置;緯編針織物

中圖分類號： TS101.923

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）12-0023-05

引用頁碼： 121105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.005（篇序）

Abstract： Poly optical fiber is prone to bending and breakage due to the high brittleness and bending stiffness. In view that polymer optical fiber is vulnerable to damage and not easy to form fabric in weft knitted circle and tuck knitting， the tensile properties and bending performance of two types of polymer optical fiber were tested， and the influence of the mechanical properties of the polymer fiber on its knitting performance was analyzed. The knitting， tucking and float thread experiments were performed on a polymer optical fiber with the diameter of 0.25 mm using double-face circular weft knitting machine. The impact of knitting parameters such as yarn fineness， fabric weave， feeding tension， sinking depth， machine speed and pulling coiling tension on the weft knitting performance of polymer optical fiber was investigated. The causes of surface unevenness of polymer optical fiber fabric were analyzed， and the knitting process of polymer optical fiber production in double-face circular weft knitting machine was elaborated.

Key words： polymer optical fiber; knitting performance; knitting parameters; process setting; weft knitted fabric

聚合物光纖（POF）是指用透明光學(xué)材料制成的可傳導(dǎo)光功率的纖維[1-2]，具有成本低、柔軟、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，與石英光纖和玻璃光纖相比，聚合物光纖的柔韌性和彎曲性較好[3-4]，由其制成的光纖發(fā)光織物具有發(fā)光亮度高、質(zhì)量輕和服用性能好等特點(diǎn)[5]，已用于機(jī)織物和針織物的加工。聚合物光纖在機(jī)織物中以平直狀態(tài)出現(xiàn)，受到的損傷較小，織造較為簡單[6-7]。但聚合物光纖作為成圈紗線編織時(shí)，由于脆性大、抗彎剛度大的特性在編織過程中易受損斷裂，給針織加工帶來較大的困難，因此一般作為不成圈的襯緯紗線出現(xiàn)在針織物中。匡麗赟等[8]在手搖橫上編織聚合物光纖，光纖襯入織物中形成具有不同紋樣效果的光纖發(fā)光織物。楊昆等[9]將聚合物光纖作為襯緯紗線在手動(dòng)經(jīng)編小樣織機(jī)上編織出經(jīng)編襯緯復(fù)合織物。以上研究是以聚合物光纖作為襯入紗編織為基礎(chǔ)，探討工藝參數(shù)對聚合物光纖編織的影響。聚合物光纖發(fā)光針織物主要應(yīng)用在晚禮服、緊身服、嬰兒服等服裝上，但襯緯結(jié)構(gòu)形成的光纖織物由于其橫向拉伸性能較差而導(dǎo)致應(yīng)用受限。目前對聚合物光纖在針織機(jī)上成圈編織的報(bào)道較少，于是本文通過在雙面圓緯機(jī)上編織聚合物光纖的實(shí)踐，探討輔助編織的紗線細(xì)度、織物組織和編織參數(shù)對聚合物光纖編織性能的影響，為聚合物光纖緯編織物的生產(chǎn)提供參考。

1?聚合物光纖力學(xué)性能測試與分析

聚合物光纖的力學(xué)性能決定其編織性能，聚合物光纖在編織過程中紗線勾結(jié)或彎曲處容易斷裂，為考察聚合物光纖在緯編成圈時(shí)的特性，對聚合物光纖的拉伸強(qiáng)度和勾結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測試。常規(guī)使用的針織紗線大多為滌綸單絲（聚酯纖維），聚合物光纖是單絲，因此與滌綸單絲進(jìn)行對比，探討二者之間的性能差異。

1.1?材料、儀器與設(shè)備

材料：現(xiàn)有的聚合物光纖直徑較粗，聚合物光纖按發(fā)光原理可分為側(cè)面發(fā)光光纖和端面發(fā)光光纖，本次試驗(yàn)分別對應(yīng)不同發(fā)光方式的光纖中直徑最細(xì)的兩種光纖，分別是0.75 mm側(cè)面發(fā)光光纖（江西大圣塑料光纖有限公司）和0.25 mm端面發(fā)光光纖（湖北森沃光電科技有限公司），所用光纖參數(shù)如表1所示。

儀器：Model E43型液壓式織物拉伸測試儀（寧波紡織儀器廠）。

1.2?試驗(yàn)過程

1.2.1?拉伸強(qiáng)度

參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》，利用Model E43型液壓式織物拉伸測試儀拉伸聚合物光纖，每種聚合物光纖取10個(gè)試樣，試驗(yàn)夾距為250 mm，拉伸速度為250 mm/min，聚合物光纖斷裂時(shí)拉伸結(jié)束，得到兩種聚合物光纖的力學(xué)性能指標(biāo)，測試結(jié)果求平均值，如表2所示。

1.2.2?勾結(jié)強(qiáng)度

參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3916—2013，利用Model E43型液壓式織物拉伸測試儀拉伸聚合物光纖，每種聚合物光纖取20個(gè)試樣，每次測試取兩根光纖相互勾結(jié)套成環(huán)形，將重合的兩端光纖分別夾在夾具的兩頭，試驗(yàn)夾距為250 mm，拉伸速度為250 mm/min，聚合物光纖斷裂時(shí)拉伸結(jié)束，得到兩種聚合物光纖的勾結(jié)強(qiáng)度，測試結(jié)果求平均值，如表2所示。

1.3?聚合物光纖拉伸及彎曲性能分析

聚合物光纖摩擦系數(shù)小、脆性大、彎曲性能差，影響其編織性能。從表1可以看出，0.75 mm側(cè)面發(fā)光光纖的斷裂強(qiáng)度、勾結(jié)強(qiáng)度和斷裂伸長率都大于0.25 mm端面發(fā)光光纖，0.75 mm側(cè)面發(fā)光光纖的拉伸性能較好;為了進(jìn)一步分析彎曲對聚合物光纖拉伸性能的影響，將兩種聚合物光纖的斷裂強(qiáng)度和勾結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了對比，由表1可以看出聚合物光纖的勾結(jié)強(qiáng)度明顯高于單向拉伸時(shí)的斷裂強(qiáng)度，影響聚合物光纖的成圈與集圈編織;直徑同為0.25 mm的端面發(fā)光光纖與滌綸單絲相比，雖然端面發(fā)光光纖具有較高的斷裂伸長率，但斷裂強(qiáng)度和勾結(jié)強(qiáng)度較低，脆性大，在彎曲和扭折時(shí)易受損斷裂，且紗線彎曲程度越大，越容易斷裂。

綜合表明，聚合物光纖的斷裂伸長率高、延伸性較好，能夠滿足針織成圈過程中對紗線斷裂伸長率在30%以上的要求，但兩種聚合物光纖的彎曲半徑都小于滌綸單絲，彎曲性能較差，較難達(dá)到成圈、集圈和浮線等結(jié)構(gòu)在織造中對紗線的彎曲要求，因此聚合物光纖進(jìn)行正常的成圈和集圈編織較為困難，但可以通過在編織過程中調(diào)整上機(jī)參數(shù)來探討聚合物光纖的編織性能。0.75 mm側(cè)面發(fā)光光纖力學(xué)性能優(yōu)于0.25 mm端面發(fā)光光纖，且側(cè)面發(fā)光光纖的發(fā)光性能較好，不需要進(jìn)行處理就可以產(chǎn)生較好的側(cè)發(fā)光效果，但側(cè)面發(fā)光光纖直徑較粗，在現(xiàn)有機(jī)號的雙面圓緯機(jī)上只能采用襯紗方式，成圈編織甚為困難。因此，本文使用端面發(fā)光光纖來制備聚合物光纖發(fā)光織物。

2?聚合物光纖的編織性能

2.1?紗線原料

本文采用直徑為0.25 mm規(guī)格的端面發(fā)光光纖。為了編織的順利進(jìn)行，采用滌綸紗線輔助編織，紗線規(guī)格為66.7 tex/96 f滌綸DTY、44.4 tex/72 f滌綸DTY、5.56 tex/36 f滌綸DTY，其中滌綸長絲表示為PET。

2.2?編織設(shè)備

根據(jù)生產(chǎn)需要，并且考慮到紗線線密度與機(jī)號相適應(yīng)，選用機(jī)號為E6.85、筒徑12.7 cm、成圈系統(tǒng)數(shù)為4的HC-X2000雙面圓緯機(jī)（浙江振興紡織廠）進(jìn)行聚合物光纖的編織。

2.3?編織工藝及結(jié)果

聚合物光纖在雙面圓緯機(jī)上試織，以1+1羅紋作為基本組織，聚合物光纖分別在織物中作成圈、集圈和浮線的編織。織針排列和三角配置如圖1所示，編織工藝和織物特征參數(shù)如表3所示，織物效果如圖2所示。

2.4?編織結(jié)果分析

當(dāng)聚合物光纖進(jìn)行成圈和集圈編織過程中，紗線一直處于彎曲的狀態(tài)，且紗線與紗線、紗線與舌針、沉降片等機(jī)件之間產(chǎn)生摩擦，聚合物光纖受到較大的張力，導(dǎo)致其在彎曲時(shí)容易斷裂。因此，需要通過調(diào)整輔助編織的紗線細(xì)度、織物組織及給紗張力、彎紗深度、機(jī)速、牽拉卷取張力等編織參數(shù)，使得聚合物光纖能夠在雙面圓緯機(jī)上順利編織。

2.4.1?輔助編織的紗線線密度與織物組織的調(diào)整

在聚合物光纖的成圈編織過程中，選擇1路單獨(dú)使用1根光纖，2-4路選用66.7 tex滌綸長絲進(jìn)行編織時(shí)，由于滌綸長絲較粗且光纖較硬，導(dǎo)致織針沿三角上升時(shí)有部分舊線圈無法完成退圈，紗線堆積在針盤上，無法繼續(xù)編織;且由于1路只使用1根光纖，編織時(shí)會發(fā)生由光纖斷裂導(dǎo)致織物從針盤上脫落而無法繼續(xù)編織的現(xiàn)象。為解決上述問題，將2-4路紗線換成44.4 tex滌綸長絲，1路添加1根5.56 tex滌綸長絲和光纖一起進(jìn)行編織，除了起到保護(hù)光纖的作用，還可以防止織物發(fā)生脫落現(xiàn)象，使得織物呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，編織得到的織物效果如圖2（a）所示。在光纖集圈編織過程中，1路紗線進(jìn)行雙面集圈編織，紗線在針筒上集圈，在針盤上成圈，編織狀態(tài)較為穩(wěn)定，編織得到的織物效果如圖2（b）所示。1路紗線在織物中作浮線的編織時(shí)，針筒不鉤取紗線，聚合物光纖產(chǎn)生輕微彎曲，編織得到的織物效果如圖2（c）所示。

當(dāng)1、3兩路進(jìn)行聚合物光纖成圈編織時(shí)，正面線圈與反面線圈形成1︰1的關(guān)系，舊線圈脫落時(shí)形成一固定角度，織針向后退，舊線圈受到一個(gè)往下拉的力，導(dǎo)致光纖容易被折斷，布面形成破洞，并且在編織過程還會出現(xiàn)紗線堵在針筒口而導(dǎo)致舊線圈無法脫圈的現(xiàn)象，使得聚合物光纖的編織無法順利進(jìn)行。當(dāng)1、3兩路進(jìn)行聚合物光纖集圈編織時(shí)，正面線圈是反面線圈的2倍，且光纖較硬導(dǎo)致布面容易形成破洞，無法順利進(jìn)行編織。

因此在滿足紗線強(qiáng)度的要求下，盡可能采用線密度較小的針織用紗線與聚合物光纖一起編織，且考慮到紗線線密度要與機(jī)號相適應(yīng)，本文中雙面圓緯機(jī)使用的紗線范圍為61.1～88.9 tex，因此2-3路紗線采用16.7～44.4 tex針織用紗線進(jìn)行編織。采用聚合物光纖和其他紗線一起編織時(shí)，可將光纖編織在線圈的外層，使得織物的發(fā)光效果更為明顯，編織前可將一個(gè)鐵棒放在紗筒中間使得紗線沿切向退繞，避免紗線產(chǎn)生扭結(jié)和彎曲，編織順利進(jìn)行并可以改善布面效果。

2.4.2?編織參數(shù)的調(diào)整

僅是輔助編織的紗線線密度和織物組織的調(diào)整，只能對聚合物光纖的編織初步改進(jìn)，需要結(jié)合編織參數(shù)的調(diào)整來完全改善聚合物光纖的編織性能，主要是對給紗張力、彎紗深度、機(jī)速及牽拉卷取張力等編織參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得聚合物光纖能夠順利進(jìn)行編織。

1） 給紗張力。雙面圓緯機(jī)采用積極式送紗，紗線從紗筒經(jīng)張力器到編織區(qū)域的導(dǎo)紗器需經(jīng)過較長的給紗路徑，由于紗線與各種機(jī)件之間摩擦接觸，紗線受到一定阻力，使得從紗筒到達(dá)導(dǎo)紗器進(jìn)入編織區(qū)域的紗線張力太大，影響紗線張力的均勻性，從而導(dǎo)致線圈結(jié)構(gòu)不均勻。為了減少聚合物光纖的損傷和織造過程中紗線的斷頭，給紗張力越小越好，但是在實(shí)際編織時(shí)，導(dǎo)紗器由左向右?guī)Ъ喚幙?，若給紗張力太小或沒有，紗線容易發(fā)生松弛，上下浮動(dòng)，導(dǎo)致織針勾取紗線困難，產(chǎn)生洞疵。通過張力儀測試，在其他編織參數(shù)不變的條件下，當(dāng)給紗張力設(shè)置小于0.04 N時(shí)，織針吃紗困難，容易發(fā)生漏針現(xiàn)象;當(dāng)給紗張力設(shè)置大于0.2 N時(shí)，聚合物光纖與各種機(jī)件間的摩擦力較大，紗線受到的損傷也較大，容易發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致織物從針盤上脫落，無法繼續(xù)編織。因此，在其他編織參數(shù)不變并且保證織針可以順利勾取到光纖的前提下，所設(shè)置的給紗張力應(yīng)盡可能小并且均勻，當(dāng)給紗張力設(shè)置在0.04～0.2 N時(shí)，聚合物光纖可以順利進(jìn)行編織。

2） 彎紗深度。由于雙面圓緯機(jī)采用積極式送紗，因此織物的線圈長度主要由此裝置的給紗速度決定，可通過調(diào)整彎紗三角的位置來使得彎紗張力處于一個(gè)合適的范圍內(nèi)，使得聚合物光纖可以順利成圈或集圈編織。彎紗深度過大或過小都容易導(dǎo)致紗線斷裂，不利于聚合物光纖的編織，容易使織物表面產(chǎn)生較大的漏洞。因此，在滿足聚合物光纖能在織針上順利完成退圈和脫圈的要求下，彎紗深度應(yīng)盡可能小。通過試織發(fā)現(xiàn)，在給紗張力、機(jī)速和牽拉卷取張力不變的條件下，當(dāng)彎紗深度值為5～7時(shí)，聚合物光纖可以順利進(jìn)行成圈和浮線編織，且彎紗深度越大，線圈長度越長，織物密度變小，線圈與線圈之間的孔隙變大，如圖3所示;彎紗深度值為5.5時(shí)，聚合物光纖可順利進(jìn)行集圈編織。

3） 機(jī)速。機(jī)速指的是每分鐘的轉(zhuǎn)速，本文中雙面圓緯機(jī)的最高機(jī)速可達(dá)50 r/min。在采用聚合物光纖進(jìn)行編織時(shí)，織物在起口部分先用手柄搖動(dòng)針盤轉(zhuǎn)動(dòng)，待調(diào)整至針舌全都打開且編織狀態(tài)穩(wěn)定后，再以一較小的、穩(wěn)定的機(jī)速進(jìn)行編織。彎紗過程中織針的下降導(dǎo)致光纖產(chǎn)生了伸長，此時(shí)光纖的彎曲半徑不斷減小，是光纖在編織過程中最容易發(fā)生彎曲斷裂的階段，因此需要降低織針?biāo)俣?，緩沖光纖內(nèi)應(yīng)力增加的速度以降低光纖斷裂的可能性。根據(jù)雙面圓緯機(jī)機(jī)速與織針?biāo)俣鹊年P(guān)系，應(yīng)降低機(jī)速，在多次編織后得到聚合物光纖編織的最大速度為11 r/min，編織時(shí)可選擇一定范圍內(nèi)的任意速度進(jìn)行編織。但機(jī)速在0～6 r/min時(shí)，光纖編織更為穩(wěn)定且形成的織物表面線圈清晰整齊;當(dāng)機(jī)速在7～11 r/min時(shí)，光纖可順利編織，但織物表面較為凌亂且光纖易被勾起。

4） 牽拉卷取張力。由于雙面圓緯機(jī)沒有沉降片，編織成圈全部依靠牽拉卷取張力來完成[10]。在編織過程中，先將坯布掛在針頭上，再將坯布通過卷取、牽拉，才能繼續(xù)編織。牽拉卷取張力對聚合物光纖編織的影響相對較小，主要是對織物線圈的清晰程度造成影響。牽拉卷取張力過小，會導(dǎo)致形成的線圈不清晰或出現(xiàn)坯布在筒口上浮的現(xiàn)象;牽拉卷取張力過大，線圈清晰但會導(dǎo)致聚合物光纖發(fā)生斷裂，織物表面形成漏洞從而造成漏針。因此，所提供的牽拉卷取張力既要使得舊線圈可以順利完成退圈，又不能太大使得光纖斷裂。通過試驗(yàn)表明，在聚合物光纖編織過程中，其牽拉卷取張力為35 N左右較為合適，編織得到的織物表面平整，且線圈清晰。

綜上所述，在編織參數(shù)的調(diào)整過程中出現(xiàn)的問題主要分為三大類：織針鉤取紗線困難造成漏針、斷紗造成織物表面形成漏洞及各參數(shù)調(diào)整不合理造成的線圈不清晰，織物表面不平整，如圖4所示。

3?結(jié)?論

根據(jù)直徑為0.25 mm規(guī)格的聚合物光纖在雙面圓緯機(jī)上的編織試驗(yàn)結(jié)果分析，可以得出：采用線密度小的針織用紗線與聚合物光纖一起編織，有利于編織的順利進(jìn)行。在所有的編織參數(shù)中，給紗張力和彎紗深度對聚合物光纖的可編織性能影響最大，在保證聚合物光纖順利編織的前提下，應(yīng)盡可能減小給紗張力;不同的編織結(jié)構(gòu)都有適合的彎紗深度，彎紗深度在5～7時(shí)適合聚合物光纖成圈和浮線編織，彎紗深度在5.5時(shí)適合聚合物光纖集圈編織，且線圈長度隨著彎紗深度的增加而增大;機(jī)速在0～6 r/min時(shí)最適合編織;牽拉卷取張力對聚合物光纖的可編織性能沒有明顯影響趨勢，主要是對織物成形的外觀效果造成影響。

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