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        金屬纖維及其混紡紗線直徑系數(shù)的計(jì)算及測(cè)試

        2015-01-15 10:04:48趙領(lǐng)航蔡普寧賈哲昆李建利
        產(chǎn)業(yè)用紡織品 2015年8期
        關(guān)鍵詞:金屬纖維混紡紗紡紗

        趙領(lǐng)航 蔡普寧 賈哲昆 張 元 李建利

        (陜西省紡織科學(xué)研究所,西安,710038)

        金屬纖維具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、耐高溫、耐磨及強(qiáng)度高等特性。目前已開(kāi)發(fā)出金屬纖維枕式密封帶、除塵袋、熱工件輸送帶、阻隔熱簾、耐溫緩沖墊等紡織品;同時(shí)采用金屬纖維與其他纖維混紡開(kāi)發(fā)了電磁屏蔽服、防靜電服、孕婦防護(hù)服及防護(hù)罩等功能性紡織品[1-2]。但由于金屬纖維的密度與傳統(tǒng)紡織纖維的密度差異較大,且有關(guān)金屬纖維及其混紡紗線直徑系數(shù)的研究鮮見(jiàn),給紡織設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的困難。為了給金屬纖維在機(jī)織物中的應(yīng)用提供技術(shù)參考,本文就金屬纖維及其混紡紗線直徑系數(shù)的計(jì)算及測(cè)試進(jìn)行研究。

        1 金屬纖維的特點(diǎn)

        金屬纖維的生產(chǎn)方法主要有單絲拉拔法、切削法、拉拔法、熔抽法四種。紡織用金屬纖維大多采用金屬線材經(jīng)多次拉拔工藝制成,纖維一般呈長(zhǎng)絲條狀,單絲直徑一般為8~24 μm,長(zhǎng)度在數(shù)十米到百米之間,制成的金屬纖維長(zhǎng)絲束可根據(jù)單絲根數(shù)的不同分成不同規(guī)格,一般采用單絲直徑加單絲根數(shù)的方式來(lái)標(biāo)識(shí),如 8 μm 2 000 芯、12 μm 1 000 芯等。金屬纖維在與紡織短纖混紡時(shí),要對(duì)金屬纖維束進(jìn)行牽切,使其長(zhǎng)度與混紡纖維長(zhǎng)度相適應(yīng),以保證紡紗工序的順利進(jìn)行。常見(jiàn)金屬纖維和常規(guī)紡織纖維密度見(jiàn)表1,由表1可以看出,金屬纖維的密度比常規(guī)紡織纖維大6~7倍[3]。雖然金屬纖維具有表面粗糙、摩擦因數(shù)大、剛性強(qiáng)、韌性差、無(wú)卷曲、彈性差等特性,嚴(yán)重影響紡紗、織造工序的順利進(jìn)行[4-6],但其優(yōu)良的耐高溫性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性等,使其在電磁屏蔽、高溫?zé)煔膺^(guò)濾、隔熱等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

        表1 常見(jiàn)金屬纖維和常規(guī)紡織纖維密度

        2 金屬纖維及其混紡紗線直徑系數(shù)測(cè)試的意義

        織物的幾何結(jié)構(gòu)是織物性能風(fēng)格的基礎(chǔ),紗線屈曲程度與經(jīng)緯紗密度的配合則由紗線直徑?jīng)Q定。在紡紗工序中,紗線直徑?jīng)Q定清紗工藝參數(shù),而在織造工序中,紗線的直徑更是進(jìn)行機(jī)織物、針織物設(shè)計(jì)和確定編織工藝的重要依據(jù)之一[7]。金屬纖維及其混紡紗線作為特種紗線在紡織產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越多,但有關(guān)它的直徑系數(shù)還未有準(zhǔn)確的數(shù)值,這影響了金屬纖維及其混紡紗線在后續(xù)紡織加工過(guò)程中的生產(chǎn)工藝制訂、織物緊度計(jì)算及織物風(fēng)格預(yù)測(cè)。因此,計(jì)算和測(cè)試金屬纖維及其混紡紗線的直徑系數(shù)十分必要,它將為技術(shù)人員設(shè)計(jì)工藝參數(shù)提供重要依據(jù)。

        3 紗線直徑系數(shù)的推導(dǎo)

        3.1 紗線直徑的測(cè)試方法

        紗線直徑的測(cè)量主要有顯微鏡法和投影儀法兩種。顯微鏡法是依據(jù)紗線線密度選擇合適的顯微鏡放大倍數(shù),并對(duì)紗線施加適當(dāng)?shù)膹埩⑵渚鶆蛘R地排列在載玻片上,移動(dòng)載玻片測(cè)量紗線直徑在目鏡顯微尺上的讀數(shù),再根據(jù)物鏡和目鏡顯微尺關(guān)系式計(jì)算出紗線直徑。

        投影儀法是將紗線試樣一端夾持在投影儀載物臺(tái)上的夾持器上,另一端施加適當(dāng)?shù)膹埩ΓD(zhuǎn)動(dòng)投影屏,將試樣的一側(cè)邊緣與投影屏上的橫線重合,轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)上的游標(biāo)尺,使試樣的另一側(cè)邊緣與投影屏上的橫線重合,游標(biāo)尺上兩次讀數(shù)之差即為試樣的直徑。

        3.2 紗線直徑系數(shù)的數(shù)學(xué)建模

        根據(jù)各種加捻紗線的外觀情況,發(fā)現(xiàn)其形狀較接近圓柱體。為了更好地進(jìn)行理論推導(dǎo)計(jì)算,假設(shè)紗線為圓柱體,長(zhǎng)為L(zhǎng)(m),質(zhì)量為m(g),截面積為s(mm2),直徑為d(mm),紗線密度為δ(g/cm3),則由此可得紗線密度與直徑的關(guān)系式[8]:

        由式(1)可求出紗線直徑:

        紗線的粗細(xì)程度即線密度,其定義是1 000 m長(zhǎng)的紗線在公定回潮率下的質(zhì)量,稱為紗線的特克斯(tex)。一般棉紗俗稱為號(hào)數(shù),計(jì)算方法如下[7-9]:

        式中:Nt——紗線線密度,tex;

        m——紗線質(zhì)量,g;

        L——紗線長(zhǎng)度,m。

        由式(2)和式(3)可推導(dǎo)出紗線直徑與紗線線密度的數(shù)學(xué)關(guān)系:

        式中的Φ稱為紗線直徑系數(shù)。

        紗線密度主要由所組成紗線的纖維密度和紡紗生產(chǎn)工藝所決定,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有:

        式中:γ——紡制紗線所用纖維的密度,g/cm3。

        由式(8)可知,只要知道所用纖維的密度就可計(jì)算出紗線的直徑系數(shù)。根據(jù)表1中幾種常規(guī)纖維的密度,采用式(8)可計(jì)算出各自純紡紗線的直徑系數(shù),見(jiàn)表2。與各自常用紗線直徑系數(shù)進(jìn)行對(duì)比,可以看出兩者基本一致,說(shuō)明采用式(8)計(jì)算純紡紗線的直徑系數(shù)是可信的。

        表2 幾種常規(guī)純紡紗線的常用直徑系數(shù)與計(jì)算值的對(duì)比

        4 試樣及測(cè)試

        本次試驗(yàn)采用鐵鉻鋁長(zhǎng)絲紗及短纖紗、不銹鋼長(zhǎng)絲紗及短纖紗,以及我單位所紡制的不同配比的不銹鋼混紡紗作為測(cè)試試樣,依據(jù)GB/T4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測(cè)定》測(cè)定紗線線密度,紗線直徑測(cè)試依據(jù) ZB W 04017—1989《紗線直徑測(cè)定方法CCD測(cè)定儀法》。對(duì)金屬纖維純紡紗線分別采用式(6)、式(8)計(jì)算紗線直徑系數(shù),并測(cè)試紗線線密度,結(jié)果見(jiàn)表3;對(duì)金屬纖維混紡紗線采用式(6)計(jì)算紗線直徑系數(shù),并測(cè)試紗線線密度,結(jié)果見(jiàn)表4。

        表3 金屬纖維純紡紗線測(cè)試及計(jì)算結(jié)果

        表4 金屬纖維混紡紗線測(cè)試及計(jì)算結(jié)果

        5 試驗(yàn)結(jié)果分析

        由表3可以看出,在金屬纖維純紡紗線直徑系數(shù)計(jì)算時(shí),式(6)和式(8)均可應(yīng)用且結(jié)果相近,這為金屬純紡紗線直徑系數(shù)的計(jì)算提供了不同路徑,如在只知道纖維密度時(shí),可直接采用式(8)計(jì)算;如不知道纖維密度,或紗線是幾種纖維混紡制得的,則可通過(guò)測(cè)量紗線直徑及線密度采用式(6)計(jì)算紗線直徑系數(shù)。由表3可知,鐵鉻鋁純紡紗線的直徑系數(shù)為0.017 0~0.017 1,不銹鋼純紡紗線的直徑系數(shù)為0.016 5~0.016 7。為了計(jì)算方便,我們可以將密度為7.3~8.0 g/cm3的金屬纖維紗線的直徑系數(shù)均取值0.017。

        通過(guò)計(jì)算不同配比金屬纖維混紡紗線的直徑系數(shù)(見(jiàn)表4),可以確定常用混紡比的金屬纖維紗線的直徑系數(shù)范圍,這可為生產(chǎn)工藝計(jì)算提供幫助。由表4可知,隨著紗線中金屬纖維含量的增加,紗線直徑系數(shù)逐漸減小,當(dāng)金屬纖維含量為0~30%時(shí),直徑系數(shù)變化較慢;而當(dāng)含量為40%~100%時(shí),直徑系數(shù)變化較快。這主要是由于金屬纖維和普通紡織纖維的密度差異較大,當(dāng)金屬纖維含量為0~30%時(shí),普通紡織纖維占主體,對(duì)紗線直徑系數(shù)的影響較小;而當(dāng)金屬纖維含量為40%~100%時(shí),金屬纖維占主導(dǎo)地位,對(duì)紗線直徑系數(shù)的影響較大。

        6 結(jié)語(yǔ)

        (2)對(duì)比不銹鋼、鐵鉻鋁純紡紗線的直徑系數(shù),當(dāng)纖維密度為7.3~8.0 g/cm3時(shí),金屬纖維純紡紗線的直徑系數(shù)可取值0.017。

        (3)金屬纖維混紡紗線的直徑系數(shù)與金屬纖維的含量基本呈線性關(guān)系,當(dāng)金屬纖維含量為40%~100%時(shí),金屬纖維占主導(dǎo)地位,對(duì)紗線直徑系數(shù)的影響較大。

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