敖利民， 及二麗， 莫曉璇， 李向陽， 李春鋼

(1. 嘉興學院 材料與紡織工程學院， 浙江 嘉興 314000； 2. 嘉興市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院， 浙江 嘉興 314000； 3. 萊州元茂儀器有限公司， 山東 萊州 261400)

空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗中氨綸絲實際預牽伸倍數(shù)測試

敖利民1， 及二麗2， 莫曉璇1， 李向陽1， 李春鋼3

(1. 嘉興學院 材料與紡織工程學院， 浙江 嘉興 314000； 2. 嘉興市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院， 浙江 嘉興 314000； 3. 萊州元茂儀器有限公司， 山東 萊州 261400)

為測試與評價空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗的實際彈性，分析了空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗的結(jié)構(gòu)及其拉伸性能特征，提出了采用“力學拉伸曲線前段解析法”測算氨綸絲實際預牽伸倍數(shù)的方法；分析了典型無張力拉伸斷裂曲線，給出了氨綸絲實際預牽伸倍數(shù)的計算方法，并對不同規(guī)格的空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗進行了測試與分析。結(jié)果表明：采用無預加張力拉伸試驗的方法，可測得氨綸絲預牽伸的伸長量；結(jié)合拉伸試驗試樣長度，可計算出氨綸絲的實際預牽伸倍數(shù)；氨綸絲實測預牽伸倍數(shù)均小于名義預牽伸倍數(shù)，二者差異的大小取決于預牽伸倍數(shù)以及氨綸絲的線密度。氨綸絲的預牽伸倍數(shù)越大，差異越大；氨綸絲的線密度越大，差異越小。

空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗； 氨綸絲； 預牽伸倍數(shù)； 無預加張力； 拉伸試驗

空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗是在改造后的絡筒機或?qū)Ｓ每諝獍矙C上紡制而成、具有包覆結(jié)構(gòu)的彈力紗線。無捻復絲(一般為變形絲)與一定預牽伸倍數(shù)的氨綸絲一起通過噴嘴腔體時，受到腔壁上噴孔進入的高壓空氣的沖擊作用，外包覆絲糾纏、交絡而形成網(wǎng)絡節(jié)，實現(xiàn)對氨綸絲的包覆[1]。噴嘴間歇噴氣，在輸出紗線上形成均勻分布的網(wǎng)絡節(jié)。紡紗過程中氨綸絲的預牽伸倍數(shù)是一項重要的工藝參數(shù)，如果不考慮氨綸絲線密度及本身彈性的差異，預牽伸倍數(shù)直接決定著成紗及其織物產(chǎn)品的彈性[2-4]。氨綸絲的預牽伸倍數(shù)小，不能充分發(fā)揮氨綸的彈力，預牽伸倍數(shù)大，紡紗時易斷絲[5-6]。

在空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗的紡制過程中，為保證成紗卷裝卷繞緊密，成形良好，成紗是以一定的張力被卷繞到筒管上的，卷繞張力的大小與氨綸絲預牽伸倍數(shù)相匹配，氨綸絲預牽伸倍數(shù)大，卷繞張力也大，所以，在卷裝紗中氨綸絲仍處于拉伸、張緊狀態(tài)，經(jīng)過一定時間不可避免地會產(chǎn)生塑性變形(松弛)，使氨綸絲的彈性有所衰退[7]，尤其是經(jīng)過較長時間的存放后。對于利用空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗生產(chǎn)彈力織物的下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，彈力紗線的實際(剩余)彈性是最終產(chǎn)品彈性滿足設計要求的保證，在使用前對紗線彈性進行測試、檢驗是必要的。如前所述，紗線彈性主要取決于氨綸絲的預牽伸倍數(shù)，測試紗線中氨綸絲的實際預牽伸倍數(shù)，即可評價紗線的保留彈性。彈力紗中氨綸的預牽伸倍數(shù)可用手工法進行測試[8]，也可通過氨綸絲含量的實測結(jié)果進行推算[9]。

本文研究提出一種基于無預加張力拉伸試驗的氨綸絲預牽伸倍數(shù)測試與計算方法，用于空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗中氨綸絲實際預牽伸倍數(shù)的測試與分析，判斷紗線的真實彈性。

1 試驗方法

1.1紗線結(jié)構(gòu)與拉伸性能分析

在空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗加工過程中，氨綸絲以一定預牽伸倍數(shù)與包覆復絲交絡后，又以一定張力卷繞成卷裝，當紗線從筒管上退繞下來后，因氨綸的回縮而呈蜷縮狀，即外包覆復絲蜷縮，而氨綸絲在自身彈性作用下，會盡可能回縮到未伸長的狀態(tài)。圖1示出空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗(A2070DR1.4)在自然懸垂伸直狀態(tài)下的實物照片。包覆紗芯絲為22.2 dtex氨綸，外包覆絲為77.8 dtex/24 f 錦綸6牽伸變形絲(DTY)，氨綸絲名義預牽伸倍數(shù)即設計預牽伸倍數(shù)為1.4，紗線自然伸直狀態(tài)下實測網(wǎng)絡度為130個/m。從圖可看出，紗線退繞、去除卷繞張力后，僅在自身重力作用下自然伸直，網(wǎng)絡節(jié)所在處由于外包覆絲的糾纏、縛結(jié)，仍對氨綸絲形成良好的包覆；在非網(wǎng)絡節(jié)點處，由于氨綸絲的回縮，外包纏絲彎曲、蜷縮，且彎曲、蜷縮方向在空間上有一定隨機性。

圖1 自然懸垂伸直狀態(tài)的空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗Fig.1 Air covered elastic yarn in natural overhanging straight state

在氨綸與外包覆復絲形成的復合結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡節(jié)點將外包覆復絲間斷縛結(jié)在氨綸絲上，在一定程度上可阻止包覆絲沿長度方向上與氨綸發(fā)生相對滑移。對于貫穿各個網(wǎng)絡節(jié)點的氨綸絲而言，盡管在網(wǎng)絡節(jié)點處與外包覆絲交絡纏結(jié)，但由于外包覆絲對氨綸絲軸向回縮的約束作用很弱，在外加張力去除后，外包覆絲并不能阻止氨綸絲的回縮并盡可能回復到未伸長狀態(tài)。同時由于外包覆絲一般為變形絲，非網(wǎng)絡節(jié)點處氨綸絲回縮所需克服的外包覆絲彎曲阻力也是很小的。

空氣網(wǎng)絡包覆氨綸彈力紗的拉伸性能決定于其結(jié)構(gòu)特征。由于氨綸絲具有較小的拉伸模量(聚酯型為1.2 cN/tex，聚醚型為1.7～3.9 cN/tex)[10]，受到較小的拉伸外力時，就會產(chǎn)生較大的形變；外包覆復絲通常具有相對較大的拉伸模量，受到拉伸外力所用時，產(chǎn)生相同的形變較之氨綸絲要施加較大的拉伸負荷。

如對一根僅在自身重力作用下處在自然伸直狀態(tài)(未施加預加張力)的空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗施加拉伸作用，承擔拉伸外力的首先是小模量的氨綸絲，外包覆絲只是由不同程度的蜷縮、彎曲狀態(tài)而逐漸伸直，較小的拉力作用將產(chǎn)生較大的變形；當拉伸變形達到氨綸絲的預牽伸倍數(shù)后，外包覆絲伸直，開始與氨綸絲一起承受拉伸作用力，直至紗線斷裂。由于外包覆絲承受拉力作用，紗線的模量將較前一階段顯著增加。這種拉伸過程的分段性在拉伸曲線上應有明確體現(xiàn)。

鑒于上述空氣網(wǎng)絡包覆彈力絲可預期的拉伸性能特征，可采用“力學拉伸曲線前段解析”的方法[11](在文獻中用于纖維的卷曲分析)來測試氨綸絲的實際預牽伸倍數(shù)，即通過分析氨綸絲伸長階段的拉伸特征(主要是拉伸形變特征)，推算氨綸絲的預牽伸倍數(shù)。

在測試普通紗線拉伸斷裂性能時，試樣需施加旨在消除紗線卷曲、彎曲的預張力，預張力的大小根據(jù)紗線的線密度計算。在本文研究中，預加張力并不具備其在普通紗線拉伸試驗中的意義。采用無預加張力拉伸試驗的原因顯而易見，即使是較小的預加張力也可能引起氨綸絲較明顯伸長變形，而依據(jù)紗線線密度計算的預加張力，會導致不同氨綸絲線密度及預牽伸倍數(shù)彈力紗線測試結(jié)果的不可比性。

1.2拉伸曲線分析及預牽伸倍數(shù)算法

拉伸試驗所用測試儀器為YG021D型電子單紗強力機，考慮到紗線較大的彈性，夾持距離選擇250 mm，與之匹配的拉伸速度為250 mm/min，試驗實際溫度為25 ℃，相對濕度為46%。夾持試樣時，完成上夾頭緊固夾持后，在保證紗線自然垂直的情況下，不使用預加張力裝置(預加張力為0)，對試樣下端進行緊固夾持。啟動拉伸控制程序，對前述A2070DR1.4空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗線拉伸直至紗線斷裂，得到紗線一次拉伸斷裂曲線，結(jié)果見圖2。

圖2 錦綸/氨綸空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗A2070DR1.4 無預加張力拉伸斷裂曲線Fig.2 Non-pre-tensioning tensile fracture curve of nylon/spandex air covered elastic yarn A2070DR1.4

從圖2可看出，與預測分析結(jié)果一致，拉伸斷裂曲線大致分為2個階段：OA段與AB段。OA段即所謂拉伸曲線的“前段”，紗線受到拉伸作用后，氨綸絲伸長，非網(wǎng)絡節(jié)點處外包覆絲由蜷縮狀態(tài)開始伸直，由于氨綸絲伸長和外包覆絲伸直需要克服的力很小，拉伸曲線基本呈緊貼橫軸的平行線，為小應力大應變階段；AB段曲線類似普通紗線的拉伸曲線，當外包覆絲伸直(包覆紡紗時外包覆絲即為伸直狀態(tài))后，外包覆絲與氨綸芯絲共同承受拉伸作用，紗線產(chǎn)生同樣的伸長，需要施加大得多的拉伸負荷，直至紗線斷裂，此階段表現(xiàn)為大應力變形階段。

2段曲線的拐點A對應的伸長(拉伸位移)值，可通過取AB段曲線(或靠近A點的一段曲線)擬合直線的延長線與橫軸的交點坐標值獲取[10]。在拉伸試驗應用程序的實時曲線圖像區(qū)域內(nèi)，鼠標指向某點，即可顯示該點縱橫坐標，因此，A點對應的伸長值，可在每次拉伸曲線上通過目測AB段曲線擬合直線的延長線與橫軸的交點，再用鼠標指向該點直接讀取，也可借助合適的尺子輔助確定擬合直線，再確定交點。當然，理想的方法是通過采集數(shù)據(jù)的處理求取。求得的A點對應橫坐標伸長值，即可作為氨綸絲實際預牽伸的伸長值。由此，可按下式計算氨綸絲預牽伸倍數(shù)D。

D=(lA+l0)/l0

式中：lA為拐點A對應伸長值,mm；l0為試樣夾持長度，mm。

1.3應用實例

對上述錦綸/氨綸空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗A2070DR1.4進行了60次無預加張力拉伸試驗，并按上述方法計算氨綸絲的實際預牽伸倍數(shù)，結(jié)果如表1所示。60次測試氨綸絲實際預牽伸倍數(shù)計算值為1.28，CV值為3.30%。

從表1可看出，60次氨綸絲預牽伸倍數(shù)的測試結(jié)果無一例外全部小于名義值。這是由于成紗以一定張力卷繞成形時，氨綸絲仍處于一定倍數(shù)的拉伸狀態(tài)，這種拉伸應力在紗線儲存及運輸?shù)葧r間作用下，使得氨綸絲產(chǎn)生塑性伸長，從而造成一定的彈性損失，實測預牽伸倍數(shù)下降。預牽伸倍數(shù)測試結(jié)果的離散性，則是由氨綸絲及紗線沿其長度方向上的結(jié)構(gòu)差異等因素造成。

2 多品種拉伸試驗

為考察不同名義預牽伸倍數(shù)、不同氨綸絲規(guī)格(主要為前者)的空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗中氨綸絲實際預牽伸倍數(shù)測試結(jié)果與名義預牽伸倍數(shù)的差異情況，探討名義預牽伸倍數(shù)及氨綸絲規(guī)格對紗線實際彈性的影響，對取自空氣網(wǎng)絡包覆紗生產(chǎn)工廠樣品室的多種空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗進行無預加張力拉伸試驗，并計算其實際預牽伸倍數(shù)。樣品存放時間均已超過3個月。

2.1試樣規(guī)格與試驗參數(shù)

試樣規(guī)格如表2所示。為便于對比，試樣1仍采用A2070DR1.4。試樣1#～8#為具有相同品種、相同規(guī)格的外包覆絲和氨綸絲，實測網(wǎng)絡度也大致相同，只有氨綸絲名義預牽伸倍數(shù)不同。試樣9#為線密度大1倍的氨綸芯絲，同時預牽伸倍數(shù)也較大，網(wǎng)絡度也略有增加。拉伸試驗參數(shù)設置同1.2。

表1 A2070DR1.4紗無預加張力拉伸結(jié)果Tab.1 Non-pre-tensioning tensile results of yarn A2070DR1.4

注：偏差=名義預牽伸倍數(shù)-預牽伸倍數(shù)計算值。

表2 空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗試樣規(guī)格Tab.2 Sample specifications of air covered elastic yarns

2.2試驗結(jié)果與分析

不同品種空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗無預加張力拉伸試驗結(jié)果如表3所示，為60次測試結(jié)果的平均值。

表3 不同品種空氣網(wǎng)絡彈力包覆紗無預加張力拉伸試驗結(jié)果Tab.3 Non-pre-tensioning tensile test results of different varieties of air covered elastic yarns

注：偏差百分率=偏差/氨綸絲含義預牽伸倍數(shù)×100%。

從表3可看出，各品種空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗中氨綸絲預牽伸倍數(shù)測試結(jié)果均小于名義預牽伸倍數(shù)，但差異程度不同。由試樣1#～8#的測試結(jié)果可看出，隨著氨綸絲名義預牽伸倍數(shù)的增大，實測預牽伸倍數(shù)與名義預牽伸倍數(shù)的差異有逐漸增大的趨勢。如前所述，彈力紗線在卷繞成形時，為保證一定的卷繞密度，增大卷裝容量，卷繞成形良好，所施加的卷繞張力是與氨綸絲的預牽伸倍數(shù)相匹配的，氨綸絲的預牽伸倍數(shù)越大，成紗卷繞成形時所需施加的卷繞張力越大。卷繞到筒管上的彈力紗線因處于一定張力作用下，其中的氨綸絲處于一定程度的伸長狀態(tài)，卷繞張力越大，氨綸絲的伸長程度也就越大，經(jīng)儲存、運輸?shù)葧r間效應產(chǎn)生的塑性變形也就越大，從而喪失較多的彈性，實測氨綸絲預牽伸倍數(shù)與名義預牽伸倍數(shù)的偏差也就越大。表3所示測試結(jié)果表明，當氨綸絲名義預牽伸倍數(shù)大于1.8時，實測氨綸絲預牽伸倍數(shù)與名義值的偏差均超過20%，氨綸絲的彈性損失較顯著。此外，預牽伸倍數(shù)與名義預牽伸倍數(shù)的偏差還受試樣中氨綸絲因不同生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品批次而存在的彈性差異、氨綸絲本身彈性的不勻性以及存放時間、存放條件(溫濕度)等因素的影響，試樣6#實測氨綸絲預牽伸倍數(shù)與名義預牽伸倍數(shù)的偏差大于試樣7#和8#，原因包括以下幾點：氨綸本身的彈性相對較差，易于產(chǎn)生塑性變形；該試樣存放時間更長，因而產(chǎn)生了更多的塑性形變；該試樣存放環(huán)境的溫度更高，濕度更大，增加了氨綸絲的塑性變形。與試樣1#～8#相比，試樣9#雖然具有較大的預牽伸倍數(shù)，但因氨綸絲線密度大，實測氨綸絲預牽伸倍數(shù)與名義預牽伸倍數(shù)差異較小，表明隨著氨綸絲線密度的增大(氨綸含量增加)，紗線彈性損失越小，這是因為氨綸絲線密度越大，本身彈性會越好。

3 結(jié) 論

空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗的拉伸曲線可分為小應力大形變和大應力小形變2個階段，采用無預加張力拉伸試驗的方法，可測算氨綸絲預牽伸的伸長量，結(jié)合拉伸試驗試樣長度，可計算出氨綸絲的實際預牽伸倍數(shù)。

由于卷繞張力造成的塑性變形，氨綸絲實測預牽伸倍數(shù)均小于名義預牽伸倍數(shù)，在不考慮氨綸本身的彈性差異及存放時間長短等因素的情況下，二者偏差的大小取決于預牽伸倍數(shù)的大小及氨綸絲的線密度(氨綸含量)。氨綸絲的預牽伸倍數(shù)越大，偏差越大，即氨綸絲的塑性變形越大，彈性損失越大；氨綸絲的線密度越大，偏差越小，即彈性損失越小。

需要指出的是，空氣網(wǎng)絡包覆彈力紗因其結(jié)構(gòu)特征，可認為外包覆絲的纏繞、縛結(jié)不能顯著影響(阻止)卷繞張力去除后氨綸絲的彈性回復，因此采用無預加張力拉伸試驗法測試氨綸絲預牽伸的伸長量是適用的。對于其他復合氨綸的彈力紗線，如短纖/氨綸包芯紗、空心錠氨綸包纏紗等，該方法的適用性尚需通過實際測試分析進行驗證。

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Testofactualpre-draftratioofspandexfilamentinaircoveredelasticyarn

AO Limin1， JI Erli2， MO Xiaoxuan1， LI Xiangyang1， LI Chungang3

(1.CollegeofMaterialsandTextileEngineering，JiaxingUniversity，Jiaxing，Zhejiang314000，China; 2.InstituteofProductQualityInspectionandTestingofJiaxingCity，Jiaxing，Zhejiang314000，China; 3.LaizhouYuanmoreInstrumentCo. ,Ltd. ，Laizhou，Shandong261400，China)

In order to test and evaluate the actual elasticity of the air covered elastic yarn, structure and tensile properties of air covered elastic yarns were analyzed, and the test method of actual pre-draft ratio of spandex by the analytical method of front section of the mechanical tensile curve was proposed. Typical non-pre-tensioning tensile curve was analyzed, and the calculation method of actual pre-draft multiplication of spandex was given. The testing and analysis of the air covered elastic yarns with different specifications were carried out. The results show that the tensile elongation of spandex filament can be measured by non-pre-tensioning tensile test. Combined with the specimen length of tensile testing, the actual pre-draft ratio of spandex filament can be calculated. The measured pre-draft ratios are always less than the nominal pre-draft ratios, and the difference between them depends on the pre-draft ratio and the linear density of spandex filament. The larger the pre-draft ratio of spandex filament is, the larger the difference. The larger the linear density of spandex filament is, the smaller the difference.

air covered elastic yarn; spandex filament; pre-draft ratio; non-pre-tensioning; tensile test

10.13475/j.fzxb.20161200105

TS 151.9；TS 101.9

A

2016-12-01

2017-06-30

敖利民(1969—)，男，教授，博士。主要研究方向為紡織品性能測試技術。E-mail：aolimin@126.com。