武昊巖,謝光銀,張一心

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安710048)

耐磨性是紡織品的一個重要測試指標[1],對紡織品的耐磨性測試遵循一定的標準及方法[2－3],測試結果與測試儀器有很大關聯(lián)。各種耐磨性測試儀器之間存在一定的相關性,但各耐磨儀對紗線耐磨性能的評價存在差異,ZweigleG552和LFY-20高度相關,而Y731和其他儀器的相關性較差[4－5]。不同的紡紗方法會造成紗線耐磨性的差異,并且在集聚紡、賽絡紡、集聚賽絡紡這樣一些環(huán)錠紡紗新技術的紡紗過程中,集聚和并合作用都能提高紗線的耐磨性[6]。耐磨性是織物服用性能的一個重要指標,不同種類織物的耐磨性差異很大[7－9],但都與紗線本身耐磨性和結構密切相關[10－13],其中紗線線密度和捻度是兩個重要因素[14－15],可見,從紗線捻度和線密度入手進行紗線耐磨性的研究對紗線以及織物都具有重要的意義?，F(xiàn)有的紗線耐磨性測試都是以紗線與外界物體摩擦的耐磨壽命為基準的,然而織物中紗線磨損的形式不僅是與其他物體的摩擦,更多的是相互交錯的紗線間的摩擦。對這種紗線與紗線摩擦機理的研究尚有留白,因此本文構建試驗裝置,并通過控制變量法研究了捻度與合股數(shù)對這種摩擦方式的影響。

1 紗與紗磨損機理

織物的磨損是一個多因素的復雜過程。尤其在針織物的使用中,由于線圈結構的存在,相互穿插交錯的紗線滑移而造成紗線磨損,這種磨損是紗線與紗線之間的磨損,而非傳統(tǒng)紗線耐磨性測試中定義的紗線與外界物體的摩擦,將這種磨損形式稱為“紗紗磨損”。紗紗磨損廣泛地存在于梭織物與針織物中,其磨損形式與傳統(tǒng)紗線耐磨性測試有一定區(qū)別。

紗紗磨損可以概括為兩個模型：(1)一根紗線不動,另一根與之交錯的紗線做來回往復運動,即一根紗線一定點與另一紗線一小段之間的摩擦,稱之為“點段相磨”;(2)2根相互緊靠的紗線受到外力分別做自身縱向的往復運動,造成2個紗段之間的摩擦,稱為“段段相磨”。

2 試驗裝置設計

圖1即為自建試驗裝置：點段相磨與段段相磨主視圖相同,其中,1、5為固定線夾,用來固定試樣,以防退捻;2為提供負重的砝碼;3為垂直擋板;4為定滑輪,用來接承動力;5處的夾子尾接高強股線,系在動力裝置6即Y731抱合力機的金屬刀板上,機器運轉后,動力通過夾子及股線傳遞,即開始試驗。

點段相磨裝置的左視圖見圖1(b),7、8為自由線夾,用7、8兩夾以及穿過且固定在兩夾尾的連接桿9來使紗線分開,砝碼2系在連接桿中點;垂直擋板3防止試樣自由旋轉。

段段相磨裝置的左視圖見圖1(c),下方試樣一端由7處的自由線夾夾住并連接砝碼,另一端由8處的固定線夾固定。7處夾尾插入橫桿9,兩側同樣放置擋板3以防下方試樣自由旋轉。

3 試驗部分

選用純棉紗線進行試驗。

3.1 紗線基本性能

圖1 紗紗磨損耐磨性測試裝置

3.1.1 線密度測試

參照GB/T 6529－2008《紡織品 調濕和試驗用標準大氣》,將試樣在標準大氣條件下調濕至標準規(guī)定的平衡狀態(tài);使用YG086型縷紗測長器搖取200 m試驗用棉紗,搖紗速度200 r/min;用電子天平稱取縷紗質量(g),精確至0.01 g,然后將試樣在標準大氣條件下用烘箱烘至恒定質量,測量其干燥質量(g)。

線密度計算公式為：

式中：Tt為線密度,tex;L為試樣長度,m;Wk為試樣公定回潮率,%;md為試樣干燥質量,g。

分別測10組試樣,測得試樣平均線密度為14.56 tex。

3.1.2 捻度測試

紗線捻度的測試方法主要有直接計數(shù)法、退捻加捻法。本試驗選用一次退捻加捻法測定紗線捻度。

試驗溫度(20±2)℃,相對濕度(65±5)%,使用Y331A紗線捻度儀,測試過程：將試樣夾于夾持長度為250 mm的2個夾持器之間,限位長度4 mm(防止因捻伸使紗線斷裂),預加張力按公式2計算。將試樣退捻并反向加捻直至回復原夾持長度,讀取回轉讀數(shù)n,則試樣的捻度Tt=n/5(捻/10 cm)。

式中：F為預加張力,c N;Tt為紗線號數(shù),tex。

每組試樣測10次,分別測10組試樣,測得單紗平均捻度為103.4捻/10 cm。

3.1.3 力學性能

根據(jù)GB/T 3916－1997《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》,采用YG068C型全自動單紗強力儀,將紗線在溫度(20±2)℃、相對濕度(65±2)%的條件下放置24 h后進行拉伸斷裂性能測試。測試參數(shù)為：預加張力0.5 c N/tex,拉伸速度500 mm/min。

對20組試樣進行測量,測得平均單紗斷裂強力為273.6 c N。

3.2 紗紗磨損耐磨性測試

探究捻度和合股數(shù)對紗紗磨損耐磨性的影響。目標捻度范圍為110～150捻/10 cm,其中每10捻一個目標值,即制備110、120、130、140、150捻/10 cm 的捻度下的試樣若干。

3.2.1 試樣制備

對試驗用棉紗進行退捻再加捻制得目標捻度的單紗試樣。單紗通過退捻加捻,先測出該段紗線捻度,記為A,目標捻度記為B,試樣加持長度為25 cm,則需要再反向加捻的捻回數(shù)=2.5×(B－A)。

原單紗為S捻,退捻加捻后制得的單紗試樣為Z捻,因此對股線進行加捻分別制備相同目標捻度Z捻的雙股線和三股線若干。

3.2.2 耐磨性測試

負重過小或過大會導致試驗磨斷次數(shù)過多或過少,產(chǎn)生較大的誤差,故在經(jīng)過一系列試驗后選擇如下負重進行對照試驗：單紗選用30、40、50 g三組負重,雙股線選用30×2、40×2、50×3 g三組負重,三股線選用30×3、40×3、50×3 g三組負重。

傳統(tǒng)耐磨性測試中測試的是試樣的磨斷次數(shù),故本試驗操作流程為：在構建的試驗裝置上將制得試樣固定,啟動Y731抱合力機,速度80次/min,及至有一方斷裂,關閉Y731抱合力機,記錄磨斷次數(shù)。

按同樣流程分別對點段相磨和段段相磨2種磨損形式進行測試。每個參數(shù)測10組求平均值。

4 結果與分析

不同負重下各曲線走向近乎一致。以單紗30 g、雙股線60 g、三股線90 g負重為例,2種紗紗磨損形式試驗結果如圖2、圖3所示。

4.1 捻度對耐磨性的影響

從圖2、圖3可以看出,隨著捻度的增大,耐磨性能都會先提高,捻度達到135捻/10 cm左右時繼續(xù)增加捻度,耐磨性則隨之降低。

出現(xiàn)此現(xiàn)象可能是因為捻度較小時,纖維在紗線內束縛較差,紗線結構不良,纖維容易分離,所以在捻度較小時,加捻可以使紗線內纖維緊靠,改善紗線結構,從而提高紗線耐磨損的能力;而當達到臨界值后,繼續(xù)增加捻度,紗線中纖維的抱合力增大,纖維的滑移減小,摩擦時的局部應力增加,纖維更容易斷裂,導致紗線更易損壞;當捻度過大時,附加在纖維上的應力較大,纖維在紗線中的移動余地減少,對耐磨性也是不利的。因此,耐磨性才會隨捻度的不斷增大而呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢,因此適中的捻度對紗紗磨損耐磨性是最有利的。

圖2 點段相磨單紗、雙股、三股紗分別在30、60、90 g負重下的磨斷次數(shù)

圖3 段段相磨單紗、雙股、三股紗分別在30、60、90 g負重下的磨斷次數(shù)

4.2 合股數(shù)對耐磨性的影響

從圖2、圖3可以看出,在對應合股數(shù)的負荷下,即單紗30 g、雙股30×2 g、三股30×3 g,磨斷次數(shù)隨合股數(shù)的增加有所提高。

當合股數(shù)變化而負重不變時,雙股線的磨斷次數(shù)平均為同捻度單紗的4倍,而三股線的磨斷次數(shù)平均為同捻度單紗的10倍。

由此可見,合股對紗紗磨損耐磨性的提升很大。

4.3 斷裂現(xiàn)象的分析

在段段相磨試驗中,上部與下部優(yōu)先斷裂比例近乎一致。

而在所有點段相磨試驗中,發(fā)現(xiàn)凡是單紗試驗,先斷裂的全部是段部分;凡是股線試驗,無論是雙股還是三股,先斷裂的都是點部分。

分析認為造成這種現(xiàn)象的主要原因是單紗的纖維結構較為松散,在進行摩擦時,摩擦作用在點的紗線由于結構松散,摩擦作用會隨著紗線內纖維的橫向移動而被緩沖相當一部分,因此單紗試驗段先斷裂。而股線中纖維明顯緊靠,在摩擦過程中纖維不易產(chǎn)生橫移,失去了類似單紗的緩沖作用,因此點先斷。

5 結論

(1)隨著捻度的增加,單紗及各股線的點段相磨耐磨性先升高后降低,且耐磨性隨捻度變化程度最小的是單紗。

(2)負重對應增加的情況下,合股數(shù)的增加會使點段相磨耐磨性有所提高;而負重不變的情況下,合股數(shù)的增加會使點段相磨耐磨性急劇升高,其升高趨勢遠高于合股數(shù)的增加。

(3)在點段相磨試驗中,單紗磨損先行斷裂的總是“段”部分,股線磨損先行斷裂的總是“點”部分。

(4)展望及不足：紗紗磨損的紗線磨損形式廣泛存在于各類織物當中,尤其是針織物,因此對其耐磨性的探究具有一定的實際意義。為此設計的試驗裝置相對簡陋,試驗的結果難免存在偏差,且影響耐磨性的因素未全部考慮進去,還有待進一步深入研究。