朱 斌，郭仁賢，秦向榮，韓進(jìn)華，宋 偉

（南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司，南京 211112）

0 前言

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)、不同形態(tài)的組分通過(guò)復(fù)合工藝組合而成的一種多相材料［1］，它既保持了原組分材料的主要特點(diǎn)，又顯示了原組分材料所沒(méi)有的新性能，可以通過(guò)材料設(shè)計(jì)使各組分的性能相互補(bǔ)充并彼此聯(lián)系，從而獲得新的優(yōu)越性能。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)要比目前普遍使用的鋁、鋼和鈦的合金材料輕一半，強(qiáng)度和耐熱性幾乎相同［2］。作為復(fù)合材料的基材［3］之一的玻璃纖維織物需要保證單位面積質(zhì)量穩(wěn)定在固定的區(qū)間波動(dòng)，這樣才能滿足新型復(fù)合材料質(zhì)量均勻性要求。

隨著增強(qiáng)材料技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)織物的單位面積質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求也不斷提高，如某專(zhuān)用玻璃纖維織物單位面積質(zhì)量要求為（100±3）g/m2，所需要的紗線與常規(guī)普通織物所用紗線的線密度控制要求不同，常規(guī)紗線線密度波動(dòng)在±8%，本專(zhuān)用織物單位面積質(zhì)量要求為公稱(chēng)值±3%范圍，精度控制要求高，對(duì)應(yīng)的紗線波動(dòng)必須控制在-4%～2%（如中心值：25 tex，波動(dòng)范圍：24～25.5 tex）之間，常規(guī)生產(chǎn)的紗線線密度波動(dòng)遠(yuǎn)超出了織物單位面積質(zhì)量設(shè)計(jì)要求。紗線線密度波動(dòng)取決于原絲的線密度波動(dòng)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分析原絲自身存在線密度波動(dòng)（不同原絲）及內(nèi)不勻（同一原絲內(nèi)部線密度）問(wèn)題，捻線后的紗線線密度無(wú)法在常規(guī)生產(chǎn)狀態(tài)下滿足織物面密度的高精度控制要求。因此通過(guò)精細(xì)控制技術(shù)研究，來(lái)嘗試解決紗線線密度波動(dòng)及內(nèi)部不勻問(wèn)題。在生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)定長(zhǎng)生產(chǎn)，然后通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算稱(chēng)重調(diào)配技術(shù)手段，將紗線質(zhì)量波動(dòng)控制在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，從而達(dá)到精細(xì)控制織物單位面積質(zhì)量的要求。

1 玻璃纖維常用計(jì)算公式

線密度：1000 m長(zhǎng)度紗線的質(zhì)量克數(shù)，單位為tex。

單位面積質(zhì)量：織物每平方米的干重克數(shù)［3-5］。

計(jì)算公式：

式中：

G ——單位面積質(zhì)量，g/m2；

Pj——織物經(jīng)密，根/cm；

Pw——織物緯密，根/cm；

Nj——經(jīng)紗線密度，tex；

Nw——緯紗線密度，tex。

2 紗線線密度數(shù)學(xué)理論計(jì)算

根據(jù)織物單位面積質(zhì)量的要求，進(jìn)行理論計(jì)算單絲配重的范圍區(qū)間，設(shè)計(jì)好配重范圍后交給紗線配重人員進(jìn)行操作。設(shè)計(jì)該方法時(shí)需要考慮單絲紗管的質(zhì)量誤差，一般考慮誤差1～2 g，按照線密度要求，同時(shí)根據(jù)最終產(chǎn)品的平均質(zhì)量要求，進(jìn)行理論計(jì)算設(shè)計(jì)好單絲的長(zhǎng)度，所有單絲按照設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度在捻線機(jī)的計(jì)長(zhǎng)儀上進(jìn)行設(shè)定，到規(guī)定長(zhǎng)度后落紗，這樣保證所有參與配重的管紗大小基本保持一致，不符合定長(zhǎng)要求的少數(shù)紗不參與配重，綜合考慮管子及定長(zhǎng)誤差，理論計(jì)算的配重范圍需要同時(shí)向中心值收縮5 g。

假設(shè)某規(guī)格織物需要紗線的線密度合格范圍是A±5% tex，即0.95A～1.05A tex，A-線密度理論中心值，紗線最終產(chǎn)品合格的質(zhì)量中心值為G1（g），根據(jù)線密度定義進(jìn)行理論計(jì)算，單絲設(shè)定的定長(zhǎng)理論值為：L=（G1/A） ×1000，單位：m

計(jì)算的理論配重范圍如下：

單絲管子質(zhì)量選取基本一致的，誤差在1～2 g為宜，塑料管質(zhì)量偏差比木管小，不過(guò)在配重時(shí)需要先將管子進(jìn)行去皮，所以去皮質(zhì)量的準(zhǔn)確性很重要，這也決定配重范圍的準(zhǔn)確性，因此必須定期核對(duì)管子質(zhì)量。

綜合考慮管子及定長(zhǎng)誤差后，對(duì)實(shí)際配重范圍進(jìn)行修正，修正后的范圍為：

根據(jù)產(chǎn)品合股情況（如2股、3股、4股等），將相應(yīng)數(shù)量的單絲在電子臺(tái)秤上面配好后在釘板或紗車(chē)上面排列好，交稱(chēng)重后給并絲取用。

舉例：某有捻紗產(chǎn)品線密度合格范圍為96±5% tex ，即91.2～100.8 tex ；

用戶最終產(chǎn)品合格的質(zhì)量中心值為420 g；

單絲設(shè)定的定長(zhǎng)理論值為：

計(jì)算的理論配重范圍如下：

綜合考慮管子及定長(zhǎng)誤差后，對(duì)實(shí)際配重范圍進(jìn)行修正，修正后的范圍為：

該品種股數(shù)為4股，那么將4個(gè)單絲在電子臺(tái)秤上配好后在釘板或紗車(chē)上面排列好，交稱(chēng)重后給并絲取用。

根據(jù)產(chǎn)品線密度規(guī)定范圍要求，還可以將配重的范圍進(jìn)一步向中間靠攏，這樣能夠有效克服各種外界因素造成的誤差［6］，有效提高最終產(chǎn)品的合格率。

3 專(zhuān)用玻璃纖維織物精細(xì)控制方法

根據(jù)專(zhuān)用玻璃纖維織物的單位面積質(zhì)量要求為（100±3）g/m2，采用線密度25 tex的紗線生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算對(duì)應(yīng)的紗線波動(dòng)范圍必須控制在-4%～2%，即中心值：25 tex，波動(dòng)范圍：24～25.5 tex之間。

選取55～60 g之間的紗管作為標(biāo)準(zhǔn)紗管，用于該織物用紗的配重控制，根據(jù)上面的理論計(jì)算方法，在捻線機(jī)控制面板上設(shè)定單絲定長(zhǎng)為 13000 m（斷頭后不允許再次上紗），到長(zhǎng)度的紗在電子臺(tái)秤上面由操作人員進(jìn)行稱(chēng)重調(diào)配，2只紗管稱(chēng)重為：115 g，2只紗按照24～25.5 tex的線密度控制范圍，調(diào)配質(zhì)量范圍在：430～443 g，計(jì)算線密度在：24.2～25.2 tex之間，配重完成后在錠板上歸類(lèi)放置（2+2+2+2）×6，并絲時(shí)按照組合進(jìn)行取紗并捻。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 紗線線密度數(shù)據(jù)

通過(guò)上面的控制方法，生產(chǎn)的定長(zhǎng)成品紗600卷，隨機(jī)抽檢13卷采用YG086型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)卷繞10 m檢測(cè)線密度，合格范圍為：24.0～25.5 tex。南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)的S6C8-12.5×1×2紗線隨機(jī)抽檢的線密度見(jiàn)表1。

表1 抽檢紗線密度數(shù)據(jù)

從上表可以看出到長(zhǎng)度的紗線線密度單值和平均值全部滿足24.0～25.5 tex范圍的要求。

4.2 織物單位面積質(zhì)量數(shù)據(jù)

S6W100織物單位面積質(zhì)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 S6W100織物單位面積質(zhì)量數(shù)據(jù)

從表2可以看出織物單位面積質(zhì)量單值和平均值全部滿足100±3 g/m2范圍的要求。

在單位面積質(zhì)量200 g、300 g等面重的織物精細(xì)控制研究中，采用同樣的辦法，也獲得了滿意的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

受全球工業(yè)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)，玻璃纖維市場(chǎng)平均年增長(zhǎng)速度為7%。玻璃纖維增強(qiáng)材料的全球市場(chǎng)總價(jià)值達(dá)70億美元。全球人口增長(zhǎng)和氣候變化的大趨勢(shì)使得玻璃纖維復(fù)合材料較傳統(tǒng)材料有著輕便、抗沖擊性、耐久性和高強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)。

隨著航天、航空、汽車(chē)、新能源等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，以玻璃纖維作為基材的復(fù)合材料低成本應(yīng)用工藝越來(lái)越多，對(duì)質(zhì)量均勻性要求越來(lái)越高，對(duì)玻璃纖維織物單位面積質(zhì)量的波動(dòng)范圍的減小提出了更加苛刻的要求［7-10］。

通過(guò)理論計(jì)算來(lái)進(jìn)行精細(xì)控制單位面積質(zhì)量技術(shù)研究，有效解決了紗線線密度波動(dòng)及內(nèi)部不勻問(wèn)題所帶來(lái)的織物單位面積質(zhì)量的較大波動(dòng)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)紗線線密度和織物的單位面積質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，這種控制方法是有效的，可以推廣到控制各類(lèi)高精度單位面積質(zhì)量的織物需求領(lǐng)域。