文/趙凱敏 劉 夙
高強高模紡織復(fù)合材料具備良好的物理及化學穩(wěn)定性,并且質(zhì)輕、柔韌,已成功應(yīng)用于軍事、航空航天、通信、電子和防護等高科技領(lǐng)域。目前這類材料多采用芳綸纖維制成,具有高強高模、耐酸堿性強、密度低、阻燃及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)異特性。但芳綸纖維價格昂貴,生產(chǎn)成本較高。滌綸網(wǎng)絡(luò)絲具有良好的力學性能、尺寸穩(wěn)定性,以及較強的承載能力和優(yōu)良的抗疲勞性能,近年來逐漸受到研究者們的關(guān)注,并使其在汽車工業(yè)、建筑工程等領(lǐng)域逐步開展應(yīng)用。芳綸纖維與高強滌綸網(wǎng)絡(luò)絲都具有高強高模的特點,但兩者價格差距較大,力學性能方面也存在差距。本文采用上述兩種纖維在電腦橫機上編織成不同參數(shù)的針織物,探究原料、織造密度及織物組織對針織物拉伸性能的影響規(guī)律。本研究將對產(chǎn)業(yè)用高強高模針織物的設(shè)計開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。
試驗原料見表1,試驗所用儀器信息見表2。
表1 紗線基本規(guī)格
表2 試驗儀器信息
影響針織物力學性能的主要指標為:原料、彎紗深度(電腦橫機上,彎紗深度用NP值表示,NP值越大,彎紗深度越大,所形成的線圈長度也相應(yīng)越大)、組織結(jié)構(gòu)。
原料:芳綸1313、芳綸1313+2根尼龍熱熔絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲+2根尼龍熱熔絲。
NP值:12、12.5。
組織結(jié)構(gòu):平針、變化平針1、變化平針2,編織圖如圖1所示。
圖1 平針及變化平針針織物編織示意圖
結(jié)合實際生產(chǎn)情況,對針織物的參數(shù)進行設(shè)計,共設(shè)計出24種不同類型的織物,如表3所示。其中,A表示的是由芳綸1313織成的織物,B表示的是由芳綸1313+2根尼龍熱熔絲織成的織物,C表示的是由5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲織成的織物,D表示的是由5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲+2根尼龍熱熔絲織成的織物。
表3 不同參數(shù)針織物設(shè)計
紗線的拉伸性能是衡量織物拉伸性能的一個重要指標,它對織物的加工過程以及織物質(zhì)量都會造成一定的影響。本文對芳綸1313紗線以及滌綸網(wǎng)絡(luò)絲進行了拉伸強力測試。
測試標準:GB/T 14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》。
試驗參數(shù)如下:預(yù)加張力為0.2 cN/dtex,夾持距離為250 mm,速度為500 mm/min。將這兩種紗線重復(fù)測試20次,所測得平均值見表4。
表4 紗線拉伸性能測試結(jié)果
從表4中可以看出,細度相同時,芳綸1313的斷裂強度要遠遠高于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲,而滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的斷裂伸長率要高于芳綸1313。
紗線的摩擦性能對織物的加工過程以及成品質(zhì)量有著重要影響。如果紗線的摩擦系數(shù)過大,則會影響織物的上機編織,進而影響織物的質(zhì)量和外觀效果。
測試標準:ASTM D3108—2001《紗線與固體材料之間摩擦系數(shù)的標準試驗方法》。
試驗參數(shù)如下:包圍角為180°,速度為100mm/min,時間為15s。每種紗線重復(fù)測試3次,測試平均值如表5所示。
表5 紗線摩擦性能測試結(jié)果
從表5中可以看出,同樣細度的滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的摩擦系數(shù)低于芳綸1313,紗線的摩擦系數(shù)不會影響織物的上機編織。
在測試織物拉伸性能之前,先對織物的密度進行測試,測試結(jié)果見表6。
表6 織物密度參數(shù)
參考標準:GB/T 3923.1—2013《紡織品 第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》。
試驗參數(shù):設(shè)定隔距長度為200mm,拉伸速度為100mm/min。在夾鉗中心位置夾持試樣,啟動試驗儀,將試樣拉伸至斷脫,記錄斷裂強度與斷裂伸長。
將含有不同參數(shù)的織物進行拉伸測試,測試所得的經(jīng)緯向斷裂強度與斷裂伸長率平均值。由測試結(jié)果可以看出:芳綸1313的強度大概是滌綸網(wǎng)絡(luò)絲所織成織物的1.6~2.6倍。當組織結(jié)構(gòu)、紗線相同時,NP值越小,織物強度越大,斷裂伸長越小。這是由于NP值越小(即針織物縱橫密越密),織物中紗線間的接觸點越多,這時紗線間的切向滑動阻力會增大,從而導(dǎo)致織物的斷裂強度增大,斷裂伸長減小。此外,NP值為12.5時的織物拉伸規(guī)律與NP值為12時的織物拉伸規(guī)律大致相同,為此,本文只對NP值為12時的織物拉伸規(guī)律進行分析。
3.2.1 原料對織物強力的影響
不同原料對織物強力的影響見圖2。
圖2 原料對織物強力的影響
由圖2可見,當NP=12,組織結(jié)構(gòu)為緯平針時,經(jīng)向斷裂強度:A1>B1>C1>D1,緯向斷裂強度:A1>B1>C1>D1;經(jīng)向斷裂伸長:A1>D1>B1>C1,緯向斷裂伸長:A1>B1>C1>D1。當組織結(jié)構(gòu)為1隔1變化平針及2隔2變化平針時,經(jīng)緯向斷裂強度和伸長與緯平針相同,即經(jīng)向斷裂強度:A>B>C>D,緯向斷裂強度:A>B>C>D;經(jīng)向斷裂伸長:A>D>B>C,緯向斷裂伸長:A>B>C>D。與C和D相比,A和B強度較高的原因在于:A、B中含有芳綸1313,芳綸1313強度要比滌綸網(wǎng)絡(luò)絲強度高。在A與B中,A強度更高的原因在于:B中除了含有芳綸1313外,還增加了兩根尼龍熱熔絲,而尼龍熱熔絲的強度遠低于芳綸1313,尼龍熱熔絲的加入降低了整體的斷裂強度。在C和D中,C強度更高的原因在于:尼龍熱熔絲的加入降低了整體的斷裂強度。對于經(jīng)向斷裂伸長,A大于D的原因在于,A1織物中紗線根數(shù)較少,紗線間摩擦阻力較小,斷裂伸長較大。D大于B的原因在于:滌綸網(wǎng)絡(luò)絲紗線本身的斷裂伸長要高于芳綸1313。而B大于C的原因在于:B中紗線根數(shù)較少。對于緯向斷裂伸長,A>B>C>D的主要原因在于紗線根數(shù)。紗線根數(shù)越少,摩擦阻力越小,斷裂伸長越大。
3.2.2 織物組織對織物強力的影響
不同織物組織對織物強力的影響見圖3。
圖3 織物組織對織物強力的影響
由圖3可見,當NP=12,紗線原料為芳綸1313時,經(jīng)向斷裂強度:緯平針>變化平針1>變化平針2,緯向斷裂強度:變化平針2>變化平針1>緯平針;經(jīng)向斷裂伸長:變化平針2>變化平針1>緯平針,緯向斷裂伸長:緯平針>變化平針1>2變化平針2。當紗線原料分別為芳綸1313+2根尼龍熱熔絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲、5根滌綸網(wǎng)絡(luò)絲+2根尼龍熱熔絲時,經(jīng)緯向斷裂強度和斷裂伸長規(guī)律與芳綸1313的拉伸規(guī)律相似。在經(jīng)向上,緯平針織物橫密最大,變化平針1次之,變化平針2最稀疏。在織物拉伸時,織物橫密越大,織物在拉伸過程中承受拉力的紗線根數(shù)越多,織物斷裂強度越大。同時橫密的增加會使得紗線間的阻力增大,斷裂伸長減小。故經(jīng)向斷裂強度:緯平針>變化平針1>變化平針2,經(jīng)向斷裂伸長:變化平針2>變化平針1>緯平針。在緯向上,由于變化平針中增加了浮線組織,使得針織物的橫向延伸性減小,尺寸穩(wěn)定性提高。故緯向斷裂強度:變化平針2>變化平針1>緯平針。同時在緯向上,變化平針2的縱密最大,變化平針1次之,緯平針最差,故緯向斷裂伸長:緯平針>變化平針1>變化平針2。
芳綸1313的斷裂強度遠大于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的斷裂強度,因此本研究中滌綸網(wǎng)絡(luò)絲織物的強度大概是芳綸1313所織成織物的38.5%~62.5%;芳綸1313的摩擦系數(shù)也大于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲,可根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)實際情況對原料進行選擇。
織物組織和紗線原料相同時,NP值越小,織物強度就越大,斷裂伸長就越??;變化平針中由于添加了浮線,使得針織物的橫向延伸性減小,尺寸穩(wěn)定性提高,因此變化平針織物的緯向斷裂強度相對于平針組織來說更高。