高模量纤维纱线针织可编织性能的研究 110页

摘要高模量纤维纱线针织可编织性能的研究复合材料的剐度和强力在很大程度上是由增强纤维的性质决定的，通常采用高模量纤维作为增强结构。针织物由于结构设计灵活，抗冲击，易于成型受到人们越来越多的关注。要使针织结构在复合材料领域中得到进一步的广泛应用，必须解决高模量纤维纱线的针织可编织性问题。国内外已有一些学者对高性能纤维的可编织性开展了一些研究，但系统媳对高模量纤维可编织性能进行研究的文献资料仍然很少，深度也不够。本课题的研究，目的在于进一步加深对高模量纤维尤其是玻璃纤维编织性能的了解，在纬编工艺方面做出新的尝试。本课题对玻璃纤维及纱线的各项性能指标进行了测试与分析，包括拉伸强度、摩擦系数等，以掌握玻璃纤维纱线的特殊性质。通过纱线的拉伸断裂强度和在织针上的圈状拉伸强度，选择适于编织的手摇横机的机号，并采用不同规格的玻璃纤维纱线试织了几种具有代表性的单面和双面组织结构，考察不同的工艺参数对编织过程和织物外观与质量的影响。通过对已经编织好的玻璃纤维针织物进行各项尺寸参数的测试，分析各种组织结构的玻璃纤维针织物的尺寸性能，包括织物密度参数与线圈长度的关系，织物的尺寸稳定性等，力图实现织前对织物尺寸的预测。同时仔细观察了织物中线圈的独特形态，并讨论了玻璃纤维纱线的性质对线圈几何结构韵影响。提出了玻璃纤维损伤程度的定量评价方法，分析讨论了在不同规格的玻璃纤维纱线和不同组织结构的情况下，纤维损伤率(或纱线损伤率)随线圈长度的变化趋势。通过研究发现，不管纱线和组织结构如何，编织玻璃纤维纱线时都有一个最佳工艺点，在该点纤维的损伤最小，这为选择合理的玻璃纤维纱线编织工艺提供了依据，具有很大的实用价值。在对编织时线圈成形过程分析的基础上，理论估算出玻璃纤维纱线可编织的最小线圈长度和最大线圈长度范围，以便在上机编织之前对线圈长度的编织范围进行预测分析。另外，对成圈机件， 摘要主要是织针和成圈三角的磨损进行了观察，以此来帮助评价玻璃纤维纱线可编织性。结果发现编织玻璃纤维纱线更易造成编织机件如织针和成圈三角的磨损，从而说明编织玻璃纤维纱线比较困难。使用电脑横机试织了单面纬平针组织，利用在手摇横机上已得到的编织经验，对电脑横机的各项具体编织工艺参数进行更为精确的设置，从而制定出合理的编织方法和工艺。·关键词高模量纤维玻璃纤维可编织性纬编横机纤维损伤II ABSTR^CTAStudyOntheKnittabilityofHigh—modulusFibreYarnsABSTRACTThestiffnessandsUengthofcompositesaremainlybasedontheperformanceofreinforcedfibres．High-modulusfibresarcusuallyusedforreinforcementsofcomposites．KniRedfabricshaveincreasinglybeenrecognizedasanattractedkindofreinforcedsU"ucturesbecauseoftheirflexibility,impactresistanceandeasymoldability．Inordertomakeknittedfabricsbeusedmorewidelyincomposites，theproblemsonknittabilityofhigh-modulefibreyamsmustbesolved．Someresearchershavestudiedtheknittabilityofhigh-modulusfibre，butliteraturesormaterialsrelatedtothistopicagolimited．Thisthesisaimsatgrasp崦theknittabilityofhigh-modulefibresespeciallyglassfibremoredeeplyandmakinganewtryonweR-knittedtechniques．Severalpropertiesofglassfibresandyams．such鹪tensileintensity,fi-ictionalcoefficientetc．，wofefirstcarriedOUtandanalysed,andthentheknowledgeofspecialperformanceofglassfibrescouldbeobtained．Theappropriategaugeofhandfiatknittingmachinewaschosenbytensilestrengthandloops廿ength．Inadditiomseveralrepresentativesingle-facedfabricsanddouble-facedfabricswereknittedbyusingglassfibreyamswithdifferentspecifications．Theauthoralsoreportedeffectsofdifferentknittingparametersontheprocessofknittingandappearanceorqualityoffabrics．+SomedimensionalparmnetersoffabricsknittedaboveⅥ，e他testedandtheirdimensionalpropertieswerestudied,includingthedimensionalstabilityandtherelationsbetweendensitiesandlooplengths．Inthisway,thedimensionsofthefabricsc越bepredictedbeforeknitting．Furthermore．theauthorobservedthespecialloopshapesinglassfibrefabricsanddiscussedtheeffectofglassfibreperformanceonloopgeometricalIII ABSTRACTstructure．Thequantitativemethodusedforevaluatingthefibredamagedegreew孙pI踟ted．Therelationsbetweenthefibredamagedegreeandthelooplengthswerealsoanalysed．TheresultshaveshownthatthereisanoptimumpointatwhichthefibredamageisminLrnumduringtheknittingprocess．Andthisconclusionaffordsbasisforselectingknittingparametersofglassfibreyarnproperly．Theavailablerangeoflooplengthswascalculatedbasedonstudyingtheloop-forming,whichvcashelpfultochoosetherig址looplengthsbeforeknitting．Moreover,thelossanddamageofknittingelements(needlesandstitchcams)w嬲observed．Asaresult,theauthorhasfoundthatitiseasytomakeknittingelementsdamagedwhenglassfibresareknitted．Accordingtotheexperienceonhandflatknittingmachine，singlejerseywasfabricatedonacomputer-controllcdflatknittingmachine．Consequentlyreasonableknittingmethodandprocesscanbedecidedbysettingupeachparametermoreprecisely．Zhumei(TextileEngineering)SupervisedbyProfessorHuhongKeywordsHigh-modulusFibre，GlassFibre，Knittability,WeftKnittedFabric，FlatKnittingMachine，FibreDamage 东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德。崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下．独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写．我对所写的内容负责。并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曼梅日期：妒；年／工月)，V日 东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密皿。指导教师签名：1嘱{二日期：扣哆钳二月盈日樯枣棺名月签以者年一椰位勰学日 第一章绪论随着纤维增强复合材料在航空航天、交通运输、民用建筑、生物医用和体育器材等领域的广泛应用Ⅲ，不仅要求复合材料具有很高的损伤容限和可靠性，同时对其增强材料的结构完整性和适型性的要求也更加严格。机织物和编结织物是传统纺织复合材料的增强结构，但近十几年来，针织物由于结构设计灵活，抗冲击，易于成型制作复杂形状的构件等优点而受到人们越来越多的重视。吲。要使针织结构在复合材料领域中得到进一步的广泛应用，必须在针织结构中成功地应用各种高性能纤维。针织结构中线圈编织成形的力学机理和成圈前后纱线力学性能的变化，一直以来都是纺织科学领域的一个难点问题。由于高性能纤维的离强度和高模量，造成了特殊的编织成圈工艺难度，而且很容易对机器部件造成损伤。因此，高模量纤维的可编织性的研究已成为针织增强结构复合材料领域一个重要的研究方向，它对于研制和开发新型纺织复合材料具有重要的理论和实际意义。第一节高模量纤维的特点与应用复合材料的刚度和强度在很大程度上是由增强纤维的性质决定的，通常采用高模量纤维作为增强结构。高模量纤维通常为力学性能同时具有强度大于18cN／dtex(209／D)，初始模量大于441cN／dtex(5009／D)的特种纤维铷。这些纤维具有很高的阻燃性、很好的防化学药品腐蚀性，和其它纤维相比具有很高的模量和坚韧度嘲。目前先进国家和我国正在大力开发研究纺织复合材料中常用的几种高性能纤维原料，它们除了已被广泛使用的高强度涤纶外，主要受人关注的是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和高强度聚乙烯纤维等高性能纤维。这些纤维材料制成的基布和树脂复合后产生的纤维增强复合材料，具有高强高模、轻而耐高温的优异性能，使产业用纺织品进入了传统的材料工业领域，为纺织工程材料开拓了许多新的工程应用领 第一章绪论域。1⋯．一．玻璃纤维：由于弹性模量高、拉伸强度大、尺寸稳定性好等优点，玻璃纤维和它们的产品代表了一种新的现代产业纺织品类，得到了大量的、多种和有效的应用。二．碳纤维：碳纤维的增强针织物，可以取代合股增强或机织物增强材料的作用。这种和热塑性基材结合的针织用纱，可以适应连续加工工序中的反复牵伸，并且均匀地形成具有自由形态的表面，可广泛应用于加工完美的产品外形。三．芳香族聚酰胺纤维：芳香族聚酰胺纤维中最有代表性的高强度、高模量和耐高温纤维是PPTA纤维，商品名“Kevlar”，它具有优良的物理机械性能，应用范围十分广泛，如工业上的轮胎帘子线等j军事上的防弹衣等；航空航天上的飞机结构等。四．高强度聚乙烯纤维：80年代，荷兰和日本合作开发制造了高强度聚乙烯纤维，应用于船帆、过滤布、防护服装、头盔、土工布等产业用纺织品领域。由于这种新纤维的柔软性好，它能很好地用于针织加工，我国也已研制了高性能聚乙烯纤维。五．高模高强粘胶纤维：借助在增塑介质中的取向拉伸增强纤维的方法的发现、调整纤维的超分子结构，以改进纤维物理机械性能方法的研究和在介晶相转变过程中聚合物自动有序化现象的发现，从而生产出的高强高模量粘胶纤维适用于汽车轮胎、输送带、研磨带和以热塑性和热固性塑料为主的复台材料。六．高强丙纶纤维：高强丙纶强力高、比重轻、耐磨性好，具有很高的抗张强度和抗冲击强度，其柔韧性和耐化学药剂性使之在产业用领域具有较强的竞争能力，目前已广泛用于传送带、安全带、绳缆、篷盖布等。第二节高模量纤维可编织性的研究综述由于复合材料中针织物结构的优点，重要性和不断增长的应用，国际上已有一些学者对高性能纤维的可编织性开展了一些研究。英国2 第一章绪论UMIST的纺织部曾广泛研究了高模量纱线的可编织性。在电脑横机上进行纬编织物的试验，探讨编织过程和高模量纱线之间的相互关系。国外已有学者用新型导纱器的针织新工艺成功编织出了碳纤维织物““。此外，澳大利亚学者也重点研究了对于一给定的针织结构，如何在机器存在局限性的情况下编织出最紧密的织物(即可编性研究)，从而迸一步提高对玻璃纱线在针织物中几何结构的了解。国内也积极展开研究，对玻璃纱线的织造有一定的经验““。2．1高模量纤维可编织性问题的研究进展目前，在复合材料中采用的纬编针织物结构有：单面的平针、变化平针、衬垫；双面的罗纹、罗纹空气层、双罗纹、罗纹衬纬、半畦编和全畦编等。其中研究较多的是平针，其次是罗纹，这两者也分别是单面和双面织物中最具有代表性的针织物结构。在编织增强织物对，对于采用尉度比较大，弯曲易折断的玻璃纤维和碳纤维等原料，大多是在带压脚的横机或采用相对运动技术的单面圆机上编织，机号一般在四至十二。由于这类机器编织时对纱线施加较小的作用力，使成圈容易进行，比较适合该类纤维的编织““。2。1．1高性能纤维的编织工艺难点在编织区域，当纱线与针织机件接触时，张力会不断上升，直至达到一个峰值。另外在套圈过程中，旧线圈由较细的针杆部分上移到较粗的针钩部分，旧线圈扩大部分的纱线量约为原线圈的30％左右“”，这样，纱线的弹性在编织过程中就显得很重要。然而高性能纤维由于其线性张力弹性，尤其是在横机上编织时需使用间歇方式，易产生很高的张力极值，导致编织困难o“。高性能纤维的断裂伸长一般均在5％以下，但在套圈过程中纱线伸长很容易超过5％，同时由于纱线具有很高的拉伸强度和模量，所以很容易发生纱线被拉断或织针被拉断的情形。高强高模聚乙烯纤维因为柔软性好，链够较好的适应针织成圈加工⋯：高强丙纶纤维也具有很好的柔韧性，编织成圈也比较顺利。用于织造的芳纶纤维一般较细，加工中常出现复丝劈裂、起毛起球、纱线相互缠绕，可通过上浆和加捻来解决o“。玻璃纤维和碳纤维除了具 第一章绪论有高模量高强度、断裂伸长低等高性能纤维的共有特点外，还具有摩擦系数过高，纱线抗弯刚度大和脆性大的特性，从而造成其编织难度更大。碳纤维比玻璃纤维模量更高，弯曲时更易断裂，因此，碳纤维比玻璃纤维更难成圈编织。2．1．2高性能纤维可编织性的影响因素研究表明，影响高性能纤维，尤其是玻璃纤维可编织性的因素主要为以下两点““㈣：1．纤维的摩擦性能。纱线的摩擦系数对成圈过程的影响很大。在退圈阶段，由于高性能纤维，尤其是玻璃纤维的摩擦系数一般较大，当织针沿三角上升的时候，布面有可能随针～起上升，旧线圈无法完成退圈，最终还有可能导致布面冒出针床口，使编织无法顺利进行。在脱圈阶段，因纱线较高的摩擦系数，致使新线圈从输入纱线以及相邻线圈转移的纱线量比较困难，所以高性能纤维所成的线圈比正常的要小且容易断裂。在弯纱时，纱线摩擦系数大，弯纱张力也大，疵点形成的机会增多。同时，随着摩擦力的增大，会导致导纱器和成圈机件上出现槽痕，增加编织机件的磨损程度。摩擦实验测试的结果显示：虽然玻璃纤维纱线的摩擦系数可通过润滑而降低，但因为其脆性很大，在编织过程中，单纤长丝会发生无规则摩擦断裂，要获得沿长度方向上平稳的摩擦和成圈还是很困难的“”。2，纤维的抗弯刚度和脆性。从对针织成圈过程的分析可知，纱线在弯纱阶段的弯曲变形力对其可编织性会产生很大影响。纤维的高刚度与固有的脆性一起，造成了玻璃纤维的低弯曲阻抗。在针织过程中，纤维易于受到弯曲应力，即使是微小的变形也会大幅度断裂，这样就使得玻璃纤维的编织更加困难。玻璃纤维等纱线的高弯曲刚度对织物外观也产生明显影响，例如平钉织物的卷边比常规纱线织物的卷边要严重得多，低捻纱线编织的大部分织物线圈呈圈弧状，没有明显的圈柱段““。另外，弯曲过程中弯曲变形力的增加也容易导致织针的磨损甚至断裂。2．1．3高性能纤维可编织性的评价“714 第一章绪论除了通常采用的以编织顺利程度和织物外观来评价高性能纤维可编织性的方法外，近来有学者还提出了以高性能纤维的损伤程度和织针(针踵)的磨损程度作为评价高性能纤维可编性的客观评价方法，但是对这方面的研究工作还有待于进一步深入开展。以玻璃纤维为例．因为缺少一种直接客观的测量长丝损伤程度的方法，所以通过观察显微照片对玻璃纤维针织物的几何结构做出分析评价，来研究玻璃纤维的损伤。大多数长丝的断裂发生在线圈的针编弧上，且只有一些长丝断裂，这是由于和针钩表面直接接触的长丝弯曲达到的曲率半径比那些跨过针钩的要小，因而前者就比后者更易断裂，另外当纱线从纱简上退绕下来时，每根长丝的受力不均匀也会导致部分断裂。从纱线测试结果可知，由于纤维脆性，线圈强力的大范围降低很明显。而且随着针织机件尤其是织针的变细，线圈强力也降低。预成型结构中，线圈变形和同一纵行上的左右倾斜，是由于纱线与编织机件之间的摩擦以及纱线的加捻所导致的。但作为增强结构，织物中的线圈歪斜将不会影响织物外观，若织物未受拉伸，这将有助于提高增强复合材料组分的各向同性。图像分析和电子显微技术研究结果表明：织针断裂是一瞬间动作，是由摩擦系数、输入张力和织针疵点的变化而产生的张力峰值引起的。从织针断裂的数目也可以看出用玻璃纤维纱线进行编织的难度较大，但若考虑织物的紧度和具体的三角设置，成功编织出玻璃纤维织物还是可行的。2．2改进高性能纤维可编织性的方法根据国内外已进行的实验研究“2“‘”嘲，目前改进高性能纤维可编织性的方法主要是从纤维选择和针织机编织工艺两方面着手。1．纤维参数的优化，主要是根据编织成圈要求，从纤维细度、捻度和表面处理工艺上进行优化选择最佳的原料进行编织，下面以玻璃纤维为例进行具体说明：(1)纱线细度：相对来说，单纤细度较小的玻璃纤维纱线的比弯曲剐度也较小，较易弯曲成圈，可以改善编织过程中弯曲变形力对纤 第一章绪论维的影响㈦。因而在没有特殊要求的情况下，尽可能采用单纤细度较小的纱线进行编织。(2)纱线捻度：在保证纱线必要强度的前提下，尽可能采用捻度较小的纱线进行编织。因为捻度较小的纱线比较松软，抗弯剐度小，易于弯曲成圈，而且纱线捻度越低，树腊越容易浸渍到纤维中，从而能够提高两者界面粘合力o”。(3)表面处理工艺：根据Knapton的研究，纱线与金属间的摩擦系数对最大编织张力的影响非常重要㈨。因此在编织高性能纤维时．为达到获得合适的纱线摩擦系数并使其在纱线的整个编织过程中保持稳定，应当采用合适的润滑剂进行表面处理，这将有助于织出符合要求的织物并能提高编织过程的效率“⋯。2．编织工艺参数优化，主要是对织针、沉降片、喂纱张力、弯纱深度和牵拉张力等针织机工艺参数进行优化，使商性能纤维能够顺利编织成圈“2’15,18-19,2]。(1)织针和沉降片的优化选择。根据有关实验研究，建议织针针钩的截面直径应达到一定值，此定值由纤维长丝的直径以及纱线强力测试中所能达到的应力极限来具体确定“”。另外，舌针针钩采用锥形圆截面比圆柱形截面优越，可减少切断纱线的次数。同时，针杆设计成有利于纱线滑移的弯曲度，也会大大减小纱线附加张力9”。现代纬编机上可以采用复合针来改善纱线张力，复合针还可配合采用双向沉降片技术以提高编织质量“”。(2)喂纱张力优化。由欧拉公式可知，弯纱过程中同一弯纱点的纱线张力与输入张力成正比关系，因此编织高性能纤维纱线时应尽量采用积极式给纱以保证尽量小的纱线张力。对于横机，一般在保证挑线弹簧能够充分吸收机头换向时产生的余线的前提下，张力装置设置值应尽可能小。横机中由于带有导纱器的机头成不连续的往复运动，最好采用带有回喂控制的纱线张力的步进马达将纱线喂入织针，以保证最小且连续张力供纱。另外，可以考虑采取减少纱线与金属机件的接触点的方法来减小摩擦，从而降低纱线张力。6 第一章绪论(3)弯纱深度优化。弯纱深度是关系到能否正常编织，织物密度是否得当和线圈结构是否均匀的关键因素。当弯纱深度增加时，线圈长度增加，在编织区域纱线接触点的数目就增加，导致包围角总和增加，从而导致编织区纱线张力的增加，当弯纱张力增大至纱线断裂强力时，纱线就发生断裂。同时，弯纱时需纱线转移，若线圈长度越长，则纱线紧贴针钩移动的路径就越长，由于纱线弯曲的曲率半径较大加上玻璃纤维纱线的脆性大，导致纱线断裂部分增多，从而难以实现顺利编织“”。所以，在保证线圈长度能够使织针顺利退圈和脱圈的情况下，应使弯纱深度尽可能小o”。(4)牵拉张力优化控制。编织碳纤维和玻璃纤维等高性能纱线时，由于纱线摩擦系数和弯曲刚度较大，织物不易牵拉，所以必须施加比普通纱线较大的牵拉张力。如果向下的牵拉张力不够，会对线圈的形态与均匀性和布面的清晰度产生影响。但张力也不可过大，否则，纱线与织针摩擦力较大，影晌织针上升，造成刮伤纱线，降低布面质量，严重时甚至使织针断裂。电脑横机上编织织物，由于其装有握持沉降片，在局部立体编织时可以替代牵拉辊进行辅助牵拉“”，但对于摩擦系数和弯曲刚度都较大的高模量纤维纱线来说，仅靠握持沉降片而不靠牵拉辊夹持进行牵拉，是难以顺利编织的。2．3目前研究中存在的问题虽然国际上已有一些学者对高性能纤维的可编织性开展了一些研究，但是由于高性能纤维的力学特性和编织成圈过程中的力学行为十分复杂，使得高性能纤维编织成圈过程研究成为一个十分复杂的力学问题。．因此，目前国际上进行的研究都是以实验研究为主，研究影响高性能纤维可编织性能的因素及其影响趋势，并优化得到针对某一具体原料的合理的编织加工工艺，而没能对编织成圈过程中纱线的受力情况以及由机件和纱线相互作用引起的纤维损伤机理进行深入的理论分析和研究，因而无法从根本上解决高性能纤维可编织性问题。而国内对高性能纤维编织性能的研究只是刚刚开始，对高性能纤维成圈过程的深入理论研究工作还未进行。7 第一章绪论第三节本课题的研究意义、内容和方法3．1本课题的研究意义近十几年来，虽然国内外在高模量纤维纱线的性能和可编织性之间的关系方面已作了大量的研究，但系统地对高模量纤维可编织性能进行研究的文献资料仍然很少。而且这些研究多限于讨论如何编织，对于编织工艺对织物性能的影响，特别是编织工艺对织后针织物中纤维的损伤情况以及如何采用更合理的编织工艺降低纤维的损伤更没有深入地研究。通过该选题的研究，进一步加深对高模量纤维尤其是玻璃纤维编织性能的了解，在纬编工艺方面做出新的尝试。由于高模量纤维编织较困难，尤其是碳纤维和玻璃纤维，且对机器损伤程度大，成本较高，因而国内基本还没有产业化，特别是三维织物的编织。针织物增强结构有利于规模效应复合材料的生产，因此针织增强织物的发展有利于推动复合材料在大规模工业领域和民用工程中的应用。该选题将在新型高强高模量纤维纱线在针织工业中的实际应用方面进行探讨，从而有利予推动针织增强复合材料的发展。3．2本课题的研究内容和方法为了实现本课题力求进一步掌握高模量纤维纱线可编织性的目的，采用各种规格的玻璃纤维纱线为原料，从以下几个方面进行研究工作：1．玻璃纤维纱线性能的研究与分析：分析测试玻璃纤维及纱线的各项性能指标，并与其它纤维纱线相比较。2．玻璃纤维纱线上机编织与工艺参数调试：采用不同规格的玻璃纤维纱线在国产普通手摇横机上编织几种具有代表性的单面和双面组织结构，考察不同的工艺参数对编织过程和织物外观与质量的影响。3．织后织物尺寸稳定性(几何性质)的测试分析：利用几何模型及理论公式对织后的织物密度进行测算，以期建立玻璃纤维织物中几何尺寸的经验公式，从而实现织前对织物尺寸稳定性的预测。 第一章绪论4．织后针织物的纤维损伤测试分析与评价：通过对玻璃纤维纱线织后纤维强力损伤率的定量研究，来分析评价编织过程对纤维损伤的影响，同时采用显微镜观察来加以定性描述。另外，通过理论分析来估算出编织过程中对损伤影响较大的线圈长度的极限值。5．结合手摇横机上的编织工艺制定电脑横机上的合理工艺：利用在手摇横机上已得到的编织经验，在电脑横机上对编织工艺加以更为精确的控制，从而制定出合理的编织方法和工艺。9 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究高模量纤维中的玻璃纤维由于弹性模量高、拉伸强度大、尺寸稳定性好且价格比较低廉等优点而得到大量的、多种和有效的应用，本课题同样也选取玻璃纤维纱线开展研究工作。本章主要介绍玻璃纤维纱线的性能，并围绕其特殊性分析讨论它在手摇横机上的编织工艺。第一节玻璃纤维及纱线的性质I．1玻璃纤维的性质1．1．1玻璃纤维的一般组成通常玻璃是以二氧化硅(Si02)为主要成分，加入各种金属氧化物或碳酸盐，经高温熔融，在未析出结晶时即被急剧冷却凝固而成的无定形物质“1。分子结构以硅(Si)为核心，周围有四个氧原子，组成si04的四面体，形成无规则三维网络结构，在网络间隙中以弱键力结合有各种金属离子，这就是玻璃的基本骨架。1。玻璃纤维的性质和一般玻璃没什么不同，但是玻璃纤维是通过极细直径的喷嘴(喷丝头)于熔融状态下急速拉伸，成为瞬间来不及结晶的急冷固化物。1．I．2玻璃纤维的种类和特性玻璃纤维有许多种类啪1，如：E一玻璃纤维、c一玻璃纤维、A，一玻璃纤维、卜玻璃纤维、S一玻璃纤维和YM．31．A-玻璃纤维等。它们的一般性质如下。“：(I)吸湿性小。(2)尺寸稳定性好。(3)耐热性好，不燃烧。(4)耐老化性好。(5)电气绝缘性好。(6)耐药品性好。(7)弹性模量高，是完全弹性体。10 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究(8)拉伸强度大，延伸率小。(9)剪切强度、耐磨损性差。本文研究选择比较常用的E_一玻璃纤维，即无碱玻璃纤维，它是化学成分中碱金属氧化物含量为O～2％的铝硼硅酸盐玻璃纤维。其特点是具有良好的电绝缘性、耐老化性和机械强度，可以长期使用。1．2玻璃纤维加捻纱线的性能专1．2．1玻璃纤维纱线规格本课题主要使用了3种无碱玻璃纤维长丝纱线A、B、C。分别购自于河南洛阳晶纬玻璃纤维有限公司、陕西玻璃纤维总厂和南京玻璃钢研究所，纱线的规格如表2—1所示。表争l玻璃纤维纱线规格纱线编号单纤直径(um)纱线线密度(tex)捻度(捻／米)A8。014491．2B5．5150300C5．524X6110为了减小编织过程中纱线与纱线、纱线与机件表面的摩擦力，从而达到减小编织张力的目的，在纱线B和C表面用石蜡进行处理，由于纱线A还用于其它课题，需制作成复合材料，所以表面经硅烷偶联剂的化学处理，以增加玻璃纤维和树脂界面之间的粘合力。1．2．2玻璃纤维纱线的力学性能为了比较玻璃纤维和其它普通纤维力学性能的差异，本文采用HD021电子单纱强力仪和F．MeterWinderR1083型纱线动态摩擦系数仪分别测试了玻璃纤维纱线、棉纱、毛腈混纺纱线和涤纶长丝的拉伸强力、断裂伸长率以及与金属表面间的动摩擦系数，测试结果如表2—2所示。表2-2几种纱线的有关参数纱线种类线密度(tex)断裂强度(N／tex)断裂伸长率(％)动摩擦系数玻纤纱线A1440．572．170．62玻纤纱线B1500．783．290．42 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究玻纤纱线C24×60．502．210，48纯棉纱线260．2311．500．22毛腈混纺纱线70O．1214．310．18涤纶长丝21．20．3620．450．39不难发现，玻璃纤维纱线和普通纤维纱线相比，有较高的断裂强度，，二但断裂伸长率比较小，尤其是比毛腈混纺纱和涤纶长丝小很多，这也表明其弹性、延伸性较差。即便玻璃纤维纱线的表面经过石蜡等处理，然而动态摩擦系数仍然较大。三种规格的玻璃纤维纱线的捻度不同，其摩擦系数也不同，从中可以看出，在一定范围内，玻璃纤维纱线的摩擦系数随着捻度的提高而降低。此外，由其他学者所做的关于不同纱线的弯曲性能的比较(见表2—3“33)，可以知道玻璃纤维纱线的弯睦刚度很高。加上摩擦系数较大和天生的脆性，使其表面粗糙、较硬而且不耐扭折，这就使得玻璃纤维纱线的编织非常困难。表2-3几种纱线的弯曲性能比较纱线种类线密度(tex)比弯曲刚度(NXmm2／tex)棉纱58．80．918涤纶长丝62．61．25腈纶纱线58．81．41中捻玻璃纤维股线1506．78本试验在测试玻璃纤维纱线的拉伸强力时，采用GB／T7690．3--2001㈣。在纱线拉伸过程中，发现纱线会在夹头之间打滑或者被夹头夹断，为了克服这一缺点，将纱线两端先用树脂粘结固定，但树脂块不需太大，只要能插入夹头中就可以，并注意树脂块的位置在试样夹持距离以外。图2一l是玻璃纤维纱线A的典型的拉伸曲线图。12 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究／．f7。，／．／UU020406081012141618mm图2-1玻璃纤维拉伸特征曲线由图2一l发现玻璃纤维纱线的拉伸曲线起始阶段的曲线斜率较小，以后增大，这是由于纱线有一定的捻度，在拉仲初始阶段纱线中的纤维还没有完全伸直。但是两者之间没有明显的分界，拉伸力与纱线伸长之间近似地呈线性关系。另外，玻璃纤维的拉伸强度与直径和长度有关：直径越小，拉伸强度越高；随着长度增加，拉伸强度显著下降【“。但本实验的结果似乎有些出入：单纤直径5．5um的纱线c的断裂强度却比单纤直径8．0um的纱线A小。这是因为前者采用6根纱线简单合并编织而没有任何合股加捻措施，使得6根纱线在拉伸时没有完全同时拉直，所以纱线分批受力，导致总的强力降低。第二节织物组织结构的设计与性能分析为了研究玻璃纤维纱线的编织性能．需要对不同的组织结构进行具体测试分析与比较。本文选择五种组织结构，分别为：单面纬平针、lxl罗纹、满针罗纹、罗纹空气层和半畦编。三种规格的玻璃纤维纱线所分配编织的组织结构如表2—4所示。 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究表2—4编织的组织结构纱线编号组织结构A纬平针、lxl罗纹、满针罗纹、罗纹空气层、半畦编B纬平针、ixl罗纹、满针罗纹C纬平针、lxl罗纹、满针罗纹下面介绍一下各种纬编织物组织的结构与性质。2．1纬平针组织纬平针组织作为针织物的一个基本原组织，成为国内外针织学者研究的首选。它是由连续的单元线圈相互串套而成，其编织图如图2—2所示。纬平针组织在纵横向拉伸时均具有较好的延伸性，但也存在着脱散性和卷边性。为了便于后面章节对织物几何形态的研究中能够观察到织物的正反面，本文采用单面针床编织而不是双面针床编织圆筒平针。虽然可以将圆筒平针剪开，但单面不可避免的卷边性和剪开后线圈脱散会造成很多麻烦。为了有效降低卷边性的危害，可以在排针时将布边几枚针排成罗纹配置。l1L卜什图2-2单面纬平针编织图2．2罗纹组织罗纹组织系双面纬编针织物的基本组织，它是由正面线圈纵行与反面线圈纵行以一定组合相间配置而形成“⋯。罗纹组织连接正反面线圈的沉降弧弯曲比较大，力图伸直，使同一面上的相邻线圈彼此靠拢，当受到拉伸力时，相互靠拢的线圈纵行会向拉伸力方向偏转，所以该组织结构的横向延伸性比较好。本文采用满针罗纹和1X1罗纹，编织图见图2—3。两种罗纹的实际结构是一样的，只不过前者采用满针排针，后者采用1隔1排针。由于后者编织时纱线在织针之间跨越比较多，所以织物的横向拉伸性比前者好。14 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究Ⅳ卅删(a)满针罗纹(b)1×1罗纹图2-3罗纹编织图2．3罗纹空气层组织罗纹空气层，也称“米兰诺组织”，它是由罗纹组织与单面平针组织复合而成，编织方法见图2-4。其一个完全组织需要三路编织形成，在受到横向拉伸作用力时，单面线圈位于各自的线圈平面上，因而该织物的横向延伸性比罗纹组织小小，尺寸稳定性也较好。第2，3路编织成的两个平针组织形成空气夹层，因而具有厚实、挺括的优点。同时由于罗纹与单面平针的线圈结构不一样，最终形成的织物表面会有凹凸条纹。所以在编织时要注意控制好密度，不然会使空气层处的横线印迹很明显，并使间隔不规则。—扣—广．占—告～：I|’IlI．—卜}什3图2—4罗纹空气层编织图2．4半畦编组织为了能够考察不同线圈结构性质，需要编织带有集圈的组织结构，同样为了能够清楚地比较两个针床编织组织的不同，本课题只选择一边集圈的半畦编组织，其编织图见图2—5。半畦编组织又称单鱼鳞或单元宝针。织物下机后，弯曲的集圈悬弧力图伸直，将与此相邻的线圈向两边推开，使得横密减小，同时纱线转移到两边线圈，使其线圈尺寸变大，线圈蓬松。但要注意根据集圈时机头的运动方向，来配置两针床的织针，以防止边针脱针丽影响编织。另外，若上抬某一个三角集圈时，应将和它相对应的对面针床的成圈三角密度开松，以减少纱线成圈时的张力，进而防止断纱，以利于编织。 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究图2-5半畦编编织图2第三节手摇横机上机编织工艺上述这些纬编组织均可在圆机或横机上编织，因为横机可以编织出成型织片而不需裁剪，使得织物布边整齐，而且成圈系统和纱筒数量少，同时原料适应性强，翻改品种和变换工艺快而方便，故采用横机编织。由于本课题研究的对象是玻璃纤维纱线，在编织时比较困难，为了能清楚地观察并分析成圈过程，先期采用手摇横机进行编织。3．1对成圈机件尺寸的要求3．1．1织针针钩直径与线圈断裂强度的关系玻璃纤维纱线在编织过程中极易在针钩处断裂，前人研究发现，为了实现顺利编织，在编织成型过程中，纱线与之接触的针织元件的直径应不得小于一定值o”。为了找出玻璃纤维纱线的断裂强力与针织机件截面大小的联系，作者选取不同机号上的织针，用针钩分别套住2种规格的纱线进行拉伸试验，用于模拟成圈过程中纱线的受力情况。该试验方法称为圈状拉伸试验，如图2-6所示。图2-6圈状拉伸试验图16 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究不同机号上织针针钩的直径和2种规格的玻璃纤维纱线在4种不同直径的织针上的拉伸断裂强度(此强度可近似假设为弯纱时纱线的断裂强度)分别如表2-5和2-6所示。表2-5不同机号上织针针钩的直径I针织机号5，59ll16_J针钩直径(m)o．760．50O．420，36表2-62种规格的玻璃纤维纱线在4种不同针钩直径的织针上的拉伸断裂强度≮品淤j0，760．50．42O．36＼＼拉伸断裂强度、～纱线规格＼(N／tex)玻璃纤维纱线A0．740．450．38O．31玻璃纤维纱线BO．760．55O．510．48由上述数据结果可以生成如图2—7所示的线圈断裂强度与织针针钩直径的关系。从此图中的曲线可以清楚地看到无论玻璃纤维纱线单纤直径是多少，针钩的直径对线圈的断裂强度都有很大影响，且随着织针直径的增大，线圈断裂强度显著增加，也就是说，玻璃纤维纱线将随着织针直径的增大而强力损伤减小。同时也可以发现，单纤较细的纱线线圈强度比较粗的大，在针钩直径较小时，不同单纤直径的玻璃纤维纱线的线圈长度差异显著，随着织针直径的增大，此差异渐趋缩小。^兽2邕臻氍拄墨篁图2—7线圈断裂强度与织针直径的关系17 第二章玻璃纤维及其纬缡针织物的编织工艺研究经分析认为，针钩直径较小时，玻璃纤维的弯曲曲率较大，很容易折断，随着针钩直径的增大，2种纱线的弯势都减小，纤维被折断的几率也小，所以圈状拉伸的断裂强度大幅度提高。纱线B的单纤直径小于A，它的比弯睦刚度较小，纱线较易弯曲，因而其圈状拉伸的断裂强度的曲线在A的上方，且在针钩直径较小的织针上弯曲时，由于玻璃纤维的高刚度和固有的脆性，2种纱线的单纤粗细对断裂强度影响很大，本实验中单纤细的断裂强度比粗的高到34．2％。当针钩直径较大，玻璃纤维的弯曲率擞．j：，扭折折断的纤维相应减少，使得单纤直径的作用不太明显，因而如实验结果所显示的，在针钩直径为0．76衄的织针上，2种纱线的线圈断裂强度非常接近。3．1．2针织机号的选择3．1．2．1线圈效率的定义H町由于直线拉伸和圈状拉伸时，玻璃纤维的拉伸强度有很大的差异，K．w．Law等人引入了线圈效率的概念。它定义为玻璃纤维纱线圈状拉伸时断裂强度与直线拉伸时断裂强度的比值，其值小于l。该值愈接近1，说明编织性能愈好。下面介绍线圈效率的理论计算方法。玻璃纤维圈状拉伸时，在弯曲部分的总应力由纯弯曲应力和纯轴向应力组成。纱线表面最大纯弯曲应变eI可以表示为：B：—旦一(2．1)‘D+d式中d——玻璃纤维长丝直径，mm；D——针钩直径，mm。在拉伸过程中，由于夹头的运动轴向外力也会施加给玻璃纤维，所以轴向拉伸分应变岛可以表示为：玎e22磊Jlr,‘2—2’4式中F——轴向外力，N；E——玻璃纤维长丝的弹性模量，N／ram2。这样可以获得圈状拉伸时纱线表面的应交上限e一为：18 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究‰2而d+霸Fmax(2-3)4其中fo为玻璃纤维长丝在针钩上拉伸断裂时的强力的一半，因为圈状r：堑×e，。E(2—4)垒：!兰坚二玉兰竺二面d∽。，r哥lrd2)．×印×E岛假设P础=Pr，那么线圈效率的上限(最大值)可按公式(2—6)计算：d垒：I一旦盟(2—6)丁‰此时气。为单根玻璃纤维纱线的直线拉伸断裂应变。从公式(2--6)可以看出，线圈效率的最大值与纱线直径、针钩直径和纱线的直线拉伸断裂应交有关。当纱线不变时，线圈效率随针钩直径的增大而增大。3．L2．2织针针钩直径的选择为了能够顺利编织，F。／T必须大于0，所以得到D>d(上一1)(2—7)P“根据表2—2，将所用纱线A、B和C的相关参数代入式(2-7)分别可得D^>O．36哪，DB>0．16ram，Dc>0．26man，所以综合考虑可知织针的针钩直径必须大于0．36mm。上一节已测得了各种机号的针钩直径，容易看出比11机号小(包括Il机号)的机号均满足条件。所以结合考虑实验室的具体条件，本实验选用机型为国产SGE9007型1l机号(不带压19 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究脚)进行编织。3．2用纱根数的确定和起头方式根据纱线的线密度，对于11号横机来说，理论上纱线A和B应该两根一起编织，但经过实际编织尝试，发现由于玻璃纤维摩擦系数较大，两根纱线使机头移动阻力太大，导致无法顺利编织。即便可以正常编织下来，织成的布面毛羽也较多，且织物过厚，布面质量较差，所以换用单根纱线编织，结果可以编织成功较为紧密的织物。纱线C由于单纱较细，故采用6根纱线(其合股纱线细度与单根纱线A细度相当)一起编织。由于玻璃纤维较脆，弯曲刚度较大，若起头直接用玻纤纱线，特别是罗纹起头，起始横列会有很多织针将已钩住的纱线松脱掉，以至在用穿纱板(即定幅梳栉)时，很多纵行不受牵拉，而且纱线大面积磨损，影响顺利编织，所以用一般普通纱线(本实验采用棉纱)起头。3．3对针织元件表面的要求针织横机的元件一般都是由金属做成的，表面比较平整，但通常不是很光滑。对于普通纱线来说，这些不是很光滑的表面对编织的影响不大。然而对于玻璃纤维纱线，情形就不一样了。玻璃纤维本身摩擦系数就高，如果加上接触表面不光滑，产生的摩擦力更大，影响编织的顺利进行。如果纤维由于表面不够光滑而被勾出纱线表面，就会因为玻璃纤维脆性很大而很容易断裂，形成毛羽附在织物表面，不仅降低了织物的强力，同时也影响布面表观质量。通常的针织机械，在一些纱线接触比较多的装置上会采取相应措施提高其表面光滑度，如圆盘式张力装置的穿纱孔垫入陶瓷圈，这样编织大部分纱线时几乎不存在什么问题。但是很多手摇横机的挑线弹簧顶头完全是铁丝，且圆盘压片处的纱线通孔也很少采用陶瓷圈，造成纱线与此接触的摩擦较大。德国STOLL电脑横机上的纱线输入控制装置上的这些部位都用套用了陶瓷圈，为了避免上述问题的发生，本实验采用了STOLL的纱线输入控制装置来代替手摇横机上原来的张力装置。3．4弯纱深度的影响 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究在针织过程中，弯纱深度是关系到能否正常编织，织物的线圈结构是否均匀以及织物的稀密是否得当的关键因素。在弯纱过程中，纱线要与成圈机件相接触，主要为织针和针槽壁，并发生相对移动，这就会产生较大的弯纱张力，从而影响编织。根据欧拉公式可知：TIn÷=∥曰，当输入张力To一定时，由于弯纱深度h的增加，纱线与j口成圈机件之间的包围角。会大幅增加，这时采用玻璃纤维纱线编织，因为其摩擦系数较高，使得弯纱时纱线张力增加更为厉害，容易导致纱线达到强力极限而断裂。在实际编织的过程中发现，弯纱深度的确影响编织的顺利程度。在弯纱深度适当较小时，编织比较顺利，且布面质量较好，毛羽数量较少。在线圈大小适中的基础上，如再增加弯纱深度，则会发觉机头移动困难，纱线上断裂的毛羽增多。有的甚至会由于张力太大而绷断，尤其对纬平针和满针罗纹，由于是满针排针，增加弯纱深度使得同时弯纱的针数增加，那么纱线与成圈机件的包围角也增加，自然编织张力会大幅上升。关于弯纱深度的不同对玻璃纤维编织过程中造成的损伤的影响将在第四章节详细分析。3．5给纱，由欧拉公式可知，在弯纱深度一定时，弯纱张力与给纱张力成正比，手摇横机的给纱张力不易定量控制，所以在保证挑线弹簧能够充分吸收机头换向时产生的余线的条件下，将圆盘式张力装置的张力调节到最小，减小成圈过程中的纱线张力。3．6牵拉牵拉可以起到两大重要作用，一是将新形成的线圈拉向针背，为下一个横列的编织作好准备，二是同时保证织针在退圈时。旧线圈能够顺利滑到针杆上，并且织物不随着织针一起上升，以使编织正常进行。对于玻璃纤维纱线，牵拉的作用更为显著。因为玻纤摩擦系数大，与机器表面摩擦力大，为了能够顺利退圈，牵拉力必须达到一定程度。编织双面的织物比单面的织物施加的牵拉力要大，通常编织机上50cm幅宽的纬平针时，左右各一个中重锤，中间一个厚重锤即可。满针罗 第二章玻璃纤维及其纬编针织物的编织工艺研究纹、lxl罗纹、罗纹空气层和半畦编均需加大牵拉，通常两边各一个厚重锤和～个薄重锤，中间一个厚重锤。同时牵拉也不能太大，因为织物中玻璃纤维纱线相互串套钩结，牵拉过大，钩结处的纤维易受损伤。总之，应根据编织情况，在满足顺利编织的条件下，尽量减少牵拉力。本章结论本章通过测试玻璃纤维纱线的具体参数，掌握了其不同于普通针织纱线的力学性能，并试织五种组织结构，分析探讨了在国产手摇横机上玻纤纱线的编织工艺：1．用普通纱线起头以确保玻纤的顺利上线编织，并尽量使针织元件表面平整光滑，以减小玻纤与其表面的摩擦防止钩丝断裂；2．在无特殊要求时，尽量选用低机号横机编织，以提高玻璃纤维纱线的圈状断裂强度和线圈效率；3．弯纱深度对玻璃纤维的编织有很大影响，为了减小弯纱时玻璃纤维纱线的张力，应将弯纱深度控制在适当较小的范围内；4．在保证挑线弹簧能够充分吸收机头换向时产生的余线的条件下，使给纱张力尽可能小；5．为能顺利退圈和不使纱线因牵拉过大而断裂，牵拉力必须适当增大。 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态通过对针织物尺寸性能的研究，能够得到有效的预测和控制针织物尺寸的方法，有助于合理控制针织物的实际生产过程。国内外很多学者已对棉、毛、丝、尼龙等普通纤维织物进行了大量研究，在针织物的尺寸稳定性和几何结构的关系方面做出了理论贡献瞰41。但对玻璃纤维针织物的尺寸性能的研究仍然较少，而且所针对的织物组织也多限于平针和罗纹。在实际研究复合材料时，往往涉及到多种组织结构，因此有必要拓宽组织结构的研究范围。由于复合材料的力学性能是各向异性的，所以处于稳定状态的增强织物中的线圈实际几何形态也成为比较重要的研究对象。本章节将通过对已编织好的玻璃纤维针织物进行测试，分析玻璃纤维针织物的尺寸性能和织物中线圈的独特形态，同时讨论玻璃纤维纱线的性质对线圈几何结构的影响。第一节有关针织物尺寸性能的理论1．1针织物的平衡状态及松弛任何一个系统都有使其总能量达到最小的变化趋势，此时的系统就被称为平衡状态或稳定状态。针织物是利用织针把纱线弯成线圈，然后将线圈相互串套而成的，这个系统同样有趋于能量最小的状态。针织物中平衡状态的建立是由两个内力实现的：一个内力是线圈中被弯曲扭转的纱线的弹性力，它使线圈改变形状，并使线圈串套点的纱线表面产生相对滑移，力图回到能量最低状态的线圈形状。同时弹性力也使纱线接触面间产生正压力，从而产生针织物建立平衡状态的另一个内力，即阻止纱线在线圈中移动的摩擦力嘲。针织物在编织、整理等加工工序中不可避免地会受到各种物理和化学的作用，产生或多或少的变形，因而无论是下机坯布还是光坯布，都处于向最小能量状态过渡的某一状态，即蠕变终止状态。当针织物中纱线弹性力大于纱线接触面摩擦力时，纱线接触面产生相对滑移，这时线圈的变形就是 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态蠕变回复。针织物的松弛状态就是通过外界对针织物做功使其处于系统能量最小的状态，此状态下织物内应力最小且尺寸不随时间的变化而变化”1。1．2针织物的变形原理当针织物受到外界作用力下，原先的线圈结构的平衡状态遭到破坏，就会向新的平衡状态过渡，这一过渡的过程就是针织物的变形。针织物的变形包括线圈形状结构三个主要变化：一．线圈构形的变化。当织物在受力方向上总的长度增加，而在垂直于受力方向的宽度缩短时，有些线段伸直，而另外一些线段更加弯曲。二．纱线在线圈中的配置方向有了改变，就是线圈中线段在受拉力方向上投影长度的总和增加。三．纱线间接触点移动，使得线圈中一些区段的长度由于相邻区段的长度有了变化而变化，同时产生纱线的摩擦。在针织物中，这些变形不是相互独立进行的，也不是按照一定的顺序依次进行的，而是几乎同时发生。当针织物受到外力作用时，随着变形同时在线圈结构中产生附加内力，这一内力阻止外力改变线圈的形状，从而渐趋达到平衡状态。1。1．3针织物尺寸稳定性和几何结构关系的理论模型嘶踟众多学者通过对普通纤维织物的大量研究，在针织物的尺寸稳定性和几何结构的关系方面做出了理论贡献。针织物是由相互串套的线圈组成，线圈是其基本单元，研究针织物的几何结构和尺寸需从研究单个线圈的几何结构和尺寸着手。Doyle认为干松弛状态下的线圈密度和线圈长度紧密相关，线圈长度是针织物尺寸测量的首选参数，因为它不受纵向和横向拉力的影响，并可在编织后任一阶段进行准确测量。不少学者都推断了基于假设的线圈模型的织物线性尺寸、线圈长度和纱线直径之间的关系。Munden对最低能量状态下的线圈形态建立模型，认为充分松弛的平针织物中的线圈形态唯一，而线圈长度是主导织物性能的决定性因素，并且推导了松弛状态下，线圈长度与线圈密度的理论公式：c=Kc／I，w=Kw／l，S=Ks／l2，Kr=c／w=Kc／Kw，(式中C和w分别为单位长度内的横列数和纵 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态行数，，为线圈长度，s为单位面积内的线圈数，Kr为线圈形态系数，Kc、KW和Ks均为常数)。Kc、KW和Ks值与线圈长度相对独立，而与松弛状态有关。目前，Munden提出的线圈理论已被业界广泛用于描述纬编针织物的几何尺寸性能。根据所确定的Kc、KW和Ks值，可以预先估计出织物稳定后的尺寸，进行织物设计和质量控制。Nutting和Leaf考虑到纱线直径对Munden关系式的影响，对此式进行了修正，得出纬编针织物的通用公式：1／c=AI+DT“2(式中c为单位长度的线圈横列数，，为线圈长度，A和D为常数，T为纱线号数)。Smirfitt通过对不同号数精梳毛纱编织lxl罗纹织物尺寸变化的特性的研究得出：针织机的种类与机号，纱线的捻度与直径，以及毛纤维的质量、支数等因素对K值基本没有影响。这样，Munden的关系式就可近似适用。Napton把针织物组织的SKC定义为针织物组织的最小循环单位，并将Munden表达式修正为U。=c。×?。，U,--唧。×，。．UI-c。×矾×，。2(式中，。为一个SKC的长度，C。为单位长度内的SKC横列数，w。为单位长度内的SKC纵行数，Uc、U和U均为常数)。Worfaardt和Napton将SKC假设成一个三维形状的弹性体，对这些表达式做了理论推导，同时实验结果也表明经烘燥后的lxl罗纹精梳毛织物的u值与理论值基本一致。第二节玻璃纤维针织物尺寸性能的试验2．1试样的准备在前一章节已经用不同规格的玻璃纤维纱线编织了不同组织结构的针织物，从中选取尺寸大于20emX20cm且表观质量也较好的织物进行试验。纱线规格及织物组织结构如前一章表2-1和2-4所示。2．2玻璃纤维针织物的松弛在研究之前使针织物处于松弛状态是很重要的，因为织物中线圈结构性能的变化不可避免地会影响织物的物理机械性能，由于玻璃纤维吸湿性小，不像亲水性纤维在水中可能达到无应力状态，湿处理后对其试验影响不大，故而采用干松弛处理。 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态将所有织物在标准大气条件下自然摊放在光滑平整的接触面上，织物表面上不施加任何外力，分别测试每块试样第一天、第三天、第七天和第十天纵横向尺寸的变化。方法为：当织物下机后，在每块织物的纵横两个方向上各作3对标记，且每对标记相互均匀分开。图3-i为千松弛实验所采用的织物试样测量点标记位置。、l，10cm、{+^。——＼M+o暑o3上J_UL一图3-i试样测量点标记2．3纵横向SKC值与线圈长度的涮定因为本课题研究的织物组织不仅仅是单面平针，Munden公式具有局限性，所以采用Napton的理论，对Munden表达式进行修正，需引入SKC概念，这在本章开头已做介绍。为了找出玻璃纤维织物尺寸稳定性和几何结构的关系，需测定纵横向SKC数量和线圈长度。测定纵横向SKC数量之前，必须在织物达到稳定状态后才能进行。为了统筹安排，可以在十天后，即测定完织物尺寸变化率后，再测其纵横向SKC数目和线圈长度。不同组织结构的SKC是不一样的，表3一l给出了各种组织结构的具体SKC。具体测试过程参照Fz70002—9lm3，测取lOcm以内的纵横向SKC数。 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态表3-1各组织结构的SKC组织结构SKC纬平针单个线圈lxl罗纹正反面相邻的两个线圈满针罗纹正反面相邻的两个线圈半畦编正反面相邻的两个成圈线圈和上或下一横列相同织针上的成圈线圈和集圈罗纹空气层正反面相邻的两个成圈线圈和上或下一横列相同织针上的两个单面成圈线圈测定织物线圈长度可以采用传统的实测方法。本实验数取某一横列上连续100个线圈，并做好标记，将纱线从织物上拆散下来，量取两标记点之间的距离在再折算成每个线圈的长度。对照表3一l计算出不同组织结构的SKC长度。第三节玻璃纤维针织物的尺寸稳定性及线圈形态的分析3．1织物的尺寸变化本实验选取编织性能比较好的纱线A，即单纤直径为8．09m。纱线细度为144tex的单根纱线编织五种组织结构的织物进行试验，每种结构均编织四块织物。经定期测试。得出它们的平均纵横向尺寸及面积变化率如图3—2中的(1)(2)(3)所示(具体数据见附录一)。其中“十”值表示尺寸增加，一”值表示尺寸缩短。(1)横向尺寸变化率与时间的关系∞-lr●}●，：，ao{{4鐾*晕瓤伊器～颦 第三章玻璃纤维钎织物尺寸性能及线圈形态O12345●7■●●01"时淘(夭)(2)纵向尺寸变化率与时间的关系口1Z，45●，■⋯1时同f天1(3)面积寸变化率与时问的关系图3-2纬平针、lxl罗纹、满针罗纹、罗纹空气层和半畦编纵横向尺寸及面积变化率从上面的曲线图可以清楚地看到，不论什么组织结构，织物的尺寸在下机后三天内都有很大的变化，七天以后就基本趋于稳定。也可以这样说，当玻璃纤维针织物放置七到十天后就已充分松弛达到稳定状态。纱线在编织过程中受到各种张力，造成线圈中的内应力较大，织物下机后，纱线中的内应力大于纱线接触面摩擦力，纱线接触面之间产生滑移，同时伴随着纱线形态的改变，即线圈产生蠕变回复，表现为织物的纵横向尺寸的较大变化。随着时间的推移，纱线中内应力渐渐释放，线圈蠕变回复也减缓，表现为织物尺寸的细微变化。当约十天过后，纱线中的内应力逐渐消耗掉，有所剩余的内应力也与线圈纱线之间的摩擦阻力暂时平衡，使线圈中能量达到相对较低，从而表现为尺寸基本稳定。在所编织的几种组织结构，织物横向几乎都伸长(半畦编除外)，2O2●4eZ●‘●孚簪皋—翌，氅也_l辞 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态纵向均收缩(包括半畦编)。织物横向伸长变化的顺序为：ixi罗纹>满针罗纹>纬平针>罗纹空气层>半畦编。七天之后ixl罗纹大致稳定在伸长9．5％，满针罗纹稳定在6．5％到7．o％，纬平针和罗纹空气层相似，稳定在1．5％左右，而半畦编比较特殊，尺寸稳定时收缩约3％。纵向收缩变化的顺序为：Ixi罗纹>满针罗纹>罗纹空气层>纬平针>半畦编。其中，半畦编的收缩变化幅度比横向的稍小一点，其它组织的尺寸变化幅度均比横向的大，尤其是Ixl罗纹和满针罗纹，纵向收缩率高达15．75％和14％。所有织物的整体面积都是减小的，减小的幅度顺序为：满针罗纹>Ixl罗纹>半哇编>罗纹空气层>平针。对于所产生的这些结果可以做如下分析：一．织物内的纱线在机器上纵横向受到的张力是不一样的，横向由于线圈本身有一定的大小尺寸，且针与针之间有一定的距离，产生线圈横向之间的拉力，纵向主要受到牵拉力，因为线圈横向之间的拉力产生了对织针的压力，从而产生织针与纱线之间的摩擦力，要使织针能够顺利退圈，纵向的牵拉力必须要克服织针与纱线之间的摩擦力，所以这一牵拉力往往相对较大。当所编织的织物密度比较适中(不是很大)时，以上种种因素造成织物的线圈在纵横向受到的变形不相同，往往纵向拉伸较横向更为厉害。所以在织物应力松弛过程中，较多的圈柱转移到针编弧和沉降弧，形成纵向收缩而横向伸长，由于圈柱要同时转移到针编弧和沉降弧，所以纵向收缩率要大于横向伸长率。二．对于ixl罗纹和满针罗纹，由于松弛后线圈有明显的左右倾斜，而编织时线圈是拉直的，这样就大大缩短了纵向尺寸，使得纵向收缩率幅度更大。因为lxl罗纹织物中相邻两个线圈的距离较大，从而线圈圈干较长，那么圈干中转移到圈弧的纱线量也大。所以横向伸长率和纵向收缩率均比满针罗纹大。三．半畦编组织的横向尺寸有些反常，这是因为半畦编的结构中有集圈。由于玻璃纤维的剐性很大，两个相邻集圈形成的悬弧将中间一个线圈的两条圈柱底端向中间推紧，圈柱顶端自然使与其相连的针编弧增大，但相邻集圈的存在又使针编弧有足够的空间来增大，所有 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线豳形态这些综合因素使得织物的横向尺寸缩小。四．由于满针罗纹和lxl罗纹的纵横向尺寸变化率最大，所以面积相应减小最多，平针和罗纹空气层的纵横向尺寸相对变化较小，则面积减小的幅度也不大。3．2织物密度参数与线圈长度盼关系3．2．1u值的确定方法酬线圈长度可以方便而准确地测量，因而确定U值就成了应用Munden修正表达式的关键。获得U值的方法有如下三种：(1)用表达式直接算出；(2)用直接回归的分析方法，方程形式为y=Ux+b，即c。=U。／l。+b。和w。=U_／，。+b．；(3)通过原点的最佳拟合线确定U值，方程的形式为y=Ux，即c。-U。／，。和Wu=U／，。。第一种方法其实是多个实验估计值的平均值，这就有可能会因为过度简单化而引起误差积累。回归分析的方法是建立针织物几何理论的原始方法，从理论上讲。将松弛状态下多个实验数据回归得到的直线应该逻辑地通过原点，直线的斜率即为U的估计值。但直接回归的直线往往会出现截距，这是因为织物没有达到完全的松弛状态和实验误差所造成的。应该说带有截距的方程更能代表该状态下的实际情况，从而更准确地预测织物的尺寸性能。3．2．2玻璃纤维织物密度参效与线暖长度关系的分析本节的讨论选用三种规格的纱线编织的织物，纱线规格与组织结构如表2-1和2-4所示。对于纱线A，每种组织结构编织4块织物，对于纱线B和C，纬平针和满针罗纹各织6块，lxl罗纹织8块，所有的密度参数和线圈长度见附录二。为了使结果比较全面，具有普遍性，在制作纵横密和线圈长度关系的曲线时，将所有相同组织结构的坐标点进行拟合，而不考虑纱线的规格。所有组织结构的直接回归方程和过原点回归方程如表3-2所示，回归的拟合曲线如图3—3～3—7所示。 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能爱线圈形态表3-2各种组织结构的回归方程式过原点直接回归方程织物组织回归方程c。／w。cu=Co／／。+b。(R)wFU-／／一b，(R)c．=Uo／1。(R)wu=O．／l。(R)c。=5．4367／I。一0．670吼=4．1866／l。一1．048c。=4．9888／，。W口=3．4858／l。纬平针271．4312(R=O．9950)(R=0．9839)(R=O．9814)(R=O．9536)cF7。1831／l。一4，055wF3。6405／l。+5．141c。=4．3902／1。wF4．7365／，。满针罗纹270，9269(R=O．941)(R=O．9605)(R=O．9289)(R=O．9192)c。=7．9460／lu-3．067w。=6．1834／l。+O．741c。=5．8445／，。w。=6．6914／l。lxl罗纹l40．8734(R：o．9395)(R=O．9683)(R=O．9082)(R=o．9092)c。：6．5337／1。-0．691w。=13．6548／1．-2．54c。=8．0662／，。wo=8．0118／，。罗纹空气层671．0068(R=O．9997)(R=O．9978)(R=O．9768)(R=0．9939)w。=9．4381／1rO．271c．=16．6963／1。+1．255c。=20．007／1。w。=8+7222／1。半畦编52．29386(R=O．9823)(R=O．9988)(R=O．9979)(R=O．9866)1，L(1，cm)图3-3纬平针纵横密与线圈长度的关系3l1，L(1／cm) 13．012，512011．511m10．510．00．59．0苎三兰堕苎笪丝竺堡塑垦!堡丝墨垡塑丝查1．21，L(cm)101．"1．2"31．．’51B1．71．81／L(cm)图3’4Ix!罗纹纵横密与线圈长度的关系1．41．e’矗2．o1／L(1／cml1211，、10重9螽望8Q韶7蒜654’21．41．6’息2．01／L(1／cml图3-5满针罗纹纵横密与线圈长度的关系0320．340∞0．380．400．421／L(crn)0320340拍0380400．蛇1／L(cm)图3-6半畦编纵横密与线圈长度的关系3Z1O9B78一要籁o)I∞一框颦一墨u2∞一譬睾 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态图3．7罗纹空气层纵横密与线圈长度的关系从以上回归方程和回归曲线，可以看到：1)五种组织结构的每一个回归方程的相关系数R均几近于I，它们都是显著相关的。2)每种组织的两个回归方程的U值均为正，即纵横密均与线圈长度的倒数呈正线性相关关系。随着线圈长度的增大，线圈尺寸增大，使得圈距和圈高也增大，从而织物纵横密减小。这五种组织的实际纵横密随线圈长度增大而减小的速率不同。横密为：罗纹空气层>半畦编>Ixi罗纹>纬平针>满针罗纹；纵密为半畦编>Ixl罗纹>满针罗纹>罗纹空气层>纬平针。3)直接回归方程都包含有一个截距，除了实验误差造成这种结果，还因为纱线本身存在直径，另外趋向于相应能量最小状态变形的过程受到作用于线圈交错处的摩擦阻力的制约，线圈形态表面上的平衡可以纯粹是回复和摩擦阻力之间的瞬间平衡，而不是因为线隧已经达到了能量最小状态。由于是玻璃纤维，摩擦系数较大，能量趋向最小的过程受到摩擦阻力的制约更加突出，因而有些截距的绝对值相对比较大。4)纬平针的c。／吼值大于1，即圈距大于圈高，满针罗纹和Ixl罗纹的co／w．值小于1，可见圈高大于圈距。这是因为用玻璃纤维纱线编织的两种罗纹组织结构中的每个线圈的圈柱相互靠近，在同一纵行上与相邻的线圈呈左右倾斜状态(下一节将具体分析)。满针罗纹的cjw．值略大于Ixl罗纹的，也就是后者的线圈比前者线圈显得细长。因为 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态后者是l隔l排针，1使得编织时线圈与线圈之间的距离增大，同时，为了克服纱线与机件之间比较大的摩擦力，双面织物的牵拉力也必须相对较大，当织物下机松弛后线圈的圈柱就显得较长，从而整个线圈也稍显细长。罗纹空气层由于存在着单面平针和lxl罗纹，且一个循环单元中单面平针与lxl罗纹的比例为2：1，所以c．／w．值略大于1，但小于完全纬平针组织的值。五种组织中最特殊的是半畦编，C／W值高达2．2938。正是由于它存在集圈结构，加上玻璃纤维刚度较大，集圈向两边伸展，使一个循环单元的横向尺寸较大，所以SKC相对很宽。5)国内夕}很多学者已对多种原料的纬平针织物的Kc和Kw(等同于这里的u。和u．)值做过实验测试，例如Munden的结果：在干松弛条件下，羊毛、棉、尼龙、奥纶的Ks值(KcXKw)均为19或18．5，其中羊毛的co／wu值为1．316㈨。玻璃纤维纬平针织物的Ks为17．39，cJw。值为1．4312。与Munden的实验结果相差不大。而对于lxl罗纹织物，有人采用锦纶丝得出在干松弛条件下，cII／w。值为1．2与1．32之间汹1，本实验玻璃纤维lxl罗纹的值与其出入较大，关于罗纹的c,／w。值偏小的原因在第4)点已经作了分析。3．3玻璃纤维针织物的实际线圈形态上一小节中已经探讨了有关玻璃纤维织物中的线圈几何形态，主要是圈距和圈高的大小。由于玻璃纤维纱线本身的独特属性，在下机达到稳定状态后，观察其织物表面，发现实际线圈形态中还有一些细节，不同于用普通原料编织成的针织物。3．3．1纬平针组织的线圈形态(1)正面(2)反面图3-8玻璃纤维纱线纬平针组织34 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态从图3—8可以清楚看出，纬平针的线圈比较粗短，正如上一节分析的结果c。／Wu值为1．432，比普通纱线的纬平针织物的c。／W。值1．3还要大。这是因为编织时，纱线由纬向输入，玻璃纤维纱线由于弯曲刚度较大，力图在纬向伸直，所以圈高比圈距小的幅度比普通纱线大。另外与普通纱线的纬平针织物相似，比较正常，没有什么特殊的扭曲或歪斜。这与Savci等人的关于玻璃纤维织物几何形态的研究发现有些出入，他们实验的结果是纬平针的线圈向一个方向歪斜。这是因为他们采用电脑横机编织，机头上带有压纱脚，而且编织的是圆筒纬平针，对于织物的每一面，机头均沿一个方向运动，压纱脚的作用使得线圈在沿机头运动的方向发生较大歪斜，这是主要原因。本实验采用的是手摇横机，不带压纱脚，且为单面编织，机头往返运动，再加上纬平针是单面牵拉。牵拉张力可以将新线圈的歪斜通过竖直的牵拉减弱甚至消除，从而整体上观察形态比较均一正常。3．3．2罗纹组织的线圈形态图3-9玻璃纤维纱线lxl罗纹组织图3一10罗纹织物表观不匀 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态如图3-9所示，ixl罗纹组织中的线圈有比较明显的左右歪斜现象，这与机头往返运动有一定关系。线圈的左右歪斜在新的线圈横列刚刚编织好就已经形成，由于罗纹组织结构不同于单面纬平针，它是双面编织，虽然有一定的牵拉张力，但刚刚形成的两个针床上的新线圈在与牵拉张力相垂直的方向相连，使得牵拉张力对剐形成的线圈有所分散，而且玻璃纤维纱线之间的摩擦阻力又比较大，因而牵拉张力不能有效地将刚形成的线圈歪斜消除或大幅度减弱。也许我们观察机上受牵拉已编织好的部段时，会发现织物的线圈比较平整没有歪斜，那肘因为这时的牵拉张力将歪斜的线圈圈干暂时拉直，当下机后，织物会有蠕变回复，内应力仍将使线圈歪斜。同时正是由于线圈的歪斜，使得罗纹织物的纵向尺寸收缩率相对要大很多。下机稳定后的织物巾问线圈歪斜现象要稍微好一些，分析认为这是因为手摇横机编织通常采用重锤牵拉，牵拉板两边挂确重锤，，同时中间牵拉力较大，能够克服纱线之间的摩擦阻力，使线圈歪斜消除。但是不能采取大幅增加牵拉力的方法来缓解线圈歪斜的现象，因为玻璃纤维的特殊脆性，在牵拉力增大时易发生断裂。还有一个影响线圈歪斜的因素，那就是纱线的捻度。单纤直径8矽f，捻度91．2捻／米和荜纤直径5．5≯册，捻度300捻／米的纱线织成的罗纹织物线圈歪斜都比较厉害，而用单纤直径9朋，捻度40捻／米的纱线按照相同的编织工艺参数获得的织物的线圈歪斜要轻微一些。线圈的倾斜还与织物的松紧度有关系，织物越松散，线圈歪斜越厉害，实验的结果Ixl罗纹比满针罗纹歪斜的现象更严重。另外，可以明显感觉到不少罗纹织物存在着表面不匀，而且是无规则的，如图3一lO所示。玻璃纤维的摩擦系数和刚度均较高，因而在编织过程中有较大的编织张力，同时机头往返换向的停顿以及人为操作过程中的机头运行速度不均，都会造成编织过程中的张力不稳或不匀，所有这些因素都将导致罗纹织物的表面不匀。3．3．3罗纹空气层组织的线圈形态再看图3—10的罗纹空气层组织，由于罗纹组织结构中包含了有纬 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态平针，因而整个线圈形态不象罗纹织物那样左右歪斜。从图中可以看到罗纹线圈横列突出平面，并有稍微复杂的三维空间几何结构。图3-10玻璃纤维纱线罗纹空气层组织3．3．4半畦编组织的线圈形态对玻璃纤维半畦编织物形态的研究在国内几乎还没有涉及，通过本实验，发现它有很特别的性质。图3-I1(3)是普通棉纱和玻璃纤维纱线采用相同的工艺参数所编织的半畦编组织。(I)南集圈一面(2)无I集圈一面(3)普通棉纱和玻璃纤维纱线分别编织的半畦编组织图3-11玻璃纤维纱线半畦编组织不难发现用普通棉纱编织的半畦编组织线圈松软，线圈纵行直立，而用玻璃纤维纱线编织的半畦编有非常明显的线圈纵行倾斜。这不仅和半畦编组织中的集圈结构和编织过程有关系，还因为玻璃纤维纱线本身的缘故。本实验编织半畦编所采用的玻璃纤维纱线是S捻的，编织出的织物从正面(jf薹集圈的一面)看均是朝向左边；从反面(无I集圈的一面)看均是朝向右边，如图3-11(1)。为了搞清楚是纱线捻向还是机头运动方向对织物纵行倾斜起主导作用，在编织集圈时采用不同的机头方向编织两块织物，结果发现两块织物均是正面线圈纵行向 第三章玻璃纤维针织物尺寸性能及线圈形态左倾斜，只不过编织集圈时机头方向向左的，纵行倾斜角度大一些，与竖直方向夹角约为30度，而机头方向向右的，纵行倾斜角约为15度。这就说明纱线的捻向在线圈纵行倾斜方向上起了主要作用。通常的半畦编织物从毛集圈的一面看，总是成圈的纵行的线圈会有大小。而用玻璃纤维纱线编织的该种组织，见图3-Il(2)，秃I集圈的一面却几乎看不出大小线圈。其实倒不是它的线圈大小均匀，而是因为纱线的弹性力，使小线圈缩在大线圈内侧看不到，整体看上去，线圈拥在一起，很明显地突出织物的平面，所以显得似乎线圈大小一样。本章结论本章分析了玻璃纤维针织物的尺寸性能和玻璃纤维纱线的性质对线圈几何结构的影响，结论如下：l，玻纤织物干松弛十天后处于稳定状态，横向伸长变化的顺序为：Ixl罗纹>满针罗纹>纬平针>罗纹空气层>半畦编：纵向收缩变化的顺序为：Ixl罗纹>满针罗纹>罗纹空气层>纬平针>半畦编：2．直接回归方程都包含有一个截距，织物纵横密均与线圈长度的倒数呈正线性相关关系。五种组织的实际纵横密随线圈长度增大两减小的速率不同。横密为：罗纹空气层>半畦编)Ixl罗纹>纬平针>满针罗纹；纵密为半畦编>lxl罗纹>满针罗纹>罗纹空气层>纬平针；3．纬平针、罗纹空气层和半畦编的c。／W。值均大于l，满针罗纹和Ixl罗纹的c。／w。值小于1；4．纬平针组织结构几乎没有什么特殊的扭曲或歪斜；罗纹组织中的线圈有比较明显的左右歪斜现象，且织物存在着无规则的表面不匀；罗纹空气层线圈左右歪斜现象有所改观；半畦编由于存在集圈有非常明显的线圈纵行倾斜。38 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价通常评价高性能纤维可编织性可采用编织织物的顺利程度和观察织物外观的方法。但这些方法都是定性描述，缺乏系统的定量分析。经过本实验前期对玻璃纤维纱线的试织发现，纱线在编织过程中纤维会发生断裂，从而造成纱线的强力损伤。因此，本章将通过改变弯纱深度，分析讨论不同单纤直径的玻璃纤维纱线在不同的纬编针织物组织结构中纱线编织后纤维的损伤程度，以此来评价玻璃纤维纱线的可编织性。同时通过理论分析来预测能够正常编织的玻璃纤维纱线的线圈长度范围，并对编织过程中织针的失效和成圈三角的磨损做定性分析，来帮助评价玻璃纤维纱线的可编织性。第一节玻璃纤维纱线编织过程中纤维损伤程度的探讨1．1纤维损伤的定量评价方法玻璃纤维纱线在编织过程中会受到拉伸和弯曲，玻璃纤维由于其脆性较大，很容易发生扭折，同时因为其摩擦系数较大，在与机件的接触过程中纤维也会有磨损，所以总体来看，纤维发生了大量的损伤。为了能定量评价纤维的损伤程度，本文采用未经编织的纱线的拉伸断裂强力和编织后从织物中脱散下来的纱线的拉伸断裂强力的百分比来评价纤维的损伤程度，其计算式如下：脚惭)：之粤×100(4一1)』0式中：见)P——纱线强力损伤率(或纤维强力损伤率)；To——未经编织的纱线拉伸断裂强力；Z——从织物中脱散下来的纱线的拉{率断裂强力。为了减少脱散时对纤维的进一步损伤，从而造成结果的误差，在脱散时尽量小心。根据实验中的显微镜观察，脱散时造成的纤维损伤与织造时造成的纤维损伤相比是很小的，因此对最后的结果影响不大。39 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价1．2实验方法1．2．1原料本实验采用的无碱玻璃纤维长丝纱线A、B和C同前两章的相同，具体规格见第二章中的表2．1。1．2．2编织工艺1．2．2．1机型根据前面第二章第三节中对机号选择的分析，同时考虑到纱线的细度与机号相适应，故仍然选用国产SGE9007型儿机号手摇横机(不带压脚)。1．2．2．2织物组织和前两章一样，纱线A和B仍采用单根编织，纱线C仍采用6根合并编织。织物组织选取有代表性的单面纬平针和双面罗纹组织。另外罗纹通过不同的排针，分别编织lxl罗纹和满针罗纹。1．2．2．3弯纱深度调节本实验要研究在不同的弯纱深度下，对不同规格的纱线和不同组织结构中纤维损伤的影响，所以需得到一个较宽范围的织物线圈长度。基于这些，采用先调节成圈三角以达到所能编织的最小弯纱深度，以此弯纱深度进行编织，再不断连续增加弯纱深度，直到最大极限值，编织出具有不同弯纱深度(即线圈长度)的织物。一般弯纱深度的增加以两张扑克纸牌的厚度为一档。1．3结果与讨论实验结果发现，纱线C由于采用了6根纱同时编织，纤维损伤率有些特殊，将列出来单独分析。下面先针对纱线A和B作系统的探讨。如图4-1所示，图中分别给出了编织3种不同的组织结构时，纱线A和B的强力损伤率(或纤维强力损伤率)随线圈长度(即弯纱深度)的变化曲线。具体数据见论文附录三。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价A50n弱0．60n酯n∞n7S咖n酷n∞0．辅墁■长度m(a)纬平针0．55060¨50．70075080m瞄0．900．95蛙朋长度船n(b)1xI罗纹(C)满针罗纹图4-|编织不同组织时2种纱线强力损伤率与线圈长度之间的关系1．3．1线圈长度变化对纱线强力损伤率影响的整体趋势从图4_1中可以看出，每条曲线的变化趋势是一致的，即在一定的线圈长度范围内，两种不同线密度的纱线在3种织物组织中均有一个强力损伤最小点，大于或小于此时的线圈长度范围，纱线的强力损伤均有所上升，并且此线圈长度值在整个曲线中偏向横坐标值减小的方向，即该值相对较小。经过分析发现，产生这种结果是因为随着弯纱深度的增加，编织区内纱线与机件的接触点增加，使得纱线和成圈机件之间的包围角总和增加，由欧拉公式可知在输入张力不变的情况下，编织区域的纱线弯纱张力增大。在弯纱阶段，新线圈还受到牵拉张力的作用，当两部 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价分张力之和达到一定的值时，就会产生大量的纤维损伤。此外，弯纱时纱线不仅受到拉伸还受到弯曲，由于玻璃纤维本身具有很大的脆性且弯曲模量较高，因而很容易断裂。当弯纱深度较大时，与针钩紧紧贴压且弯曲经过针钩的纱线就越多，所以断裂的纤维也越多，使得超过一定的线圈长度范围，随着线圈长度的增加，纤维损伤率大幅度增加，有的甚至最终能达到95％，失去强力。当弯纱深度过小时，形成的线圈长度自然也相对很小，但在旧线圈退圈和脱圈阶段，因为玻璃纤维弹性很差，不会只通过纱线伸长来达到顺利退圈和脱圈的目的。由于玻璃纤维纱线的高摩擦因数，纱线转移困难，同时纱线与纱线之间的摩擦力也大幅增加。因为线圈长度很小，线圈紧紧包在织针针头上，产生较大的拉伸张力，同时也产生了很大的正压力，从而导致纱线与织针的摩擦力也随之增大，所以随着线圈长度减少，纤维损伤程度也增加。图4-2中的(a)(b)(c)分别为在显微镜下3种不同线圈长度的lxl罗纹组织中纤维受损的织物图。从图4—2中可以清晰地看出，只有在线圈长度适中的情况下，纤维损伤才会达到较低的理想程度，这也正好与实验测试和分析结果完全吻合。由于受编织机件尺寸的影响，当达到最佳线圈长度范围后，线圈长度再减小的空间很有限。(a)线圈长度较长(b)线圈长度适中(c)线圈长度较殪图4-2lxl罗纹组织中不同线圈长度的纤维受损的织物图1．3．2不同组织结构对纱线强力损伤率的影响从图4．1中不难发现，虽然三种组织中纤维损伤随线圈长度变化的趋势是一致的，但它们强力损伤率的大小各不不同，lxl罗纹的纤维损伤率要低于平针和满针罗纹。以纱线A(单纤直径为8．0um)为例，平针和满针罗纹的最低损伤率分别为23％和30％左右，而lxl罗纹却可低至15％左右，这与织物组织结构的不同紧密相关。平针为单面结构， 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价在机器上编织过程中，线圈沉降弧由同一针床相邻两织针上的线圈相连接，并横跨两织针间的针槽壁的齿口上，在弯纱成圈时，由于线圈的牵拉和纱线的转移，沉降弧必然紧压针槽壁顶端平面，并在针槽口弯曲成90。沿着针槽运动，这样由机件表面的粗糙产生的巨大摩擦和纱线的严重弯曲会造成大量纤维断裂；而lxl罗纹的沉降弧由两个针床上相互错位的织针相连接，这就避免了沉降弧在针槽壁顶端平面上的挤擦，虽然也存在弯纱时纱线的弯曲，但由于沉降弧连接在两针床之间，弯曲角度不如平针那样厉害，因而纤维损伤较平针轻微。另外，平针织物受牵拉时只有单面线圈受力，而且牵拉时织物与针床的齿口接触，产生摩擦，而罗纹织物是双面受力，在牵拉张力保持不变的情况下，很明显平针织物中纤维更易达到断裂强力而受损。满针罗纹和lxl罗纹的组织结构相同，然而最低损伤率却比lxl罗纹约高出一倍，这是因为前者全部织针参与编织，后者只是一隔一织针编织，无论在退圈阶段还是弯纱成圈阶段，满针罗纹参与运动的织针数均为lxl罗纹的两倍，所以在编织过程中，纤维与纤维、纤维与成圈机件之间的摩擦以及纤维的编织强力都会随之大幅增加，造成纤维损伤率上升。满针罗纹虽然具备罗纹组织结构的优势，但在编织过程中纱线张力过大的不利因素影响更显著，因而和平针相比较，最低损伤率稍高一些。总体来说，如果对织物组织没有特别要求，那么选取一种较合适的组织(如lxl罗纹)，也能使它的损伤率控制在非常理想的范围内(15％左右)。另外，当织物组织结构不同时，处于最低损伤率时的线圈长度也不尽相同。同样以纱线A为例，平针组织中处于最低纤维损伤率的线圈长度即最佳线圈长度为0．61cm左右，lxl罗纹为0．62cm左右，满针罗纹为0．5cm左右。在实际生产时，总希望纤维损伤控制在相对较小的范围内，因而选取最佳线圈长度值附近(以最佳值左右各O．05cm的范围内)进行考察。当小于最佳值时，平针和lxl罗纹的损伤率随线圈长度的减小而增加的幅度大致相当，线圈长度减小1％，纤维损伤率平均增加约1．8％，而满针罗纹的增加幅度约为1．35％；当线圈长度大于 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价最佳值时，线圈长度每增加1％，平针、lxl罗纹和满针罗纹的损伤率随之增加分别约为2．5％、0．63％和1．9％。综合来看，在考察范围内，lxl罗纹的损伤率随线圈长度的变化而变化的幅度较平缓，即调试编织时的弯纱深度，将纤维损伤率控制在合理的范围内比较容易实现。1．3．3不同单纤线密度对纱线强力损伤率的影响在图4-1中，每种组织中两种不同单纤细度的曲线均相交，交点都在最低损伤率的右边。在交点的左边，纱线A(单纤直径为8．0Ilm)在纱线B(单纤直径为5．5um)的下方，其中包括曲线的最低极值点：在交点的右边，前者在后者的上方。也就是说，小于一定的线圈长度，纱线A的损伤率比纱线B的要低，最低损伤率前者比后者低约30％--．50％；大于一定的线圈长度，前者的损伤率比后者的要高，但高出的幅度不大。笔者认为造成这些结果的原因是：当线圈长度相对较短时，纱线与织针的接触相对较多，纱线中的纤维与织针的摩擦也较大，纱线B的单纤直径小于纱线A，那么在摩擦时，单根纤维更易磨断，虽然同时存在单纤直径较小的纱线利于弯曲的情况，但由于线圈长度短，前者影响占主导，因而损伤率较高；而当线圈长度较长时，线圈在针钩和针槽壁处弯曲曲率较大，单纤直径小的更利于弯曲，同时由于线圈长度较长，单纤直径小的纱线在摩擦时单根纤维易磨断的影响被削弱，因此，纱线B的强力损伤率较低。此外，对于同一种组织，两种纱线处于最低损伤率时的线圈长度也有所偏差。平针组织基本一致，约在0．61em左右，lxl罗纹和满针罗纹中，纱线A比纱线B的分别小O．1cm和O．03cm左右，各自约占前者最佳线圈长度的16％和6％。产生这种线圈长度差异的主要原因是由于捻度，后者纱线捻度较大，使得弯曲刚度也大，达到最低纤维损伤率时的线圈长度也就稍微大一些。当然后者的纱线线密度比前者略微小一点也会影响二者的线圈长度值，但其值很接近，因而影响可以忽略。1．3．4普通纤维纱线线圈长度的变化对纱线织后纤维损伤的影响并与玻璃纤维相比较44 第四章玻璃纤维纱线可编织性妁评价玻璃纤维纱线编织后损伤很厉害，且与线圈长度有着很密切的联系，这究竟是玻璃纤维纱线的独特性质，还是普通纱线也存在类似的联系?为此采用棉纱和普通毛腈混纺纱(毛30％，腈纶70％)进行同样的实验，得出图4—3～4—4的曲线结果。线圈长度／cm图4-3玻璃纤维纱线与棉纱强力损伤率的比较茂■长压，啊I图4—4玻璃纤维纱线与毛腈混纺纱强力损伤率的比较从图3和图4中可以清楚地看到，毛腈混纺纱和棉纱经过编织后，纤维的损伤很小，均低于15％，比玻璃纤维纱线编织lxl罗纹组织时的损伤还小，有的甚至不到4％，几乎无强力损失。对于每种组织，两种普通纱线的强力损伤率随线圈长度变化的盐线图都没有什么明显的规律，也就是说，它们的强力损伤是随机的，与线圈长度没有内在联 第四章玻璃纤维纱线可编织性韵评价系。显而易见，本文前面由实验得出的玻璃纤维纱线的织后纤维强力损伤率与织物线圈长度之间的关系，是玻璃纤维纱线所特有的。1．4多根纱线编织的织物损伤率实验发现，同时用6根纱线C合股编织相同的组织结构，织物拆散后将会发生一些特殊的情况：不同的组织结构对织物损伤率的影响非常显著。下面进行具体分析。1．4．1lxl罗纹如图4—5，是3种纱线编织的lxl罗纹的纱线强力损伤率与线圈长度之间的关系。可见，纱线C以6根编织的此组织仍然遵循上述有关规律。纱线C编织的lxl罗纹织物中，纱线编织后的纤维损伤率都比较小，在最佳工艺点——线圈长度0．67cm时的纤维损伤率仅为6％左右，几乎无损伤，最大损伤率也仅仅接近30％，可编织性比较好。与其它两种纱线对比来看，纱线c的单纤直径小于纱线A，单纤直径小的易于弯曲，适合编织，因而损伤率较小；同时它的捻度远小于纱线B，纱线的刚度较小，相比之下也易于弯曲，所以损伤率同样小于B，这些都与理论相符。0550．600．650．700．750．800．85O900．95线圈长度(cm)图4-53种纱线编织1x罗纹时强力损伤率与线圈长度之间的关系1．4．2纬平针∞：；}∞牾柏；；}∞筋孙博伯5^孚v山岔苷$辑R旗餐§ 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价用6根纱线C编织成的纬平针组织的纤维损伤率要明显大于Ixl罗纹，所有损伤率都比Ixl罗纹的最大损伤率大，最佳工艺点的值也高达40％左右。比单纤直径8．O．um高出69％，见图4—6。经分析认为很大原因就是6根纱线一起编织导致的。纬平针组织本身的纤维损伤率就高于Ixl罗纹的(已在上一小节详细分析过)，在这样很容易导致损伤的条件下，6根纱线因为是无捻合并编织，相互之间又缺乏抱合力，所以纱线更容易受到损伤。掌、，o-olL糌赶鞲R馥舞套图4-6两种纱线(A、C)编织纬平针时强力损伤率与线圈长度之问的关系1．4．3满针罗纹采用同样的方法，测试结果发现，满针罗纹的线圈损伤率超乎寻常的大。六块不同线圈长度的织物，只有两块能在仪器上拉伸，其它的只要用手轻扯就可以将其拉断，其实不是拉断的，纤维本身已经断裂，手拉时纤维之间是相互滑脱而互相分离的，可以认为已经根本没有强力价值了。能够拉伸的两种线圈长度织物的强力损伤率也分别高达58％和81％。产生这样的结果更充分地说明6根纱线无捻合并编织，一旦有一定量的纤维受损，由于纱线之间缺少抱合力，编织性更加恶化，导致纤维大面积损伤，失去强力意义。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价第二节织物线圈长度范围的预测玻璃纤维编织过程中的纤维损伤很大程度上与弯纱深度(即线圈长度)有关，在上机编织之前如能对线圈长度的编织范围进行预测分析，将有利于提高成品的质量控制。本节通过对编织时线圈成形过程的分析，以玻璃纤维纱线B为例，理论估算出玻璃纤维纱线可编织的最小线圈长度和最大线圈长度范围。2．1基本假设本课题建立模型以单面纬平针为例，为了能够反映线圈在编织过程中的特征和计算的方便，首先作以下三点假设：1．纱线是粗细均匀的，且截面为圆形，不考虑纱线与成圈机件之间的挤压变形：2．织针针钩各部位的截面均为圆形，且半径相等；3．套圈阶段的旧线圈沉降弧与针床口相平；2．2最小线圈长度的估算2．2．1最小线圈长度的估算方法织物的最小线圈长度与织针的尺寸有着紧密联系，尤其是对于像玻璃纤维纱线这样断裂伸长率非常小的纱线。因为在退圈和套圈阶段，纱线不可能通过自身的伸长来达到线圈扩张的目的。所以本课题需根据织针的尺寸采用纯几何方法来进行估算最小线圈长度。因为线圈存在纱线转移，由于在计算织物中的线圈长度时，要将发生转移的各阶段线圈的纱线量进行平均。主要计算步骤如下：1．确定线圈长度最小时所要满足的条件；2．分析最小线圈长度形成时，有几枚针发生纱线转移，并计算各枚针上具体的线圈长度；3．将各枚针上的线圈长度进行平均。2．2．2线圈长度的具体估算2．2．2．1线圈长度最小时的条件要使纱线形成线圈，就必须顺利完成成圈的各个步骤。确定线圈长度最小时所要满足的条件就是确定织物最小线圈长度的位置。编织48 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价过程中，线圈在退圈和套圈阶段处于扩张状态，当线圈处于打开的针舌勺上和关闭的针舌顶部时，分别为两个阶段的线圈最大扩张位置。从图4—7中针舌开闭的状态可以看出，b大于b’，也就是说在套圈结束时，线圈是成圈过程中受到最大扩张的时候，由此推断，编织织物时的最小线圈长度只要满足套圈能够顺利完成即可。(a)套圈阶段(b)退圈阶段图4—7套圈和退圈阶段的针舌状态和线圈位置2．2．2．2套圈时线圈的倾斜角的计算套圈时，纱线与织针之间存在摩擦，线圈将随针一起下降，而针槽壁作用在线圈的沉降弧上，这样就使线圈的圈柱倾斜，与针舌关闭时的针舌方向成一夹角6，如图4-8所示。下面就来计算6的大小。“。假设针舌截面为圆，为了计算方便，将线圈在针舌上的结构分解为如图4—8。6取决于线圈同针之间的摩擦力F以及线圈作用在针上的正压力N。的大小。tangi『：三(4-2、N4 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价0．5QCOs6O．5QC0s6圈4—8线幽在针古上的状态当已知沿纱线倾斜方向的牵拉力为Q时，则作用在每根圈柱上的力为0．5Q，此力在截平面上的分力为0．5Qcos6。为了求得F与N。，在针杆截面上离№为口角处取一da角度的线段，则删=2xo．5Qcos8sin害由于da很小，因此dN≈0．5Qcos#da微段摩擦力dF=出W=O．SQ／』cos#da式中Ⅳ为纱线与成圈机件之间的摩擦系数总摩擦力F=0．5Q-cos6da=0．50u庐cos万式中西为纱线与针舌杆之间的包围角由于dNR=dNcosa：O．5Qcos#cosada因此NR=2x0．5Qc。s占fc。s耐口=Qcos#sin善可得脚2惫2誊沿s，由于针舌本身与针杆存在一定夹角皖，所以最终可得套圈时线圈平面与水平方向所成的角度(J+芪)为(占+arctan簧警)8mi 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价2．2．2．3套圈阶段存在纱线转移的织针的确定线圈在形成过程中是有纱线转移的，因为玻璃纤维摩擦系数大，不利于转移，所以假设弯纱时每枚织针上的线圈扩张所需的纱线量只能从相邻左右两枚织针上的线圈转移过来。下面以本实验所用的国产11号横机为例，具体分析织针下降过程中处于同时套圈时的相邻织针的状态，如图4-9所示：图4-9织针下降过程的各个状态耗费纱线较多的位置应该是处于针钩处，根据几何关系可得线圈同时位于针钩上的织针数n为：吃n：tan7d(4-4)式中7为成圈三角角度，ho如图4-9所示，为针钩最大处距针舌根部距离，d为两相邻织针之间的距离。经实际测量，得到：h。=4．Imm7=52。d=2．34姗代入公式(I-4)得n=1．37另外dtany=2．34tan520=2．995(衄)即两相邻织针对应点之间的垂直距离为2．995mm因为4．卜2．995=I．105<2．995，所以除了处于针钩最大直径处的一线圈外，在针钩上还有一只线圈。从图4-9中可以看出，织针1上的线圈处于针杆上，织针2上的线圈处于针钩上。但不是针钩直径最大处，织 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价针3上的线圈处于针钩直径最大处，织针4上的旧线圈已脱圈。由图4-9织针下降时的线圈状态可以进一步设定：处于织针1左边织针针杆上的线圈长度是正常的，织针2上的线圈处于扩张状态，它从织针1上转移了纱线，并使织针l上处于针杆上的线圈抽紧。织针3上的线圈扩张最厉害，它在前一阶段已从左边一枚织针上转移了纱线，这时由于左边一枚织针也已扩张抽紧，所以它扩张的纱线大部分来源于刚刚脱套的右边一枚织针上的旧线圈，并使其抽紧。综合考虑以上分析，可以判断在所做的假设条件下，套圈阶段共有1、2、3和4四枚织针发生纱线转移，最小线圈长度是由这四枚针上旧线圈平均得到。下面分别估算这四种状态的线圈长度。2．2．2．4线圈处于针杆上线圈处于针杆上的情况如图4—10(a)所示，图4—10(b)为(a)中三角形oD嘎的放大，NG垂直于002，NH垂直于DO。。DH(a)(b)图4一lO线圈在针杆上的结构形态首先引入一些参数常量和变量如下：d——相邻两织针之间(或相邻两栅状齿之间)的距离，哪；卜—针头下方针杆截面两端圆半径，姗；r。——纱线截面半径，mm；II卜——针槽壁厚度的一半，硼；b——针头下方针杆截面两端半圆中心点间距离(即0,0。)，mm。O 第四蕈玻璃纤维纱线可编织性的评价有资料显示，当线圈长度最小，牵拉力比较弱，套圈时上一横列拉紧线圈的弧可以到达针钩宽度的中间，而正常的线圈与牵拉力，它的拉紧程度显著减小，一般到针杆直径⋯。本课题由于采用的是玻璃纤维纱线，编织过程中张力较大，牵拉力如果过小，必然不旎顺利编织，所以图4一10中，套圈时上一横列拉紧线圈的弧不会到达针钩宽度的中间。为了使模型具有一致性且计算方便，假设针钩或针杆截面圆直径处与旧线圈、旧线圈与新线圈的接触点在一直线上，即C、E和也三点均在一直线上，D为直线CE与纱线中轴线的交点，且将这一直线上的线段Dc的长度近似等于纱线半径。F为DC延长线与栅状齿边沿线的交点。艰据三角形的相似性(oN。-相似f002D)孺器=署其中：OIN=r+roD2D=r+3ro代入0IⅣ、ON、cr+。d虹m善也。s善：r+LJ二式可变为：、／ij；j丽sin(妒--2-arctanr+b3巴)2r+r。从上式确印㈣访丽雨r+ro露+咖熹0)～V下J’o，卞”⋯’根据几何关系可得：MN=0．5西(r+to)所以又N。=厮=、／；i=_=j；=_=j：：：码M。=MN+N。=。．5(r+ro)+b2+[r+3ro-(r+ro)sin詈]zDP=撕尹丽=4—(r+ro)z+(0．5d—-m-r-3ro)2PS=m+r三，口二2生：盐瞄a．2咖鹏p2却∞甜驴 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价因为线圈的圈柱倾斜，与针杆方向成一夹角6所以最终的线圈长度L：2(MD／cos6+DP+PS)=2{o．5姜(r+rD)+乒2+【r+3州rⅧs．m争／cos6+2√(r+‘)2十(o．5d-m-r一3‘)2+2m(其中6：”ctan旦罂)(4—5)siIl里2经实际测量，得到具体的参数值为：r=O．35r。=O．2lⅣ=O．42b=O．74m=O．26(单位：mm)将这些实际参数值代入公式(4-5)计算褥线圈长度L=5．039mm。2．2．2．5线圈处于针钩上(并未达到最大针钩处)线圈处于针钩上，但还未达到针钩最大处时的线圈形态如图4—1l所示。这里的R为针舌轴上方的针钩背的截面圆半径，r’表示针舌杆截面外端圆半径，b为图中0,0。的距离。线圈长度计算过程如下：(a)(b)图4-Ii线圈处于针钩上(未达针钩最大处)的结构形态采用同上一节的计算方法，得到：坤c删抽南urctanMb屹， 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价MD=0．5矿(，t+％)+b2+JR+3ro--(r"+ro)$iB善]2DP=√(置十‘)2+(o．5d-m-g-3ro)2PS=m根据上面2．2．2．2小节的分析，由于针舌本身与针杆存在一定夹角60，所以可得线圈平面与水平方向所成的角度为(8+80)。那么线圈长肛2[面AI丽D+DP+PS]，其中6-arcta“器泠6)上述式中b还未知，需计算出线圈处于针钩的具体位置，由于只是确定b值，为考虑方便，可将线圈视为无倾斜，见图4-12。KW为针钩最大处，JT为需要研究的线圈位置。KJA图4_12线圈处于针钩上的位置(未达最大处)由于实际针舌并非如图4-12中Aw所示的直线形，而是有些弧度的，故通过实测JI的长度来获取b值。根据前面2．2．2．3小节分析可知KJ=2．995mm，所以找准J点位置后可直接测量JI长度，再减去针钩背的截面圆半径和针舌杆截面圆半径后，得b=1．02ram。另外又测得R=O．23mm5产0．239，．=O．1锄将这些数值代入公式(4—6)，计算得此时线圈长度L=5．437mm。2．2．2．6线圈处于针钧最大处线圈处于针钩最大处时，纱线被扩张得最厉害，线圈长度也是最大，其结构形态如图4一13，其中，针舌的顶端只是一薄片，它的厚度为t。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价D02bOt0(a)(b)图4-13线圈处于针钩最大处的结构形态用和上述相同的方法可得：≯=2∽sill——R+t胃+r04(R+3t甭+arctan志)o)2+62K+j毛MD=0．5烈R+t+ro)+b"+[3ro+R-(R+t+ro)sin譬]2DP=√(置+‘)2+(o．5d一3to一胄一m)2PS=，打所蝴长扯z[若％咖稍j其邮．ar咖“器洚6)经测得：t=O．1mm，同时代入其它参数可得线圈长度L=7．2468mm2．2．2．7剐脱掉的线圈线圈在套圈、连圈结束后脱圈，为了使线圈长度达到最小，假设刚脱掉的旧线圈紧紧套在新线圈上，并将其上一横列旧线圈收紧，如图4-14(a)。图4-14(b)为各个方向的剖面图。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价一州：A方向(a)NP：B方向PQ：A方向(b)图4-14剐脱圈的线圈结构形态从图4—14中可得：MN=r。+0．5Ⅱr。NP=丌ro+2rnPQ=0．5Ⅱro+O．5d-r0．4r。所以线圈长度L=2(心+NP+PQ)=4(Ⅱ一1)r。+d带入已知参数可得线圈长度L=4．14ram。2．2．2．8最小线圈长度的结果根据前面所做的分析和计算，可得四个状态的线圈长度的平均值，既最小线圈长度为L。=(4．14+5．039+5．437+7．247)／4=5．53(岫)本章第一节已经实际测试，得出了所能编织的纬平针最小线圈长度为5．57mm，可见理论估算的结果与此接近，与实际相符。2．3最大线圈长度的估算2．3．1最大线圈长度的估算方法由于玻璃纤维圈状拉伸时的断裂强力比直线拉伸时小，而在弯纱过程中随着弯纱深度的增加，纱线能增加很快，强力也随之增大，因 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价此最大的弯纱深度将直接取决于纱线圈状拉伸时的强力。所以在估算所能编织的最大线圈长度时，应从玻璃纤维圈状拉伸断裂强力来考虑。具体的估算方法如下：1．根据欧拉公式，从玻璃纤维圈状拉伸断裂强力求出纱线与成圈机件的最大包围角0；2．由此包围角估算出所能参加弯纱的针数；3．根据弯纱针数求出最大弯纱深度；4．从最大弯纱深度求出最大线圈长度。2．3．2最大包围角的估算，个根据欧拉公式可得最大包围角0=--"In÷，式中T。为输入张力，T∥1。为输出张力，在本实验中，T即为玻璃纤维圈状拉伸断裂强力，由第二章所做的相关实验结果可知T为38N(约为3877．69)。由于编织时的输入张力是波动的，比较难直接测定，故采用等效的方法。具体为：当输入张力最大时，挑线弹簧顶头最低点与导纱铁丝圈相平，所以采用相当重量的砝码用细丝线吊在挑线弹簧上，模拟纱线编织时的张力，使其与导纱铁丝圈相平。测出此时的砝码重量，即与实际输入张力值大致相当。经测定得到玻璃纤维纱线的输入张力范围为iObl59。当T。分别为lOg和159时，计算得纱线与成圈机件的最大包围角0分别为14．19和13．23。2．3．3同时弯纱针数的估算一定的弯纱针数对应一定的包围角，要求弯纱针数，可以先通过弯纱过程求出纱线与成圈机件的包围角总和的表达式，然后再根据已知包围角的大小，估算出同时弯纱的织针数。2．3．3．1包围角总和的表达式图4-15(a)表示弯纱过程中纱线与成圈机件的相对位置，纱线由左端输入，P和Q分别表示织针和针槽壁，(b)为(a)相对应的部分的放大。前人在此方面也做过类似的研究，但所建立的相对位置模型 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价忽略了织针针钩、针槽壁和纱线的尺寸，有的考虑到针钩和针槽壁的尺寸，但忽略了纱线的尺寸。本课题在研究时，同时考虑到织针、针槽壁和纱线的各自尺寸，并把处于不同弯纱位置的纱线和成圈机件的包围角纳入探讨范围，使此分析更趋于实际编织过程。另外，为了方便计算，将纱线的截面视为圆形，并将弯纱时纱线搁置的针槽壁顶端截面视为半圆状，G为半圆圆心。GC垂直纱线的中轴线交于C点，纱线的中轴线与针槽壁的中轴线交于F，CM垂直于针槽壁的中轴线。A为最大弯纱的织针的针钩顶端截面圆心，AD垂直于纱线的中轴线，DH垂直于针槽壁的中轴线，HD的延长线与最大弯纱的织针针杆的中轴线交于点B。FH!|f》，一气Vo，f＼if‘、l＼h—m—R一2r＼Il＼{{m如毕(a)(b)图4—15弯纱过程纱线与成圈机件的相对位置下面推导在弯纱过程中，纱线与主要成圈机件的包围角总和。首先需要引入一些参数，结合图4-15如下：N——同时弯纱的织针数，枚；ro——纱线半径，mm：m’——针槽壁顶端圆半径，mm：R’——针钩截面半径，ml； 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价d——两相邻织针闯的距离，mm；u——纱线与金属表面之间的摩擦系数；y——同时弯纱的织针针钩连线与水平方向的夹角，即弯纱三角与水平线的夹角；hi——弯纱过程中第i枚织针的弯纱深度(i从1到N，i=l时弯纱深度最大)，mm；n。——弯纱过程中，与h。相对应的织针上的纱线分别与织针针钩内壁和针槽壁的包围角(假设纱线与针槽壁和纱线与针钩内壁的包围角是近似相等的)；0——织针和机件的包围角总和(包括针钩和针槽壁)。根据几何关系，可以得到下面的关系式：BD=ADsinⅡl：(R‘+r。)sinⅡlAB=ADCOSⅡl=(R’+r。)COSⅡlGM=CGcosQl_(R’+r。)COSdlCM=CGsinal=(胛’+r0sindIFM=FG-GM=(m’+r。)／cosⅡ广(胁’+r。)COSⅡIFH=FG+GH=(掰‘+r。)／cosdI+hj一辫’一置’一Urn+(R‘+r。)COSdf根据相似三角形(三角形FMC相似于三角形FHD)可得：CMFMHDFH将cM、FM和FH代入上式可得：HD：=．c．o．．s．．c．t．．,．[．(．m．．．"．+．．．r．o．)．．／．．C．O。．S。．a。．．,。+，．．h．1．．-—．．m—．．"．-．．R．．．"．-．．．2．．r．o．．+．．．(．R．．．"+．．．r．o．．)．c．．o．．s．．c．t—t—]slnq又BD+HD=d，将BD和HD代入可得：dsindl+(m’+R‘+2r。一hi)COSⅡI_R’+m’+2r。上式可转换为：√孑r；ixIi磊ij而sin(a,+arctan!∑三学)=月’+m’+2，D可得：60 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价喁：arcin]堡兰些丝一坠堕鱼生(4-7)arcslnarctan吼2—F。======；==兰===一一———————』—o1√d2+(R’+m"+2to一^)2d因为tan／=／EoEO：—(2N_-1)d所以弯纱深度啊=掣dtaIl，(4—8)需要明确的是此时的弯纱深度是N根针完全弯纱时的深度，只要当弯纱三角再往下运动时，就有N+l根针在弯纱了，但并没有达到完全弯纱量。又址墨一idtany；掣d触yi：l，2．．．N(4嘞进而珥：arcinarcsln一．堡兰竺兰!垒+arctan垒=墨『二竺l二!蔓，皿=—’==============i；====+—￡———————————o，‘√d2+(RI+肌。+2ro一^)2di=l，2，⋯N(4-i0)由图4一15，纱线是从左端输入的，假设在最大弯纱深度点(图中为B点)时，纱线的弯纱张力与回退张力达至Ⅱ平衡，所以总包围角e的计算式如下：当N=I时，口=弛当N>l时，8=2aj+4∑q(4—11)将公式(4—7)、(4—9)和(4—10)代入公式(4-11)得纱线与成圈机件的包围角B表达式为：当N=I时，口=2(aresin当N>I时，占=2(arcsin6l 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价“姜c一如了i霖ii竺兰鞫+一tan兰兰兰兰竺掣，i=2。3，⋯N(4—12)2．3．3．2同时弯纱针数的估算由于公式(4-12)比较复杂，直接根据0求出确定的N比较困难，赦而这里先给出从1开始给出不同的N值：1、2、3、4和5，然后由公式(4一12)计算出相对应的包围角B、岛、岛、暖和岛，再由圈状拉伸的断裂强力估算出的包围角0，确定其在由公式(4—12)得到的哪两个包围角之间，从而相对应可以得出同时弯纱的针数范围。R’=O．23ramd=2．34ramy=52。代入公式(4-12)得到如表4-1的结果。表4-1同时弯纱针数与包围角的对应关系I同时弯纱针数l2345Ll包围角口1．2664．94610．07815．64621．41根据2．3．3的结果：当T。分别为lOg和159时，纱线与成圈机件的最大包围角p分别为14．19和13．23，可见这两个值均在同时弯纱针数为3和4所对应的包围角范围内，因此可以确定，当用手摇横机编织纱线B时，在正常的输入张力情况下，同时弯纱的最多针数在3和4之间。2．3．4线圈长度的估算为了计算方便，将纱线在最大弯纱时的形态简化为如图4·16所示。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价图4-16弯纱时的线圈结构其中，0为针钩截面圆的圆心，ON垂直于纱线的中轴线，垂足为N，oB垂直于栅状齿平面，B为垂线与栅状齿表面的交点，oB与纱线右表面交于点A。利用几何关系得出：AB；OB—OA：一dR"+2ro—mt2cosBC=h—R’一2to所以taIl口：三业：二堡；d兰R!旦"+12翌r。m"’cosBCh-R"-2ro化简变形得：舻=arcsin由图易看出：叉MN=坳-I-DNNP=(R’+％)伊MQ=吉砩MD=(R。+ro)tan妒一d—m·+黜tan——2————一h-R"-2ro 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价DⅣ：—h-R—"-2roCOSp所以线圈长度上=2(MN+NP+MQ+m)即L：2×[．(R"+ro)sin妒+h-R"-2ro．+(胄t+，0)P+昙石％+小1COS口Z(其中伊=arcsin—d—m．——一十卸_ctaIl——2——一)(4—13)h-胄。一2to由表4—2可知，在实际所测定的输入张力下，最大弯纱织针数均在3～4之间，那么在此输入张力下的最大线圈长度也必然在弯纱织针数分别为3和4时的最大线圈长度之间。当N=3时，根据公式(4—8)可得：^：堡型=!!dtany：7．488(咖)2将它和其余的参数值代入公式(4—13)计算得：最大线圈长度L为15．6rm。同理可得N=4时的最大线圈长度L为21．37m。所以当正常的输入张力lO～159下，可编织的最大线圈长度在15．6mm与21．37m之间。通过实际编织后拆散测出的纬平针组织线圈长度最大值为8．84姗，此时织物中的纱线仍有一些强力。该值与理论估算出的最大线圈长度差异比较大，主要有三个原因：1．当线圈长度为该值时，纱线并不是完全没有强力，否则根本无法编织，从而也无法测得拆散后纱线的线圈长度，所以实际编织的最大线圈长度值还要再大一些；2．本实验根据圈状拉伸的断裂强力估算最大线圈长度，而纱线弯纱时还要受到旧线圈的牵拉力和与机件之问的摩擦，有可能在远未达到圈状拉伸断裂强力时，就已经断裂或强力几乎损失而无法继续编织；3．纱线在弯纱结束时会有相应回退，且在弯纱过程中也是有纱线转移的，故线圈中的实际纱线量减少。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价第三节从成圈机件的磨损对玻璃纤维可编织性进行的评价目前，国际上已有一些学者用织针(针踵)的磨损程度和织针的断裂数目来评价高性能纤维的可编织性。在本实验中，同样对织针和成圈三角的损伤作了一定的分析。3．1编织过程中织针的磨损国外学者从织针断裂的数目着手，得出用玻璃纤维纱线进行编织难度较大的结果。本实验过程中，实际上织针断裂(包括针踵和针钩断裂)很少发生，编织约100小时时，断裂数目约占所用织针总数的1％。但织针各部位磨损变形较为厉害，如图4-19(a)和(b)，分别为编织玻璃纤维纱线对织针针钩和针舌造成的损伤照片。(a)(b)图4．19编织玻璃纤维过程中织针的损伤图4—19(a)中针钩上翘和针舌偏斜是由于旧线圈受到定幅牵拉梳牵拉对针钩和针舌作用，以及编织时较大的编织张力造成的。因为玻璃纤维纱线摩擦系数较大，为了克服纱线与织针之间的摩擦力，避免退圈时，旧线圈随织针一起上浮，需要施加的牵拉力比编织普通纱线大，在弯纱阶段针钩承受较大的拉力，在退圈和套圈阶段，针舌需承受线圈在扩张时较大的张力，长时间下来，就会出现少数针钩就会有上翘趋势，或者针钩与针舌错位。前者织针完全报废，后者织针用于编织普通纱线也没有什么问题，但编织玻璃纤维纱线则会经常出现漏针现象，影响编织顺利进行，可以说，织针基本失效。失效的织针数约占整个工作织针数的5％。 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价3．2编织过程中成圈三角的磨损前面分析了编织玻璃纤维时，对织针的损伤情况。除了织针外，编织过程中对三角的磨损也比较厉害。图4—20所示的为成圈三角上的成圈片的磨损情况。此成圈片与成圈三角固装在一起(整体可视为成圈三角)，织针针踵沿着其表面运动。在编织玻璃纤维过程中，三角必须对织针针踵施加更大的作用力才能进行顺利的编织，这就加剧了针踵对成圈片表面的磨损，长期积累就会在成圈片底部产生～道道的针踵痕迹。图4—20成圈片的厝损长期编织普通纱线时，也会出现这些磨痕，但不影响正常编织。当编织玻璃纤维纱线，这些磨痕出现要快得多。另外，编织玻璃纤维的张力较大，织针由于受到纱线的牵拉作用。在弯纱结束后会有稍许回退，当进行下一横列的起针编织时，针踵位置将会稍高于成圈三角底端。如图4-20，成圈片中数字“l”所标注的一侧平面与即将起针的运动织针针踵相接触。由于其表面有一定的斜度，所以可以克服纱线对织针的牵拉力，将针踵压下，使其沿着成圈片底端到达起针三角上。但这一过程长期下来以后，成圈片底端平面“l”也会有稍许松动变形，而使得以后的起针变得困难。当不更换成圈三角片，只换用普通纱线编织时，不会对纱线编织产生负面影响，可见编织玻璃纤维纱线时，成圈机件的磨损速度加快，从而可以看出，玻璃纤维的编织难度较大。本章结论通过对不同线密度的玻璃纤维纱线编织成不同组织后的纱线强力损伤率的分析，可以得到以下结论： 第四章玻璃纤维纱线可编织性的评价1．玻璃纤维纱线织造后的强力损伤率与编织时的弯纱深度或织物的线圈长度有着密切的关系，并存在一个最佳的线圈长度值。2．Ixi罗纹的纤维损伤率最低，且在线圈长度最佳值附近，将纤维损伤率控制在合理的范围内比较容易实现。是理想的组织结构。平针比满针罗纹稍微低一点，在对组织没有特殊要求的情况下，常选用lxi罗纹，应尽量避免选用满针罗纹。3．纱线不同，其纤维损伤率随线圈长度的变化也不同，捻度较低，单纤直径较小的纱线易于编织，且织后纤维损伤率较小。4．以上关于玻璃纤维纱线的这些性质是其所独有的，普通纤维纱线不存在类似的特点。另外，通过对成圈机件的观察发现，编织玻璃纤维纱线更易造成机件如织针和成圈三角的磨损，从而说明编织玻璃纤维纱线比较困难。 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织要使复合材料在大规模工业领域和民用工程中得到广泛应用，有必要使得复合材料增强织物形成产业化。目前，国内外纬编横机针织领域都大量引进电脑横机设备，以提高生产效率和产品质量。同时由于本课题前期使用的手摇横机不能对牵拉力、编织速度等参数进行具体的定量研究，所以本章将采用电脑横机对玻璃纤维可编织性进行进一步探讨，得出合适的编织工艺。第一节电脑横机的简介“83“1本课题使用的电脑横机为德国STOLL公司的CMS303TC机型。该公司制造的CMS系列电脑针织横机显示了针织结构与设计技术的完美结合。1．1c避系列主要编织极件及其三角系统1．1．1舌针CMS系列首次选用带弹簧针舌的舌针。针舌设计为专利，能确保针舌打开，减少漏针，在翻针时，接圈的针舌肯定打开，使翻针稳定不会脱圈，更重要的是可防止针舌撞纱嘴，使织针消耗降低70％。1．1．2沉降片采用了具有专利技术的可控沉降片，沉降片位于针床齿口部分的沉降片槽中，当退圈时，两针床上的沉降片闭合，握持住旧线圈的沉降弧，防止旧线圈上浮，可起到牵拉和握持的作用，比早期的压脚好。1．1．3三角系统机头内可安装一至多个编织系统，对于四个以上系统，机头可分成两个或合并为一个。每个系统的工作是独立的，且工作与否取决于编织工艺和程序设计。尽管三角系统的性能非常先进，但其结构却比较简单。1．2机器控制台1．2．1触摸控制技术——rc目前STOLL公司所有CMS系列横机均采用先进的触摸控制技术。68 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织屏幕显示采用国际通用的图形标志来表示各个菜单，屏幕还能够清晰地显示当前的编织状态。1．2．2先进的图案设计系统其花型准备系统应用了亲和性极高的视窗界面操作系统。其图样程序使用操作入员的语言。对于全成型编织，程序能够编制生产全成型织物的程序。1．3其它技术特点采用双位无磨损电子选针技术，每一系统具有三路编织技术，不因停电而造成废品，该选针器为专利．使用永久磁铁直接选针。活性大，品种变化多样，根据市场变化品种翻改，可任意调换针板、织针，移动针床达Icm(4英寸)，在同一横列中允许有8个不同密度，采用分针技术，可使花型结构更加完美。第二节电脑横机编织工艺根据在手摇横机上的实验结果可知，当编织参数一样时，纱线A的纤维损伤率较小，即可编性较好，故选用纱线A在电脑横机上编织。本实验采用的组织结构为纬平针。2．1线圈长度的确定由前面的编织经验可知，线圈长度相对较小时可使玻璃纤维的损伤控制在较小的范围内。手摇横机(机号为11)的纬平针组织的最佳工艺范围是0．6cm左右，由于本实验所使用的电脑横机机号为12，经实测得织针直径与手摇横机的织针直径相接近，所以参考手摇横机的线圈长度，经过几次试织、线圈长度测量和表观毛羽观察，将弯纱三角的高度选定为NP=IO．8，相对应的线圈长度约为0．56cm，这一线圈长度值基本使得纤维损伤控制在较小的范围内。这里NP是STOLL电脑横机上的表示弯纱三角位置的参数，其值不代表实际的具体线圈长度，而是与一定的线圈长度相对应的一个数值。 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织2．2导纱系统的改进在STOLL电脑横机上，纱线从纱筒到编织区域需经过很长的走纱路径，如图5-1(a)所示。纱线从纱筒l经过导纱环2，进入纱线控制装置3，然后经由积极送纱器9和左右侧张力器8到达导纱器7再进入编织区域。由于纱线与机件之闯的接触点较多，且玻璃纤维摩擦系数较大，将会产生很大的摩擦力，使得纱线到达导纱器进入编织区域的输入张力也很大。(a)(b)图5-1STOLL电脑横机上的原导纱系统由于玻璃纤维玻璃纤维摩擦系数很大，在图5—1(a)的积极送纱器9上很容易造成纱线输入过量而乱纱，因此采用横机上原有的导纱系统编织时，不用积极送纱器，其它走纱路径一样，具体如图5-1(b)所示。即便这样，纱线到达导纱器进入编织区域的输入张力也很大。爽了缩短走纱路径，减少纱线与给纱机件之间的包围兔，本实验另外设计制作了一个纱架，如图5-2所示。此纱架仍然使用原来机器上的纱线控制装置3，省去了积极送纱器9和左右侧张力器8。纱线从纱简上退绕下来，经过纱线控制装景，直接从机器侧门穿过，到达导纱器，然后进入编织区域，这样大大减少了走纱路径。 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织图5-2改进后的导纱系统分别采用图5-1(b)和图5-2所示的两种导纱系统，将决定线圈长度的NP值定为10．8，在其它编织条件也完全相同的情况下，所编织成的纬平针织物中的纱线强力损伤率如表6-1所示。袭5-1采用两种导纱系统后的纱线强力损伤率对比导纱系统种类采用原导纱系统采用改装后的导纱系统I纱线强力损伤率％27．4520．34表中数据显示，采用改装后的导纱系统编织的织物的纱线强力损伤率要比原导纱系统低近26％。这是因为前者大大减少了纱线与机件之间的接触点，即便在很大的摩擦系数的条件下，也能使输入张力不至于过高，可见减少玻璃纤维纱线的走纱路径是提高其可编织性的有效措施。2．3牵拉张力的确定本实验使用的CMS303TC电脑横机带有可控沉降片，在局部立体编织时可替代牵拉辊进行辅助牵拉，但对于玻璃纤维这样摩擦系数和弯曲刚度都较大的纱线来说，仅靠沉降片的握持是难以正常编织的，必须同时使用牵拉辊牵拉。该机器可以对牵拉张力进行灵活的调节，弥补了手摇横机上不能对牵拉张力进行精确测定的缺陷。牵拉用劂表示，无单位，其值也不是实际牵拉张力的大小，但与一定的牵拉张力相对应。实际编织时，线圈长度仍然定为NP=IO．8，采用改进后的导纱系统。71 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的犏织变化牵拉张力进行试织，结果发现牵拉硼为0．5时，织物会有小部分随着织针退圈而上浮，且机器系统会提示牵拉马达转动太慢，不支持编织。故将牵拉张力删设置为大于1．0。而当牵拉张力大予6．0时，织物的毛羽过多，且编织过程中会发生纱线断裂，影响顺利编织。综合考虑各种情况后。最终取牵拉张力分别为L0，2．0，3．0，4．0，5．0，6．0进行编织，再用同第四章的拆散拉伸方法，得到相应的纱线强力损伤率，其结果如图5—3所示。图5-3纬平针织物中牵拉张力与纱线强力损伤率的关系从图5—3中的曲线可知，在正常编织范围内，随着牵拉张力的增大，纱线强力损伤率也增大。当牵拉张力较小时(嘲<3)，珑着牵拉张力的增加，纱线强力损伤率FDP增加的幅度不大，删每增加1，FDP实际增加的平均值约为2．5％。当牵拉WM>3时，FDP增加的幅度相对较大，wM每增加l，FDP增加5％以上。笔者认为产生这样结果的原因是：玻璃纤维纱线在针钩上弯曲或纱线之间钩结弯曲，当受牵拉时，与针钩接触的纱线内测的纤维或两根纱线钩结接触的内测纤维弯曲曲率最大，由于玻璃纤维的脆性，它们最易达到断裂强度而断裂，当牵拉力较小时，外测纤维虽然同时受到拉伸和弯曲，但由于曲率半径稍大而恰好没有断裂；当牵拉力较大时，内测纤维断裂之后，外测纤维也由于承受不了此牵拉力而断裂，同时由于内测纤维的断裂，外测纤维渐渐移至内测，也加剧了外测纤维的断裂，所以当牵拉力增大时，纱线强力损伤率的增加幅度也变大。 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织2．4机速的控制电脑横机的正常机速高于手摇横机，这样可以大大提高产品的生产效率。本实验所用电脑横机的机速最高可达1．Om／s，但是在编织玻璃纤维纱线时，并不能采用这样的高机速。因为机头在换向时，需要及时地吸收余线，由于玻璃纤维纱线摩擦系数大，多余的纱线在回收时由于较大的摩擦力和纱线本身较大的重力而不易被挑线弹簧很快回弹吸收。若此时机头回转速度太快，纱线将垫不到针舌上，造成布边漏针，一旦布边漏针，玻璃纤维由于弯曲刚度较大，纱线力图伸直，很容易波及到周围的线圈，造成脱散和变形，尤其是单面纬平针组织。虽然可以增大挑线弹簧的张力来增大挑线力度，但这样势必造成输入张力的增加，所以还是采用适当减小机速来解决这一问题。根据实际编织经验，机头速度一般设定为0．3～0．4m／s，同时应将导纱器距离布边的距离设置得较小。2．5电脑横机可编织性的优势分析电脑横机上编织的纬平针织物的纱线强力损伤率最低为17％左右，而在手摇横机上编织的纬平针的纱线强力损伤率最小为25％左右，前者比后者降低了约32％。经分析，主要原因在于：1．电脑横机织针的表面比手摇横机织针的表面光滑，摩擦力较小，从而编织张力较小。2．手摇横机上不带沉降片，牵拉系统完全是通过定幅梳栉和牵拉重锤完成的，要使旧线圈顺利退圈，只得适当增大牵拉力，而电脑横机上装有可控沉降片，起到牵拉和握持的作用，这样就可以大幅减小牵拉力，从而使纤维损伤减少。本章结论由于电脑横机可对各编织参数进行定量控制，所以可以制定出比较详细的编织工艺。对于纬平针组织，编织工艺如下：1．线圈长度相对较小，可设定为NP=IO．8；2．输入张力要较小，可通过侧面安装纱架直接输入纱线来减少走 第五章玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织纱路径；3．牵拉力对纱线强力损伤率有较大影响，在保证正常编织的前提下应尽量小，可设置为删=1．0；4．机头速度不能过大，可设置为0．3～0．4m／s。74 第六章总结本课题对玻璃纤维纱线针织可编织性进行了实验和分析研究。通过试织多种组织结构，分析探讨了玻璃纤维纱线在手摇横机上的编织工艺，并对所编织的织物进行了尺寸性能和线圈形态的研究。分析讨论了玻璃纤维纱线编织过程中纤维的损伤程度和对编织机件造成的磨损，并估算了能够正常编织的线圈长度范围。在参考手摇横机编织工艺的基础上，在电脑横机上对编织参数进行了具体的定量设置。综合上述研究，得到以下有关结论：1．玻璃纤维纱线的弯曲刚度和摩擦系数比普通纱线的要高很多。在手摇横机上编织玻璃纤维纱线时，可以用普通纱线起头以确保玻纤的顺利上线编织，并尽量使针织元件表面平整光滑，以减小玻纤与其表面的摩擦防止钩丝断裂。在无特殊要求时，尽量选用低机号横机编织，以此来提高玻璃纤维纱线的圈状断裂强度和线圈效率。弯纱深度和给纱张力对玻璃纤维的编织均有很大影响，为了减小弯纱时玻璃纤维纱线的张力，应将弯纱深度控制在适当较小的范围内，同时在保证挑线弹簧能够充分吸收机头换向时产生的余线的条件下，使给纱张力尽可能小。此外，为了能够顺利退圈和不使纱线因牵拉过大而断裂，牵拉力必须适当增大，但不能过大。2．对织物尺寸性能的研究表明，玻璃纤维织物干松弛十天后处于稳定状态，横向伸长变化的顺序为：ixl罗纹>满针罗纹>纬平针>罗纹空气层>半哇编：纵向收缩变化的顺序为：Ixl罗纹>满针罗纹>罗纹空气层>纬平针>半畦编。织物纵横密均与线圈长度的倒数里正线性相关关系，直接回归方程都包含有一个截距，玻璃纤维因摩擦系数较大，能量趋向最小的过程受到摩擦阻力的制约更加突出，使得有些截距的绝对值相对比较大。不同组织的实际纵横密随线圈长度增大而减小的速率不同。横密为：罗纹空气层>半畦编>ixl罗纹>纬平针>满针罗纹；纵密为半畦编>ixl罗纹>满针罗纹>罗纹空气层>纬平针。3．从对玻璃纤维织物中线圈结构形态的研究可知，纬平针、罗纹空气层和半畦编的cJw。值均大于l，即圈高小于圈距，线圈是粗短的； 第六章总结满针罗纹和Ixl罗纹的c．／w。值小于l，即圈距小于圈高，线圈是细长的。纬平针组织结构几乎没有什么特殊的扭曲或歪斜，而罗纹组织中的线圈有比较明显的左右歪斜现象，且织物存在着无规则的表面不匀。罗纹空气层线圈因结构中存在着单面平针组织，使得左右歪斜现象有所改观。半畦编组织由于存在集圈，所以有非常明显的线圈纵行倾斜。4．不同线密度的玻璃纤维纱线编织成不同组织后的纱线强力损伤率的分析显示，玻璃纤维纱线织造后的强力损伤率与编织时的弯纱深度或织物的线圈长度有着密切的关系，并存在一个最佳的线圈长度值，且此值偏小。ixl罗纹的纤维损伤率最低，且在线圈长度最佳值附近，将纤维损伤率控制在合理的范围内比较容易实现，是理想的组织结构。平针比满针罗纹稍微低一点，在对组织没有特殊要求的情况下，常选用Ixl罗纹，应尽量避免选用满针罗纹。纱线不同，其纤维损伤率随线圈长度的变化也不同，捻度较低，单纤直径较小的纱线易于编织，且织后纤维损伤率较小。而且关于玻璃纤维纱线的这些性质是其所独有的，普通纤维纱线不存在类似的特点。5．预测玻璃纤维纱线能够正常编织的线圈长度范围时，最小线圈长度可以根据织针尺寸进行纯几何估算，同时需考虑纱线转移，估算结果与实际相接近；最大线圈长度通过纱线的拉伸断裂强度来估算，结果偏大，所以机器可编织的最大线圈长度范围基本不会超出估算的最大值。6．通过对成圈机件的观察发现，编织玻璃纤维纱线更易造成机件如织针和成圈三角的磨损，从而说明编织玻璃纤维纱线比较困难。7．电脑横机可对各编织参数进行定量控制，所以可以制定出比较详细的编织工艺。对于纬平针组织，编织工艺为：线圈长度可设鼍得相对较小，一般NP=IO．8；输入张力要小，可通过侧面安装纱架直接输入纱线来减少走纱路径，从而减小编织张力；牵拉力对纱线强力损伤率有较大影响，在保证正常编织的前提下应尽量小，可设置为WM=I．0；此外机头速度也不能过大，可设置为0．3～O．4m／s。 第六章总结本课题在研究掌握高模量纤维的可编织性时，也存在一些不足，需要在以后的工作中加以完善。可以从以下几方面进一步深入研究：1．玻璃纤维纱线原料范围更广一些，可以选用更多不同单纤直径的纱线加以研究。2．本课题在纱线捻度对编织性的影响方面的研究还不够深入，可以加强对纱线捻度的考察，采用只有捻度不一样，其它参数完全一样的纱线进行实验分析。3．增加更多的组织结构，例如衬经衬纬组织、三维纬编结构，加强玻璃纤维纱线在电脑横机上的编织技术，从而更全面地掌握玻璃纤维纱线的编织性能。 参考文献[1]中国腐蚀与防护学会主编，李国莱等编著．合成树脂及玻璃钢．第二版．北京．化学工业出版社．1995[2]焦亚男。李嘉禄，董孚允．针织复合材料的力学性能．纤维复合材料．1999，3[3]姜永凯．高性能纤维的现状及应用．棉纺织技术．2000，28(6)：6-9[4]DewaitLP＆ReichardPR．Justhowgoodareknittedfabrics．JReinf．Plast．andComp．，1994。13(10)：908—917[5]札WL，HamadaH＆MaekawaZ，Computersimulationofthedeformationofweft—knittedfabricforcompositematerials．J．Text．Inst．1994，85(2)：198—214[6]石伟林译．高性能纤维．国外纺织技术：化纤、染整、环境保护分册．1996，5-7[7]高曙中．高科技纤维在产业用纺织品中的应用及发展趋势．纺织导报．2003，No．3：60，63，64[8]邱冠雄．现代产业用纺织物的纤维原料开发．针织工业．1997，5：5-10[9]张建译．针织碳纤维的应用．技术纺织品．1995，20—22[10]丁传伟．高强和高摸量粘胶纤维发展的主要阶段．国际纺织品动态．1993(4)：29—3l[111郭永强．高强度高模量化学纤维的性能及应用．济南纺织化纤科技．1998，I：I-4[12]龙海如，玻璃纤维横机针织物编织工艺探讨．针织工业，2001，(6)：37～39[13]龙海如．纬编针织物增强复合材料力学性能研究．东华大学博士学位论文．2002：9[14]沈大奇杜继烈．摩擦系数对真丝编织性能的影响．西北纺织工学院学报．1995。9：248-252[15]杨彩云，李燕华．捻度对芳纶断裂强神的影响．天津纺织工学院学报．1998，17(1)：61—63[16]K．W．LauandT．Dias．Knit"tabil时ofHigh-modulusYams．J．Text．Inst．199485，No．2[17]s．Savci．J．I．CuriskisandM．T．Pailthorpe．I