捻度與合股數(shù)對(duì)紗與紗磨損耐磨性的影響

武昊巖,謝光銀,張一心

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710048)

耐磨性是紡織品的一個(gè)重要測(cè)試指標(biāo)[1],對(duì)紡織品的耐磨性測(cè)試遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)及方法[2－3],測(cè)試結(jié)果與測(cè)試儀器有很大關(guān)聯(lián)。各種耐磨性測(cè)試儀器之間存在一定的相關(guān)性,但各耐磨儀對(duì)紗線(xiàn)耐磨性能的評(píng)價(jià)存在差異,ZweigleG552和LFY-20高度相關(guān),而Y731和其他儀器的相關(guān)性較差[4－5]。不同的紡紗方法會(huì)造成紗線(xiàn)耐磨性的差異,并且在集聚紡、賽絡(luò)紡、集聚賽絡(luò)紡這樣一些環(huán)錠紡紗新技術(shù)的紡紗過(guò)程中,集聚和并合作用都能提高紗線(xiàn)的耐磨性[6]。耐磨性是織物服用性能的一個(gè)重要指標(biāo),不同種類(lèi)織物的耐磨性差異很大[7－9],但都與紗線(xiàn)本身耐磨性和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[10－13],其中紗線(xiàn)線(xiàn)密度和捻度是兩個(gè)重要因素[14－15],可見(jiàn),從紗線(xiàn)捻度和線(xiàn)密度入手進(jìn)行紗線(xiàn)耐磨性的研究對(duì)紗線(xiàn)以及織物都具有重要的意義?，F(xiàn)有的紗線(xiàn)耐磨性測(cè)試都是以紗線(xiàn)與外界物體摩擦的耐磨壽命為基準(zhǔn)的,然而織物中紗線(xiàn)磨損的形式不僅是與其他物體的摩擦,更多的是相互交錯(cuò)的紗線(xiàn)間的摩擦。對(duì)這種紗線(xiàn)與紗線(xiàn)摩擦機(jī)理的研究尚有留白,因此本文構(gòu)建試驗(yàn)裝置,并通過(guò)控制變量法研究了捻度與合股數(shù)對(duì)這種摩擦方式的影響。

1 紗與紗磨損機(jī)理

織物的磨損是一個(gè)多因素的復(fù)雜過(guò)程。尤其在針織物的使用中,由于線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的存在,相互穿插交錯(cuò)的紗線(xiàn)滑移而造成紗線(xiàn)磨損,這種磨損是紗線(xiàn)與紗線(xiàn)之間的磨損,而非傳統(tǒng)紗線(xiàn)耐磨性測(cè)試中定義的紗線(xiàn)與外界物體的摩擦,將這種磨損形式稱(chēng)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(xiàn)耐磨性測(cè)試有一定區(qū)別。

紗紗磨損可以概括為兩個(gè)模型：(1)一根紗線(xiàn)不動(dòng),另一根與之交錯(cuò)的紗線(xiàn)做來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng),即一根紗線(xiàn)一定點(diǎn)與另一紗線(xiàn)一小段之間的摩擦,稱(chēng)之為“點(diǎn)段相磨”;(2)2根相互緊靠的紗線(xiàn)受到外力分別做自身縱向的往復(fù)運(yùn)動(dòng),造成2個(gè)紗段之間的摩擦,稱(chēng)為“段段相磨”。

2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

圖1即為自建試驗(yàn)裝置：點(diǎn)段相磨與段段相磨主視圖相同,其中,1、5為固定線(xiàn)夾,用來(lái)固定試樣,以防退捻;2為提供負(fù)重的砝碼;3為垂直擋板;4為定滑輪,用來(lái)接承動(dòng)力;5處的夾子尾接高強(qiáng)股線(xiàn),系在動(dòng)力裝置6即Y731抱合力機(jī)的金屬刀板上,機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)后,動(dòng)力通過(guò)夾子及股線(xiàn)傳遞,即開(kāi)始試驗(yàn)。

點(diǎn)段相磨裝置的左視圖見(jiàn)圖1(b),7、8為自由線(xiàn)夾,用7、8兩夾以及穿過(guò)且固定在兩夾尾的連接桿9來(lái)使紗線(xiàn)分開(kāi),砝碼2系在連接桿中點(diǎn);垂直擋板3防止試樣自由旋轉(zhuǎn)。

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

3 試驗(yàn)部分

選用純棉紗線(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 紗線(xiàn)基本性能

圖1 紗紗磨損耐磨性測(cè)試裝置

3.1.1 線(xiàn)密度測(cè)試

參照GB/T 6529－2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》,將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平衡狀態(tài);使用YG086型縷紗測(cè)長(zhǎng)器搖取200 m試驗(yàn)用棉紗,搖紗速度200 r/min;用電子天平稱(chēng)取縷紗質(zhì)量(g),精確至0.01 g,然后將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下用烘箱烘至恒定質(zhì)量,測(cè)量其干燥質(zhì)量(g)。

線(xiàn)密度計(jì)算公式為：

式中：Tt為線(xiàn)密度,tex;L為試樣長(zhǎng)度,m;Wk為試樣公定回潮率,%;md為試樣干燥質(zhì)量,g。

分別測(cè)10組試樣,測(cè)得試樣平均線(xiàn)密度為14.56 tex。

3.1.2 捻度測(cè)試

紗線(xiàn)捻度的測(cè)試方法主要有直接計(jì)數(shù)法、退捻加捻法。本試驗(yàn)選用一次退捻加捻法測(cè)定紗線(xiàn)捻度。

試驗(yàn)溫度(20±2)℃,相對(duì)濕度(65±5)%,使用Y331A紗線(xiàn)捻度儀,測(cè)試過(guò)程：將試樣夾于夾持長(zhǎng)度為250 mm的2個(gè)夾持器之間,限位長(zhǎng)度4 mm(防止因捻伸使紗線(xiàn)斷裂),預(yù)加張力按公式2計(jì)算。將試樣退捻并反向加捻直至回復(fù)原夾持長(zhǎng)度,讀取回轉(zhuǎn)讀數(shù)n,則試樣的捻度Tt=n/5(捻/10 cm)。

式中：F為預(yù)加張力,c N;Tt為紗線(xiàn)號(hào)數(shù),tex。

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

3.1.3 力學(xué)性能

根據(jù)GB/T 3916－1997《紡織品卷裝紗單根紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》,采用YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀,將紗線(xiàn)在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±2)%的條件下放置24 h后進(jìn)行拉伸斷裂性能測(cè)試。測(cè)試參數(shù)為：預(yù)加張力0.5 c N/tex,拉伸速度500 mm/min。

對(duì)20組試樣進(jìn)行測(cè)量,測(cè)得平均單紗斷裂強(qiáng)力為273.6 c N。

3.2 紗紗磨損耐磨性測(cè)試

探究捻度和合股數(shù)對(duì)紗紗磨損耐磨性的影響。目標(biāo)捻度范圍為110～150捻/10 cm,其中每10捻一個(gè)目標(biāo)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(duì)試驗(yàn)用棉紗進(jìn)行退捻再加捻制得目標(biāo)捻度的單紗試樣。單紗通過(guò)退捻加捻,先測(cè)出該段紗線(xiàn)捻度,記為A,目標(biāo)捻度記為B,試樣加持長(zhǎng)度為25 cm,則需要再反向加捻的捻回?cái)?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(duì)股線(xiàn)進(jìn)行加捻分別制備相同目標(biāo)捻度Z捻的雙股線(xiàn)和三股線(xiàn)若干。

3.2.2 耐磨性測(cè)試

負(fù)重過(guò)小或過(guò)大會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)?zāi)啻螖?shù)過(guò)多或過(guò)少,產(chǎn)生較大的誤差,故在經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)后選擇如下負(fù)重進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)：?jiǎn)渭嗊x用30、40、50 g三組負(fù)重,雙股線(xiàn)選用30×2、40×2、50×3 g三組負(fù)重,三股線(xiàn)選用30×3、40×3、50×3 g三組負(fù)重。

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

按同樣流程分別對(duì)點(diǎn)段相磨和段段相磨2種磨損形式進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)參數(shù)測(cè)10組求平均值。

4 結(jié)果與分析

不同負(fù)重下各曲線(xiàn)走向近乎一致。以單紗30 g、雙股線(xiàn)60 g、三股線(xiàn)90 g負(fù)重為例,2種紗紗磨損形式試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

4.1 捻度對(duì)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(huì)先提高,捻度達(dá)到135捻/10 cm左右時(shí)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?yàn)槟矶容^小時(shí),纖維在紗線(xiàn)內(nèi)束縛較差,紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)不良,纖維容易分離,所以在捻度較小時(shí),加捻可以使紗線(xiàn)內(nèi)纖維緊靠,改善紗線(xiàn)結(jié)構(gòu),從而提高紗線(xiàn)耐磨損的能力;而當(dāng)達(dá)到臨界值后,繼續(xù)增加捻度,紗線(xiàn)中纖維的抱合力增大,纖維的滑移減小,摩擦?xí)r的局部應(yīng)力增加,纖維更容易斷裂,導(dǎo)致紗線(xiàn)更易損壞;當(dāng)捻度過(guò)大時(shí),附加在纖維上的應(yīng)力較大,纖維在紗線(xiàn)中的移動(dòng)余地減少,對(duì)耐磨性也是不利的。因此,耐磨性才會(huì)隨捻度的不斷增大而呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì),因此適中的捻度對(duì)紗紗磨損耐磨性是最有利的。

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

4.2 合股數(shù)對(duì)耐磨性的影響

從圖2、圖3可以看出,在對(duì)應(yīng)合股數(shù)的負(fù)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(dāng)合股數(shù)變化而負(fù)重不變時(shí),雙股線(xiàn)的磨斷次數(shù)平均為同捻度單紗的4倍,而三股線(xiàn)的磨斷次數(shù)平均為同捻度單紗的10倍。

由此可見(jiàn),合股對(duì)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(yàn)中,上部與下部?jī)?yōu)先斷裂比例近乎一致。

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

分析認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的主要原因是單紗的纖維結(jié)構(gòu)較為松散,在進(jìn)行摩擦?xí)r,摩擦作用在點(diǎn)的紗線(xiàn)由于結(jié)構(gòu)松散,摩擦作用會(huì)隨著紗線(xiàn)內(nèi)纖維的橫向移動(dòng)而被緩沖相當(dāng)一部分,因此單紗試驗(yàn)段先斷裂。而股線(xiàn)中纖維明顯緊靠,在摩擦過(guò)程中纖維不易產(chǎn)生橫移,失去了類(lèi)似單紗的緩沖作用,因此點(diǎn)先斷。

5 結(jié)論

(1)隨著捻度的增加,單紗及各股線(xiàn)的點(diǎn)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(fù)重對(duì)應(yīng)增加的情況下,合股數(shù)的增加會(huì)使點(diǎn)段相磨耐磨性有所提高;而負(fù)重不變的情況下,合股數(shù)的增加會(huì)使點(diǎn)段相磨耐磨性急劇升高,其升高趨勢(shì)遠(yuǎn)高于合股數(shù)的增加。

(3)在點(diǎn)段相磨試驗(yàn)中,單紗磨損先行斷裂的總是“段”部分,股線(xiàn)磨損先行斷裂的總是“點(diǎn)”部分。

(4)展望及不足：紗紗磨損的紗線(xiàn)磨損形式廣泛存在于各類(lèi)織物當(dāng)中,尤其是針織物,因此對(duì)其耐磨性的探究具有一定的實(shí)際意義。為此設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置相對(duì)簡(jiǎn)陋,試驗(yàn)的結(jié)果難免存在偏差,且影響耐磨性的因素未全部考慮進(jìn)去,還有待進(jìn)一步深入研究。