加强筋织物的研制及其性能影响因素研究

李文婷 孙必成 万 明 (西安工程大学纺织与材料学院，西安，710048)

加强筋织物的研制及其性能影响因素研究

李文婷 孙必成 万 明 (西安工程大学纺织与材料学院，西安，710048)

选用高强涤纶和涤棉纱为经纬纱原料织制加强筋织物和无加强筋对照织物，对织成的两种织物小样进行拉伸和撕破性能的测试。通过数据计算和比较分析，研究了纤维原料、纱线类型(股线纱或单丝纱)和纱线总根数对织物强度的影响。

高强涤纶丝，加强筋织物，拉伸性能，撕破性能，影响

1 加强筋织物概述

加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部分，它在纺织品中也得到了应用，如在织物中有规律地加入加强筋，可以提高织物的断裂强力和抗撕裂能力，改善其物理机械性能，延长使用寿命。若加强筋织物用作复合材料的基布，将有利于提高复合材料的强度。对于加强筋织物现在还没有准确的定义和分类。

本文研制加强筋织物采用平纹组织，因为平纹织物的每根经纱与每根纬纱都产生交叉，各根经纱之间的距离相等，经、纬纱之间相互滑移较困难，且织物的稳定性好，强度高。织物成形后，可根据不同的要求对其进行不同的后整理，如阻燃整理等。目前加强筋织物的加强筋材料使用较多的为高强涤纶丝，其弹性、耐冲击性好;耐热性和热稳定性好，经热定型后热收缩率小;耐日光性能仅次于腈纶，日光下暴晒6 000 h后纤维强度损失60%［1］;同时，涤纶不怕霉菌等微生物作用，不发霉、不腐烂，不怕虫蛀。基于这些性能，本文织制平纹加强筋织物(以下简称加筋织物)主要以高强涤纶丝为原料。

2 加筋织物小样织造

本文织造两种小样，采用高强涤纶股线和单丝纱作经纬纱加强筋原料，和高强涤纶长丝(网络丝)及涤棉纱一起织制加筋织物，采用高强涤纶长丝(网络丝)及涤棉纱织制无加强筋织物(以下简称无加筋织物)，对两种织物分别进行经向和纬向的强力对比和分析，期望研究结论对加筋织物的实际生产具有一定的参考价值。

2.1 加筋织物的工艺设计

设计加筋织物的加强筋隔距(lgj)为4 mm，即在织物经、纬向每隔4 mm加入一根高强涤纶股线或单丝纱作为加强筋，形成一个方格，即为一个单元格。加筋织物具体工艺参数设计如下。

面密度(G):190～210 g/m2

经纱原料:24 tex的高强涤纶长丝合股纱(合股纱线密度48 tex，直径记为d1，作为加强筋) 36 tex的高强涤纶长丝(网络丝)纱(直径为d2)

纬纱原料:48 tex的高强涤纶长丝单丝纱(作为加强筋) 32 tex的涤棉纱(直径为d3)

织缩率(φ):初步定为4%

织物规格:长(l)100 cm，宽(W)30 cm

2.1.1 初定密度

式中:Pj——织物经密;

Pw——织物纬密;

Nt——纱线线密度。

采用织物中经纱和纬纱的线密度平均值来计算织物密度，经向和纬向纱线线密度的平均值分别是42和40 tex。则

P代表织物经纬向密度，计算P的目的是确定织物的密度范围。

2.1.2 几何密度(L)

2.1.3 织物密度

设织物经向的几何密度(Lj)和纬向的几何密度(Lw)相同，均为0.444 mm/根，则每个单元格内经纱的根数a和纬纱的根数b计算公式为

根据上述计算，织物经纬向每单元格内有9根纱线，经向合股纱与网络丝纱的比例为1∶8(即每4 mm的单元格内经向有1根合股纱，8根网络丝纱);而纬向在实际织造过程中，要考虑到组织的连续性，应将单元格内纬纱的根数修正为8根，织物纬向每单元格内涤纶丝与涤棉纱的比例为1∶7 (即每4 mm的单元格内纬向有1根高强涤纶丝纱，7根涤棉纱)。修正后，按上述相关公式推得织物纬向的几何密度Lw为

所以织物经密和纬密分别为225和200根/10 cm。

2.1.4 总经根数(J)

经纱中合股纱总根数(J合股纱)和网络丝纱总根数(J网络丝纱)计算如下

2.1.5 筘号(Kh)的确定

取每筘穿入数KS为2，则

实际织造时筘号为100筘/10 cm。

2.1.6 织缩率(φ)修正

上机幅宽Wsj为31 cm，下机幅宽Wxj为30 cm，则

2.1.7 误差分析

织物下机后，由于纬向纱线的调整，实际加强筋隔距为3.9 mm，误差为2.5%，在允许误差范围内。

2.2 无加筋织物(对比织物)的工艺设计

无加筋织物的设计以与加筋织物的紧度相同为前提。

经纱原料:36 tex的高强涤纶长丝(网络丝)纱

纬纱原料:32 tex的涤棉纱

织缩率(φ):初步定为4%

织物规格:长(l)100 cm，宽(W)30 cm

参数计算如下。

2.2.1 根据加筋织物的紧度计算无加筋织物的紧度

不同线密度纱线的直径计算:

式中:K——常数(涤纶股线和网络丝纱线的K常数K1和K2为0.004，涤纶单丝纱线的K常数K3为0.038);

Nt——纱线的线密度(tex);

d——纱线直径。

式中:Nt1、Nt2、Nt3——分别为涤纶股线、网络丝、单丝纱线的线密度(tex)。

织物的紧度ε计算公式为

经向紧度εj计算

纬向紧度εw计算

无加筋织物的经纬向紧度分别为55.00%和43.75%。

2.2.2 无加筋织物的密度

由ε=Pd推得

无加筋织物的经纬向密度分别为229和208根/10 cm。

2.2.3 总经根数(J)

2.2.4 筘号的确定(Kh)

取每筘穿入数KS为2，则

实际织造时筘号为100筘/10 cm。

2.2.5 织缩率(φ)修正

上机幅宽Wsj为31.1 cm，下机幅宽Wxj为30.0 cm，则

2.2.6 误差分析

下机后，实际织得的无加筋织物经向密度为232根/10 cm，纬向密度为211根/10 cm，经纬向密度误差均小于1.5%，在允许误差范围内。

3 织物的性能测试

织物在使用过程中会受到各种不同的物理、机械、化学等作用而逐渐遭到破坏。在一般情况下机械力的作用是主要的。织物的耐久性通常就是指在各种机械力作用下织物的坚牢度。织物的耐久性试验包括拉伸断裂试验、撕破强力试验等［2］。

3.1 织物拉伸性能的测试

3.1.1 试验原理

本文织物拉伸性能的测试使用的方法为条样法［3］。条样法是将试样裁剪成条，被强力仪夹钳夹持，以恒定伸长速率拉伸直至断脱，记录所需数据。

3.1.2 试样准备及试验仪器

试验中的试样采用扯边纱法制备。在两种布样中剪取宽为6 cm、长33 cm以上的布条，扯去边纱，使之成为宽5 cm、长30～33 cm的经向和纬向试样。经向和纬向试样各取10块。裁剪试样要沿纱路开剪，以保证扯去边纱得到5 cm宽的布条。

试验仪器:YG(B)026D-500型电子织物强力机。

3.1.3 试验步骤

(1)选取预加张力。根据标准(GB/T 3923.1—1997断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法)规定，以织物单位面积质量来确定张力值。本试验选取的预加张力为5 N。

(2)将试样的一端夹入强力机的上夹口，另一端置入下夹口内，悬挂上预加重锤。拉伸的隔距长度为100 mm。拧紧下夹钳后取下张力锤，设定试验次数后启动机器进行测定。

3.2 织物撕破性能的测试

3.2.1 试验原理

本试验中撕破强力的测试方法采用梯形撕破法［3］。其特征是靠近梯形上底一边的纱线首先受拉伸直，其裂口处的第一根纱线变形最大，负担较大的外力，与它相邻的纱线也担负着部分外力，但由于按梯形斜线夹持，远离第一根纱线的其他纱线受力逐渐减小。当撕裂到第一根纱线达到断裂伸长时发生断裂，出现一个撕破强力峰值，于是下一根纱变成裂口处的第一根纱线，担负着较大的外力，如此发展，直至织物撕破。

3.2.2 试样准备及试验仪器

梯形撕破法的试样为矩形，在两种试样上面划取一个等腰梯形，并从梯形上底正中沿中心线剪一15 mm的裂口，如图1［3］。每种试样分别取经向和纬向试样各10块。

试验仪器:YG(B)026D-500型电子织物强力机。

3.2.3 试验步骤

(1)仪器调整:按照要求将拉伸夹头换为梯形撕破夹头。

图1 梯形撕破裁剪试样

(2)将试样按梯形线(夹持线即为图1中的两条虚线)夹入上、下夹头内。这样，上、下夹钳间的试样就成为梯形。试样切口的一边呈张紧状态，另一边呈松弛的皱曲状态。设定试验次数后启动仪器，下夹钳逐渐下降，直至试样全部撕破。

4 测试数据与分析

4.1 数据记录

加筋织物和无加筋织物的拉伸性能和撕破性能测试数据记录分别列于表1和表2。表中数据均为试样平均值。

表1 拉伸性能测试

表2 撕破性能测试

4.2 测试结果分析

由表1及其原始数据可得到:①两种织物经向和纬向的断裂强力、断裂伸长和断裂伸长率相差较大。其中，加筋织物的经向断裂强力比纬向断裂强力高254.5%，无加筋织物的高213.1%。②加筋织物与无加筋织物相比较，经向的断裂强力明显增加，而纬向的断裂强力增加幅度较小。经计算，加筋织物经向的平均断裂强力增加了16.7%，而纬向的仅为 3.1%;经向的平均伸长率增加了19.1%，而纬向的仅增加了1.5%，基本不变。

由表2及其原始数据可得到:①两种织物经向和纬向的撕破强力相差也较大。其中，加筋织物的经向撕破强力比纬向撕破强力高191.9%，无加筋织物的高281.9%。②两种织物相比较，加筋织物经向和纬向的撕破强力明显增加，加筋织物经向的平均撕破强力增加了46.2%，而纬向增加了91.3%。

经分析，产生以上测试结果的原因有:①织物所用原料。在加筋织物中，经向采用36 tex涤纶和24 tex合股的高强涤纶长丝(48 tex)，纬向采用32 tex涤棉纱和48 tex的高强涤纶单纱;无加筋织物经向采用36 tex涤纶，纬向采用32 tex涤棉。由于涤纶强度高于涤棉的强度，且高强涤纶长丝强度高，伸长小，尺寸稳定，所以两种织物的经向断裂强力和撕破强力均高于纬向。②相同线密度的股线纱比单丝纱强力高，由股线纱织成的织物断裂强力和撕破强力大于由相当线密度单丝纱所织成的织物。由于加筋织物的经向采用合股的高强涤纶纱，而纬向为同支单丝纱，故加筋织物经向断裂强力的增加大于纬向。③纱线的总根数。两织物相比，加筋织物的经密小于无加筋织物，即在相同尺寸的试样中，加筋织物的总经根数少于无加筋织物;而加筋织物的纬密大于无加筋织物的纬密，即在相同尺寸的试样中，其打纬数(即纬纱根数)多于无加筋织物，根据织物撕裂原理，受力的纱线根数越多撕裂强度越大，故两种织物对比，加筋织物纬向撕裂强度的增加大于经向的增加。

5 结论

通过对加筋织物和无加筋织物的拉伸性能和撕破性能的测试和对比分析，得出以下结论:

织物中加入高强涤纶加强筋后，其经纬向的平均断裂强力和撕破强力均有增加。经纬向的平均断裂强力和撕破强力的增加幅度取决于下列因素:织物所用纤维原料;纱线类型，股线纱还是单丝纱;纱线的总根数。

在实际织造过程中，为了加强织物的强度，可在织物的纱线中有规律地加入高线密度或是合股的高强涤纶纱作为加强筋;同时，在织物尺寸一定的情况下，适当增加经纬密度可提高织物的断裂强度和撕破强力。

［1］ 成晓旭，杨浩之.合成纤维新品种和用途［M］.北京:纺织工业出版社，1987:30.

［2］ 姚穆，周锦芳，黄淑珍，等.纺织材料学［M］.2版.北京:中国纺织出版社，1990:518-535.

［3］ 范丽红，沈兰萍.纺织品检测实验教程［M］.西安:西安工程科技学院，2002:18-30.

Development of reinforcing rib fabric and investigating factors that influence its performance

Li Wenting，Sun Bicheng and Wan Ming (Xi’an Polytechnic University)

The reinforcing rib fabric and its comparative fabric were developed by selected and used high-strength polyester fiber and T/C for the raw in this paper，then two samples’tensile and tear properties were tested.By comparing and analyzing to the data，the effects of raw，types of yarn(single or folded yarn)and total number of yarn on strength were studied.

high-strength polyester yarn，reinforcing rib fabric，tensile performance，tear performance，effect

TS105.14

A

1004－7093(2010)08－0013－05

2009－10－09

李文婷，女，1985年生，在读硕士研究生。主要从事纺织功能性材料与功能纺织品设计课题的研究。