玻璃纤维纱线强力与捻度的关系

朱进忠，苏玉恒

(河南工程学院 纺织工程系，河南 郑州 450007)

玻璃纤维与金属纤维、棉、麻、丝及其他人造纤维相比具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻、吸湿低、延伸小及电绝缘性能好等一系列优异性能，它在机械、电气、光学、耐腐蚀、隔热及吸声等方面具有无可比拟的优越性，现已遍及电子、通讯、机械、冶金、化工、建筑、车船、航空、航海、信息、环保及遗传工程、微电子技术等高新技术领域，具有广阔的发展前途[1].中国是世界纺织工业大国，玻璃纤维已成为其必不可少的原材料.因此，研究分析玻璃纤维的有关问题，日益受到人们的重视[2].

本文测试了玻璃纤维纱线的线密度、捻度及断裂强力等物理性能指标，建立了玻璃纤维纱线强力与捻度的回归曲线，求出了临界捻度并讨论了玻璃纤维纱线的强力与捻度的关系.这些工作对生产上精选设计及快速调整捻度具有生产实用价值.

1 实 验

1．1 实验材料和主要仪器

实验材料是由洛玻晶纬玻璃纤维有限公司提供的两种三股玻璃纤维纱线：50 tex×3和22 tex×3，是由玻璃纤维无捻纱合股加捻而成.

主要仪器是HD02N型电子织物强力仪、Y331N型纱线捻度仪等.

1．2 实验方法[3,4]

先测出两种玻璃纤维纱线的捻度分别为：84.4捻/m和65.1捻/m，然后通过对纱线进行不同捻度的追加自制出若干组纱样(捻度追加情况见表1、表2).在同等条件下，测试每组纱样的断裂强力值(见表3、表4)，绘出各种玻璃纤维纱线强力—捻度关系图，并拟合出相关方程，确定出临界捻度，以作为生产上设计的参考依据.

表1 50 tex×3玻璃纤维纱线追加捻度后结果Tab.1 The added twist for 50 tex×3 glass fiber yarn

表2 22 tex×3玻璃纤维纱线追加捻度后结果Tab.2 The added twist for 22 tex×3 glass fiber yarn

表3 50 tex×3玻璃纤维纱线强力测试结果Tab.3 Strength test of 50 tex×3 glass fiber yarn

表4 22 tex×3玻璃纤维纱线强力测试结果Tab.4 Strength test of 22 tex×3 glass fiber yarn

2 实验结果与分析

2．1 纱线强度与捻度的关系图

根据表3与表4画出纱线强度与捻度关系见图1与图2.从图1与图2可以看出，纱线的强力随着捻度的增加而增加，当增加到一定时，强力又随着捻度的增加而降低.这是由于加捻后纤维的倾斜使其所能承受的轴向力有所减小，捻度增加到一定程度时纱线强力达到最大值，此后捻度在增加纱线强力反而减小,其强力最高时的捻度就是临界捻度.

图1 50 tex×3玻璃纤维纱线强力-捻度曲线图Fig.1 Streng th-twist curve for 50 tex×3 glass fiber yarn

图2 22 tex×3玻璃纤维纱线强力-捻度曲线图Fig.2 Streng th-twist curve for 22 tex×3 glass fiber yarn

2．2 纱线强度与捻度回归方程的建立

应用Matlab数学分析软件对数据进行拟合得到两种玻璃纤维纱线回归方程并按回归方程计算临界捻度和最大强力.

由上述计算和纱线强力—捻度曲线图可知，50 tex×3玻璃纤维纱线的临界捻度为42.665捻/m，临界捻度前纱线的强力随着捻度的增加而增加，在临界捻度之后，强力又随着捻度的增加而降低.22 tex×3玻璃纤维纱线在临界捻度为36.533 6捻/m，纱线的强力随捻度的变化规律和前一品种相同，在临界捻度附近纱线强力达到最大.

2．3 纱线捻度对强度的影响分析

纱线加捻后，纱线的加捻程度不仅影响纱线的直径、光泽等外观，也影响纱线的强度、弹性、伸长等内在质量和手感，这里主要分析捻度对强力的影响.

玻璃纤维纱线属长丝纱线，并不是加捻程度越大纱线的强力就越大，原因是加捻既存在有利于纱线强力提高的因素，又存在不利于纱线强力的因素[5,6].有利因素是加捻使纱线在长度方向的强力不均匀性降低.纱线受力时，断裂总是发生在纱线强力最弱处，纱线的强力就是弱环处所能承受的外力.加捻时，弱环处分配到的捻回较多，使该处强力的提高较其他地方大，导致纱线强力不均匀性降低，从而使纱线强力提高.不利因素有：(1)加捻使纱中纤维倾斜，导致纤维承受的轴向分力减小而使纱线的强力降低；(2)加捻过程中使纱中纤维产生预应力，致使纱线受力时纤维再承担外力的能力降低.加捻对纱线强力的影响，是以上有利因素和不利因素的对立统一.在捻度较小时，有利因素占主导地位，表现为纱线强力随捻度的增加而升高.当捻度达到临界捻度后，则表现为不利因素起主导作用，纱线的强力随捻度的增加而下降.

工艺设计中一般采用小于临界捻度的捻度，以在保证纱线强力的前提下提高纱线的生产效率.

3 结 语

通过测试的玻璃纤维纱线的线密度、捻度和断裂强力等物理性能指标，建立了玻璃纤维纱线强力与捻度的回归曲线，求出了临界捻度并讨论了玻璃纤维纱线的强力与捻度的关系.

分析表明,玻璃纤维纱线的强力随着捻度的增加而增加，增加到一定捻度时又随着捻度的增加而降低，50 tex×3和22 tex×3玻璃纤维纱线强力最高时的捻度即临界捻度分别为42.665捻/m和36.533 6捻/m，其对应的临界捻系数分别为51.7和22.5.

参考文献：

[1] 刘 明．玻璃纤维纱线的最佳强力捻系数研究[J]．上海纺织科技，2009，37(9)：26-27，57.

[2] 刘 妍，刘士广，姜华强．细纱捻系数与纱线强力的相关性分析[J]．棉纺织技术，2008， 36(8)：15-18.

[3] GB/T 7690.2-2001．增强材料 纱线试验方法 捻度的测定[S]．北京:中国标准出版社,2005.

[4] GB/T 7690.3-2001．增强材料 纱线试验方法 玻璃纤维断裂强力和断裂伸长的测定[S]．北京:中国标准出版社,2005.

[5] 张一心，朱进忠，袁传刚．纺织材料[M]．北京：中国纺织出版社，2005.177-197.

[6] 朱进忠．实用纺织商品学[M]．北京：中国纺织出版社,2006.28-31.