渔用PE辫线和捻线拉伸性能比较研究

孟祥磊，陈志海

(浙江海洋学院水产学院，浙江舟山 316004)

网线主要有捻线和辫线2种，影响辫线和捻线性能差异的主要因素包括所用单丝材料、网线结构和制作工艺等。国外使用辫线网片逐年增加，生产的粗线常用于拖网、围网和网箱上，如日本主要应用于网箱和金枪鱼围网上，在我国，很少应用在近海渔业上，在远洋渔业上PA长丝辫线用于制作中层拖网或缝扎拖网下纲等。对网线的研究一直集中于捻线[1-13]，对有关辫线的研究虽然较少，但国内外学者一直致力于新型材料辫线的研究，如美国以超高强度UHMWPE纤维为原料生产出渔用性能优异的辫线网片，中国水科院东海水产研究所开展了渔用高强度聚乙烯辫线的研究[14]，石建高等[7]曾做了辫线工艺对渔用高断裂强度聚乙烯辫线拉伸性能的影响研究。

我国大型拖网、深水网箱的发展，对网线断裂强度及性价比提出了更高的要求。据初步研究：由于辫线不需加捻，是由一定单丝数的股线相互交叉穿插而成，具有良好的结构稳定性，使用中不会发生退捻和变形；辫线有加芯和空芯之分，相同单丝数制成的空芯辫线直径比捻线大，但为了提高强力和保证网线的外观要求，需加一定数量的单丝作为线芯来填满管状内腔，加满线芯后，用相同单丝数制成的辫线比捻线直径小，强力高，其优良性能正在逐步被人们所发现和关注，具有广阔的应用前景。

研究PE辫线和捻线的拉伸性能，可以为渔用网线的结构优化和渔具设计提供基础研究资料，并为生产加工和实际推广应用提供价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来自于舟山市舟阳绳网厂。用同批PE单丝(单丝线密度为40 tex)生产而成的PE辫线和捻线，作为试验材料。捻线为部颁标准乙纶网线，即PE 40 tex×16×3。PE辫线由股线和线芯组成，股线分为8股和16股，线芯为不加捻的平行丝束，股线采用一股压一股的工艺相互交叉穿插辫制而成，辫线结构为PE(40 tex×3×16+0)、PE(40 tex×6×8+0)、PE(40 tex×2×16+16)，节距均为 35 mm。

1.2 试验方法

试验中断裂强力、结节强力、断裂伸长率及弹性恢复率均按照标准SC 110-83进行。

1.2.1 试验仪器

(1)多功能电子织物强力机：宁波纺织仪器厂生产的YG026D型，量程0～9.8 kN，精度0.1 N，测定网线的断裂强力、断裂伸长率、结节强力等数据。

(2)纺织天平：型号 XY，量程 0～1 000 tex，精度 0.1 tex。

1.2.2 试样的处理

试样是随机抽取而得，在实验室内(标准大气下)放置24 h以上，试验温度为标准大气压下20±2℃，湿度(65±2)%，试样均为干态。

1.2.3 拉伸速度的设定

试验采用300 mm/min的拉伸速度，对预定的试样进行测试。对每种试验在相同速度下，分别进行20次有效测定，最后取数据的平均值，测试数据的变异系数均小于5%。

2 结果与分析

2.1 PE辫线和捻线断裂特性

对网线断裂特性的研究一般集中于一次性拉伸时的断裂特性，然而通常网线织成网片后要进行牵伸定型，目的是使网线尤其是结节的紧密度得到改善，结构更加稳定，此外，网具在使用中，实际上是一个加载-卸载反复使用的过程，或者说多次拉伸受力的过程，因此，本文对PE辫线和捻线开展了一次、二次和多次拉伸断裂特性研究。

2.1.1 PE辫线和捻线一次拉伸断裂特性

当网线直径相同时直接比较断裂强力和结节强力的大小，直径不同时用断裂强度(强度=强力/综合线密度)、结节强力保持率(结节强力保持率=结节强力/断裂强力)和强度利用率(强度利用率=网线的断裂强度/单丝的断裂强度×单丝根数)等指标进行比较；实际应用中，网片的断裂强力主要取决于网线打结后的强力特性，试验所用的结节为S型单线结。对PE辫线和捻线进行一次拉伸断裂测试，测试数据如表1、图1、图 2所示。

从表1、图1和图2可以看出，相同单丝数的PE辫线的断裂强力比PE捻线大，16股空芯辫线比捻线大12.31%，8股空芯辫线比捻线大9.54%，16股加芯辫线比捻线大7.90%；相同单丝数的PE辫线的结节强力比捻线大，16股空芯辫线比捻线大27.38%，8股空芯辫线比捻线大24.61%，16股加芯辫线比捻线大24.14%；相同单丝数的PE辫线的结节强力保持率大于捻线，16股空芯辫线比捻线大13.33%，8股空芯辫线比捻线大13.75%，16股加芯辫线比捻线大15.05%；相同单丝数的PE辫线的断裂强度比捻线也大，16股和8股空芯辫线均比捻线大5.1%，16股加芯辫线比捻线大10.71%；相同单丝数的PE辫线的强度利用率比捻线大，16股和8股空芯辫线均比捻线大5.13%，16股加芯辫线比捻线大10.66%。

表1 相同单丝数量PE辫线和捻线一次拉伸强力Tab.1 The first tensile strength of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

图1 辫线和捻线断裂强度比较Fig.1 The fracture strength of PE braided line and twisting machne

图2 辫线和捻线强度利用率比较Fig.2 The strength utilization rate of PE braided line and twisting machne

相同单丝数PE辫线强力和强度比捻线大，原因在于：捻线是将单丝加捻而成，加捻后外侧单丝抱紧内侧单丝，导致单丝间的摩擦增加，使网线的断裂强力受到损失，而辫线是将多股单丝相互交叉穿插辫制而成，单丝与网线轴向的夹角小，单丝受力在网线轴向的分力占主导地位，强力受损失较小，单丝的强度利用率高。

而相同单丝数加芯辫线的断裂强度比空芯辫线大，16股加芯辫线比16股和8股空芯辫线均大5.34%；相同单丝数加芯辫线的结节强力保持率比空芯辫线大，16股加芯辫线比16股空芯辫线大1.51%，16股加芯辫线比8股空芯辫线大1.15%；相同单丝数加芯辫线的强度利用率比空芯辫线大，16股加芯辫线比16股和8股空芯辫线大5.26%；

相同单丝数加芯辫线断裂强度、强度利用率比空芯辫线大是由于：线芯是不加捻的平行丝束，强力没有受到损失，形成线芯和股线的合力；并且空芯时辫线受挤压后形状易变形为扁状，会增加网线的水阻力，而加芯辫线的形状为饱满的圆形，形状不易变形，水阻力也小。

相同单丝数的16股空芯辫线的强力比8股空芯辫线大，断裂强度、结节强力保持率与8股空芯辫线大致相等，原因是16股空芯辫线更加均称紧密，综合线密度大，各单丝受力均匀，总断裂强力提高，外观也更加美观。

总之，相同单丝数的辫线断裂特性优于捻线，加芯辫线的断裂特性优于空芯辫线，16股空芯辫线和8股空芯辫线的断裂特性大致相等，但是结构更加紧密，外观更加美观。

2.1.2 PE辫线和捻线二次拉伸断裂特性

对PE辫线和捻线施加50%断裂强力和结节强力载荷，卸除载荷5 min后对网线进行二次拉伸，用二次拉伸断裂强力增加率和二次拉伸结节强力增加率来比较PE辫线和捻线的断裂特性，测试数据见表2。

表2 相同单丝数量PE辫线和捻线二次拉伸强力Tab.2 The second tensile strength of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

从表2中可以看出，相同单丝数的PE辫线和捻线的二次拉伸断裂强力比一次拉伸断裂强力都有所增加，但辫线比捻线增加的多；辫线的二次拉伸结节强力比一次拉伸结节强力有所增加，而捻线的二次拉伸结节强力比一次拉伸结节强力减小了8.78%。

相同单丝数的PE辫线和捻线的二次拉伸强力都有所增加，网线二次拉伸断裂强力增加的原因在于网线经过一定拉伸后，改善了网线结构，提高了结构紧密度，使各单丝强力的叠加性能提高，从而使2种网线的强力有所增加；PE辫线和捻线二次拉伸断裂强力增加率差异的原因与网线的结构有关，辫线经过50%断裂强力拉伸后，股线的单丝受力更加均匀，从而使单丝的强力更好地叠加在一起，完成了断裂强力的增加；PE辫线和捻线二次拉伸结节强力增加率产生差别的原因是辫线经过50%结节强力拉伸后，结节处的单丝受摩擦作用力较小，而捻线结节处的单丝由于受摩擦作用强力受到损失，说明PE辫线在实际应用中表现出更好的适用性。

加芯辫线的二次拉伸强力比空芯辫线小，但是加芯辫线的二次拉伸强力增加率比空芯辫线大，原因是由于加芯辫线经过50%断裂强力载荷拉伸后，线芯和股线的延伸性更加趋于一致，两者的合力更好地融合在一起。

总之，相同单丝数的PE辫线和捻线的二次拉伸断裂强力比一次拉伸断裂强力都有所增加，但是辫线的二次拉伸断裂特性比捻线优良，加芯辫线的二次拉伸断裂强力增加率和结节强力增加率比空芯辫线略大。

2.1.3 PE辫线和捻线多次拉伸断裂特性

从表3、图3、图4可以看出，相同单丝数的辫线和捻线在承受多次50%断裂强力载荷-卸载过程后测试其断裂强力，结果随着拉伸次数的增加呈现先变大后变小的趋势，辫线的三次拉伸断裂强力达到最大，之后变小；捻线的二次拉伸断裂强力达到最大，之后变小。

相同单丝数的辫线的多次拉伸断裂特性优于捻线，辫线的多次拉伸断裂强力大于捻线，并且断裂强力产生增加的次数也多余捻线，这一方面说明了在经过50%断裂强力拉伸后，辫线的结构更加稳定，股线的单丝受力更加均匀，从而使单丝的强力更好的叠加在一起，完成了断裂强力的增加；这也从另一侧面反应了辫线耐疲劳性优于捻线。

表3 相同单丝数量PE辫线和捻线多次拉伸强力Tab.3 The repeatedly drawing strength of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

图3 辫线多次拉伸断裂强力Fig.3 The repeatedly drawing breaking Strength of braided line

图4 捻线多次拉伸断裂强力Fig.4 The repeatedly drawing breaking strength of twisting machne

2.2 PE辫线和捻线伸长性能

2.2.1 PE辫线和捻线断裂伸长率

通常采用比较PE辫线和捻线的断裂伸长率来比较两种网线的伸长性能，对相同单丝数PE辫线和捻线断裂伸长率测试数据见表4。

表4 相同单丝数量PE辫线和捻线断裂伸长率Tab.4 The elongation at break of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

由表4可知，相同单丝数的PE空芯辫线、加芯辫线和捻线相比，16股空芯辫线比捻线的断裂伸长率大19.49%，8股空芯辫线比捻线的断裂伸长率大16.61%，16股加芯辫线比捻线的断裂伸长率小7.75%；相同单丝数的16股空芯辫线比捻线的结节断裂伸长率大12.88%，8股空芯辫线比捻线的结节断裂伸长率大12.37%，16股加芯辫线比捻线的结节断裂伸长率小13.73%。

相同单丝数空芯辫线断裂伸长率比捻线大，原因是由于空芯辫线的线密度大于捻线，说明组成单位长度空芯辫线所用的单丝较长，并且空芯辫线有较大的空隙，拉伸时有较大的伸长空间；加芯辫线断裂伸长率和结节断裂伸长率较小，是由于线芯和股线的伸长不一致，线芯是不加捻的平行丝束，受力后呈现类似于单丝的断裂特性。

2.2.2 渔用PE辫线和捻线载荷-伸长曲线

要充分表达出网线在不同载荷下的伸长情况，即载荷与伸长之间的关系，通常用载荷-伸长曲线来比较PE辫线和捻线的伸长性能。

由图5可知，PE辫线和捻线都呈现出伸长随着载荷的增加而增加，网线并不是在载荷最大时断裂，而是继续拉伸一段长度后才断裂的现象；载荷-伸长曲线进一步

验证了相同单丝数的PE辫线和捻线伸长特性，空芯辫线比捻线受力慢、伸长大，加芯辫线比捻线受力快、伸长小。

网线并不是在载荷最大时断裂的原因在于：网线在受到最大载荷时，网线的合力达到最大，但网线并没有疲劳到直接断裂，而是再拉伸一段长度使网线发生疲劳产生断裂；空芯辫线比捻线受力慢、伸长大，原因是由于空芯辫线的线密度大于捻线，使组成单位长度空芯辫线所用的单丝较长，并且空芯辫线有较大的空隙，拉伸时有较大的伸长空间；加芯辫线辫线比捻线受力快、伸长小，是因为线芯是不加捻的平行丝束，线芯首先受力，拉伸到一定程度后股线才受力，断裂时也是线芯先断，线芯和股线出现的强力峰值并没有完全融合在一起，只有当线芯和股线同时断裂时，线芯和股线共同构成的断裂强力才能达到最大，这就要求增加线芯的延伸性，使线芯和股线的延伸性一致。

2.3 渔用PE辫线和捻线弹性

弹性指标一般用弹性恢复率来表示，弹性恢复率与材料的使用价值有关，弹性大的材料具有使用期限长，能保持渔具或网箱网衣的固定形状，并能承受冲击等特点[14]。弹性恢复率指给网线施加30%断裂强力载荷后，网线的弹性伸长在其总伸长中所占的百分率，对PE辫线和捻线的弹性测试数据见表5。

图5 辫线和捻线载荷——伸长曲线Fig.5 The load-elongation curve of PE braided line and twisting machne

表5 相同单丝数量PE辫线和捻线弹性恢复率Tab.5 The elastic recovery rate of PE braided line and twisting machne on the premise of the same number monofilament

从表5可以看出，相同单丝数的PE辫线的弹性恢复率略大于捻线，其原因是由于辫线的紧密度大于捻线，拉伸后会较快的恢复原长度；加芯辫线的弹性恢复率比空芯辫线大，是由于线芯是不加捻的平行丝束，加芯辫线受力后，线芯直接受力，没有空芯辫线和捻线那样的拉伸缓冲。

3 结论和讨论

(1)相同单丝数的PE辫线一次拉伸、二次拉伸及多次拉伸的断裂特性都优于PE捻线；相同单丝数的加芯辫线的断裂强力比空芯辫线稍小，但是断裂强度、强度利用率都比空芯辫线大，此外，相同单丝数的空芯辫线受挤压后形状易变形为扁状，会增加网线的水阻力，而加芯辫线的截面形状为饱满的圆形，形状不易变形，水阻力也小；相同单丝数的16股辫线的断裂特性与8股辫线大致相等，但是16股辫线比8股辫线结构更加紧密，外观更加漂亮，具有更好的应用价值。

(2)由相同单丝数组成的PE辫线和捻线，空芯辫线断裂伸长率和结节断裂伸长率大于捻线，加芯辫线断裂伸长率和结节断裂伸长率小于捻线；PE辫线和捻线都呈现出伸长随着载荷的增加而增加，网线并不是在载荷最大时断裂，而是继续拉伸一段长度后才断裂的现象，且空芯辫线比捻线受力慢、伸长大，加芯辫线比捻线受力快、伸长小；相同单丝数的PE辫线的弹性恢复率略大于捻线，加芯辫线的弹性恢复率比空芯辫线大。

(3)通常都是研究网线的一次拉伸断裂特性和延伸性，对二次拉伸和多次拉伸后的性能研究的很少，此实验对辫线和捻线的二次拉伸断裂强力和延伸性等做了初步研究；网线编织成网具后，在使用过程中，是在不断经受加载——卸载交替出现的过程，受的载荷也不是固定不变的，而是呈现出不规则的变化，研究在不定载荷下的多次拉伸断裂特性、延伸性及疲劳强度具有很好的现实意义，今后有待进一步研究PE辫线和捻线在这方面的特性。

[1]钟若英.渔具材料与工艺学[M].北京:中国农业出版社,1996:1-178.

[2]万 荣,唐衍力,杜守恩.渔具合成纤维材料断裂强度性能的比较与分析[J].青岛海洋大学学报,1997,27(4):490-496.

[3]本多勝司.渔具材料[M].东京:恒星社厚生阁,1981:1-241.

[4]钟若英.乙纶单丝捻线延伸性的研究[J].水产学报,1988,12(3):233-241.

[5]沈新元.先进高分子材料[M].北京:中国纺织出版社,2000:1-58.

[6]许传才,张国胜.聚乙烯网线的断裂特性[J].大连水产学院学报,2004,19(1):74-77.

[7]石建高,王鲁民.超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯网线的拉伸力学性能比较研究[J].中国海洋大学学报:自然科学版,2004,34(3):381-388.

[8]茅利生,郭亦萍,马海有.超高分子量聚乙烯渔网线捻回角与强力的初探[J].海洋渔业,2004,26(3):243-246.

[9]于伟东.纺织材料学[M].上海:中国纺织出版社,2005:1-223.

[10]GRIMALDO E,SISTIAGA M.Evaluation of codends with sorting grids,exit windows,and diamond meshes:Size selection and fish behaviour[J].Fisheries Research,2008,91(2/3):271-280.

[11]PAULO F,AIDA C,RUSSELL B M.Codend selection in the deep-water crustacean trawl fishery in Portuguese southern waters[J].Fisheries Research,2007,85(1/2):49-60.

[12]张连辉.网线试样长度作业方向对断裂强力的影响[J].海洋渔业,1994,16(1):12-13.

[13]石建高,陈晓蕾,王鲁民,等.编线工艺对渔用高断裂强度聚乙烯编织线拉伸性能的影响[J].海洋渔业,2009,31(4):410-419.

[14]孙满昌.渔具材料与工艺学[M].北京:中国农业出版社,2009.