空气网络包覆弹力纱中氨纶丝实际预牵伸倍数测试

敖利民， 及二丽， 莫晓璇， 李向阳， 李春钢

(1. 嘉兴学院 材料与纺织工程学院， 浙江 嘉兴 314000； 2. 嘉兴市产品质量检验检测院， 浙江 嘉兴 314000； 3. 莱州元茂仪器有限公司， 山东 莱州 261400)

空气网络包覆弹力纱中氨纶丝实际预牵伸倍数测试

敖利民1， 及二丽2， 莫晓璇1， 李向阳1， 李春钢3

(1. 嘉兴学院 材料与纺织工程学院， 浙江 嘉兴 314000； 2. 嘉兴市产品质量检验检测院， 浙江 嘉兴 314000； 3. 莱州元茂仪器有限公司， 山东 莱州 261400)

为测试与评价空气网络包覆弹力纱的实际弹性，分析了空气网络包覆弹力纱的结构及其拉伸性能特征，提出了采用“力学拉伸曲线前段解析法”测算氨纶丝实际预牵伸倍数的方法；分析了典型无张力拉伸断裂曲线，给出了氨纶丝实际预牵伸倍数的计算方法，并对不同规格的空气网络包覆弹力纱进行了测试与分析。结果表明：采用无预加张力拉伸试验的方法，可测得氨纶丝预牵伸的伸长量；结合拉伸试验试样长度，可计算出氨纶丝的实际预牵伸倍数；氨纶丝实测预牵伸倍数均小于名义预牵伸倍数，二者差异的大小取决于预牵伸倍数以及氨纶丝的线密度。氨纶丝的预牵伸倍数越大，差异越大；氨纶丝的线密度越大，差异越小。

空气网络包覆弹力纱； 氨纶丝； 预牵伸倍数； 无预加张力； 拉伸试验

空气网络包覆弹力纱是在改造后的络筒机或专用空气包覆机上纺制而成、具有包覆结构的弹力纱线。无捻复丝(一般为变形丝)与一定预牵伸倍数的氨纶丝一起通过喷嘴腔体时，受到腔壁上喷孔进入的高压空气的冲击作用，外包覆丝纠缠、交络而形成网络节，实现对氨纶丝的包覆[1]。喷嘴间歇喷气，在输出纱线上形成均匀分布的网络节。纺纱过程中氨纶丝的预牵伸倍数是一项重要的工艺参数，如果不考虑氨纶丝线密度及本身弹性的差异，预牵伸倍数直接决定着成纱及其织物产品的弹性[2-4]。氨纶丝的预牵伸倍数小，不能充分发挥氨纶的弹力，预牵伸倍数大，纺纱时易断丝[5-6]。

在空气网络包覆弹力纱的纺制过程中，为保证成纱卷装卷绕紧密，成形良好，成纱是以一定的张力被卷绕到筒管上的，卷绕张力的大小与氨纶丝预牵伸倍数相匹配，氨纶丝预牵伸倍数大，卷绕张力也大，所以，在卷装纱中氨纶丝仍处于拉伸、张紧状态，经过一定时间不可避免地会产生塑性变形(松弛)，使氨纶丝的弹性有所衰退[7]，尤其是经过较长时间的存放后。对于利用空气网络包覆弹力纱生产弹力织物的下游生产环节而言，弹力纱线的实际(剩余)弹性是最终产品弹性满足设计要求的保证，在使用前对纱线弹性进行测试、检验是必要的。如前所述，纱线弹性主要取决于氨纶丝的预牵伸倍数，测试纱线中氨纶丝的实际预牵伸倍数，即可评价纱线的保留弹性。弹力纱中氨纶的预牵伸倍数可用手工法进行测试[8]，也可通过氨纶丝含量的实测结果进行推算[9]。

本文研究提出一种基于无预加张力拉伸试验的氨纶丝预牵伸倍数测试与计算方法，用于空气网络包覆弹力纱中氨纶丝实际预牵伸倍数的测试与分析，判断纱线的真实弹性。

1 试验方法

1.1纱线结构与拉伸性能分析

在空气网络包覆弹力纱加工过程中，氨纶丝以一定预牵伸倍数与包覆复丝交络后，又以一定张力卷绕成卷装，当纱线从筒管上退绕下来后，因氨纶的回缩而呈蜷缩状，即外包覆复丝蜷缩，而氨纶丝在自身弹性作用下，会尽可能回缩到未伸长的状态。图1示出空气网络包覆弹力纱(A2070DR1.4)在自然悬垂伸直状态下的实物照片。包覆纱芯丝为22.2 dtex氨纶，外包覆丝为77.8 dtex/24 f 锦纶6牵伸变形丝(DTY)，氨纶丝名义预牵伸倍数即设计预牵伸倍数为1.4，纱线自然伸直状态下实测网络度为130个/m。从图可看出，纱线退绕、去除卷绕张力后，仅在自身重力作用下自然伸直，网络节所在处由于外包覆丝的纠缠、缚结，仍对氨纶丝形成良好的包覆；在非网络节点处，由于氨纶丝的回缩，外包缠丝弯曲、蜷缩，且弯曲、蜷缩方向在空间上有一定随机性。

图1 自然悬垂伸直状态的空气网络包覆弹力纱Fig.1 Air covered elastic yarn in natural overhanging straight state

在氨纶与外包覆复丝形成的复合结构中，网络节点将外包覆复丝间断缚结在氨纶丝上，在一定程度上可阻止包覆丝沿长度方向上与氨纶发生相对滑移。对于贯穿各个网络节点的氨纶丝而言，尽管在网络节点处与外包覆丝交络缠结，但由于外包覆丝对氨纶丝轴向回缩的约束作用很弱，在外加张力去除后，外包覆丝并不能阻止氨纶丝的回缩并尽可能回复到未伸长状态。同时由于外包覆丝一般为变形丝，非网络节点处氨纶丝回缩所需克服的外包覆丝弯曲阻力也是很小的。

空气网络包覆氨纶弹力纱的拉伸性能决定于其结构特征。由于氨纶丝具有较小的拉伸模量(聚酯型为1.2 cN/tex，聚醚型为1.7～3.9 cN/tex)[10]，受到较小的拉伸外力时，就会产生较大的形变；外包覆复丝通常具有相对较大的拉伸模量，受到拉伸外力所用时，产生相同的形变较之氨纶丝要施加较大的拉伸负荷。

如对一根仅在自身重力作用下处在自然伸直状态(未施加预加张力)的空气网络包覆弹力纱施加拉伸作用，承担拉伸外力的首先是小模量的氨纶丝，外包覆丝只是由不同程度的蜷缩、弯曲状态而逐渐伸直，较小的拉力作用将产生较大的变形；当拉伸变形达到氨纶丝的预牵伸倍数后，外包覆丝伸直，开始与氨纶丝一起承受拉伸作用力，直至纱线断裂。由于外包覆丝承受拉力作用，纱线的模量将较前一阶段显著增加。这种拉伸过程的分段性在拉伸曲线上应有明确体现。

鉴于上述空气网络包覆弹力丝可预期的拉伸性能特征，可采用“力学拉伸曲线前段解析”的方法[11](在文献中用于纤维的卷曲分析)来测试氨纶丝的实际预牵伸倍数，即通过分析氨纶丝伸长阶段的拉伸特征(主要是拉伸形变特征)，推算氨纶丝的预牵伸倍数。

在测试普通纱线拉伸断裂性能时，试样需施加旨在消除纱线卷曲、弯曲的预张力，预张力的大小根据纱线的线密度计算。在本文研究中，预加张力并不具备其在普通纱线拉伸试验中的意义。采用无预加张力拉伸试验的原因显而易见，即使是较小的预加张力也可能引起氨纶丝较明显伸长变形，而依据纱线线密度计算的预加张力，会导致不同氨纶丝线密度及预牵伸倍数弹力纱线测试结果的不可比性。

1.2拉伸曲线分析及预牵伸倍数算法

拉伸试验所用测试仪器为YG021D型电子单纱强力机，考虑到纱线较大的弹性，夹持距离选择250 mm，与之匹配的拉伸速度为250 mm/min，试验实际温度为25 ℃，相对湿度为46%。夹持试样时，完成上夹头紧固夹持后，在保证纱线自然垂直的情况下，不使用预加张力装置(预加张力为0)，对试样下端进行紧固夹持。启动拉伸控制程序，对前述A2070DR1.4空气网络包覆弹力纱线拉伸直至纱线断裂，得到纱线一次拉伸断裂曲线，结果见图2。

图2 锦纶/氨纶空气网络包覆弹力纱A2070DR1.4 无预加张力拉伸断裂曲线Fig.2 Non-pre-tensioning tensile fracture curve of nylon/spandex air covered elastic yarn A2070DR1.4

从图2可看出，与预测分析结果一致，拉伸断裂曲线大致分为2个阶段：OA段与AB段。OA段即所谓拉伸曲线的“前段”，纱线受到拉伸作用后，氨纶丝伸长，非网络节点处外包覆丝由蜷缩状态开始伸直，由于氨纶丝伸长和外包覆丝伸直需要克服的力很小，拉伸曲线基本呈紧贴横轴的平行线，为小应力大应变阶段；AB段曲线类似普通纱线的拉伸曲线，当外包覆丝伸直(包覆纺纱时外包覆丝即为伸直状态)后，外包覆丝与氨纶芯丝共同承受拉伸作用，纱线产生同样的伸长，需要施加大得多的拉伸负荷，直至纱线断裂，此阶段表现为大应力变形阶段。

2段曲线的拐点A对应的伸长(拉伸位移)值，可通过取AB段曲线(或靠近A点的一段曲线)拟合直线的延长线与横轴的交点坐标值获取[10]。在拉伸试验应用程序的实时曲线图像区域内，鼠标指向某点，即可显示该点纵横坐标，因此，A点对应的伸长值，可在每次拉伸曲线上通过目测AB段曲线拟合直线的延长线与横轴的交点，再用鼠标指向该点直接读取，也可借助合适的尺子辅助确定拟合直线，再确定交点。当然，理想的方法是通过采集数据的处理求取。求得的A点对应横坐标伸长值，即可作为氨纶丝实际预牵伸的伸长值。由此，可按下式计算氨纶丝预牵伸倍数D。

D=(lA+l0)/l0

式中：lA为拐点A对应伸长值,mm；l0为试样夹持长度，mm。

1.3应用实例

对上述锦纶/氨纶空气网络包覆弹力纱A2070DR1.4进行了60次无预加张力拉伸试验，并按上述方法计算氨纶丝的实际预牵伸倍数，结果如表1所示。60次测试氨纶丝实际预牵伸倍数计算值为1.28，CV值为3.30%。

从表1可看出，60次氨纶丝预牵伸倍数的测试结果无一例外全部小于名义值。这是由于成纱以一定张力卷绕成形时，氨纶丝仍处于一定倍数的拉伸状态，这种拉伸应力在纱线储存及运输等时间作用下，使得氨纶丝产生塑性伸长，从而造成一定的弹性损失，实测预牵伸倍数下降。预牵伸倍数测试结果的离散性，则是由氨纶丝及纱线沿其长度方向上的结构差异等因素造成。

2 多品种拉伸试验

为考察不同名义预牵伸倍数、不同氨纶丝规格(主要为前者)的空气网络包覆弹力纱中氨纶丝实际预牵伸倍数测试结果与名义预牵伸倍数的差异情况，探讨名义预牵伸倍数及氨纶丝规格对纱线实际弹性的影响，对取自空气网络包覆纱生产工厂样品室的多种空气网络包覆弹力纱进行无预加张力拉伸试验，并计算其实际预牵伸倍数。样品存放时间均已超过3个月。

2.1试样规格与试验参数

试样规格如表2所示。为便于对比，试样1仍采用A2070DR1.4。试样1#～8#为具有相同品种、相同规格的外包覆丝和氨纶丝，实测网络度也大致相同，只有氨纶丝名义预牵伸倍数不同。试样9#为线密度大1倍的氨纶芯丝，同时预牵伸倍数也较大，网络度也略有增加。拉伸试验参数设置同1.2。

表1 A2070DR1.4纱无预加张力拉伸结果Tab.1 Non-pre-tensioning tensile results of yarn A2070DR1.4

注：偏差=名义预牵伸倍数-预牵伸倍数计算值。

表2 空气网络包覆弹力纱试样规格Tab.2 Sample specifications of air covered elastic yarns

2.2试验结果与分析

不同品种空气网络包覆弹力纱无预加张力拉伸试验结果如表3所示，为60次测试结果的平均值。

表3 不同品种空气网络弹力包覆纱无预加张力拉伸试验结果Tab.3 Non-pre-tensioning tensile test results of different varieties of air covered elastic yarns

注：偏差百分率=偏差/氨纶丝含义预牵伸倍数×100%。

从表3可看出，各品种空气网络包覆弹力纱中氨纶丝预牵伸倍数测试结果均小于名义预牵伸倍数，但差异程度不同。由试样1#～8#的测试结果可看出，随着氨纶丝名义预牵伸倍数的增大，实测预牵伸倍数与名义预牵伸倍数的差异有逐渐增大的趋势。如前所述，弹力纱线在卷绕成形时，为保证一定的卷绕密度，增大卷装容量，卷绕成形良好，所施加的卷绕张力是与氨纶丝的预牵伸倍数相匹配的，氨纶丝的预牵伸倍数越大，成纱卷绕成形时所需施加的卷绕张力越大。卷绕到筒管上的弹力纱线因处于一定张力作用下，其中的氨纶丝处于一定程度的伸长状态，卷绕张力越大，氨纶丝的伸长程度也就越大，经储存、运输等时间效应产生的塑性变形也就越大，从而丧失较多的弹性，实测氨纶丝预牵伸倍数与名义预牵伸倍数的偏差也就越大。表3所示测试结果表明，当氨纶丝名义预牵伸倍数大于1.8时，实测氨纶丝预牵伸倍数与名义值的偏差均超过20%，氨纶丝的弹性损失较显著。此外，预牵伸倍数与名义预牵伸倍数的偏差还受试样中氨纶丝因不同生产厂家、产品批次而存在的弹性差异、氨纶丝本身弹性的不匀性以及存放时间、存放条件(温湿度)等因素的影响，试样6#实测氨纶丝预牵伸倍数与名义预牵伸倍数的偏差大于试样7#和8#，原因包括以下几点：氨纶本身的弹性相对较差，易于产生塑性变形；该试样存放时间更长，因而产生了更多的塑性形变；该试样存放环境的温度更高，湿度更大，增加了氨纶丝的塑性变形。与试样1#～8#相比，试样9#虽然具有较大的预牵伸倍数，但因氨纶丝线密度大，实测氨纶丝预牵伸倍数与名义预牵伸倍数差异较小，表明随着氨纶丝线密度的增大(氨纶含量增加)，纱线弹性损失越小，这是因为氨纶丝线密度越大，本身弹性会越好。

3 结 论

空气网络包覆弹力纱的拉伸曲线可分为小应力大形变和大应力小形变2个阶段，采用无预加张力拉伸试验的方法，可测算氨纶丝预牵伸的伸长量，结合拉伸试验试样长度，可计算出氨纶丝的实际预牵伸倍数。

由于卷绕张力造成的塑性变形，氨纶丝实测预牵伸倍数均小于名义预牵伸倍数，在不考虑氨纶本身的弹性差异及存放时间长短等因素的情况下，二者偏差的大小取决于预牵伸倍数的大小及氨纶丝的线密度(氨纶含量)。氨纶丝的预牵伸倍数越大，偏差越大，即氨纶丝的塑性变形越大，弹性损失越大；氨纶丝的线密度越大，偏差越小，即弹性损失越小。

需要指出的是，空气网络包覆弹力纱因其结构特征，可认为外包覆丝的缠绕、缚结不能显著影响(阻止)卷绕张力去除后氨纶丝的弹性回复，因此采用无预加张力拉伸试验法测试氨纶丝预牵伸的伸长量是适用的。对于其他复合氨纶的弹力纱线，如短纤/氨纶包芯纱、空心锭氨纶包缠纱等，该方法的适用性尚需通过实际测试分析进行验证。

FZXB

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Testofactualpre-draftratioofspandexfilamentinaircoveredelasticyarn

AO Limin1， JI Erli2， MO Xiaoxuan1， LI Xiangyang1， LI Chungang3

(1.CollegeofMaterialsandTextileEngineering，JiaxingUniversity，Jiaxing，Zhejiang314000，China; 2.InstituteofProductQualityInspectionandTestingofJiaxingCity，Jiaxing，Zhejiang314000，China; 3.LaizhouYuanmoreInstrumentCo. ,Ltd. ，Laizhou，Shandong261400，China)

In order to test and evaluate the actual elasticity of the air covered elastic yarn, structure and tensile properties of air covered elastic yarns were analyzed, and the test method of actual pre-draft ratio of spandex by the analytical method of front section of the mechanical tensile curve was proposed. Typical non-pre-tensioning tensile curve was analyzed, and the calculation method of actual pre-draft multiplication of spandex was given. The testing and analysis of the air covered elastic yarns with different specifications were carried out. The results show that the tensile elongation of spandex filament can be measured by non-pre-tensioning tensile test. Combined with the specimen length of tensile testing, the actual pre-draft ratio of spandex filament can be calculated. The measured pre-draft ratios are always less than the nominal pre-draft ratios, and the difference between them depends on the pre-draft ratio and the linear density of spandex filament. The larger the pre-draft ratio of spandex filament is, the larger the difference. The larger the linear density of spandex filament is, the smaller the difference.

air covered elastic yarn; spandex filament; pre-draft ratio; non-pre-tensioning; tensile test

10.13475/j.fzxb.20161200105

TS 151.9；TS 101.9

A

2016-12-01

2017-06-30

敖利民(1969—)，男，教授，博士。主要研究方向为纺织品性能测试技术。E-mail：aolimin@126.com。