第十一章 纱线的拉伸性质
? 1单根纱线强力试验机
? 试验单根纱线的强力试验机可采用 Y361型
单纱强力试验机。他有三种型号,Y361-
1型,强力范围为 10~1000g; Y361- 3
型,强力范围为 120~3000g; Y361- 30
型,强力范围为 0~ 30× 103g,以适应不
同单纱强力的需要。
? Y361型单纱强力试验机的结构如图:
1-上导纱钩 2-轧紧扳手 3-上纱夹 4-制动钩 5-升降手柄
6-指针 7-复位拉链 8-下导纱钩 9-下纱夹 10-预加张力片
? 几种纱线一次拉伸断裂特性指标的典型数
据,
? 常见几种纱线一次拉伸断裂特性指标的典
型数据。
? 纱线和长丝的拉伸曲线:
? 影响纱线一次拉伸断裂特性指标的因素
? 影响纱线强、伸度的因素主要是组成纱线的纤维性质和纱
线结构两个方面。对混纺纱来说,它的强、伸度还与混纺
纤维的性质差异和混纺比密切相关。至于温、湿度和强力
机测试条件等外因对纱线强、伸度的影响基本上与纤维相
同。
? ( 1)纤维性质
? 前已述及,当纤维长度、较长纤维较细时,成纱中纤维间
的摩擦阻力较大,不易滑脱,所以成纱强度较高。当纤维
长度整齐度较好,纤维细而均匀时,成纱条干均匀,弱环
少而不显著,有利于成纱强力的提高。纤维的强、伸度大
时,则成纱的强、伸度也大;纤维强、伸度不匀率小,则
成纱强度高。纤维的表面性质对纤维间的摩擦阻力直接有
影响,所以对成纱强度关系也很密切。
? ( 2)纱线结构
? 短纤维纱结构对其强、伸度的影响,主要
反映在捻度上。纱线捻度对强、伸度的影
响已在加捻对纱线性质的影响一节中述及。
传统纺纱纱线对断裂伸长率的影响如图所
示:
1-精梳毛纱 2-棉纱 3-粗疏毛纱 4-亚麻纱
? 当纱线条干不匀、结构不匀时会使纱线的
强度下降。有捻长丝纱的拉伸断裂特征,
随所加捻度的多少而异。
? 四种有捻长丝纱的拉伸曲线如图所示:
a-粘纤 330dtex/100f,捻系数,1- 6.3 2- 17.8 3- 29.5 4- 42.2 5- 57.5 6-
94.3
b-醋纤 110dtex/28f,捻系数,1- 15.6 2- 21.2 3- 27.6 4- 41.3 5- 69.1 6-
101.8
c-锦纶 924dtex/136f,捻系数,1- 3.2 2- 8.7 3- 14.9 4- 28.9 5- 37.3 6
- 54.2 7- 61.7
d-涤纶 110dtex/48f,捻系数,1- 13.6 2- 20.5 3- 27.6 4- 42.5 5- 57.9 6-
83.0 7- 113.9
? 低捻长丝纱和高捻长丝纱的断裂破坏过程有很大
的差别。低捻长丝纱断裂时,各根单丝之间的关
联很小,他们分别在各自到达自身的断裂伸长值
时断裂。但各根单丝之间断裂伸长值的差别不是
很大,所以长丝纱中单丝的断裂几乎是同时发生
的。而高捻长丝纱却不是这样,长丝纱中各根单
丝断裂不是同时发生的,整个断裂破坏过程是在
一个较长的伸长区间完成的。它的断裂强力随捻
度的增加而下降,它的断裂必早与低丝长丝纱,
并在开始断裂以后,它的拉伸曲线出现一个较长
的延伸部分,如图所示:
捻系数,1- 8.9 2- 31.6 3- 43.3 4- 66.8 5- 94.9
? 混纺纱的拉伸性质
? 混纺纱的强度和混纺比有很大关系,而且这个关系比较复
杂。它与混纺纤维的性质差异,特别是伸长能力的差异密
切相关。
? 混纺纱的强度同混纺纱的强度不同,不完全取决于纤维本
身的强度。当用两种纤维进行混纺时,由于两种纤维的强
度和伸长率不同,从而影响了混纺纱织物的强度。因此,
要生产一种特定强度要求的混纺纱和织物,就必须了解混
用纤维的特性、混纺比与成纱强度的关系。
? 为了简化问题的分析,假定只考虑纱的断裂是由于纤维断
裂而引起的,混纺纱中纤维的混合是均匀的,并假设混纺
在一起的纤维粗细相同。混纺纱的断裂强度按混纺纱所能
承受的最大负荷来表示,在此假设下来分析两组分混纺纱
的两种典型情况:
? ( 1)当混纺在一起的两种纤维断裂伸长率接近时,两种
纤维的断裂不同时性不明显,基本上是同时断裂的。当两
种纤维同时断裂时,混纺纱的断裂长度由下式计算:
? 式中,L1—— 由纤维 1纯纺时的细纱断裂长度;
L2—— 由纤维 2纯纺时的细纱断裂长度;
X—— 混纺纱中纤维 1的含量(按重量 %计算)。
? 如果纤维 1和纤维 2,其断裂伸长率 ε1=ε2,而断裂强度
P1< P2
21 1 0 0
1 0 0
1 0 0 L
XLXL ???
? ( 2)当混纺在一起的两种纤维断裂伸长率
差异大时,受拉身后明显的有两个断裂阶
段。第一阶段是伸长能力小的纤维先断;
第二阶段是伸长能力大的纤维断裂。当两
种纤维不同时断裂时,混纺纱的断裂长度
则由另外公式计算。
? 因此,计算混纺纱的断裂长度就必须:①
在相同设备与参变数下,纺制同样支数的
纯纺纱,用标准是研方法求出每一种纯纺
纱的断裂长度(即 L1和 L2)和断裂伸长率
(即 ε1和 ε2);②求出由伸长较大的纤维
纺成的细纱的负荷 — 伸长曲线,以确定 Pε1;
③按公式 LBC =LAB的条件,求出临界混
纺比 XB;④如果伸长率较小的纤维含量小
于 XB,则可按公式 LBC计算混纺纱的断裂
长度;如果伸长率较小的纤维含量大于 XB,
则可按公式 LAB计算混纺纱的断裂长度。
? 有两种不同情况:
? ①当用伸长小的纤维纺成的细纱断裂负荷
P1> Pε1时,则随着其含量 X在由 100%到
XB范围内的减少,混纺纱的强度下降,如
图所示:
混纺纱的断裂长度与混纺比之间的关系:(- P1> Pε1)
? 棉纤维的强度较高,但其断裂伸长率远比
涤纶及锦纶为低,当棉与这类合成纤维混
纺时,P1大于 Pε1,故随着混纺纱中棉纤
维含量的下降,混纺纱的强度也下降,只
但其含量 X<XB是混纺纱的强度才逐渐增大。
粘胶纤维与少量的涤纶或锦纶混纺时,混
纺纱的强度也有类似的情况。
? ② 当用伸长小的纤维纺成的细纱断裂负荷
P1< Pε1时,则不论伸长率小的纤维的含
量 X是大于或是小于临界混纺比 XB,混纺
纱的断裂长度都是随着含量的减少而增加。
换言之,在这种情况下随着混纺纱中伸长
大的纤维含量的增加混纺纱的断裂长度增
大,如图所示。
混纺纱的断裂长度与混纺比之间的关系:(- P1< Pε1)
? 这种情况在羊毛与任何化学纤维混纺时都
会出现。这是因为羊毛的强力最低,而伸
长率一般接近于化学纤维,有时略低于化
学纤维之故。欲要提高棉与合成纤维混纺
纱的强力,其途径是采用强度较高而伸长
率较小( 10%~20%)的高初始模量的合
成纤维。由于维伦比较接近这个要求,所
以用它与棉混纺时,混纺纱的强力随维纶
含量的增加而稍有提高。
? 涤纶与棉混
纺时,混纺
纱的强、伸
度与混纺比
的关系如图
所示。
? 用 1.7dtex涤纶与棉以不同混纺比纺成的
14.7dtex纱的强度 — 伸长曲线如图所示。
? 有图中曲线可以看出,混纺纱的强力在涤
纶混纺比为 50%~60%范围内时最低。当
混入 67%的 1.7dtex× 38mm涤纶时混纺
纱的强力几乎达到纯棉纱的强力。
1.7dtex× 38mm涤纶纯纺纱的强力要高
于纯棉纱,而 3.3dtex× 38mm涤纶混纺
纱的强力则低于纯棉纱。当涤纶含量在
50%以内时,混纺纱的断裂伸长率基本上
无变化,只有当含量超过 60%时,断裂伸
长率有很大的增加。
? 涤纶与粘胶纤维混纺时,例如用
3.3dtex× 70mm的涤纶与粘胶纤维以不
同的混纺比在棉纺设备上纺制 19.6tex纱,
涤 /粘混纺纱的干湿态强度与混纺比之间的
关系,干湿态断裂伸长率与混纺比之间的
关系,如图所示。
? 以不同的混纺比纺制 28tex( 36只)混纺
纱,其干、湿态强伸度特性如图所示。
? 由图中曲线可知,涤纶与羊毛混纺纱的强
度随着涤纶含量的增加而增加,当含量达
到 60%以上时,混纺纱的湿态强度与干态
强度接近。干态时混纺纱的伸长率随涤纶
含量的增加而增大,但其湿态下的伸长率,
在不同混纺比下都几乎保持不变。
? 1.4纱线未破坏的一次拉伸特性
纺织材料研究实践中,有时应用未破坏的一
次拉伸特性指标。测定方法有两种:( 1)
将材料拉伸到某一规定深长,并记录所加
的负荷,从而计算其应力;( 2)测定在规
定负荷及应力下试样的长度。工艺过程中
利用这些指标,可以根据一个参数估算其
他参数。例如,纱线在卷绕过程中承受的
负荷可以根据伸长变形估算出来,而后者
又与卷绕速度有关。这种估算有利于合理
选用工艺参数。
? 几种纱线在恒定负荷作用下以及释负荷以
后休息期间变形随时间而变化的特征如图
所示。
1- 25tex棉纱 2- 72tex干纺亚麻纱 3- 42tex精梳毛纱
4- 88tex普通粘胶长丝 5- 88tex强力粘胶长丝
? 为了全面评定纱线的品质,最好既要观察应力在规定条件
下的衰减,又要绘制应力随时间而变化的曲线。恒定负荷
值可选择断裂负荷的 10%,25%,50%或等于断裂负荷。
超过断裂负荷的 50%时,达到平衡需要的时间很长,由
于试样截面不匀,经常会被拉断。分析恒定负荷(在断裂
负荷的 10%~50%之间)下变化量的变化表明,随着负
荷的增大,各种纱线完整变形的增长不尽相同,例如亚麻
纱增长缓慢而粘胶长丝增长迅速。各种相对拉伸变形与负
荷的关系是,快速可逆变形与负荷值得变化接近成正比;
缓慢可复变形在大多数情况下变化缓慢;塑性变形与纤维
和纱线的结构有关。随着负荷的增大,完整变形中急弹性
变形的比例减小,剩余变形的比例增大。
? 介质作用和温度变化对纱线的完整变形 ε
(对夹持长度的百分比)和各种变形组分
影响很大。例如:
不同介质中纱线变形组分的变化
( a)棉纱 ( b)毛纱 ( c)涤纶纱
Ⅰ -空气介质( 20℃ ) Ⅱ -水介质( 20℃ 和 700℃ )
? 1.5纱线的多次拉伸循环特性
? 在多次拉伸作用下,不同结构的纱线剩余
变形的特点,如图所示。
1- 结构良好的纱线 2-结构不良的纱线
? 这种疲劳变形称作剩余循环变形。如果纱
线结构不良或者结构良好但拉伸作用产生
的变形较大,则可能不经历第二阶段,而
立即出现第三阶段,如果作用力非常大则
经过若干次拉伸后便被破坏,而不存在结
构逐渐瓦解的衰竭过程。
? 多次拉伸循环的特性指标,可采用各种方法进行
测试。根据纱线承受多次重复作用的方式和所用
仪器不同,测试方法可以分类如下:
? 选择测试方法时,不仅要考虑与材料实际应用状
态相似,还要兼顾一些其他条件:如仪器结构简
单、工作准确可靠、整个试样始终保留在试验区
域等。
? 例如:有两种不同负荷限度下第一次和最后一次
的负荷图
? 其中:( a)为负荷限度 P=0.65Pb时的情况,第
一次复核周期总周期伸长率为 3.6%,弹性伸长
率为 3.1%,不可逆伸长率为 0.5%,毛纱能承受
的拉伸循环次数为 38次,不可逆增长率增加到
7.1%;( b)为负荷限度 P=0.26Pb时的情况,
第一次负荷周期总伸长率为 1.8%,弹性伸长为
1.6%,不可逆伸长率为 0.2%,毛纱能承受的拉
伸循环次数 1111次,不可逆伸长率增加到 8.6%。
无论在 0.65Pb获 0.26Pb的负荷限度下,它们的
总伸长率均为 10.2%。
? 纱线被破坏时经历的拉伸循环次数成为纱
线的耐久性 np。几种纱线的耐久性与给定
的最大循环变形量( %)的关系曲线,如
图所示。
— 25tex棉纱 × - × 26tex粗疏毛纱