不同鋼筘表面處理方法對(duì)玻纖摩擦的影響分析

林富生　裴鵬英　胡雨　龔小舟

摘要 玻纖在織造過(guò)程中受到鋼筘、綜絲等紡機(jī)部件的摩擦而產(chǎn)生毛羽，引起斷頭或開口不清，以致形成織疵影響織物質(zhì)量。本文主要分析了經(jīng)紗與鋼筘之間摩擦的原因，運(yùn)用聚四氟乙烯（PTFE）噴涂和聚四氟乙烯燒結(jié)2種技術(shù)分別對(duì)鋼筘上機(jī)試驗(yàn)，并與未處理的鋼筘進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試3種情況下經(jīng)紗的強(qiáng)力及織物的基本力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，鋼筘進(jìn)行表面處理能有效降低對(duì)玻纖造成的摩擦損傷，而且經(jīng)聚四氟乙烯燒結(jié)處理后得到的鋼筘對(duì)玻纖及其織物的影響要小。

關(guān)鍵詞 玻纖；摩擦；鋼筘；表面處理；影響

中圖分類號(hào) TH117 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）04—0063—02

玻璃纖維作為一種性能優(yōu)良的無(wú)機(jī)非金屬材料，相比有機(jī)纖維而言，抗拉強(qiáng)度高、電絕緣性好，耐熱、隔熱性好，并且有著優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，其織物及復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于電工、過(guò)濾、生物醫(yī)學(xué)、建筑、國(guó)防等諸多領(lǐng)域。但是，玻璃纖維分子結(jié)構(gòu)短小，屬于無(wú)機(jī)物脆性材料，在低張力的條件下，當(dāng)所受張力接近彎曲拉伸強(qiáng)度時(shí)，玻璃纖維紗線表面纖維極易因摩擦而斷裂，形成毛羽，導(dǎo)致紗線損傷，甚至出現(xiàn)斷頭，而且玻璃纖維紗在織造過(guò)程中因摩擦而起毛還直接影響著玻璃纖維織物的表面質(zhì)量和機(jī)械性能。

在經(jīng)紗所承受的各種摩擦作用中，尤以經(jīng)紗與鋼筘、經(jīng)紗與經(jīng)紗間的摩擦最為劇烈，紗線條干惡化，強(qiáng)伸性損傷嚴(yán)重，紗體表面毛羽變化顯著。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，紡織廠多采用上漿的方式來(lái)提高經(jīng)紗的耐磨性，使毛羽貼伏。然而，上漿工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備昂貴，后期還需進(jìn)行退漿處理，不利于玻纖織物進(jìn)行樹脂復(fù)合。因此，如何減少玻纖與紡機(jī)設(shè)備特別是鋼筘的摩擦減少損傷與斷頭是提高玻纖織造效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。

1鋼筘對(duì)玻璃纖維紗的摩擦損傷

紡織用玻璃纖維紗線通常是由平行排列的數(shù)百根連續(xù)長(zhǎng)纖維借助浸潤(rùn)劑形成的一束原絲或多束原絲再經(jīng)退捻和并捻加工而成。當(dāng)它用作機(jī)織經(jīng)紗時(shí)，需繞過(guò)后梁，并依照一定的規(guī)律穿過(guò)停經(jīng)片、綜眼和鋼筘，在織口處匯合，繞過(guò)胸梁卷繞在卷布輥上，玻纖與這些紡紗機(jī)件會(huì)產(chǎn)生接觸。織造過(guò)程中，隨著開口、引緯、打緯、卷曲和送經(jīng)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，玻纖與這些機(jī)件產(chǎn)生相對(duì)摩擦繼而產(chǎn)生磨損，摩擦和磨損貫穿于紡織加工的全過(guò)程，是影響紡織質(zhì)量指標(biāo)的主要因素之一。由于反復(fù)多次的摩擦移動(dòng)，玻纖表面層的浸潤(rùn)劑保護(hù)膜被破壞，發(fā)生擦毛、切割、拔脫等現(xiàn)象，導(dǎo)致部分單絲斷裂，紗線結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)力降低，毛羽增加，這些長(zhǎng)度較長(zhǎng)的毛羽反過(guò)來(lái)又加劇了經(jīng)紗的摩擦。這些長(zhǎng)毛羽之間彼此粘連，甚至與筘齒及相鄰經(jīng)紗紗體糾纏在一起形成毛球并造成開口不清。隨著織造的進(jìn)行，更多的單纖維斷裂，導(dǎo)致紗體截面纖維根數(shù)急劇減少，條干惡化，而這些毛球則慢慢被拉扯拖拽脫離紗體，成為落物。

在鋼筘將緯紗推向織口的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，打緯區(qū)單位長(zhǎng)度內(nèi)玻璃纖維紗與鋼筘之間的摩擦次數(shù)是很多的。每摩擦一次，鋼筘就會(huì)對(duì)玻纖紗體就造成一次摩擦損傷，短時(shí)間內(nèi)上百次相對(duì)高速摩擦，就足以使部分單纖維斷裂，形成長(zhǎng)度較長(zhǎng)的毛絲。假設(shè)鋼筘每次打緯對(duì)經(jīng)紗造成的摩擦功相等且為W，摩擦功完全被經(jīng)紗吸收且不產(chǎn)生別的能量消耗，打緯Ⅳ次后，此時(shí)玻纖受到的摩擦總功為W，根據(jù)物理學(xué)原理，可知：

W= N×W_e（1）

因此，玻纖所承受的鋼筘的摩擦功是由每次打緯時(shí)產(chǎn)生的摩擦功W_e和摩擦次數(shù)Ⅳ決定的。打緯時(shí)經(jīng)紗受到的摩擦功W_e則取決于鋼筘與經(jīng)紗之間的摩擦力F以及摩擦距離S，即：

W_e=F×S （2）

而摩擦力F與摩擦系數(shù)μ、經(jīng)紗張力T和經(jīng)紗與筘齒之間的包圍角θ有關(guān)。在開口時(shí)，上下層經(jīng)紗張力往往不一致，因此與鋼筘之間的摩擦力也不盡相同，織造過(guò)程中可以體內(nèi)各個(gè)調(diào)整后梁高低來(lái)調(diào)整梭口處上下層經(jīng)紗張力差值。經(jīng)紗與筘齒之間的包圍角θ則取決于筘片側(cè)邊形狀及經(jīng)絲相對(duì)筘齒的位置。若經(jīng)絲與筘片側(cè)邊平行，可使θ減小，若經(jīng)紗與筘片側(cè)不平行，則θ值增大，易產(chǎn)生斷頭。

2鋼筘表面處理技術(shù)

在鋼筘對(duì)玻纖造成的摩擦損傷的影響因素中，可控制的因素包括摩擦系數(shù)μ和經(jīng)紗與筘齒之間的包圍角。對(duì)鋼筘進(jìn)行不同表面處理則能改變其摩擦系數(shù)，本試驗(yàn)主要探究鋼筘經(jīng)表面處理后對(duì)玻纖的摩擦損傷的影響，試驗(yàn)準(zhǔn)備了3個(gè)規(guī)格完全一樣的鋼筘，筘號(hào)均為108筘齒/10cm，然后對(duì)其中一個(gè)鋼筘進(jìn)行聚四氟乙烯噴涂處理，另一個(gè)進(jìn)行聚四氟乙烯燒結(jié)處理，剩下一個(gè)不作任何處理，然后分別采用這3個(gè)鋼筘進(jìn)行玻纖上機(jī)試驗(yàn)。

2.1聚四氟乙烯（PTFE）噴涂工藝

聚四氟乙烯具有耐高低溫性、耐化學(xué)腐蝕和耐候性、良好的電氣絕緣性、白潤(rùn)滑性、不粘性等特點(diǎn)，其摩擦系數(shù)是相關(guān)固體材料中最低的，是一種理想的潤(rùn)滑材料，常作為潤(rùn)滑劑使用。

本次試驗(yàn)采用加壓式儲(chǔ)罐聚四氟乙烯潤(rùn)滑噴劑，使用前將鋼筘清潔干凈，除去油污及污垢、毛羽，將罐體搖勻后，在通風(fēng)環(huán)境下對(duì)鋼筘表面進(jìn)行噴涂。當(dāng)氣態(tài)溶劑揮發(fā)后，聚四氟乙烯在鋼筘表面形成一層潤(rùn)滑保護(hù)膜。

2.2聚四氟乙烯燒結(jié)工藝

聚四氟乙烯燒結(jié)工藝是將鋼筘浸入由聚四氟乙烯制成的浸涂液中，干燥后加熱到聚四氟乙烯的熔點(diǎn)327℃以上，并在此保持一段時(shí)間，使大分子結(jié)構(gòu)中的晶體部分全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形結(jié)構(gòu)，分散的單個(gè)樹脂顆粒通過(guò)互相擴(kuò)散熔融粘結(jié)成一個(gè)連續(xù)的整體，然后再經(jīng)冷卻，聚合物分子又從無(wú)定形逐漸轉(zhuǎn)為結(jié)晶形。較上述噴涂工藝而言，聚四氟乙烯燒結(jié)后產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定。

3織造過(guò)程中經(jīng)紗摩擦試驗(yàn)

織機(jī)上鋼筘對(duì)玻纖造成摩擦損傷的區(qū)域主要是鋼筘前后擺動(dòng)動(dòng)程內(nèi)鋼筘與經(jīng)紗接觸的部分，為了進(jìn)一步分析織造過(guò)程中經(jīng)紗所受鋼筘的摩擦影響，試驗(yàn)前對(duì)這一段經(jīng)紗進(jìn)行標(biāo)記。本試驗(yàn)采用SGh598型半自動(dòng)打樣機(jī)，打緯、引緯、卷曲和送經(jīng)運(yùn)動(dòng)均依靠手工完成，在玻纖上機(jī)后，織機(jī)僅進(jìn)行正常的開口和打緯運(yùn)動(dòng)，打緯300次后停機(jī)，每組取10根紗線作樣本，測(cè)試3種鋼筘使用條件下玻璃纖維紗線的強(qiáng)伸性，同時(shí)與未上機(jī)的玻纖作對(duì)比。由于玻纖與鋼筘之間的頻繁摩擦將使部分單絲斷裂，紗體結(jié)構(gòu)受損，條干惡化，從而導(dǎo)致紗線強(qiáng)伸性下降。采用經(jīng)過(guò)表面處理的鋼筘所得到的紗線與不作任何處理的鋼筘所得到的紗線形成對(duì)比，若強(qiáng)伸性有所改善，則表明鋼筘表面處理技術(shù)可減小織造過(guò)程中鋼筘對(duì)玻纖的摩擦損傷。

為了減少織物組織結(jié)構(gòu)及其它因素帶來(lái)的摩擦影響，本試驗(yàn)選用平紋織物，順穿法，每筘穿入2根經(jīng)紗，所使用的玻璃纖維紗線由湖北菲利華石英玻璃股份有限公司提供，其線密度為410Tex，每一根玻璃纖維紗線由3股玻纖加捻而成，捻度為3.5捻回/10cm。玻纖取樣后在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試，拉伸隔距為200mm，拉伸速度為200mm/min，測(cè)試時(shí)溫度為22℃，濕度為65%，測(cè)試后記錄數(shù)據(jù)并取平均值，如表1所示。

由表1可知，與未上機(jī)的玻纖相比，采用上述3種鋼筘打緯300次后玻纖的斷裂強(qiáng)力和強(qiáng)度均有不同程度的下降，其中不作處理的鋼筘所得到玻纖強(qiáng)伸性下降幅度最大，經(jīng)聚四氟乙烯噴涂處理的鋼筘所得到的玻纖強(qiáng)伸性下降幅度次之，經(jīng)聚四氟乙烯燒結(jié)所得到的玻纖強(qiáng)伸性下降程度最小。這說(shuō)明對(duì)鋼筘進(jìn)行表面處理后，能有效減小玻璃纖維紗線造成的摩擦損傷，特別是相比聚四氟乙烯噴涂工藝而言，聚四氟乙烯燒結(jié)工藝處理后的鋼筘對(duì)玻纖帶來(lái)的摩擦損傷最小。

4織物拉伸斷裂試驗(yàn)

為探究鋼筘對(duì)玻纖織物帶來(lái)的摩擦損傷，本試驗(yàn)以該玻纖為經(jīng)緯紗，采用上述3種鋼筘分別進(jìn)行上機(jī)織造，下機(jī)后將織物拆成3組30mm長(zhǎng)，50mm寬的試樣，在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試其拉伸斷裂性能，拉伸隔距為200mm，拉伸速度為200mm/min，溫度為22℃，濕度為65%，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并取其平均值，結(jié)果見表2。

由表2可知，與未處理鋼筘相比，噴涂鋼筘和燒結(jié)鋼筘得到的織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度均有所增加，這表面鋼筘經(jīng)表面處理對(duì)織物造成的摩擦損傷的確有所減少，而且相同條件下經(jīng)聚四氟乙烯燒結(jié)比噴涂制得的鋼筘對(duì)織物的強(qiáng)伸性影響要小。但三者的強(qiáng)伸性差異不大是因?yàn)樵摬＠w較粗，在織造過(guò)程中隨著卷曲和送經(jīng)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，玻纖上某一點(diǎn)與鋼筘的摩擦次數(shù)減少，并且在織造過(guò)程中鋼筘與玻纖產(chǎn)生摩擦的有效長(zhǎng)度僅是織口處到綜框前的這一段玻纖。試驗(yàn)證明，鋼筘表面經(jīng)過(guò)處理后能有效降低玻纖織物帶來(lái)的摩擦損失。

5結(jié)論

玻璃纖維具有高強(qiáng)度低拉伸、易彎曲折斷的特點(diǎn)，特別容易因摩擦而起毛起球，從而導(dǎo)致紗線產(chǎn)生強(qiáng)力弱節(jié)，嚴(yán)重時(shí)甚至引起紗線斷頭。但在織造過(guò)程中玻纖與鋼筘等紡織機(jī)件的摩擦又不可避免，因此如何減少玻纖與鋼筘等的摩擦損傷提升產(chǎn)品質(zhì)量是我們必須探究的課題。這次試驗(yàn)通過(guò)對(duì)鋼筘進(jìn)行表面處理，改變與玻纖接觸時(shí)的摩擦系數(shù)，能很好地減小鋼筘與經(jīng)紗之間的摩擦損傷，改善織物質(zhì)量。但由于試驗(yàn)材料的限制，我們僅對(duì)鋼筘進(jìn)行了聚四氟乙烯噴涂和燒結(jié)處理，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將有更好的減磨材料及先進(jìn)技術(shù)被用于鋼筘表面處理中，將會(huì)更進(jìn)一步減少鋼筘對(duì)玻纖造成的摩擦損傷。