玻璃纖維織物單位面積質量 精細控制方法探討

朱 斌，郭仁賢，秦向榮，韓進華，宋 偉

（南京玻璃纖維研究設計院有限公司，南京 211112）

0 前言

復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質、不同形態的組分通過復合工藝組合而成的一種多相材料［1］，它既保持了原組分材料的主要特點，又顯示了原組分材料所沒有的新性能，可以通過材料設計使各組分的性能相互補充并彼此聯系，從而獲得新的優越性能。這種復合結構要比目前普遍使用的鋁、鋼和鈦的合金材料輕一半，強度和耐熱性幾乎相同［2］。作為復合材料的基材［3］之一的玻璃纖維織物需要保證單位面積質量穩定在固定的區間波動，這樣才能滿足新型復合材料質量均勻性要求。

隨著增強材料技術不斷發展，對織物的單位面積質量技術指標要求也不斷提高，如某專用玻璃纖維織物單位面積質量要求為（100±3）g/m2，所需要的紗線與常規普通織物所用紗線的線密度控制要求不同，常規紗線線密度波動在±8%，本專用織物單位面積質量要求為公稱值±3%范圍，精度控制要求高，對應的紗線波動必須控制在-4%～2%（如中心值：25 tex，波動范圍：24～25.5 tex）之間，常規生產的紗線線密度波動遠超出了織物單位面積質量設計要求。紗線線密度波動取決于原絲的線密度波動，根據統計的數據分析原絲自身存在線密度波動（不同原絲）及內不勻（同一原絲內部線密度）問題，捻線后的紗線線密度無法在常規生產狀態下滿足織物面密度的高精度控制要求。因此通過精細控制技術研究，來嘗試解決紗線線密度波動及內部不勻問題。在生產過程中設計定長生產，然后通過數學計算稱重調配技術手段，將紗線質量波動控制在設計的范圍內，從而達到精細控制織物單位面積質量的要求。

1 玻璃纖維常用計算公式

線密度：1000 m長度紗線的質量克數，單位為tex。

單位面積質量：織物每平方米的干重克數［3-5］。

計算公式：

式中：

G ——單位面積質量，g/m2；

Pj——織物經密，根/cm；

Pw——織物緯密，根/cm；

Nj——經紗線密度，tex；

Nw——緯紗線密度，tex。

2 紗線線密度數學理論計算

根據織物單位面積質量的要求，進行理論計算單絲配重的范圍區間，設計好配重范圍后交給紗線配重人員進行操作。設計該方法時需要考慮單絲紗管的質量誤差，一般考慮誤差1～2 g，按照線密度要求，同時根據最終產品的平均質量要求，進行理論計算設計好單絲的長度，所有單絲按照設計的長度在捻線機的計長儀上進行設定，到規定長度后落紗，這樣保證所有參與配重的管紗大小基本保持一致，不符合定長要求的少數紗不參與配重，綜合考慮管子及定長誤差，理論計算的配重范圍需要同時向中心值收縮5 g。

假設某規格織物需要紗線的線密度合格范圍是A±5% tex，即0.95A～1.05A tex，A-線密度理論中心值，紗線最終產品合格的質量中心值為G1（g），根據線密度定義進行理論計算，單絲設定的定長理論值為：L=（G1/A） ×1000，單位：m

計算的理論配重范圍如下：

單絲管子質量選取基本一致的，誤差在1～2 g為宜，塑料管質量偏差比木管小，不過在配重時需要先將管子進行去皮，所以去皮質量的準確性很重要，這也決定配重范圍的準確性，因此必須定期核對管子質量。

綜合考慮管子及定長誤差后，對實際配重范圍進行修正，修正后的范圍為：

根據產品合股情況（如2股、3股、4股等），將相應數量的單絲在電子臺秤上面配好后在釘板或紗車上面排列好，交稱重后給并絲取用。

舉例：某有捻紗產品線密度合格范圍為96±5% tex ，即91.2～100.8 tex ；

用戶最終產品合格的質量中心值為420 g；

單絲設定的定長理論值為：

計算的理論配重范圍如下：

綜合考慮管子及定長誤差后，對實際配重范圍進行修正，修正后的范圍為：

該品種股數為4股，那么將4個單絲在電子臺秤上配好后在釘板或紗車上面排列好，交稱重后給并絲取用。

根據產品線密度規定范圍要求，還可以將配重的范圍進一步向中間靠攏，這樣能夠有效克服各種外界因素造成的誤差［6］，有效提高最終產品的合格率。

3 專用玻璃纖維織物精細控制方法

根據專用玻璃纖維織物的單位面積質量要求為（100±3）g/m2，采用線密度25 tex的紗線生產，經過理論計算對應的紗線波動范圍必須控制在-4%～2%，即中心值：25 tex，波動范圍：24～25.5 tex之間。

選取55～60 g之間的紗管作為標準紗管，用于該織物用紗的配重控制，根據上面的理論計算方法，在捻線機控制面板上設定單絲定長為 13000 m（斷頭后不允許再次上紗），到長度的紗在電子臺秤上面由操作人員進行稱重調配，2只紗管稱重為：115 g，2只紗按照24～25.5 tex的線密度控制范圍，調配質量范圍在：430～443 g，計算線密度在：24.2～25.2 tex之間，配重完成后在錠板上歸類放置（2+2+2+2）×6，并絲時按照組合進行取紗并捻。

4 數據分析

4.1 紗線線密度數據

通過上面的控制方法，生產的定長成品紗600卷，隨機抽檢13卷采用YG086型縷紗測長機卷繞10 m檢測線密度，合格范圍為：24.0～25.5 tex。南京玻璃纖維研究設計院有限公司生產的S6C8-12.5×1×2紗線隨機抽檢的線密度見表1。

表1 抽檢紗線密度數據

從上表可以看出到長度的紗線線密度單值和平均值全部滿足24.0～25.5 tex范圍的要求。

4.2 織物單位面積質量數據

S6W100織物單位面積質量數據見表2。

表2 S6W100織物單位面積質量數據

從表2可以看出織物單位面積質量單值和平均值全部滿足100±3 g/m2范圍的要求。

在單位面積質量200 g、300 g等面重的織物精細控制研究中，采用同樣的辦法，也獲得了滿意的效果。

5 結語

受全球工業增長驅動，玻璃纖維市場平均年增長速度為7%。玻璃纖維增強材料的全球市場總價值達70億美元。全球人口增長和氣候變化的大趨勢使得玻璃纖維復合材料較傳統材料有著輕便、抗沖擊性、耐久性和高強度等優勢。

隨著航天、航空、汽車、新能源等領域的迅速發展，以玻璃纖維作為基材的復合材料低成本應用工藝越來越多，對質量均勻性要求越來越高，對玻璃纖維織物單位面積質量的波動范圍的減小提出了更加苛刻的要求［7-10］。

通過理論計算來進行精細控制單位面積質量技術研究，有效解決了紗線線密度波動及內部不勻問題所帶來的織物單位面積質量的較大波動問題。根據實際生產紗線線密度和織物的單位面積質量檢測數據分析，這種控制方法是有效的，可以推廣到控制各類高精度單位面積質量的織物需求領域。