捻度對雙層包覆紗斷裂強力的影響

金禮月 李小紅 時娟娟 黃曉梅 曹海建

（1.南通大學，江蘇南通，226019；2.安徽銘瑞新材料科技有限公司，安徽滁州，239000）

包覆紗是一種新型復合紗，其芯紗可以為長絲或短纖維，外包紗通過加捻并用螺旋的方式包纏在芯紗表面［1］。獨特的包覆方式使兩種纖維各方面性能得到互補，減少由單一紗線制成織物的性能不足，充分發揮了包覆紗的優勢。在長絲包長絲和長絲包短纖維的試驗研究中，芯紗容易裸露在外而影響織造過程，故需改進方法［2］。國內外學者針對包覆紗的拉伸性能做了許多研究。其中，周朝鋼等通過細紗機制備了芳綸1313/超高分子量聚乙烯包覆紗，通過正交試驗得出的質量最佳包覆紗工藝為牽伸倍數1.05 倍，捻系數330，芯絲張力0.2 cN［3］。鄧世豪在優化繃帶用氨綸/錦綸包覆紗的工藝試驗中發現，包覆紗的強力主要取決于外包紗，彈性主要由氨綸決定［4］；嚴雪峰等在研究包覆紗芯絲性能試驗中發現，包覆紗強力與所制織物耐切割性呈正相關［5］；仲霞等在包覆錦綸/氨綸的試驗中發現，包覆紗的斷裂強力呈先增加后降低的規律，并且較高的外包捻度會使織物手感變硬［6］。田鷺新等經過研究發現，在織物緊度一致的前提條件下，用芳綸1414 長絲織成織物的防刺性能比用超高分子量聚乙烯長絲的性能更優異［7］。

本研究以芳綸1414 長絲和聚酰胺（PA）長絲為外包纖維，以芳綸1414 長絲或超高分子量聚乙烯（UHMWPE）長絲為芯紗分別制備了包覆紗，重點研究捻度對包覆紗斷裂強力的影響規律。其中，將芳綸1414 長絲為芯紗的記為K/K 包覆紗，UHMWPE 長絲為芯紗的記為K/P 包覆紗。

1 包覆紗的制備

1.1 原料與設備

原料包括芳綸 1414 長絲（66.6 tex）、PA 長絲（7.7 tex）和 UHMWPE 長絲（44.4 tex）。

儀器設備包括HKV-101D 型絡筒機、HKV-141D 型空心錠子包覆絲機和Instron5969H 型萬能材料試驗機［8］。

1.2 包覆紗制備技術

1.2.1 包覆紗結構設計

由于UHMWPE 長絲和芳綸1414 長絲表面都較為光滑，為了實現較好的包覆效果，采用雙層結構的包覆工藝，內包較細的PA 長絲為過渡層，如圖 1 所示［9］。內包紗 PA 長絲為 S 捻，外包芳綸1414 長 絲 為 Z 捻 。

圖1 雙層結構包覆紗結構示意圖

1.2.2 包覆紗的工藝參數

牽伸速度21 m/min，里層PA 長絲捻度400 捻/m，錠速8 400 r/min，開機前根據不同外包捻度設置好相應外層的錠速。

根據包覆工藝要求和前期研究結果，外層捻度要低于里層捻度，但外層外包捻度低于100捻/m時包覆紗質量不理想，因此確定外包芳綸1414 長絲的捻度范圍在100 捻/m～300 捻/m。為確定斷裂強力的拐點，取50 捻/m 為一個梯度，即依次制備外包捻度 100 捻/m、150 捻/m、200 捻/m、250捻/m、300 捻/m 的 K/K 包覆紗和 K/P 包覆紗。

1.3 斷裂強力測試

使用Instron5969H 型萬能材料試驗機，根據GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定（CRE 法）》，測試各捻度下兩組包覆紗的斷裂強力，調整夾距200 mm，設置拉伸速度100 mm/min，輸入相應包覆紗的線密度［10］。每筒紗測量 10 次，取平均值。

2 試驗結果與分析

2.1 卷繞率對包覆紗斷裂強力的影響

在外包捻度分別為 150 捻/m 和 190 捻/m 的情況下，制備卷繞率分別為 1.0、1.2、1.4、1.6 的K/K 包覆紗，總共8 個紗筒樣本，每筒上取5 個有效數值計算平均值，結果如表1 所示。

表1 不同卷繞率下K/K 包覆紗的斷裂強力

由表 1 可知，在外包 捻度為 150 捻/m 和190 捻/m，卷繞率為 1.4 時，K/K 包覆紗的斷裂強力均最大，分別達到233.60 N 和221.03 N。這是由于在牽伸速度不變的前提下，卷繞速度與卷繞率呈正比關系，適當的提升卷繞率有利于改善紗線質量，但增至一定值時，由于芯紗張力過大，會導致預伸長增大，進而使包覆紗斷裂強力降低[11-13]。此外，卷繞率過小或過大時，會導致紗線不能均勻分布在紗筒上，影響后續織造過程[14]。因此本研究最終選定卷繞率為1.4，以提高包覆紗的斷裂強力。

2.2 捻度對包覆紗斷裂強力的影響

2.2.1 大梯度捻度對包覆紗斷裂強力的影響

捻度梯度為 50 捻/m 時，K/K 包覆紗和 K/P包覆紗的斷裂強力如圖2 所示。由圖2 可知，捻度在 100 捻/m～300 捻/m 時，K/P 包覆紗的斷裂強力好于K/K 包覆紗；K/P 包覆紗和K/K 包覆紗的斷裂強力均隨著捻度的增加呈先增加后減小的規律［15］。這是因為，捻度增加即包覆速度增大，使纖維間摩擦力變大，紗線滑移量減小，斷裂強力增大。但當外包長絲的包覆捻回角隨著捻度的增加而增加時，在軸向承受的有效分力減弱，芯紗發生塑形變形，使得包覆紗強力下降［16-18］。由此推測K/K 包覆紗和K/P 包覆紗的斷裂強力拐點在100捻/m～200 捻/m。

圖2 捻度梯度50 捻/m 時兩種包覆紗的斷裂強力

2.2.2 細化梯度捻度對包覆紗斷裂強力的影響

捻度梯度為 20 捻/m 時 K/K 包覆紗和 K/P 包覆紗的斷裂強力如圖3 所示。由圖3 可知，捻度在100 捻/m～200 捻/m 時 ，K/K 包覆紗 和 K/P 包覆紗均出現兩個峰值，前者分別出現在140 捻/m 和160捻/m，后者則分別出現在150捻/m 和200捻/m。捻度大于 200 捻/m 時，K/K 包覆紗和 K/P 包覆紗的斷裂強力都明顯下降。這是由于高捻包覆下使芯紗受到較大壓力，不利于芯紗在空心錠中保持穩定狀態，導致紗線在拉伸時出現外包紗先行斷裂，使包覆紗強力下降［19］。捻度為100 捻/m～120捻/m 時，K/K 包覆紗和K/P 包覆紗的斷裂強力相差不大。捻度大于120 捻/m 時，K/K 包覆紗和K/P 包覆紗的斷裂強力相差明顯，且K/P 包覆紗的斷裂強力平均值明顯高于K/K 包覆紗，由此可知芯紗類別對包覆紗的斷裂強力有明顯影響。

圖3 捻度梯度20 捻/m 時兩種包覆紗的斷裂強力

2.3 包覆紗拉伸斷裂形貌分析

兩種包覆紗在不同捻度下的斷裂形貌各不相同。圖4 是K/K 包覆紗外包紗先行斷裂形貌，圖5 和圖6 分別是K/P 包覆紗芯紗先行斷裂形貌和外包紗先行斷裂形貌。

圖4 K/K 包覆紗外包紗先斷裂形貌

圖5 K/P 包覆紗芯紗先斷裂形貌

圖6 K/P 包覆紗外包紗先斷裂形貌

觀察試驗過程可知，對于K/K 包覆紗，捻度大于200 捻/m 時，基本都是外包紗先斷，如圖4 所示，斷裂聲音低沉；捻度為 140 捻/m 和 160 捻/m時，外包紗和芯紗同時斷裂，并發出清脆且較響的斷裂聲。對于K/P 包覆紗，捻度在100 捻/m～120 捻/m 時，芯紗先行斷裂，如圖 5 所示；捻度大于 300 捻/m 時，外包紗先行斷裂，如圖 6 所示；捻度為 150 捻/m 和 200 捻/m 時，外包紗和芯紗同時斷裂。兩組包覆紗的斷裂強力達到峰值時，都是芯紗和外包紗同時斷裂，說明制備效果良好的包覆紗外包紗和芯紗需要達到張力平衡，發生斷裂破壞時應表現為二者同時斷裂［20］。

3 結論

（1）外包捻度為 150 捻/m 和 190 捻/m，卷繞率為1.4 時，K/K 包覆紗的斷裂強力均最大。

（2）捻度在 100 捻/m～300 捻/m 時，K/P 包覆紗和K/K 包覆紗的斷裂強力均隨著捻度的增加呈先增加后減小的規律。

（3）捻度大于 120 捻/m 時，K/P 包覆紗的斷裂強力平均值明顯高于K/K 包覆紗。

（4）對于 K/K 包覆紗，捻度大于 200 捻/m 時，基本都是外包紗先斷；捻度為140捻/m 和160捻/m時，外包紗和芯紗同時斷裂。

（5）對于 K/P 包覆紗，捻度為 100 捻/m～120 捻/m 時，芯紗先行斷裂；捻度大于300 捻/m時，外包紗先行斷裂；捻度為150 捻/m 和200 捻/m 時，外包紗和芯紗同時斷裂。