不锈钢纤维的抗损伤能研究.doc

不锈钢纤维损伤机理初探杨强1 ， 徐丰军2 ， 陈国华1(1.青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071)(2.青岛宏大纺织机械有限公司，山东青岛 266000)摘要:测试不同细度的不锈钢纤维与传统纺织纤维的打结及钩接强度等性能并进行比较研究，分析纤维的弯曲剪切性能，结果表明金属长丝比短纤性能要好，偏低的弯曲剪切性能是造成断头、损伤大的重要影响因素，通过调整纺纱工艺特别是改变针的圆滑性及针的直径等，可在一定程度上降低纤维的损耗率。关键词: 不锈钢纤维；弯曲剪切性；绕针性能 中图分类号: TS101.2The elementary exploration on the damage mechanism of stainless-steel fiberYang Qiang1 Xu Fengjun2 Chen Guohua1(1.Textile and Clothing institute of Qingdao University, Qingdao 266071)(2.Qingdao HongDa Textile Machinery CO.,LTD, Qingdao 266071)Abstract To test and study the knot and loop tenacity of stainless-steel fiber in different counts comparing with the common fibers, and analyze their curing and cut properties. The result suggests that the properties of steel filament is better than staple, and point out the lower curing and cut properties are the main factors that cause the breakage and damage. By adjusting the spinning process, especially change smoothness and the diameter of card wire, can decrease the loss ratio in certain degree. Key Words stainless-steel fiber, curing and cut properties, castover property不锈钢纤维是近20年发展起来的新型功能材料，其体积质量大，导电性能好，耐腐蚀性好，耐热性好，在长度和细度方面都能达到纺纱的要求，具有一定的可纺性,其优异的防静电、防电磁辐射性能更使其得到广泛的应用1。由于金属长丝织造过程中的断头接续问题，很多企业倾向于使用不锈钢纤维短纤混纺。尽管不锈钢纤维的拉伸强度和模量较之于棉、涤纶等均较大,如表1所示，但在实际生产中却发现不锈钢纤维在纺纱过程中，尤其在梳理过程中纤维损耗率高2，而这种短纤混纺的损伤问题会对最终布面质量状态、纺纱效率、生产成本等产生一系列影响。这就需要我们对不锈钢纤维的性能特点进行进一步的研究，以求找到短纤成纱损伤问题的机理及其解决办法。表1 不锈钢纤维与其他纤维的比较纤维种类不锈钢纤维粘胶棉涤纶6m8m断裂强度(cN/dtex)1.941.981.481.752.22.95.03.504.56初始模量(cN/dtex)206.85129.9919.526.7689317.730.81 力学模型及理论依据纤维在梳棉机上接受梳理时的简单模型3如图1所示,纤维集合体在被梳理的过程中就是要把纤维、纤维和纤维都分离开,使之成单纤维状。图中箭头代表梳棉机梳针对纤维的梳理力,在此梳理力作用下,可能产生3种不同的梳理结果:a.纤维将从纤维和纤维的握持下抽出来,实现纤维的单纤维状态；b.纤维弯曲,使纤维和纤维越来越靠近,最终3 根纤维纠缠在一起形成纤维结；c.纤维被弯曲折断,形成短绒。由以上分析可知，纤维主要受弯曲剪切力及纤维间的摩擦力等的作用。纤维或纱线在弯曲过程中，和任何梁的弯曲一样，各部位的变形是不同的，如图2所示。中性面以上受拉伸，中性面以下受压缩。弯曲曲率愈大(曲率半径ro愈小)，各层变形差异也愈大4。曲率半径过小的地方易发生折断，见图3。 图2 纤维或纱线弯曲时变形 图3 纤维或纱线弯曲破坏为此，建模型如图4、图5所示。即将纤维打结及两纤维互相穿套钩接后上下施加拉力。此时若设钩接绝对强力为P(cN)，纱线细度单位为Ntex时，则钩接相对强度为Pog=Pg/2Ntex (cN/tex)。打结强度也有相应的关系：打结相对强度为Id=Pd/Ntex(cN/tex)。 图4 打结强度实验 图5 钩接强度实验 图6 绕针模型通常情况下，纤维或纱线互相钩接或打结的地方，最容易产生弯断。通过分析拉伸力学模型，可知纤维打结、钩接拉伸时所受的力可以在一定程度上反映纤维的剪切及弯曲性能5。因此，该拉伸力学模型接近实际生产情况且有一定的安全系数，得出的结论可以反映实际生产情况。下面主要对不锈钢纤维的打结、钩接强度及绕针性能（模型如图6所示）等进行检测。测试结果与棉、涤纶等纤维相比较，可以初步找到金属纤维在梳理过程中的损伤原因。2 实验材料与方法在本文的实验过程中主要对不锈钢纤维的打结强度、钩接强度及绕针性能（类似于钩接性能）进行了测试。利用了直径分别为6m、8m的金属长丝，直径为12m的金属短纤三种不同类型的不锈钢纤维，以及棉纤维与涤纶等作对比。在标准条件下，利用YG001N型电子单纤维强力仪测试纤维的打结强度、钩接强度及绕针性能，调节上下夹持器间的距离使之为10mm,拉伸速度为10mm/min，纤维预加张力为0.2mg，将纤维拉伸至断裂即可，每个试样测试50根纤维。2.1不锈钢纤维的打结性能试验仍在拉伸强度试验仪上进行，将纤维打结拉伸至断裂即可，见图4。2.2 不锈钢纤维的钩接性能试验仍在拉伸强度试验仪上进行，将纤维钩接拉伸至断裂即可，见图5。2.3 不锈钢纤维的绕针性能将金属纤维分别与三种不同直径的细针相作用，具体为把针弯成“U”型，将纤维穿引过细针，在电子单纤维强力仪上进行拉伸，测其断裂强力，得到不锈钢纤维的绕针性能，见图6。3 结果与讨论表2、表3与表4分别表示实验测得的关于不锈钢纤维及棉、涤纶的打结强度、钩结强度以及绕针性能等各项数据。表2 打结强度比较纤维6m长丝(2.26)8m长丝(4.02)金属短纤(9.05)棉(1.4)涤纶(1.67)均值（cN/dtex）1.161.381.092.475.18最大值（cN/dtex）1.891.781.483.977.18最小值（cN/dtex）0.480.970.691.43.67变异系数（%）16.212.626.528.825.7由表2可以看出，不锈钢纤维不论长丝还是短纤打结强度明显低于棉及涤纶纤维，这是导致与其他纤维相比在纺纱时损耗率较高的原因之一，而直径为6m、8m的不锈钢金属长丝比短纤打结强度要高。表3 钩接强度比较纤维6m长丝(2.26)8m长丝(4.02)金属短纤(9.05)棉(1.4)涤纶(1.67)均值（cN/dtex）1.521.652.005.0110.58最大值（cN/dtex）2.092.262.567.2513.74最小值（cN/dtex）0.710.831.292.488.35变异系数（%）18.5526.9851.741.8330.5由表3可以看出，不锈钢纤维不论长丝还是短纤钩接强度明显低于棉及涤纶纤维，这也是导致与其他纤维相比在纺纱时损耗率较高的原因之一，而与打结强度不同的是，纤维直径越粗，其钩接强度越大。表4 绕针强度比较纤维6m长丝(2.26)8m长丝(4.02)金属短纤(9.05)棉(1.4)涤纶(1.67)细针均值（cN/dtex）2.352.502.265.1710.68变异系数(%)2916.554.536.140.4中针均值(cN/dtex)2.612.812.305.3910.92变异系数(%)3420.729.646.443.2粗针均值（cN/dtex）2.712.912.345.9211.99变异系数(%)11.619.151.943.737.4纤维在梳理过程中，绕针运动是必不可少的，它可以把束纤维分劈成许多小束，经过反复的绕针运动就可把束纤维分解成单根纤维。由表4可以看出，不锈钢纤维不论长丝还是短纤其绕针强度明显低于棉及涤纶纤维,而金属长丝比金属短纤的拉伸性能要好。而且随着针的直径越大，曲率半径越大，不锈钢纤维的绕针强度在不断提高。可以证明，在梳理设备上，梳针针齿的形状对纤维的损伤有着很密切的关系，特别是针齿的截面形状。通常来说，在棉纺生产中，通常都试图以增加针齿的锐度来提高梳理效果，殊不知，这样会造成纤维的过多损伤，从而使成条纤维平均长度受到影响。因此，这一实验结果也可以给棉纺企业的生产提供借鉴：为了在得到较好的梳理效果的前提下提高纤维长度指标，梳针的锐度并不是越高越好。另外，梳针的截面形状来说，圆形的截面比其他截面效果要好。4 结论不锈钢纤维在纺纱梳理过程中纤维损耗率高，与其偏低的弯曲剪切性能有着直接的关系，而纤维的打结、钩接及绕针性能则可用来表示纤维的弯曲剪切性能。由实验数据分析，金属长丝比短纤的性能要好，当不锈钢纤维与其他纤维进行混纺时，在梳理过程中适当提高针的圆滑性及针的直径，可在一定程度上提高纤维的弯曲剪切性，从而提高纺纱的效率。而如何更好的提高纤维的打结、钩接及绕针性能，还需要进一步的试验与研究。参考文献1许琳，李维鹏，段亚峰,等.不锈钢纤维及其功能性纺织品的研究现状与展望J.毛纺科技,2004,(9):56-58.2高山，郭洪为，陈国华,等.基于棉纺设备的不锈钢短纤维P棉混纺纱工艺J.纺织学报，2006,27(5)：87-89.3 刘让同.摩擦系数对金属短纤维梳理性能的影响研究J.西