毕业论文-合成纤维性能及其影响因素初探

1、合成纤维性能及其影响因素初探 （上海海洋大学12级海洋渔业科学与技术2班，上海海洋大学海洋科学学院）摘要：不同网具的不同部位的网片受力是不同的，因此，在不同的部位应该使用性能不同的网线，为了设计出高效易用的网具，一定要根据不同网具的性能来选择附和网具作业时特点的材料在配合以成熟符合的制作工艺，这对网具的寿命以及渔获性能有极大的改善，为了能够比较合理有效地利用渔用合成纤维，我们必须对合成纤维的性能有深入的了解。本文介绍了几种影响合成纤维性能的因素。 REF _Ref445835084 r h * MERGEFORMAT 1关键词：合成纤维，性能，影响因素目前来说，渔用网具的材料用得比较广泛的是聚

2、乙烯，简称PE。普通渔用网具材料的种类繁多，有聚乙烯（PE）、聚酰胺纤维（锦纶PA）、聚酯纤维（涤纶PES）、聚丙烯纤维（丙纶PP）、聚乙烯醇纤维（维纶PVA）、聚氯乙烯纤维（氯纶PVC）、聚偏二氯乙烯纤维（偏氯纶PVD）、纺尼龙、芳纶等，聚乙烯、涤纶、锦纶和丙纶在渔业中用得较多。 REF _Ref445835118 r h * MERGEFORMAT 2一般来说强度：芳纶锦纶涤纶纺尼龙。 REF _Ref445835156 r h * MERGEFORMAT 3。合成纤维材料的种类，网线结构，有无加芯，网片结节方式和湿度都对合成纤维的性能有所影响。1 不同合纤材料的性能 1.1 聚乙烯的性能

3、一般来说，我们称单丝是网线的基本组成单位，单丝的性能与网线的性能息息相关。从上世纪三十年代中期，制造聚乙烯的第一个专利在德国被申请，聚乙烯已经发展了70多个年头，我们国家的聚乙烯发展迅速，位列世界第五。 REF _Ref445835196 r h * MERGEFORMAT 4用聚乙烯制成的网线，因其抗拉伸强度好，柔挺性及抗冲击性能好，比重较小，表面光滑以及较小的比重，在渔业中得到了很快的推广，一般来说，网线的断裂强度（抗拉强度）与单丝的断裂强度成正比例关系，制作网线的单丝的强度越高，则网线的断裂强度就越高。 REF _Ref445835212 r h * MERGEFORMAT 5 1.2

4、锦纶的性能锦纶一般成为尼龙，是世界上出现的第一种合成纤维。尼龙的耐磨性较好，所以在网具中易磨损的部位可以用锦纶网线来编织，如拖网底部，网衣结合处等。尼龙吸湿性较好，这造成了网衣一方面因吸水过多而变得沉重，网阻变大，另一方面，对网线的强度也有关系，这点会在下面的讨论中提到。尼龙的弹力非常好，这一点也得从两方面来看，一方面网衣易变形，另一方面网衣也不易断裂。锦纶密度很小，弹性好，很耐疲劳破坏，化学稳定性也较好，不耐酸但是耐碱。 REF _Ref445835233 r h * MERGEFORMAT 6 1.3 涤纶的性能涤纶，在我国俗称“的确良”，在三大合成纤维中，涤纶是工艺最简单的一种，因此价格

5、也相对便宜，但强度上要较锦纶弱些，但比比棉花的强度大了近1倍，比羊毛的强度大了3倍，耐磨性也仅次于锦纶，再加上吸水性一般，涤纶的性价比还是很高的。在张守勋写的涤纶材料在围网上的应用概况一文中，可以总结归纳出以下几个结论：涤纶除了伸长率外，各项指标总纤度、强度、粘度和比重基本符合围网网丝的生产要求。涤纶加工的网片柔挺度好，吸水量极少，滤水性能较好，抗光性能较好，防腐性好，网线湿强力基本保持不变，是非常理想的渔具材料。因为涤纶具有以上两条的优点，在实际的生产作业中，比以锦纶为材料的网具的使用寿命长了一倍多，极大减少了网具的材料成本。由于涤纶的比重较大，所以以涤纶为材料的网具的沉降速度较快，在围网作

6、业中，能以较快的速度网住鱼群。根据网位仪的数据，有结涤纶围网的沉降速度比有结锦纶围网的沉降速度快30%。经过了四个鱼汛的作业时间，有结涤纶围网的渔获量比有结锦纶围网的渔获量提高了15%多。虽然涤纶材料在网具上的优势是显而易见的，但仍存在一些不足，主要表现在网片的结节强力损失较大，是因为涤纶网线的伸长率略低。因为伸长率低，后果是吉米诺骨牌式的，韧性差，再而断裂功低，所以网线较易被挂断。虽然涤纶的湿强力保持不变，但涤纶的抗弯曲能力一般，结节强力几乎减少了一半，再加上抗磨性比锦纶差，所以，涤纶不宜放在易磨损的部位，如上网衣和下网衣的加强部位和取鱼部。因为结节强力损失过多，因此可以尝试下无结网衣。总结

7、一下涤纶的特性就是，强度高，耐腐，耐光，耐热，耐酸不耐碱，保形性较好。 REF _Ref445835333 r h * MERGEFORMAT 7 1.4 维纶的性能维纶的最大特点就是吸湿性特别大，是合成纤维中最好的，有“合成棉花”之称。强度比锦纶和涤纶差，但是其化学稳定性十分良好，耐碱不耐酸，弹性较差，耐热性一般。维纶长期浸泡在海水中不易降解。由于普通的合成纤维材料的优缺点十分明显，如何才能同过其他手段来改良普通合成纤维的缺点，而不损坏其优点呢，下文介绍了四种方法。2 网线结构对合成纤维性能的影响网片的结构以捻线和辫线为主，辫线强力高于捻线强力。一般通过若干个短丝或长丝来捻成一种纱，称为单纱

8、；通过若干个单纱加捻形成的线叫做捻线；但是辫线却不需要加捻，辫线是通过有一定数量的单丝的股线互相穿连交叉而形成的，辫线的结构具有良好的稳定性，且不易变形。辫线分为加芯辫线和空芯辫线，强度也有所不同，显而易见加芯辫线比空心辫线的强度好。 REF _Ref445835118 r h * MERGEFORMAT 2捻线以及辫线的性能参差不齐，究其原因主要是辫线和捻线所使用的单丝的材料好坏，设计网线的结构差异以及制作工艺的不同。 REF _Ref445835406 r h * MERGEFORMAT 8材料的原因在上述的文章里已经说明，一般使用网片柔挺度好，吸水量极少，滤水性能较好，抗光性能较好，防腐

9、性好，网线湿强力基本保持不变的涤纶和强度更好的但价格略贵的锦纶。 制作工艺的世界各地也是不尽相同。PA胶丝线以我国大连产的为最好；PA网线以我国上海产的为最好；PE单丝捻线以我国江苏产的为最好；PA 长丝三股捻绳国标优级品的强度比日本同类的产品（性能接近国标二级品）高40%，比德国同类的产品（接近国标一级品）高20%；PE单丝三股捻绳的国标优等品的强度与国际标准接近，但是比日本同类的产品的强度低了10%。 REF _Ref445835084 r h * MERGEFORMAT 1在孟祥磊的“PE辫线和捻线一次拉伸断裂特性”实验中，可以得到的结论是，拥有的单丝数相同时，聚乙烯（PE）辫线的断裂强

10、力要大于聚乙烯（PE）捻线的断裂强度，即拥有的单丝数相同时，辫线的断裂特性优于捻线，且加芯辫线的断裂特性优于空芯辫线；在他的“PE辫线和捻线二次拉伸断裂特性”实验中，结合“PE辫线和捻线一次拉伸断裂特性”实验的结论可以得到的结论是，拥有的单丝数相同时，聚乙烯（PE）辫线和捻线的二次拉伸断裂特性比一次拉伸断裂特性都有所提高，但是辫线的二次拉伸断裂特性要好于捻线，加芯辫线的二次拉伸断裂强力增加率和结节强力增加率都略大于比空芯辫线；在他的“PE辫线和捻线多次拉伸断裂特性”实验中，可以得到的结论是，拥有的单丝数相同时，辫线的多次拉伸断裂特性是优于捻线的，辫线的多次拉伸断裂强力比捻线大，而且辫线的断裂强

11、力产生增加的次数也比捻线要多。 REF _Ref445835406 r h * MERGEFORMAT 8由于比较中辫线和捻线都是由同一规格的单丝制作而成的，故其吸湿性、化学稳定性、弹性、耐疲劳和耐老化性能等相近就不作延伸。3加芯对合成纤维性能的影响 加芯的研究这里挑选PE辫线为研究对象，来主要研究其强力性能、延伸性能、耐磨性能、耐疲劳性能以及其柔挺性能的影响。 3.1 强力性能有时网线的强度达不到渔具拉力的要求，如拖网力纲、下纲等，这时会在网线里加一根钢丝，就做成了我们常说的钢丝绳。钢丝绳是指用几根钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股网线相互缠绕而成。绳芯的作用主要是增加钢丝绳的弹性和韧

12、性，还可以做到润滑钢丝、减轻摩擦的功能，能大大提高钢丝绳的使用寿命。加芯辫线的断裂特性优于空芯辫线，加芯辫线的二次拉伸断裂强力增加率和结节强力增加率都略大于空芯辫线。拥有的单丝数相同时，空芯辫线结节断裂伸长率和断裂伸长率比捻线要大，加芯辫线结节断裂伸长率和断裂伸长率要比捻线小。 REF _Ref445835406 r h * MERGEFORMAT 8 3.2 延伸性能网线在外力的作用下，产生变长的形变的性能称为延伸性能。改变辫线延伸性能的因素有辫线的结构、节距和每股丝数以及线芯数，这里我们只研究线芯的数量。研究表明，当线芯数为零时，辫线表现出来的延伸性能和股线是一样的，但是，随着线芯数的增加

13、，其弹性恢复率稍稍增加，即延伸性能变好。 3.3 耐磨性能耐磨性能简单的说就是耐机械磨损的性能。通过实验表明，在股线的规格和数目相同的情况下，随着线芯的数目的增加，辫线的强度的保持率也在增加，因为在初期的磨损中，以外层的股线接受摩擦，线芯未受影响，随着线芯数目的增加，辫线的强度保持率也增加，即耐磨性能变好。 3.4 耐疲劳性能耐疲劳性能简单的说就是能承受反复使用的程度。通过实验表明，在股线的规格和数目相同的情况下，随着线芯的数目的增加，辫线的耐疲劳强度随着变好。 3.5 柔挺性能 柔挺性是指网线抗横弯曲变形的能力。通过实验表明，股数相同的辫线，随着线芯数目的增加，辫线的柔挺性能也变好。 REF

14、 _Ref445835118 r h * MERGEFORMAT 2 4 网线结节方式对合成纤维性能的影响世界上第一个无结网衣诞生在上世界二十年代初的日本，由于无结网片的强度较高，网片面积一样时网线的面积较小，滤水性较好这些较好的渔用特性，迅速风靡世界。经过无数渔船作业的检验，无结网衣能有效减少拖网作业是的水阻。从上世纪八十年代出起，我国开始使用涤纶（PES）制作的无结网，经过我国科研人员近三十年的不断探索研究，我国已经具备了制造高质量的涤纶（PES）无结网衣的能力，目前已能量产。通过海上作业可以证明，使用涤纶（PES）无结节网片制作的围网，渔获量较尼龙（PA）网片制作的围网有较大的提高，上面

15、也提到了PES的价格也比PA要少很多。 REF _Ref445835084 r h * MERGEFORMAT 1由于网线在网结处造成应力集中，所以网结处的强度是最低的。网结的强度与网线材料的种类、表面的摩擦系数、纤维的粗细和内部结构有关。构成网结的网线的应力随着外力的增大而增大，结节处网线的摩擦力也变大，但网线的应力形变却随之变小，最终应力形变会停止，从而应力的集中点就从网结的内部转移到网结和目脚的交界处，并且应力集中在曲率最大的一根目脚上，这根目脚随之断裂。网线间的摩擦力有利于结强保持率。 REF _Ref445835563 r h * MERGEFORMAT 9在其他所有因素都相同时，各

16、种材料的网线结成的网结的牢度有很大差异。粗捻线聚乙烯（PE）材料的网结的结牢度比尼龙（PA）材料的要高很多，细捻线尼龙（PA）、聚乙烯（PE）、涤纶（PES）三种材料的网结的结牢度十分接近，单丝中尼龙（PA）的结牢度是最低的。在其他所有因素都相同时，结牢度与网线的综合线密度成正相关，并且两者是幂指数关系。在目脚的牵拉作用下，Z捻向的聚乙烯（PE）网线的结牢度：双活结活结双死结S型死结Z型死结。当网线规格一样时打Z型死结，结牢度与所受应力大小成正相关，且两者为线性关系。再有，网线的捻向也影响结牢度。 REF _Ref445835576 r h * MERGEFORMAT 10由于比较中有结和无结

17、网线都是由同一规格的单丝制作而成的，故其吸湿性、化学稳定性、弹性、耐疲劳和耐老化性能等相近就不作延伸。5 湿度对合成纤维性能的影响 长江水产研究所资源捕捞研究科室曾进行过渔用合成纤维的技术性研究，他们选取了国内外的锦纶，乙纶和维纶在不同线号数时，不同的干湿状态下进行拉力测试，从中可以得出的结论为：锦纶网线的湿强度较干强度下降了约5%到17%之间，其中，大多数降低了约10%到15%之间。锦纶网线断裂前的干伸长度大约是31.4%到40.4%之间，而湿伸长度较干伸长度略少，约为28.2%到37.4%之间；锦纶网线的湿结节强度比无结节干线强度降低了大约37.5%到50%，只有干强度的50%到62.5%

18、。但是乙纶纤维就有所不同：根据国外的资料数据整理归纳，乙纶纤维的湿强度是不变的，但是根据本国生产的乙纶纤维实验测定的结果表明，乙纶纤维的湿17强度是稍微有点增加的，这个数字大约是1.44%到8.4%；乙纶纤维的干伸长大约是16.8%到22.1%之间，湿伸长比较干伸长大约少了14.6%到20.3%，乙纶湿结节强度不稳定，其降低的幅度过大，这个数字在29.5%至50.5%之间，但是，绝大部分的湿结强度至少达到了干强度的55%；维纶的湿强度表明，湿强度较干强度要降低17%到30%，湿伸长大约是20.1%到27.5%，干伸长大约是17.4%到22.5%，维纶网线湿结节强度只有无结干线的40.8到51.

19、4%。 REF _Ref445835591 r h * MERGEFORMAT 11由于比较中有结和无结网线都是由同一规格的单丝制作而成的，故其吸湿性、化学稳定性、弹性、耐疲劳和耐老化性能等相近就不作延伸。一般来说，湿网线的化学稳定性和耐老化性能要比干网线差，耐疲劳性能等基本相近。6 回顾历史，展望未来我们国家的水产品总量从上世纪九十年代起就已经成为了世界第一，1997年就达到了3600多万吨，占到了世界水产品总产量的四分之一以上，世界的人均水产品占有量为20千克，而我们国家的人均水产品占有量达到了27.8千克。我们国家的渔业发展的趋势是增长的，这个趋势将长期延续下去，而我们国家已经成为世界渔

20、业产量增长最突出的国家。 REF _Ref445835604 r h * MERGEFORMAT 12上世纪以来，合成纤维渐渐成了渔业作业材料的主体，在实际作业中已渐渐替代天然纤维，如麻、蚕丝、棉花制品等，价格比天然纤维低，性能比天然纤维好，潜移默化地为我国渔业的发展增添了一份不可或缺的力量。渔用合成纤维在发展上也超过了天然纤维，如超高分子量聚乙烯纤维，可生物降解纤维等。 REF _Ref445835618 r h * MERGEFORMAT 13渔用合成纤维是我们国家乃至世界及其重要的生产资料，世界渔业产量的提高归功于渔用合成纤维的快速发展，与此同时，因渔用合成纤维而得益的世界渔业也为合成纤

21、维材料提供了广阔的市场以及巨大的发展前景。 REF _Ref445835604 r h * MERGEFORMAT 12随着人类对材料性能要求的不断提高，人工合成纤维如普通的聚乙烯（PE）、聚酰胺纤维（锦纶PA）、聚酯纤维（涤纶PES）、聚丙烯纤维（丙纶PP）、聚乙烯醇纤维（维纶PVA）、聚氯乙烯纤维（氯纶PVC）等已经不能满足人们的需求。索性人类从未停止探索的脚步，第二次世界大战以后，世界形成两极格局，美国和苏联为了军备和航空技术的需要，开发了质量轻，耐高热，强度高的新复合纤维材料，进而进行了超强纤维的研究与开发。超强聚合物纤维材料研究的理论依据是，高分子晶态结构理论上具有极高的拉伸强度和弹

22、性模量，而目前普通纤维的强度只有理论强度值的2%到4%。其技术途径是高分子的二次结构控制和分子设计。 REF _Ref445835734 r h * MERGEFORMAT 14目前开发出的超强纤维有超强聚芳胺纤维（PPTA），超强聚乙烯纤维（UHMWPE），聚苯并唑（PBO），超强聚酰胺纤维6（PA6）等。超强纤维材料在围网中可以大大减少网具网线和钢索如上纲、下纲和浮子纲的粗度，减少浮子数，减少网具占用甲板的空间，延长网具的使用寿命。 REF _Ref445835734 r h * MERGEFORMAT 14渔业中以超强聚乙烯纤维（UHMWPE）用得比较多，目前仅有日本、美国、荷兰和我国才

23、能大规模生产。用超强纤维制作的绳索与普通材料合成的纤维材料相比，在相同规格下，断裂强力是尼龙（PA）材料的4倍，聚乙烯（PE）材料的5倍，其直径能比相同断裂强力的尼龙（PA）材料减少40%到50%，比聚乙烯（PE）材料减少50%到60%。 REF _Ref445835771 r h * MERGEFORMAT 15我们不仅可以在超强纤维这个方向上研究，还可以研究着色材料的应用，利用着色技术，使网线达到不同的颜色，可以尽可能减小网线在水中的能见度，还能抗老化，延长使用寿命。在超强聚酰胺纤维6（PA6）网线上着色后用作围网材料，性能媲美国外同类围网。着色材料较传统的染色网在耐老化、抗光性和着色强度

24、上有较大提高。 REF _Ref445835084 r h * MERGEFORMAT 1海洋生物大都有趋光性，所以发光网线就营运而生了。发光网线能发出微弱的光，能明显吸引趋光生物。将发光网衣放置与拖网的某些部位，吸引鱼类进入网囊。日本在上世纪八十年代出就研制出了此类网线，并且应用在拖网上已有成效，英国也曾开发过目前在实验阶段，我们国家则起步较晚，目前尚处于经验积累阶段，前景可观。 REF _Ref445835885 r h * MERGEFORMAT 16我国在超高强度合成纤维，着色技术和发光网线仍有不小的差距，因此，我国在先进材料的使用上涉及过少。我国必须在这方面在渔业生产中有所运用，与此同时，先进的技术带动带来合纤性能进一步提高，相信在未来，我国科技的发展一定使渔用合成纤维的性能达到前所未有的高度。参考文献：万荣, 唐衍力, 杜首恩. 渔用合成纤维材料强度性能的比较与分析J. 青岛海洋大学学报,