經編過程中金屬絲耐摩擦性能的研究

魏 賀 蔣金華 陳南梁

(1.東華大學紡織學院，上海，201620;2.東華大學產業用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

經編過程中金屬絲耐摩擦性能的研究

魏 賀1，2蔣金華1，2陳南梁1，2

(1.東華大學紡織學院，上海，201620;2.東華大學產業用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

為了分析不銹鋼絲金屬絲編織過程中影響其摩擦性能的因素，采用自制的摩擦儀模擬上機對金屬絲進行摩擦性能分析，得出在經編工藝中彎曲及摩擦應力是影響金屬絲耐摩擦性能及磨損的原因，編織工藝參數(包括紗線張力、機速、針頭尺寸)對紗線耐磨性能的影響程度。

經編，金屬絲，耐磨性

目前，針織物由于結構設計靈活、方向強度好、抗沖擊、易于成型制作復雜形狀的構件等優點而受到人們越來越多的重視［1-2］。特別是各種產業用經編金屬網織物在過濾產業、催化工業、航天工業、復合材料等方面用途越來越多，但在這些經編網結構中，一般采用超細不銹鋼絲和貴金屬超細絲進行編織。與常規化纖長絲或棉紗等原料相比，超細金屬絲的經編編織過程難度較高。編織過程中，由于超細金屬絲材料本身剛度較高，低伸長率，易打結、受力易卷曲等特性，特別是在與成圈機構反復接觸摩擦，容易造成斷紗和磨損成圈機件問題。超細金屬絲的可編織性是一個需要解決的問題。目前，國內外在紗線可編織性這方面已進行了一定的研究，其中玻璃纖維的可編織性是研究的重點［3-5］。但是，對于金屬絲在經編工藝中的磨損情況以及影響因素還沒有具體的實驗研究與分析。本文對不銹鋼金屬絲在編織過程中受到的摩擦進行了測試，發現了在編織時造成金屬絲損傷的一些原因，分析了編織工藝參數對耐磨性的影響程度。

1 實驗

1.1 實驗目的

通過模擬在編織過程中金屬絲與成圈機件的摩擦過程，測試金屬絲在編織過程中受到的摩擦，分析金屬絲在預型加工過程中損傷破壞產生的原因，并分析織針來回運動的速度、織針的尺寸以及紗線張力等參數對金屬絲紗線損傷的影響，及編織過程中織針對紗線的彎曲、拉伸和摩擦作用，并通過分析對金屬絲摩擦斷裂次數的影響，來定量分析金屬絲的可編織性。

1.2 實驗原料

試驗用金屬絲的基本參數見表1。

表1 試驗用金屬絲的基本參數

1.3 金屬絲拉伸性能測試

按照 GB/T 3916［2］測試標準，使用 YG061 電子強力測試儀對金屬絲進行力學性能測試，拉伸隔距設為250 mm，拉伸速度為20 mm/min，測試20組數據，取其平均值，測試結果見表2。

1.4 金屬絲摩擦性能測試

在自制模擬分析儀上進行分析試驗，實驗儀器圖(圖1)。摩擦部分2固定有織針，金屬絲從織針針鉤處穿過，測試時摩擦部分2往復運動，以模擬金屬絲滑過針鉤時受到的摩擦作用。記錄金屬絲在一定的張力下的磨斷次數。

表2 試驗用金屬絲力學性能

圖1 自制紗線摩擦模擬分析儀構造示意圖

試驗通過變化金屬絲編織時的預加張力F、模擬編織速度V、編織織針(針鉤直徑d)三個因素，交替變化測得試驗數據，每組測試3組數據，取平均值，結果見表3。

表3 金屬絲摩擦斷裂次數表

2 結果與討論

2.1 紗線預張力的改變對摩擦性能的影響

由圖2和圖3可知，在不同的紗線預加張力條件下，金屬絲紗線的耐磨性能差異較大。不銹鋼絲與織針之間的接觸應力會隨著接觸載荷的增加而增加，當紗線預加張力增加，會使得不銹鋼絲與織針兩者之間的接觸載荷增加。在各種機速條件下，金屬絲的磨斷次數均隨著預加張力的增大而急劇下降。

圖2 高機號下紗線磨斷次數—預加張力曲線

圖3 低機號下紗線磨斷次數—預加張力曲線

另外，由圖2和圖3的曲線看出從低張力過渡到高張力時，在預加張力較小時，預張力很小的增加變化對金屬絲的耐摩擦性能影響很大，會使得磨斷次數急劇下降;而當預張力較大時，預張力的變化對金屬絲的耐摩擦性能影響不明顯。可見，經編編織過程中，紗線的張力對紗線的摩擦損傷較大，在利于編織的條件下，張力越小，對紗線的損傷越小，越有利于順利編織。

選用兩種不同的織針尺寸，變化趨勢均相同，機號較低的織針(E7)，對應的針頭尺寸較粗，磨斷次數相對較多，但較粗的織針對于編織較緊密的織物時，可能不容易脫圈，從而可能引起紗線的摩擦性能降低。為此，還要繼續分析織針尺寸的變化對于金屬絲磨斷次數及摩擦性能的影響。

2.2 織針尺寸的影響

由圖4可知，在較低的張力下(如F=25 cN)，磨斷次數在各種速度情況下，均隨著織針尺寸的增加而增加，主要是由于織針尺寸的增加，使得不銹鋼絲摩擦織針的曲率半徑增大，使得摩擦部位的包圍角度減小，同時減少了接觸面積，使得接觸摩擦力降低，從而使不銹鋼絲耐磨性增加。

圖4 低預加張力下紗線磨斷次數—織針尺寸曲線

圖5 高預加張力下紗線磨斷次數—織針尺寸曲線

由圖5可知，在較高的預加張力下(如F=40 cN)，使得摩擦部位接觸載荷的增加，進而使實際接觸面積增大［6］，而摩擦力的大小主要取決于實際接觸面積的大小。一般情況下，實際接觸面積的增加并不與接觸載荷成正比，而是比接觸載荷增加得慢［6］，因此，在較高的預加張力下，接觸載荷增加反而使摩擦系數增大，這樣在織針尺寸超過0.45 mm后，磨斷次數反而呈現降低的趨勢，耐磨性下降。這種趨勢在低速下(如v=90 r/min和v=120 r/min)表現明顯，說明低速摩擦時，接觸面積對接觸摩擦影響占主導作用，對接觸部位的黏滯阻礙效應越明顯;而在高速下(如v=140 r/min)，接觸面積對接觸摩擦影響不明顯，接觸部分主要受滑動摩擦，受織針的曲率半徑的影響更大，其變化趨勢與低張力下相一致。

2.3 運行速度對紗線磨損情況的影響

如圖6可知，當預張力較小時，隨著運行速度的增加，金屬絲的耐摩擦次數也隨之增加，運行速度增加到某一值后，磨斷次數會隨之下降，但在織針尺寸很小的情況下(d=0.37 mm)除外，這種條件下磨斷次數會隨著速度的增加一直增加，說明織針越細，越利于金屬絲紗線的彎曲，脫圈越容易，有利于順利編織，這樣機速越高反而更加利于接觸部位的滑動，接觸點幾率減小，黏滯性降低，耐磨性提高。但另一方面，在較低的機速下，織針越細，彎曲曲率半徑越小，不利于接觸摩擦，從而比用較粗織針(d=0.45 mm，d=0.59 mm)編織時耐磨次數均要小很多，低于100次，而其他兩種在200次和300次以上。

圖6 預加張力F=5 cN時紗線磨斷次數—速度曲線

如圖7和圖8可知，當預張力較大時，隨著運行速度的增加，金屬絲的耐摩擦次數也隨之增加但運行速度增加到某一值后，金屬絲的耐摩擦次數也會下降。在速度達到某個臨界值之前，金屬絲的耐摩擦次數隨著速度的增加而增大，可以歸因當速度較高時整個模擬系統的工作狀態比較穩定，摩擦接觸部位的接觸性穩定，摩擦張力波定性較小;當速度達到某個臨界值之后(如大v＞120 r/min后)，金屬絲的耐摩擦次數隨著速度的增加而減小，主要是由于摩擦接觸部位在高速時，接觸響應回復不及時，摩擦波動性加大，摩擦點不連續性增加，會使得接觸部位波動性和張力波動性提高。由此可以看出，當速度增大到一定程度時，對金屬絲的編織耐磨擦次數的影響十分明顯，在實際的經編編織過程中，也要控制機速在合理的范圍內，機速過高反而會使得紗線耐磨性下降，不利于編織。

圖7 預加張力F=25 cN時紗線磨斷次數—速度曲線

圖8 預加張力F=40 cN時紗線磨斷次數—速度曲線

3 結論

超細金屬絲本身的脆性和高強低伸的特性，使其紗線在編織過程中極易因彎曲、拉伸、摩擦等外力的作用，這是影響金屬絲耐摩擦性能及磨損的主要原因。編織工藝參數(包括紗線張力、機速、針頭尺寸)對金屬絲紗線耐磨性能有較大的影響。綜合上述分析結果，可以得出以下結論:

(1)經編編織過程中，金屬絲的耐磨擦性能隨著初始張力的提高而降低，并且在預加張力較小時，預加張力的變化對金屬絲耐磨擦性能的影響較明顯。當紗線張力小幅增加后，紗線的摩擦斷裂次數會大幅下降。紗線的張力對紗線的摩擦損傷較大，在利于編織的條件下，張力越小，對紗線的損傷越小，越有利于順利編織。

(2)經編機的機號越高，即織針的尺寸越小，使得不銹鋼絲摩擦織針的曲率半徑減小，編織過程中金屬絲紗線所承受的彎曲應力越大，導致紗線容易斷裂，編織難度也隨之加大。且低速摩擦時，接觸面積對接觸摩擦影響占主導作用，對接觸部位的粘滯阻礙效應越明顯。

(3)在運行速度達到某個臨界值之前，金屬絲的耐摩擦性能隨速度的增加而提高;當運行速度超過臨界速度后，摩擦接觸部位使得摩擦接觸部位波動性和張力波動性提高，使得金屬絲的耐摩擦性能會降低。

［1］焦亞男，李嘉祿，董孚允.針織復合材料的力學性能［J］.纖維復合材料，1999，9(3):13-16.

［2］LEONG K H，RAMAKRISHNA S，BIBO G A，et al.The potential of knitting for engineering composies a review［J］.Composites:Part A，2000，31A(3):197-220.

［3］LAU K W，DIAS T.Knittability of high-modulus yarns［J］.J Text Inst，1994，85(2):173-190.

［4］蔣金華，劉曉明，陳南梁，等.預型加工過程中玻璃纖維紗線損傷原因的試驗分析［J］.東華大學學報(自然科學版)，2007，33(6):812-815.

［5］劉曉明，蔣金華，陳南梁，等.玻璃纖維紗線的摩擦性能及其影響因素的研究［J］.產業用紡織品，2008，26(2):28-32.

［6］沈燕，張德坤，王大剛.許林敏接觸載荷對鋼絲微動磨損行為影響的研究［J］.摩擦學學報，2010，30(4):404-408.

Study on abradability of stainless wire yarn during warp knitting process

Wei He1，2，Jiang Jinhua1，2，Chen Nanliang1，2
(1.College of Textiles，Donghua University;2.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education，Donghua University)

Aimed at analyzing the abrasion and knittability of the stainless wire yarn during the knitting process，abrasion damage and abrasion life of the stainless wire yarn were investigated by using a self made yarn/metal abrasion tester and different knitting factors were analyzed.The experimental results show that the stainless wire yarn was much easier to get damage under bending stress and frictional stress generated by abrasion during warp knitting process，and knitting factors(include knitting velocity，yarns tension，size of needle)had different effect on the abrasion of stainless wire yarn.

warp knitting，stainless wire yarn，abradability

TS193

A

1004－7093(2012)04－0018－04

2011－10－10

魏賀，男，1986年生，在讀碩士研究生。研究方向為經編產品性能。