玄武巖長絲可編織性能的試驗研究

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(河北科技大學紡織服裝學院，石家莊　050031)

近年來綠色環(huán)保的高性能纖維和功能性纖維材料得到了快速發(fā)展，應用的領域越來越廣泛。優(yōu)異的工程性質(zhì)，使玄武巖纖維可摻入到混凝土等工程材料中，能有效地改善材料的力學性能，使材料的抗壓強度、抗折強度、抗拉強度、抗?jié)B性能、抗震性能等得到更加顯著的提高[1-3]。獨特的耐高溫性能使得它可以在高溫過濾材料領域發(fā)揮巨大優(yōu)勢，另外也可以在冶金、鋼鐵、水泥等行業(yè)中用作耐高溫的防護服裝或者是傳送帶等產(chǎn)品。石材作為主要的建筑材料之一，與水泥有著極佳的結合特性，所以也決定了玄武巖纖維制品可以在建筑和土木工程領域拓展出廣泛的使用空間，用于各種住宅、基礎設施工程等項目當中。總之，玄武巖纖維及其制品的應用領域是非常廣泛的，產(chǎn)品的應用形式也是多種多樣的，它可以是以纖維的形態(tài)使用，也可以是以產(chǎn)品的形式使用；產(chǎn)品的形式又可以是一維的產(chǎn)品、兩維的產(chǎn)品和三維立體結構的產(chǎn)品[4-5]。玄武巖纖維的優(yōu)良性能毋庸置疑，但纖維本身也有不足之處，如纖維的脆性較大，編織和織造時困難較大，故本論文主要就玄武巖長絲的可編織性能進行了試驗研究。

1　試驗原料

本試驗所用玄武巖長絲為東莞俄金玄武巖纖維有限公司和江蘇天龍玄武巖連續(xù)纖維股份有限公司生產(chǎn)，單絲直徑為13 μm，線密度為800 tex，測試拉伸斷裂強度分別為49.3 cN/tex和35.4 cN/tex。

2　設備、測試儀器及測試條件

設備：KBL 24-2-90編織機(徐州恒輝編織機械有限公司)，2個頭，每頭24個錠子，撥盤直徑90 mm，編織原理為二維二軸1×1編織[6-11]；L30雙頭全自動并絲機(徐州恒輝編織機械有限公司)。

測試儀器：UTM5305電子萬能強力機(深圳三思縱橫公司生產(chǎn))。

實驗測試條件：溫度22 ℃，相對濕度60%。

測試標準：參照FZ 65002—1995《特種工業(yè)用繩帶物理機械性能測試方法》。

3　試驗研究與分析

在本試驗中，首先使用L30雙頭全自動并絲機，將玄武巖長絲纏繞在編織機配套的專用紗管上。再將纏繞好的24個管紗按編織機操作規(guī)定裝在KBL 24-2-90編織機上，準備進行編織。

3.1　玄武巖長絲可編織性

鑒于在普通的小樣機上織造玄武巖機織物時，纖維有脆性大、易斷、布面毛糙、高低不平等問題，本次擬利用編織設備對玄武巖長絲先進行編織，改善其脆性，然后再利用所得線性材料去織造，為厚重型玄武巖纖維制品開發(fā)打基礎。該編織機共有24個錠子，紅、綠兩組各12個錠子。

以下為設計的試驗方案：

方案1、利用24根玄武巖無捻粗紗進行編織。

方案2、利用20根玄武巖無捻粗紗進行編織，紗管排列情況如圖1所示。

方案3、利用16根玄武巖無捻粗紗進行編織，紗管排列有2種情況，如圖2中的(a)和(b)所示。

方案4、利用12根玄武巖無捻粗紗進行編織，紗管排列有3種情況，如圖3中的(a)、(b)和(c)所示。

圖1　20根紗編織

圖3　12根紗編織

方案5、利用8根玄武巖無捻粗紗進行編織，紗管排列分2種情況，如下圖4中的(a)和(b)所示。

方案6、利用4根玄武巖無捻粗紗進行編織，紗管排列有3種情況，如圖5中的(a)、(b)和(c)所示。

方案7、利用2根玄武巖無捻粗紗進行編織，紗管的放置位置如圖6所示。

圖4　8根紗編織

圖5　4根紗編織

圖6　2根紗編織

試驗結果表明：

a) 利用玄武巖長絲在編織機上進行編織是可行的，纖維只有少部分斷裂，本次實驗(從方案1到方案7)從2根粗紗到24根粗紗，通過不同的編織紗根數(shù)變化和紗線放置位置變化，得到了12種不同粗細和結構的玄武巖線性制品，如圖7所示。

圖7　玄武巖線性編織制品實物照片

b) 為了得到外觀粗細均勻，組織結構緊湊的玄武巖編織繩，編織節(jié)距參數(shù)必須與參與編織的紗線根數(shù)相對應，否則隨著紗線數(shù)量的減少，產(chǎn)品會越來越松散，影響外觀和內(nèi)在性能。

表1是此次試驗的紗線根數(shù)和相對應的編織節(jié)距。

表1　編織參數(shù)及參與編織紗根數(shù)

c) 當參與編織的紗線為2根時，所編織出的產(chǎn)品只是簡單的交織，類似于股線的加捻，而且紗線會出現(xiàn)自身扭轉，編織出的繩會出現(xiàn)較大的結點。建議編織時最少使用4根紗進行編織。

3.2　編織參數(shù)與制品性能的關系

3.2.1節(jié)距與制品斷裂強度間的關系

本試驗分別用廣東和江蘇產(chǎn)的單絲直徑為13 μm,線密度為800 tex的玄武巖長絲進行編織，編織速度恒定為500 r/min，編織節(jié)距從35 mm到55 mm分5個不同數(shù)據(jù)進行編織。用這兩組試驗進行研究，以保證結論的準確性。然后參照FZ 65002—1995《特種工業(yè)用繩帶物理機械性能測試方法》，利用UTM5305電子萬能強力機進行拉伸斷裂強度測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　編織節(jié)距與制品斷裂強度間的關系

由表2中數(shù)據(jù)得出編織節(jié)距與制品斷裂強度之間的變化規(guī)律曲線如圖8所示。從圖8中兩組曲線可以明顯看出：在編織速度一定時，隨著編織節(jié)距的增加，斷裂強度也相應增加，且斷裂強度的最大值和最小值相差高達60%以上；

圖8　編織節(jié)距與制品斷裂強度之間變化曲線

3.2.2編織速度對制品斷裂強度影響

同樣進行兩組試驗，使用兩種不同產(chǎn)地生產(chǎn)的玄武巖長絲，編織節(jié)距都為50 mm，編織速度從250 r/min到1 250 r/min之間依次提高，分別進行編織，然后利用萬能強力機對所得試樣進行強伸性能測試，所得試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　編織速度與制品斷裂強度的關系

根據(jù)表3中試驗數(shù)據(jù)得出編織速度與制品的斷裂強度的變化關系曲線如圖9所示。從兩組曲線中可以明顯看出：當編織節(jié)距一定時，隨著編織速度的增大，斷裂強度呈下降趨勢，而且兩組試驗的編織速度從500 r/min提高到1 000 r/min時，斷裂強度的降幅最大，下降了30%左右，可見編織速度對玄武巖長絲的編織品性能有較大的影響。之前本課題組的學生曾用滌棉混紡紗進行過編織，得出編織速度與斷裂強度無必然聯(lián)系的結論。

圖9　編織速度與制品斷裂強度之間關系

經(jīng)過分析，筆者認為：本次實驗所用的玄武巖長絲是抗彎折性很弱的纖維，在卷繞和編織過程中會出現(xiàn)飛絲甚至斷線，且編織速度越快，玄武巖纖維受損越嚴重，從而導致編織速度大的時候，斷裂強度明顯變小。而柔韌性好的纖維在編織時沒有這種現(xiàn)象。

4　結　論

本試驗主要對玄武巖長絲的可編織性以及編織參數(shù)與產(chǎn)品的強伸性能關系進行了試驗研究。通過方案的設計、上機編織、性能的測試以及數(shù)據(jù)的分析，得出以下幾點結論：

a) 玄武巖長絲粗紗盡管脆性很大，但在編織機上是可以編織的，且根據(jù)不同的參與編織紗數(shù)量和不同的紗線排列方式，可以得到不同結構和性能的線性編織制品。

b) 當參與編織的紗線根數(shù)改變時，編織節(jié)距必須相應改變，否則，隨著紗線數(shù)量的減少，制品會越來越松散，影響外觀和內(nèi)在性能。

c) 在編織速度一定時，隨著編織節(jié)距的增加，斷裂強度顯著增加，斷裂強度的最大值和最小值相差高達60%以上；

d) 編織速度對玄武巖長絲編織品的斷裂強度有明顯影響，速度從500r/min提升到1000r/min之間，斷裂強度的降幅最大，下降了30%左右。