常用超高分子量聚乙烯纖維釣線斷裂強度與耐磨性能研究

滕文良，殷雷明，莊 鑫，龔德華，張健峰，錢金玉，鄭志龍，劉英泰，邢彬彬

(1 大連海洋大學 水產與生命學院，遼寧 大連 116023;2 大連海洋大學，遼寧省海洋牧場工程技術研究中心，遼寧 大連 116023)

迪尼瑪(Dyneema?)纖維是一種超高分子量聚乙烯纖維，迪尼瑪纖維釣線采用編織或加捻而成，一般有4股編、8股編等多種結構。迪尼瑪纖維釣線具有優異的綜合性能，相較于普通聚乙烯釣線其擁有更堅韌、模量高、伸長低、重量輕等特點[1]。同時，迪尼瑪纖維在其生產及使用過程中對環境造成的污染小[2]。

近年來，休閑漁業在國內高速發展，垂釣作為休閑漁業的一種重要形式逐漸被人們所喜愛，如何在垂釣中選擇合理的釣線成為休閑垂釣者急需解決的問題[3]。鑒于迪尼瑪纖維釣線性能優異及在垂釣愛好者群體中積累的良好口碑，其正逐漸替代傳統的垂釣魚線，成為主要的垂釣釣線選擇材料之一[4]。中國學者對迪尼瑪纖維在改進捕撈漁具方面進行了大量研究。郁岳峰等[5]對比測試了迪尼瑪纖維繩網與聚乙烯材料繩網的斷裂強力及漁用實用性，結果表明迪尼瑪纖維繩網斷裂強力更高，在拖網作業中可以有效降低拖網的線面積系數，提高生產效能。王明彥等[6]對迪尼瑪纖維材料制作的拖網研究表明，迪尼瑪纖維拖網的捕撈產量和產值相較于傳統PE拖網高，有著更好的經濟效能。國外學者對迪尼瑪纖維在漁具選擇性方面進行了研究，Herrmann等[7]對使用普通聚乙烯的拖網和使用迪尼瑪纖維的拖網進行了拖網選擇性試驗，研究表明迪尼瑪纖維拖網的漁獲物中兼捕誤捕現象較普通聚乙烯拖網少，選擇性更優。Adnan等[8]在地中海對迪尼瑪纖維拖網網囊和傳統PE材料網囊進行了選擇性實驗，結果證明使用迪尼瑪纖維材料制成的拖網網囊較傳統PE材料具有更小的阻力，有利于提高拖網漁具的使用性。

由于迪尼瑪纖維釣線應用到垂釣業上的時間較短，目前國內還未有在魷魚釣作業中大規模使用迪尼瑪纖維釣線的報道，迪尼瑪纖維釣線在垂釣業上應用的各項性能指標還沒有系統地進行測試研究。同時，在釣線各項性能中，斷裂強度、耐磨性尤為重要，是釣線必不可少的重要技術指標[9]。

結合垂釣業中釣線選擇實際需要，通過對2種結構、8種規格的迪尼瑪纖維釣線的斷裂強度及耐磨特性進行對比研究，得出相關性能數據，并結合休閑漁業垂釣中常見漁獲物重量范圍，提出針對不同釣捕對象釣線選擇的合理建議，為魷魚釣及休閑漁業垂釣的釣線選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

所用2種結構、8種規格的同一批次生產的迪尼瑪纖維釣線購自大連某釣線生產工廠，作為試驗材料試樣，材料參數詳見表1。

1.2 儀器

斷裂強度試驗采用電子織物強度機(YG026C，中國)，斷裂強度測量范圍為0～5 000 N，可在不同的拉伸速度下，測定試樣的斷裂強度、斷裂伸長等數據。

耐磨特性試驗采用電腦紗線耐磨試驗儀(LFY-109A，中國)，勻速摩擦速率為60次/min。

1.3 斷裂特性試驗方法

2種結構、8種規格的試樣在實驗室內(標準大氣下)放置24 h以上，溫度(20±2)℃，濕度(65±5)%。設100、200、300、400、500、600 mm/min 6個拉伸速度檔[10]，對預定的試驗試樣進行測試,分別進行n=30次有效測定。試驗過程中相關的技術條件和方法，均按SC/T 4039—2018《合成纖維漁網線試驗方法》標準[11]進行。

1.4 耐磨性試驗方法

對2種結構、8種規格的迪尼瑪纖維釣線的耐磨性進行測定，每次測試樣品的數量為20組，對4股編、8股編1～8號16種規格迪尼瑪釣線進行耐磨性實驗。本試驗采用往復式摩擦程序進行操作，在標準實驗室環境下，將試樣的一端系在耐磨機的小圓環上，然后穿過滑輪、磨砂石和導向滑輪,將試樣的另一端施加1.47 N張力[12]。當試樣的表面與磨砂石表面充分接觸時，開始進行耐磨試驗，當試樣被完全磨斷時，記錄試樣的磨斷次數，并計算單位線密度的磨斷次數[13]；當試樣摩擦 3、6、9、12、15 min后，將試樣從電腦紗線耐磨儀上取下，通過斷裂強力機上以拉伸速度300 mm/min[14]，對磨損后的試樣進行斷裂強度測試，計算斷裂強度并得出斷裂強度保持率。以試樣單位線密度的磨斷次數，斷裂強度保持率這2個指標來評價迪尼瑪纖維釣線的耐磨性能[15-16]。

2 結果

2.1 斷裂強度與拉伸速度的關系

由表2可知，2種結構、8種規格的迪尼瑪纖維釣線的斷裂強度在6種拉伸速度下，同號迪尼瑪纖維釣線8股編的平均斷裂強度為4股編的1.05～1.23倍，且同編釣線的斷裂強度隨著粗度的增加而增加。

表2 迪尼瑪纖維釣線斷裂強度與拉伸速度的關系

如表3所示，經SPSS軟件作線性回歸分析，得出迪尼瑪纖維釣線斷裂強度(B)與拉伸速度(v)的趨勢曲線。結果表明，2種結構、8種規格的迪尼瑪纖維釣線斷裂強度與拉伸速度的線性回歸關系極為顯著，即迪尼瑪纖維釣線在不同的拉伸速度之下，斷裂強度隨著拉伸速度的增大而減小。

表3 4股編、8股編迪尼瑪纖維釣線的斷裂強度與拉伸速度線性回歸分析

2.2 拉伸速度與釣線斷裂伸長率的關系

釣線的斷裂伸長率并不遵循線徑越粗其斷裂伸長率減小的情況[17-19]，不同的結構和規格釣線變化規律不同。如圖1、2所示，隨著速度的增加，4股編釣線與8股編釣線的伸長率變化存在明顯差異。4股編釣線的伸長率在不同速度時的伸長率變化范圍為4.3%～6.3%，在拉伸速度為300 mm/min時，7號釣線的伸長率最大，為6.3%；在拉伸速度為300 mm/min時，1號釣線的斷裂伸長率最小，為4.3%。8股編釣線的伸長率在不同速度時的伸長率變化范圍為4.0%～8.2%，且除1號、5號外在同一拉伸速度下伸長率均隨線號規格的變大而變大；在拉伸速度為300 mm/min時，5號釣線的伸長率最大，為8.2%；在拉伸速度為400 mm/min時，2號釣線的伸長率最小，為4.4%。8股編5號線的伸長率約為其他線號(除1號外)的1.1～1.3倍，在拉伸速度為200 mm/min時，其伸長率最小，為7.8%。

圖2 8股編迪尼瑪纖維釣線同一拉伸速度下不同粗度釣線的伸長率變化曲線

2.3 各規格釣線單位線密度磨斷次數的比較

由表4可見，同種結構迪尼瑪纖維釣線單位線密度磨斷次數隨著釣線粗度的增加而增加，單位線密度磨斷次數最少的為4股編1號和8股編1號，單位線密度磨斷次數最大的為4股編8號和8股編8號。其中4股編8號釣線單位線密度磨斷次數為4股編1號釣線的13倍；8股編8號釣線單位線密度磨斷次數為4股編8號釣線的8.5倍。

表4 各規格迪尼瑪纖維釣線磨斷次數

2.4 各規格釣線斷裂強度保持率的比較

由表5、6可見，4股編1號釣線因磨斷次數過少導致無法測試其斷裂強度保持率；4股編2號、4股編3號釣線在9 min內磨斷，故無法測試其9、12、15 min斷裂強度保持率；8股編1號釣線在12 min內磨斷，故無法測試其12、15 min斷裂強度保持率。同種結構釣線中，4股編8號釣線在5個磨損時間后的斷裂強度保持率高于4股編其余號數釣線。8股編釣線在3 min、15 min摩擦后，斷裂強度保持率最大的為8號釣線；在6、9、12 min摩擦后，斷裂強度保持率最大的為7號釣線。由此可見，2種結構釣線7號、8號釣線的耐磨性好，1號釣線的耐磨性最差。

表5 各規格迪尼瑪纖維釣線磨損后斷裂強度比較

經SPSS軟件作線性回歸分析，得出迪尼瑪纖維釣線斷裂強度(B)與磨損時間(T)的趨勢曲線，如表7所示。

表6 各規格迪尼瑪纖維釣線磨損后斷裂強度保持率比較

表7 各規格迪尼瑪纖維釣線斷裂強度與磨損時間線性回歸分析

結果表明，2種結構、8種規格的迪尼瑪纖維釣線斷裂強度與磨損時間的線性回歸關系顯著，即迪尼瑪纖維釣線的斷裂強度在不同的磨損時間后，斷裂強度隨著磨損時間的增大而減小。

3 討論

3.1 影響釣線斷裂的因素

拉伸速度影響纖維斷裂強度，本多勝司等[20]曾經對聚酰胺(Polyamid)網線在0.25～1.11 m/min的拉伸速度下做過斷裂強度試驗分析，結果表明拉伸速度增加會改變纖維斷裂強度。國內的許傳才等[21]曾做過有關拉伸速度對網線斷裂強度的影響試驗，結果顯示拉伸速度對釣線的斷裂強度有一定的影響。

在試驗過程中，對釣線進行斷裂強度測試時，容易被夾具夾破損,測試時會在夾具根部斷裂。尤其是進行“合纖”網線斷裂強度測試時，更容易在夾具根部斷裂或滑動，會對試驗結果造成誤差。在更換不同墊襯物后，如使用砂紙、紙殼、塑料布及滌綸薄膜、帆布、膠皮、皮革(牛皮)、豬皮作為墊襯物進行斷裂強度測試，仍然出現不同程度的滑動情況。原因有兩點：墊襯物過厚，導致夾具無法加緊釣線，出現滑落的情況；摩擦力過大，在拉拽時，在夾具根部出現破損，致使受力不均，發生斷裂。迪尼瑪纖維光滑、強度高的特點上述所涉及的墊襯物均不能在本試驗中使用，但通過研究分析，符合本試驗的墊襯物應具備柔軟、較薄、摩擦阻力大等特點[22-25]。通過對其他新材料的測試，紙巾(原生木漿)的效果最好。

3.2 釣線耐磨性分析

有研究表明，釣線的耐磨性與其直徑、線密度的大小有關[26]。本試驗表明，相同結構釣線直徑及線密度越大，單位線密度磨斷次數越高；直徑及線密度越小，單位線密度磨斷次數越小。單位線密度磨斷次數隨著直徑及線密度的線性變化而不同，釣線的斷裂強度保持率在不同粗度、不同線密度的釣線中表現不同[27]。釣線在6 min、9 min、12 min磨損后，直徑及線密度較小的8股編7號釣線的斷裂強度保持率高于直徑及線密度較大的8股編8號釣線；在9 min、12 min、15 min磨損后，8股編4號釣線的斷裂強度保持率高于8股編5號。由此可見直徑及線密度不是影響迪尼瑪纖維釣線斷裂強度保持率的因素。

3.3 迪尼瑪纖維釣線應用的建議

休閑垂釣的魚類主要包括褐菖鲉(Sebastiscusmarmoratus)、烏鱧(Channaargus)、黃鰭鯛(Acanthopagruslatus)、大瀧六線魚(Hexagrammosotakii)、鯔魚(Mugilcephalus)、虹鱒(Oncorhynchusmykiss)、真鯛(Pagrusmajor)、許氏平鮋(Sebastesschlegelii)、黑鯛(Acanthopagrusschlegelii)、鯉(Cyprinuscarpio)、草魚(Ctenopharyngodonidella)等品種[28-30]。中國魷魚釣漁業主要漁獲種類包括太平洋褶柔魚(Todarodespacificus)、中國槍烏賊(Uroteuthischinensis)等品種。根據舒列依金魚體最大拉力公式[31]并結合本研究結果，在釣線選擇上應選取直徑及線密度更大且磨損后斷裂強度保持率更高的8股編迪尼瑪纖維釣線作為釣線，4股編作為鉤線。由于4股編1～3號、8股編1號在12 min磨損后的斷裂強度保持率為0，不推薦設置為主線；子線較主線細，故推薦選取較細的4股編迪尼瑪纖維釣線作為子線。通過查閱休閑垂釣中部分常見魚種的質量及體長范圍[32-36]，對釣線的搭配提供建議(表8)。因中國魷魚釣主捕漁獲物種類太平洋褶柔魚及中國槍烏賊體重達到0.6 kg，且魷魚釣作業過程中釣線磨損頻繁，建議選擇4股編8號釣線作為子線，8股編8號釣線作為主線進行捕撈作業。

表8 常見漁獲物的釣線搭配

4 結論

2種結構的8號迪尼瑪纖維釣線的斷裂強度及耐磨性能顯著優于相同結構的其他號數的釣線，迪尼瑪纖維釣線的耐磨性與其直徑、線密度的大小有關，直徑及線密度越大，單位線密度磨斷次數越高；直徑及線密度越小，單位線密度磨斷次數越小。8股編8號釣線直徑及線密度大，應作為釣線主線使用，4股編釣線較8股編釣線直徑及線密度小，應作為釣線子線使用。4股編8號釣線及8股編8號釣線具有同結構中最優秀的斷裂強度及耐磨性能，可以有效作為魷魚釣漁業中近海手繩釣漁具及外海魷魚手釣漁具的釣線，進行捕撈作業。對垂釣中常見的漁獲物釣線選擇分析得出8股編6號至8號釣線可以有效地作為釣線主線使用，4股編6號至8號釣線可以有效地作為釣線子線使用。在對耐磨性有較高要求的捕撈作業中，應選擇同結構中耐磨性最好的4股編8號釣線作為子線，8股編8號釣線作為主線。建議使用以上釣線搭配進行休閑垂釣。

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