长丝/短纤维复合纱线的结构与性能

论文摘要

纱线结构与性能的研究是纺织材料领域最重要的研究内容之一。因为纱线的结构与性能与由它构成的面料或产品风格性能之间具有非常密切的关系。本课题重点对长丝／短纤维复合纱线的捻度结构及其测定方法，拉伸性能和它的复合原理与规律进行了理论分析与实验研究。本课题的主要研究对象是涤纶、锦纶长丝与羊毛或毛涤短纤维环锭纺复合线（Plyfil）和复合纱（Sirofil纱），以及其它一些纱线，如棉纱、毛纱、苎麻纱、涤纶长丝、锦纶长丝纱等。本课题研究的主要内容包括：混合与复合的概念，复合方式及其特点，长丝／短纤维复合纱线的捻度结构及其测试方法，复合纱线的线密度、纤维含量与复合比、复合纱线的直径、单位体积质量与截面结构，单纤维和纤维束的强伸度及其分布，平行复合长丝纱、有捻长丝／短纤纱复合线（Plyfil）、长丝／短纤维复合纱（Sirofil）的拉伸曲线与强伸度，复合纱线强伸度与复合比的关系，以及影响复合纱线强伸度的一些因素等。本文首先在绪论中简要回顾分析了长丝和短纤纱线截面结构、捻度结构和拉伸性能、拉伸断裂机理等研究的成果，以及混纺纱、混纤丝和长丝／短纤维复合纱线结构与性能研究的成果与现状。在此基础上，对不同性能纤维混合与复合的概念、长丝与短纤维复合的工艺方法及其特点进行了辨析和归纳总结，然后在此基础上提出了本课题研究的主要内容和目标。捻度结构是纺织纱线最重要的结构特征之一。本文在Hearle等纱线捻缩理论的基础上讨论了复合纱线捻缩的范围，并且推导出复合纱线表面纤维捻缩和纱平均长度假设下纱的退捻伸长与退捻度之间的理论关系。对不同复合比聚酯长丝／羊毛Sirofil纱和毛纱、聚酯长丝纱的退捻过程，即退捻时纱线伸长与退捻度的关系进行了实际测试与理论比较；并提出了测定长丝／短纤维复合纱捻度的最大长度法。以此为基础，用解捻法、解捻加捻法、最大长度法对不同复合比Sirofil纱的捻度进行了测试和分析比较。结果表明：Sirofil纱与毛纱相似，解捻加捻法捻度测试结果的准确性受测试所加张力的明显影响。当纱线预加张力较小时，最大长度法捻度测试结果大于解捻加捻法而小于解捻法，与解捻法比较接近，而解捻加捻法捻度试验结果明显偏低。但当纱线预加张力较大时，解捻加捻法捻度试验结果与解捻法、最大长度法比较接近。通过分析，与混纺纱的混纺比相对应，作者提出了复合纱线的复合比、复合组分含量的概念，并讨论了它们与纤维含量（纤维含量比）之间的关系。对复合纱的公定回潮率、线密度及其与各组分公定回潮率、线密度的关系，以及它们的测定分析方法进行了理论分析和实验研究；测定比较了所研究纱线试样——Plyfil线、Sirofil纱、包缠纱等的直径和单位体积质量；并对Plyfil线、不同复合比Sirofil纱的纵横向形态、结构特征进行了分析，并探讨了其与复合纱线拉伸性能间的关系。文中第4章较全面地概括分析了前人提出的一些预测混纺纱线强度的模型。在对两组分纤维平行无捻时复合纱的强度理论分析的基础上，提出了平行复合强度预测模型（ROM2）和考虑纤维束纤维根数变化时复合纱强度预测模型（ROM3），用PET复丝和PA6DTY丝无捻复合等进行了实验验证。在此基础上，对以上几种适合于不同情况的强度模型进行了归纳、简化，提出了一个简单的、更适合于实际复合纱线强度预测的模型。第5章测试、分析讨论了棉纱、毛纱、涤纶长丝、锦纶6DTY丝等不同组分平行无捻组合复合纱的拉伸曲线特征与强伸度，重点测试、分析了毛涤混纺纱与涤纶长丝、锦纶6DTY丝平行无捻复合纱和有捻复合纱的拉伸曲线特征与强伸度、强伸度分布，以及强伸度与复合比之间的关系等，提出了用复合纱线的强力比、断裂伸长比反映复合纱线强度、伸长方面的复合效应，并对不同组分平行无捻和有捻复合纱的复合效应及其机理进行了分析，得出：平行无捻复合纱和有捻复合线（Plyfil）拉伸时存在分次（不同时）断裂的现象，它们的强伸度分布出现双峰或多峰分布特征。毛涤纱和锦纶6DTY丝无捻复合时强度与复合比关系出现下凹曲线特征，而毛涤纱和锦纶6DTY丝有捻复合、毛涤纱和涤纶丝无捻或有捻复合时强度与复合比关系基本符合第一混合定律（ROM1）。在实验室中自行纺制了试验所需的不同复合比的涤纶（PET）长丝+毛涤（W／T）短纤维Sirofil复合纱。在此基础上，测试分析了Sirofil纱的拉伸曲线、拉伸断裂强伸度分布，拉伸强伸度与复合比之间的关系以及拉伸曲线和拉伸强度的复合原理，得出：Sirofil纱一般不出现分次断裂的现象，拉伸断裂强伸度分布相对比较集中，复合纱强度很好地符合第一混合定律（ROM1），Sirofil纱的拉伸曲线基本可以用式（6-13）进行模拟。第7章对影响复合纱线强伸性能的一些主要因素进行了实验分析、研究，得出：复合纱线各组分的预加张力或纺纱张力对纱线的强力因复合组分拉伸性能不同而有不同程度的影响。随夹持长度的增大，复合纱线的强伸度测定值有所降低，而且Plyfil线强力和断裂伸长Sirofil纱减小得更多。拉伸速度对复合纱线强伸度测定值的影响则相对较小。复合纱线的复合捻度是影响它强伸性能的重要因素。随着捻度的增加，复合纱线的强力先明显增大后又有所减小，其间也存在临界捻度。一般而言，Plyfil线的临界捻度比Sirofil纱的小。从复合纱线的拉伸断口形态分析入手，比较分析了Plyfil与Sirofil纱线拉伸断裂的机理。指出：在本实验纱线试样工艺条件（如捻度）下，Sirofil纱的断口一般没有Plyfil整齐。Plyfil线内的两个组分存在同时、同处断裂或不同时、不同处断裂现象，而Sirofil复合纱中两组分问的接触、抱合相对较多，它们的断裂出现部分纤维断裂而部分纤维（长丝与短纤维）被抽拔与滑脱的特征。论文最后对本课题研究中发现或得出的一些主要结论进行了总结，同时剖析了此研究和本文中存在的一些问题，并对该领域以后研究的方向进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1.绪论
• 1.1 复合的概念及复合的方式与特点
• 1.1.1 混合和复合的概念
• 1.1.2 应用于纺织材料和纺织产品的复合方法与技术
• 1.1.3 长丝和短纤维复合的方式与特点
• 1.2 长丝和短纤纱线结构和性能研究的回顾
• 1.2.1 纱线捻度结构与捻度试验方法研究的回顾
• 1.2.2 纱线截面结构研究的回顾
• 1.2.3 纱线强度、拉伸性能研究的回顾
• 1.3 不同组分复合纱线结构与性能研究的回顾
• 1.3.1 混纺纱和混纤丝结构与性能研究的回顾
• 1.3.2 长丝/短纤维复合纱线结构与性能研究的现状
• 1.4 本课题研究的目的意义和主要研究内容
• 1.4.1 研究目的、任务和意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 2.长丝/短纤维复合纱线的捻度及其测试方法
• 2.1 复合纱线的捻度特征及其意义
• 2.1.1 短纤纱的捻度
• 2.1.2 长丝纱的捻度
• 2.1.3 长丝/短纤维包缠复合纱的捻度特征
• 2.1.4 长丝/短纤维环锭纺包芯纱的捻度特征
• 2.1.5 长丝/短纤维均匀复合纱的捻度特征
• 2.1.6 Sirofil纱的成纱机理及其捻度特征
• 2.2 长丝/短纤维复合纱线退捻—加捻过程分析
• 2.2.1 试样及其规格
• 2.2.2 试验方法及试验条件
• 2.2.3 退捻—加捻时纱线长度与退捻度的关系
• 2.2.4 纱线退捻伸长与退捻度的理论关系
• 2.3 Sirofil纱捻度试验方法与捻度的测定
• 2.3.1 纱线捻度的试验方法及其特点
• 2.3.2 Sirofil纱捻度的测定
• 2.3.3 结果分析与讨论
• 2.4 长丝/短纤维复合纱线的捻缩
• 2.4.1 复合纱线的捻缩
• 2.4.2 复合纱线中不同组分的捻缩
• 2.4.3 结果分析讨论
• 2.5 长丝/短纤维复合纱线的纵向形态结构
• 2.6 结论
• 3.复合纱线的线密度、复合比与截面结构
• 3.1 复合比与纤维含量
• 3.1.1 定义
• 3.1.2 复合比与纤维含量间的关系
• 3.2 线密度
• 3.2.1 公定回潮率
• 3.2.2 复合纱线密度与各组分线密度的关系
• 3.2.3 长丝/短纤维复合纱线密度的测定
• 3.3 复合纱线的直径与单位体积质量
• 3.4 复合纱线的截面结构
• 4.长丝复合纱线拉伸强度预测模型
• 4.1 混纺纱强度的一些预测模型
• 4.2 两根不同性能纤维平行组合的强度
• 4.3 两个纤维束平行复合的强度
• 4.3.1 理论关系
• 4.3.2 实验验证
• 4.4 考虑纤维束纤维根数变化时的混合强度模型
• 4.4.1 理论模型的建立
• 4.4.2 模型的验证
• 4.5 考虑纤维根数变化时平行复合纱的强度模型
• 4.6 一个简单的复合纱强度预测模型
• 4.6.1 模型的简化
• 4.6.2 模型的验证
• 4.7 结论
• 5.长丝/短纤纱复合线（Plyfil）的拉伸曲线与强伸度
• 5.1 平行无捻复合时的拉伸曲线与强伸度（Ⅰ）
• 5.1.1 试样和试验方法
• 5.1.2 拉伸曲线
• 5.1.3 强伸性能
• 5.2 平行无捻复合时的拉伸曲线与强伸度（Ⅱ）
• 5.2.1 试样和试验方法
• 5.2.2 拉伸曲线
• 5.2.3 强伸度与复合比的关系
• 5.2.4 强伸度分布
• 5.3 有捻复合时的拉伸曲线与强伸度
• 5.3.1 试样和试验方法
• 5.3.2 拉伸曲线
• 5.3.3 复合线的强伸度与复合比
• 5.3.4 强伸度分布
• 5.4 复合纱线各组分间相互作用的分析
• 5.4.1 复合纱线的强力比与伸长比
• 5.4.2 复合线与各组分的拉伸曲线
• 6.长丝/短纤维复合纱（Sirofil）的拉伸曲线与强伸度
• 6.1 复合纱（Sirofil）纺纱工艺与试样的制备
• 6.2 长丝/短纤维复合纱的拉伸曲线
• 6.2.1 拉伸试验方法
• 6.2.2 长丝/短纤维复合纱的拉伸曲线
• 6.3 长丝/短纤维复合纱强伸度与复合比的关系
• 6.4 长丝/短纤维复合纱的强伸度分布
• 6.5 长丝/短纤维复合纱各组分间相互作用的分析
• 6.6 Sirofil复合纱拉伸曲线的模拟
• 6.6.1 Sirofil纱拉伸曲线复合模型的建立
• 6.6.2 Sirofil纱拉伸曲线复合模型的验证
• 7.影响复合纱线拉伸性能的一些因素
• 7.1 复合纱线各组分预加张力对强伸性能的影响
• 7.1.1 无捻复合时预加张力的影响分析
• 7.1.2 有捻复合时预加张力的影响分析
• 7.2 夹持长度对复合纱线强伸度的影响
• 7.2.1 夹持长度与复合纱线的强伸度
• 7.2.2 夹持长度与复合纱线强伸度分布
• 7.3 拉伸速度对复合纱线强伸度的影响
• 7.3.1 拉伸速度与复合纱线的强伸度
• 7.3.2 不同拉伸速度下复合纱线的强伸度分布
• 7.4 捻度对复合纱线强伸度的影响
• 7.4.1 捻度与复合纱线的强伸度
• 7.4.2 不同捻度下复合纱强伸度与复合比的关系
• 7.4.3 捻度与复合纱的强伸度分布
• 8.复合纱线断口形态及拉伸断裂破坏机理分析
• 8.1 长丝/短纤维复合线（Plyfil）的断口形态及拉伸断裂破坏机理
• 8.2 长丝/短纤维复合纱（Sirofil）的断口形态及拉伸断裂破坏机理
• 9.结语
• 9.1 结论
• 9.2 存在的问题
• 9.3 研究展望
• 参考文献
• 附录1 试样规格编号表
• 附录2 攻读博士学位期间发表论文目录
• 致谢
• 长丝/短纤维复合纱线的结构与性能 勘误表