超细金属丝可编织性及其网眼织物的力学性能研究

“可编织性”是指纱线可以编织成织物的难易性。用于编织金属网的超细金属丝，一般直径在0.015～0.05 mm，具有高模量、低伸长等特点。这类高性能纱线难以适应纺织加工过程，尤其是在编织过程中很容易产生残余扭矩、纱线损伤或断头，严重影响最终制品的性能，因而建立超细金属丝的可编织性理论及表征手段是获得高质量网格织物的前提之一。

目前，对于超细金属丝可编织性的研究仍是空白。超细金属丝与玻纤纱类似，多数研究仅通过借鉴玻纤这类高性能纱线的可编织性而展开。常见的方法是通过观察织物表观疵点的数量来表征其可编织性[1-2]，这种定性的比较不够准确[3]。蒋金华[4-6]等基于不同编织结构和工艺参数下纱线的损伤情况判断可编织性能。目前对于高性能纱线可编织性的研究，大都通过织物的品质好坏或纱线的损伤程度表征纱线可编织性[7-9]，遗憾的是，到目前为止还几乎没有文章从纱线本身性能的角度对超细金属丝，特别是从弯曲刚度的角度对其可编织性进行研究。

经编网眼织物具有网眼大小可调，表面光滑耐磨、无结头、质轻、抗脱散等优良性能[10]，目前已被广泛用作建筑、运输及娱乐设施的防护网，农业用捆扎网、遮荫网[11]、防风网以及渔业用渔网[12-14]等，甚至在航空航天领域也得到了广泛的应用[15]。但大多数编织经编网眼织物的原料是化纤丝，以不锈钢丝等金属丝为原料编织经编网眼织物几乎没有。

本文以0.03 mm不锈钢丝为试验对象，分别用圈状挂重法和KES-FB两种方法研究不锈钢单丝和股线的可编织性，然后以0.03 mm不锈钢丝为原料，采用经编工艺编织5种不同密度的不锈钢丝金属网眼织物，最后对5种不同密度的不锈钢丝金属网眼织物进行机械性能测试，包括单向力学拉伸性能和双向力学拉伸性能，并对测试结果进行对比、分析。本文对不锈钢等高性能纤维的可编织性及编织工艺研究具有一定的启示作用，并探索了金属网经编织物的机械性能。

1 试验部分

1.1 试验材料

本文所用不锈钢丝包括两种，一种是国产不锈钢丝(莱芜龙志工贸有限公司)，另一种是进口不锈钢丝(日本精线株式会社)，两种不锈钢丝的直径均为0.03 mm。

1.2 试验仪器

KES-FB型织物风格测试仪，E16型拉舍尔经编机，026H型多功能电子织物强力机，X-Y 型双轴向电子拉伸仪。

1.3 测试方法

不锈钢丝金属网织物的单向拉伸试验参照GB/T 4925-2008《渔网合成纤维网片强力与断裂伸长率试验方法》[16]，测试仪器为026H型多功能电子织物强力机，拉伸速度为50 mm/min，两个夹具之间的有效长度设定为100 mm，织物纵向试样和横向试样的宽度均为10目如图1(a)所示。每种试样的纵、横向各测得5个有效数据取均值作为实验结果。

不锈钢丝金属网织物的双向拉伸试验试样中间有效拉伸面积为10目×10目。双向拉伸测试仪器为X-Y双轴向电子强力仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)，拉伸速度为50 mm/min，X、Y两向的夹口隔距均为100 mm，如图1b)所示。

图1 金属网拉伸示意图

2 结果与讨论

2.1 不锈钢丝的可编织性

金属丝在编织加工和金属网使用过程中都会受到弯曲力矩的作用，从而产生弯曲变形，金属网的拉伸、弯曲和剪切性能等都与金属丝的弯曲刚度有关。金属丝具有延伸率低、刚度大、不易弯曲等特点，为掌握不锈钢金属丝的弯曲变形特性对其可编织性的影响，分别利用圈状挂重法和KES风格测试仪对不锈钢丝的弯曲刚度进行测试。测试弯曲刚度的不锈钢丝包括以下4种：0.03 mm国产不锈钢单丝、0.03 mm×3国产不锈钢丝股线、0.03 mm日本进口不锈钢单丝、0.03 mm×3日本进口不锈钢丝股线。

圈状挂重法是将金属丝弯曲成圆圈状，挂在一个支点上，然后在支点对面的金属丝圆圈上悬挂一定质量的重物，圆圈状金属丝在重力的作用下由圆形变成椭圆形，金属丝圆圈下垂的变形量即可用来表征金属丝的弯曲性能，图2为圈状挂重法示意图。

图2 圈状挂重法示意图

式中：B——金属丝的弯曲刚度；

k——常数；

W——重锤质量；

L——不锈钢丝的长度；

d——圆圈状金属丝下垂的变形量。

具体试验数据及结果见表1。

另在KES-FB型织物风格仪上测试了国产不锈钢单丝、进口不锈钢单丝、国产不锈钢丝股线和进口不锈钢丝股线4种金属丝的弯曲刚度。图3

为不锈钢丝金属丝测试试样示意图，测试结果如图4所示。

图3 KES-FB测试试样示意图

表1 圈状挂重法测试不锈钢金属丝的弯曲刚度试验数据及结果

图4 KES-FB织物风格仪测试不锈钢金属丝的弯曲刚度试验结果

通过以上两种试验方法对比可以发现，无论是不锈钢丝单丝还是股线，进口不锈钢丝的弯曲刚度大约是国产不锈钢丝的2倍，进口不锈钢丝股线已经超出了经编机正常编织的弯曲刚度，在编织时会出现多处漏针和大面积断纱现象，严重影响金属网的网面质量和生产效率，说明国产不锈钢丝的可编织性优于日本进口不锈钢丝。实际上机编织效果与试验结果一致，在金属网编织过程中国产不锈钢丝在经编机上可顺利成网，但是进口不锈钢丝无法编织，而且梳栉横移时进口不锈钢丝在梳栉和钩针之间形成凸出弯曲。当金属丝纱线弯曲刚度大于经编机适合编织的纱线弯曲刚度时，将不利于其编织成网。

2.2 不锈钢丝金属网的编织

因此，本实验选择0.03 mm国产不锈钢丝，在E16型拉舍尔经编机上变换5种密度参数，分别为12、14、16、18、20横列/cm，制备得到5种不同密度六角网孔金属网。图5为六角网孔金属网机上状态。

图5 六角网孔金属网上机图

2.3 金属网机械性能测试

2.3.1 六角网孔金属网单向拉伸性能测试

5种不同密度六角网孔金属网单向拉伸性能测试数据如表2所示。

表2 不同密度六角网孔金属网单向拉伸性能测试数据

5种不同密度六角网孔金属网的单向拉伸断裂测量结果分析图见图6。通过实验可以得出5种不同密度六角网孔金属网的横向断裂强力随牵拉密度增加而增大，但是横向断裂伸长率随牵拉密度增加而减小；纵向断裂强力随牵拉密度增加先增大后减小，但是纵向断裂伸长率随牵拉密度增加而增加。通过试验对比可以发现所编织的六角网孔金属网的纵横向断裂强力都非常接近，但是纵横向断裂伸长率差异较大，横向断裂伸长率明显大于纵向断裂伸长率。

2.3.2 六角网孔金属网双向拉伸性能测试

五种不同密度六角网孔金属网双向拉伸性能测试数据见表3。

5种不同密度六角网孔金属网的双向拉伸断裂测量结果分析图如图7所示。5种不同密度六角网孔金属网的双向拉伸纵向断裂强力和断裂伸长率随牵拉密度增加都无规律变化，但是变化的范围较小；横向断裂强力和断裂伸长率随牵拉密度增加而增大。

a) 不同密度六角网孔金属网纵、横向断裂强力

b) 不同密度六角网孔金属网纵、横向断裂伸长率

图6 六角网孔金属网的单向拉伸断裂测量结果

表3 不同密度六角网孔金属网双向拉伸性能测试数据

a) 不同密度六角网孔金属网纵、横向断裂强力

b) 不同密度六角网孔金属网纵、横向断裂伸长率

图7 六角网孔金属网的双向拉伸断裂测量结果

3 结论

本文先对不锈钢金属丝的可编织性进行研究，通过测试国产不锈钢丝和进口不锈钢丝的弯曲刚度来表征其可编织性。再将国产不锈钢单丝编织成5种不同密度的不锈钢丝金属网，并测试其单向拉伸性能和双向拉伸性能。试验结果表明：首先，不锈钢丝的可编织性可以用弯曲刚度来表征，弯曲刚度更小的国产不锈钢丝的可编织性优于进口不锈钢丝；其次，金属网单向拉伸试验表明，编织的不锈钢金属网纵横向断裂强力都非常接近，但是纵横向断裂伸长率差异较大；再次，金属网双向拉伸试验表明，编织的不锈钢金属网纵向规律不明显，横向断裂强力和断裂伸长率随牵拉密度增加而增大。本文对不锈钢等高性能纤维的可编织性及编织工艺研究具有一定的启示作用，对不锈钢丝金属网经编编织织物的测试方法和机械性能进行了探索。