编织工艺对渔用UHMWPE裂膜纤维网线和绳索综合性能的影响研究
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)具有高模量、高强度等优势,使其极有潜力在绳缆、渔网等渔业领域中广泛应用提,以高绳网的强度及耐磨性能,进一步提高捕捞渔具与养殖设施的安全性。目前,UHMWPE纤维在我国远洋拖网、深远海养殖网箱等捕捞渔具与养殖设施的应用研究方面取得较多进展。然而, UHMWPE纤维在渔业领域的大规模应用受到其昂贵的成本和复杂的凝胶纺丝制作工艺的限制。渔用UHMWPE裂膜纤维是由薄膜经分切收束形成的新形态,与UHMWPE复丝纤维相比,具有制作工艺简单、无萃取剂和工业生产成本低等优势。为进一步推进渔用UHMWPE裂膜纤维在现代渔用生产...
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)具有高模量、高强度等优势,使其极有潜力在绳缆、渔网等渔业领域中广泛应用提,以高绳网的强度及耐磨性能,进一步提高捕捞渔具与养殖设施的安全性。目前,UHMWPE纤维在我国远洋拖网、深远海养殖网箱等捕捞渔具与养殖设施的应用研究方面取得较多进展。然而, UHMWPE纤维在渔业领域的大规模应用受到其昂贵的成本和复杂的凝胶纺丝制作工艺的限制。渔用UHMWPE裂膜纤维是由薄膜经分切收束形成的新形态,与UHMWPE复丝纤维相比,具有制作工艺简单、无萃取剂和工业生产成本低等优势。为进一步推进渔用UHMWPE裂膜纤维在现代渔用生产中的应用,本文利用实验方法测试和分析了加捻和编织工艺对UHMWPE 裂膜纤维网线和绳索的线密度、直径、断裂强度、结节强度、蠕变性能、疲劳性能以及耐磨性能的影响,研究结果如下所示:  (1)渔用UHMWPE裂膜纤维线股随捻度的增加表现出直径逐渐减小,实际线密度先增大后减小以及捻回角逐渐增加等特征;随着捻度的增加,渔用UHMWPE裂膜纤维线股的断裂强力呈现出降低的趋势;纤维线密度越低,加捻对线股断裂强度的影响程度越小;1600 D的裂膜纤维线股的磨损次数随捻度的增加而降低。纤维线密度越大,线股间的磨损次数无显著性差异,加捻对其耐磨性能的影响越小;1600 D、3200 D和4800 D线股的结节强力随捻度的增大呈现出先升高后降低的变化规律。当预加捻度为120 T·m-1时,3种线密度线股的结节强力达到最大值,分别为204.15 N、373.5 N和562.41 N,较未加捻裂膜纤维分别提高了50.14%、37.13%和30.22%。随着捻度的增加,线股的弹性模量和黏粘系数降低,线股的蠕变量增加;线股的疲劳寿命受应力的影响程度降低;相同载荷下,捻度越低,线股的断裂强力越高,应力承受范围大,疲劳循环次数越高。  (2)渔用UHMWPE裂膜纤维网线的线密度随初捻和复捻的变化过程中,呈现中间低,两边高的分布特点。当初捻捻度为0 T·m-1、复捻捻度为实验捻度最大值时,3种线密度网线的实际线密度达到最大值,分别为565 tex、1234 tex和2029 tex。此外,在一定范围内,随着初捻和复捻捻度的升高,线股间紧密度增加,空 隙减小,网线的直径变小。3种线密度纤维网线的断裂强度最大值分别为24 cN/dtex、21.98 cN/dtex、21.06 cN/dtex,较对照组分别提高了8.58%、20.50%、24.63%。网线的结节强度随着初捻捻度的增加而增加,随着复捻捻度的增加呈现出先升高后降低的变化规律,3种线密度网线的结节强度最大值分别为13.82 cN/dtex;8.96 cN/dtex;8.49 cN/dtex,较对照组分别提高了152.98%、55.11%、41.42%。初捻捻度为0 T·m-1,复捻捻度为111.2 T·m-1时,网线的蠕变量最小为1.7%,对照组蠕变量是其1.18倍;初捻捻度为138 T·m-1,复捻捻度为142 T·m-1时。网线蠕变量最大为2.54%,是对照组的1.26倍。此外,对蠕变过程进行非线性曲线拟合,相关系数R2均大于0.99,拟合效果极佳。蠕变力学参数E1、E2、η1和η2基本随着捻度的增大呈现出先增加后降低的趋势,模量降低,网线韧性增加,断裂伸长率以及结节强度增加。渔用UHMWPE裂膜纤维网线(1600 D)80%断裂强力下的疲劳循环次数随着复捻捻度的增加呈现出先降低后升高的变化规律。疲劳循环次数与断裂强力之间存在极显著的负相关关系(r=-0.698,P<0.01)。  (3)公称直径为8 mm的渔用UHMWPE裂膜纤维十二股编绳的断裂强力为29.14 kN ,较相同直径的三股捻绳的断裂强力提高了27.8%,断裂强度提高了87.93%;公称直径10 mm的十二股编绳的断裂强力为36.29 kN,较相同直径的三股捻绳的断裂强力提高了37.25%,断裂强度提高了73.09%。十二股编绳较三股捻绳具有更好的力学性能。八股编绳(捻股)、十二股编绳(捻股)和十二股编绳(圆股)的断裂强度分别为8.37 cN/dtex、6.34 cN/dtex、8.55 cN/dtex。51 mm 十二股编绳(圆股)的力学性能可以达到同规格渔用UHMWPE复丝纤维绳索合格品的82.71%。20%载荷应力下,8 mm和10 mm的十二股编绳和三股捻绳的蠕变拉伸应变分别为8.13%、4.76%、7.54% 及5.94%;随着附加载荷由20%提升到40%, 8 mm三股捻绳的拉伸应变升高了3.64%,高于8 mm十二股编绳的3.23%,10 mm三股捻绳的拉伸应变升高了4.93%,高于10 mm十二股编绳的2.20%。此外,十二股编绳的力学参数高于三股捻绳的力学参数。因此,十二股编绳的抗蠕变性能优于三股捻绳。然而,相同耐磨条件下,三股捻绳的耐磨性能优于十二股编绳。  综合分析,通过调节渔用UHMWPE裂膜纤维网线和绳索的加捻和编织工艺可以显著改善网线和绳索的断裂强度、结节强度、蠕变性能、疲劳性能以及耐磨性能,为不同渔网渔具设施的开发和产业化应用提供理论和技术支持。
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作者: 吕昌麟
学科专业: 捕捞学
授予学位 硕士
学位授予单位: 上海海洋大学
导师姓名: 石建高
学位年度 2024
语 种 chi
分类号 S971
机标分类号
在线出版日期: 2024年11月19日