1 前言
    復合材料縫合技術是一種三維成型技術，與其它三維成型技術相比，它有很多優點，例如加工方式簡單、生產效率高、縫合對象可以是預制件也可以是預浸料等^[1~5]。產品一般采用常規RFI或RIM工藝成型^[6]。基于縫合復合材料的以上各種優點并結合我們在實驗中實際縫合的經驗，我們認為對縫合線的拉伸與摩擦性能有必要進行研究。
    目前復合材料中較常用的縫合線主要有玻璃纖維紗線、kevlar、碳纖維紗線以及高強滌綸等^[7]。其中Kevlar纖維由于其特殊的耐磨性、良好的抗沖擊韌性和較高的拉伸應力^[8]，在縫合工藝中應用多^[9,10]。
    在利用縫合線制作復合材料預制件的過程中，紗線反復受到縫針和預制件的作用，產生拉伸、彎曲、扭轉等變形，而且紗線與增強材料之間，紗線與縫合機件之間的摩擦，也會對縫合線的力學性能產生重大影響。
    本文將通過不同形式的拉伸以及摩擦等，分析幾種縫合線的可縫合性與其耐磨性的關系。
2 試驗材料與儀器
    本文采用試驗材料為玻璃纖維縫合線，1600D、1650D南京玻璃纖維研究院(中材科技股份有限公司)提供；Kev1ar400D(2股)、600D（3股），杜邦公司。
    本文采用試驗儀器為華龍微機控制萬能材料試驗機，可測試各種縫合線的強力；
    紗線摩擦儀為實驗室自主改進設計的紗線摩擦儀，結構如圖1所示。

　
    圖中，1為圓盤曲柄；2為滑塊及摩擦部分（測試時往復運動）;3、4、5為滑輪;6為固定螺母;F為重物或彈簧（用來給紗線施加一定的張力）。
    該紗線摩擦儀器采用曲柄滑塊機構，使滑塊2在水平槽內往復運動，滑塊上安裝可調節角度的縫針，3和4為水平放置的滑輪，5為豎直安裝的滑輪，6為固定紗線一端的螺栓。通過該試驗裝置可以模擬紗線上機縫合時紗線與縫針之間的摩擦效應，紗線固定于6，穿過針孔，通過滑輪3、4、5,在紗線末端施加預加張力F。1的轉動帶動滑塊2往復運動，記錄往復磨擦的次數，通過調節1的速度，F的大小和使紗線磨斷的往復次數可以得出紗線的耐磨性。
3 試驗方法、內容乃討論
3.1 縫合線直拉伸強力的測試
    試樣規格參照ASTM D578測試標準，拉伸隔距為250mm，每組測試10個試樣，然后取均值。
    紗線直拉時，玻纖紗多為完全斷裂；而kevlar多為其中的一股或兩股斷裂。由表1可知,kevlar比玻纖紗斷裂應力要高約45%-65%。

　
3.2 縫合線彎拉性能的測試
    將紗線對折，紗線兩個頭端并在一起,用502膠水以及硬紙片將紗線兩端固定好,置入拉伸夾頭。彎折處由鉤針（為了操作方便這里將縫針變換成鉤針）鉤住,拉伸儀另一夾頭夾住織針尾端。每組測試10個試樣取均值,結果如表2所示。

　
    由于玻纖的高模量，玻纖縫合線的彎拉斷裂幾乎全都發生在針鉤處，其中大部分纖維都是同時斷裂，只有少量的未斷裂單絲。kevlar縫合線的斷裂比較隨機。從表2中可以看出，同種縫合線彎曲拉伸的強力一般較直拉強力高，對于本試驗所用的鉤針，彎拉強度率基本上能夠保持在85%以上。雖然1號玻纖縫合線的彎拉強力比3號kevlar的彎拉強力高65%，但是從實際試縫合的效果來看，前者的可縫合性遠低于后者，我們認為這是由于兩種材料的摩擦性能差異較大，這將在下面得到驗證。 [-page-]
3.3 模擬上機縫合時紗線摩擦性能的測試
3.3.1 不同預加張力下紗線摩斷次數的測試
    施加不同預加張力摩擦紗線，直到紗線磨斷為止，測出每種不同張力作用下的斷裂次數，每組測試10個試樣取均值，結果如圖2所示。
    由圖2不難看出縫合線的耐磨擦性能與張力之間存在著一定的關系，但非線性關系。一般而言，張力越大，同次數下縫合線受到的摩擦損傷越大，磨斷紗線所需次數就越少。
    圖2中四條曲線都先經由一段較陡峭的部分后趨向平緩，而平緩區大約在200gf到275gf之間。

　
    由于以上幾種縫合線的線密度不同,為了使它們之間有可比性,為此將實驗結果按照紗線比張力(即拉伸應力)進一步進行分析比較，結果如圖3所示。

　
    由圖3可知，除4號式樣曲線略有波動外，其它種類的紗線的曲線形狀幾乎相同。線密度相差不大的1號和2號縫合線，其曲線的數值范圍非常相近，因此可以根據磨斷次數-比張力曲線來表征不同粗細紗線的耐磨性能，而對于線密度相差較大的3號、4號縫合線由于應力范圍關系，所以才會出現如圖所示情況。
    縫合線的耐磨性能與線密度有關，紗線越粗，在相同條件下磨斷所需要的次數越多。在相同的預加張力作用下，4號試樣耐磨性好，1號試樣耐磨性差。
    一般而言縫合線的摩擦斷裂過程可以表述為如下過程：
    縫合線在摩擦過程中，紗線逐步解捻；單絲斷裂越來越多，在紗線表面形成毛羽，并且與縫針等機件纏結在一起；與預制件摩擦，紗線剩余強力逐漸降低，直至紗線斷裂。 [-page-]
3.3.2 縫合線摩擦一定次數后剩余強力的測試
    首先在摩擦儀上選擇合適的機速檔（確保重錘不發生明顯跳動），紗線末端可通過施加固定張力砝碼或可調節張力的彈簧來設定初始張力。將紗線穿入針孔后，使滑塊2歸零位（如圖1所示），同時計數器調零，啟動儀器摩擦紗線，使紗線摩擦一定次數。然后測試紗線的剩余強力。
    從圖4、5我們可以看出，縫合線在摩擦過程中的強力隨著摩擦次數的增加而降低，但是并不與摩擦次數成比例下降，而是隨著摩擦次數的增加經歷一個急緩的下降過程。如圖4所示，在150gf下3號紗線的摩擦曲線，在摩擦次數為100時，紗線強力損傷很大，接近33％；之后，紗線的剩余強力隨著摩擦次數的增多而下降緩慢，在300次時損失才達70％。

　
    由圖4比較150gf和200gf下的摩擦強力剩余曲線，可以看出，紗線張力對于紗線耐磨性能有影響，紗線張力越大，經過相同次數摩擦所造成的損傷越大。摩擦次數較少時，它們強力的差異不大，隨著摩擦次數的增多，兩條曲線之間的距離越來越大。150gf下，在300次摩擦時3號縫合線的強力下降到原始強力的30%左右。而在200gf作用下在270次左右就發生斷裂。
    由圖5可以看出，4號縫合紗的耐磨性能要優于3號縫合紗，3號縫合線斷裂時，4號縫合線仍然還保留有約30%的強力。同種材料相比，紗線線密度越大，耐磨性越好。

　
3.3.3 機速對縫合線摩擦性能的影響
    本試驗在200gf作用下進行，通過調節機速測量縫合線磨斷所需次數，每組測試10個試樣取均值。
    試驗采用圖1所示的裝置，試樣末端加重錘。在滑塊在達到左端點時，如果機速太高，則重錘還有一定的向上速度，不能立即隨紗線一起向下運動，導致縫合線此時的張力為零，從而大大影響摩擦試驗的準確性。所以本試驗采用了幾種較低的機速（≤120rad/min），在200gf作用下，對3號縫合線的摩擦性能進行了簡單的測試，結果如圖6所示。

　
4 結論 [-page-]
    (1)1號縫合線彎拉強度率大于1，這種現象出現的原因是因為該縫合線結構較松，在鉤接后反而增加了纖維之間的抱合，故紗線的彎拉強度率大于100%^[8]。2、3、4號縫合線彎拉時的強力較直拉強力的兩倍要小，彎拉強度率約為90%；
    (2)縫合線的磨斷次數與其線密度有關。同種材料，線密度越大，磨斷所需要的次數就越多，因此不能單由某張力下的紗線的磨斷次數來判斷縫合線的耐磨性能。引入磨斷次數-比張力曲線，可以減少縫合線細度影響，來定量分析紗線耐磨性能；
    (3)通過試驗,我們證實縫合時紗線斷裂的主要原因之一是摩擦作用,這是導致縫合線強力損失較大的原因,也是影響紗線可縫合性的主要因素。縫合線強力損失與摩擦次數、初始張力、縫合線線密度以及機速密切相關,雖然耐磨性隨以上幾個參數的變化而變化,但不成明顯比例關系。
                 　　　　　   參考文獻
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[11] 蔣金華,劉曉明,陳南梁等.預型加工過程中玻璃纖維紗線損傷原因的試驗分析[J].東華大學學報,已收錄．

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