飛行員救生服裝主體材料的自然曝曬試驗

楊國甫，張榮

檢測技術

飛行員救生服裝主體材料的自然曝曬試驗

楊國甫，張榮

（航宇救生裝備有限公司，湖北襄陽441003）

不耐光照是芳香族聚酰胺纖維的弱勢所在，試驗以飛行員救生服裝通用的輕質高強抗燃織物為研究對象，對其進行自然曝曬，并與錦絲綢進行對比，以了解輕質高強抗燃織物的耐光老化特性。研究結果表明，在所試驗的條件下，滌絲耐光性最佳，其次是錦綸材料，芳香族聚酰胺材料的耐光性最差。

飛行員救生服裝；主體材料；自然曝曬；特性值

0 引言

高分子材料在貯存和使用過程中受環境因素影響出現的性能下降現象稱為老化。老化是高分子材料的一種屬性，所有高分子材料都存在不同程度的老化現象。

日光能夠促使紡織材料加速老化，尤其是在紫外光的幅照下，纖維的活化能增加，氧化速度加快。光和熱在加劇紡織材料老化方面具有同等效應。紡織材料在日光直接照射后，一般將出現色澤泛黃、手感變硬、斷裂強力下降和彈性下降等現象。將試樣曝露于規定的環境條件下進行自然曝曬試驗，通過測定試樣表面的輻照量與試樣性能的變化，可評定材料的耐氣候性。

1 試驗原理

將試樣置于可代表某一氣候類型區域的室外大氣環境下進行自然大氣曝露試驗，使其經受陽光、氣溫、水分、氧、臭氧和其他環境因素的綜合作用。按規定的暴露期限，定期檢測特紡材料試樣的外觀、力學性能的變化，評價材料的耐環境老化腐蝕性能和使用壽命，并分析研究環境因素的影響程度及其作用機理，為新產品的研制和開發提供環境可靠性設計、質量保證和制訂標準提供理論依據。

2 試驗對象

個體防護救生服裝的使用壽命與產品所用的主體材料的壽命息息相關。

飛行員在12千米以上高空飛行時，需要配穿不同功能的救生服裝。由于高空空氣稀薄，光照強度高，因而必須深入研究材料的光照老化狀況。

輕質高強阻燃織物是飛行員個體防護救生服裝通用的材料，本試驗選取輕質高強阻燃織物為試驗對象進行自然曝曬，以了解其抗老化性能。

除衣面材料外，救生服裝的張緊系統選用的是錦絲和滌絲類的調節帶，因此本次試驗還將錦絲帶、滌絲帶同時列為試驗對象，進行性能對比，為救生服裝產品壽命設計提供較全面的數據參考。

3 試驗

3.1 試驗期限

一般材料鑒定或考核認可試驗至少12個月，新材料研究試驗至少24個月，篩選、比對試驗必須在濕熱或干熱帶氣候區域同時進行。國外材料環境老化試驗專家認為應按照表1規定的曝曬試驗時間：

表1 曝曬試驗

3.2 曝曬場條件

自然曝曬地址選址中國海南省東部瓊海市加積地區的海南汽車試驗研究所試驗場內。該場位于東經110°26ˊ，北緯19°45ˊ，海拔高度約20 m，四周空曠、場地平坦，并保持當地的自然植被狀態，草高不超過200 mm。當地氣象條件較穩定，每年的氣象因素變化相似，有季節性的暴風雨、高溫、高濕、降雨量充足等氣候特點。年平均氣溫24℃，每年最熱月份的最高氣溫平均34℃、最熱月份最低氣溫平均25℃，年降雨量一般在2 000 mm以上，年均相對濕度85%，年日照時間為2 055 h，年太陽輻射量約為5 400 MJ/m2，是典型的東南亞濕熱帶環境氣候。

曝曬場周圍環境符合ISO 877、ASTM G7、SAE J576、GB/T 3511和GB/T 3681等有關要求，設有環境氣象因素（如美國熱電公司的氣象監測設備能記錄氣溫、相對濕度、大氣壓、風向、風速、太陽輻射量和雨量等數據）；配備各種要求的材料曝露裝置、曝曬場地和曝曬試樣表面溫度測量設備等。

3.3 試驗方式

試驗為室外大氣直接曝露試驗。曝露方位為正南方向，與地平面成45°傾角，試驗架下端離地高度大于500 mm。試樣擺放形式見圖1。

圖1 自然曝曬試驗狀態

3.4 評價項目

本次自然曝曬試驗的材料以紡織品為主，具體形式為布和帶，自然曝曬后進行力學性能的老化評價。

3.5 取樣時間

從投入試樣開始進行自然曝曬試驗，每間隔一個月取樣一次，分別進行單位質量、斷裂強力和斷裂伸長率等項目的性能試驗。

4 試驗結果的分析和處理

4.1 材料特性值

3種材料的自然曝曬試驗預期時間為1～2年，一般情況下按特性值斷裂強度損失50%為終止界限，特殊情況據實處理。在試驗過程中定期取樣，根據材料的不同特性進行質量、斷裂強力等項目的試驗，并對試驗數據進行整理，做出準確判斷，以便確定試驗是繼續還是終止。試驗結束后，將對試驗數據進行回歸整理，進行老化趨勢的判斷。

4.2 試驗結果的分析及特性值變化趨勢

4.2.1 輕質高強抗燃織物

輕質高強抗燃織物是由Nomex纖維與Kev?lar纖維混紡而成。芳香族聚酰胺纖維主要分為聚間苯二甲酰間苯二胺（Nomex）和聚對苯二甲酰對苯二胺（Kevlar），前者是在錦綸66的每個單元鏈節上加入二個芳香苯環取代亞甲基鏈節（—CH2—）4和（—CH2—）6。由于苯環的共扼效應，大分子鏈活動性變弱，剛性增大，耐熱性隨之提高。它不熔融，205℃下安全使用，350～370℃分解，400℃開始炭化，在火焰中難燃，離火自熄，水洗不影響阻燃性。芳香族聚酰胺還具有良好的耐輻射穩定性，在同劑量的X、β、γ射線輻射下，效果優于聚酰胺6。Kevlar纖維更具有強度高、彈性模量小、密度小、延伸率小、熱穩定性好、耐振動、耐疲勞、耐應力開裂性較好、蠕變小、收縮率小、膨脹率小和尺寸穩定性好等特點。

由于Nomex纖維與Kevlar纖維均屬于芳香族聚酰胺類，其大分子基團上含有酰胺鍵，每克分子離解能約為3.05×105J，日光中波長小于400?的紫外線的能量，可使其發生裂解斷鍵，強度下降，色澤變黃。因此隨著自然曝曬時間的增加，輕質高強抗燃織物除外觀色澤變化明顯外（見圖2），斷裂強度急劇下降。八個月后，經向斷裂強度從1 187 N降為342 N，降幅達71%；緯向斷裂強度從1 287 N降為384 N，降幅達70%。

根據輕質高強抗燃織物斷裂強度特性值的變化，繪出散點圖（以經向為例，見圖3）。結果顯示，材料的經向斷裂強力和曝曬時間之間幾乎呈直線趨勢，由此可對輕質高強抗燃織物的自然曝曬老化試驗數據進行線性回歸處理，得到估計方程。輕質高強抗燃織物的經向斷裂強力的線性回歸方程如下：

其中：x—自然曝曬時間，月

圖2 輕質高強抗燃織物終止自然曝曬試驗時外觀

圖3 輕質高強抗燃織物經向斷裂強力變化散點

4.2.2 43-900練白滌絲帶

43-900練白滌絲帶采用滌絲為原料，經多股并捻得到不同結構的經、緯線，以平紋組織織造而成。43-900練白滌絲帶手感柔軟，具有強力高和伸長率有一定限制等特點。由于滌綸纖維本身耐光性較好，在自然曝曬過程中強力損失不明顯，經過12個月的時間，斷裂強力從原始的10 261 N下降為8 164 N，降幅十分緩慢，其對于用作救生服裝的張緊系統主體材料十分有利。

4.2.3 26-600錦絲帶

26-600錦絲帶采用錦絲6作經線和緯線，以斜紋組織織造而成，具有強力高和伸長率有一定限制等特點。由于錦綸纖維本身耐光性較滌綸纖維差，在自然曝曬過程中強力損失較明顯，經過8個月的時間，斷裂強力從原始的7 082 N下降為4 784 N，降幅較快，其對于用作救生服裝的張緊系統主體材料不利。

根據26-600錦絲帶斷裂強度特性值的變化繪出的散點圖（見圖4）。結果顯示，材料斷裂強力和曝曬時間之間大概呈直線趨勢。26-600錦絲帶的線性回歸方程如下：

其中：x—自然曝曬時間，月

圖4 26-600錦絲帶斷裂強力變化散點

5 結論

在一年的自然曝曬時間里，3種材料基本反映了各自的耐候性，尤其是耐光老化特性。試驗數據結果顯示，滌絲材料耐光性能最佳，其次是錦絲材料，芳香族聚酰胺材料耐光性最差。

飛行員救生服裝結構復雜，配套材料品種較多，除本次試驗選取的芳香族聚酰胺纖維、錦綸纖維和滌綸纖維等材料外，還有棉纖維類、超高強聚乙烯纖維類、粘膠類和涂覆織物類等，下一步研究方向將以本次試驗為起點，全面開展特紡材料自然曝曬試驗的研究。

Naturalexposure testofthe main materialfor pilotlifesaving clothing

Yang Guo-fu,Zhang Rong
(Hangyu Lifesaving E quipmentCo.，Ltd，Hubei441003,China)

The weakness of aromatic polyamide fiber is non-resistance to light.To obtain the property of light aging resistance for high-strength lightweight flame resistant fabric,the high-strength lightweight flame resistant fabric for common pilot lifesaving clothing is tested and naturally exposed,and which is compared with nylon.The results show that under the condition tested,the light resistance of polyester is the best,the next is nylon,the worst is aromatic polyamide.

pilot rescue clothing,main material,naturalexposure,characteristic value

TS107

1001-7046（2015）02-0004-04

2015-09-18

楊國甫，男，研究員，畢業于南京航空學院，現從事航空救生裝備研制工作。