芳綸織物拉伸性能測(cè)試的參數(shù)及關(guān)鍵環(huán)節(jié)探討

樊 斌

(中紡標(biāo)檢驗(yàn)認(rèn)證股份有限公司,北京100025)

芳綸作為一種新型高科技合成纖維,具有良好的機(jī)械特性,優(yōu)異的阻燃、耐熱性能,穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),耐輻射性,優(yōu)良的耐摩擦和耐化學(xué)品性能,廣泛應(yīng)用于防彈制品、建筑材料、特種防護(hù)服裝等領(lǐng)域。芳綸織物的超高強(qiáng)度和模量是其最大的性能特點(diǎn),拉伸性能測(cè)試是考核這一特性的關(guān)鍵。由于不同拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試參數(shù)的要求不同,不同試驗(yàn)人員對(duì)影響測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)操作不同,就會(huì)造成測(cè)試結(jié)果的差異。為統(tǒng)一測(cè)試方法,結(jié)合芳綸織物的特點(diǎn),比較標(biāo)準(zhǔn)中各參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,并給出芳綸織物拉伸性能測(cè)試參數(shù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理建議。

1 測(cè)試原理

對(duì)規(guī)定尺寸的織物試樣(試樣寬度為50 mm),以恒定伸長(zhǎng)速度拉伸直至斷脫,記錄斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)試特種機(jī)織物拉伸性能常用的標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》以及FZ/T 65001-1995《特種工業(yè)用織物 物理機(jī)械性能試驗(yàn)方法》。

2 測(cè)試參數(shù)

2.1 傳感器的選取

FZ/T 65001標(biāo)準(zhǔn)中要求所測(cè)試樣斷裂強(qiáng)力應(yīng)落在儀器最大量程的20%～75%范圍內(nèi),但GB/T 3923.1標(biāo)準(zhǔn)中未做規(guī)定。常用芳綸織物的單位面積質(zhì)量一般在200～500 g/m2之間,其50 mm寬試樣的斷裂強(qiáng)力在10～35 k N之間,因此,選取傳感器的量程建議為50 k N,可保證測(cè)得數(shù)據(jù)的精度。若芳綸織物的單位面積質(zhì)量超過500 g/m2,應(yīng)選用更大量程的傳感器測(cè)試。

2.2 隔距長(zhǎng)度及拉伸速度

GB/T 3923.1和FZ/T 65001兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隔距長(zhǎng)度和拉伸速度的要求見表1。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)拉伸速度和隔距長(zhǎng)度要求

GB/T 3923.1標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)隔距長(zhǎng)度的要求由試樣的斷裂伸長(zhǎng)率決定,FZ/T 65001標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)隔距長(zhǎng)度規(guī)定為定值200 mm。由于芳綸織物高模量的特性,其伸長(zhǎng)隨拉伸力增大的變化很小,斷裂伸長(zhǎng)率均在75%以下,從表1中兩標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的隔距長(zhǎng)度,可以確定芳綸織物拉伸性能測(cè)試時(shí)選擇200 mm的隔距長(zhǎng)度。

由表1可知,GB/T 3923.1標(biāo)準(zhǔn)中拉伸速度的選擇由試樣的斷裂伸長(zhǎng)率決定,而FZ/T 65001規(guī)定了范圍值。GB/T 3923.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉伸速度的規(guī)定主要是考慮儀器的數(shù)據(jù)采集頻率為定值,當(dāng)試樣斷裂伸長(zhǎng)率很小時(shí),以較快的速度拉伸試樣,試樣從到拉伸斷裂所用時(shí)間較短,那么整個(gè)測(cè)試過程采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)較少,測(cè)試精確度會(huì)有所降低;若以較小拉伸速度測(cè)試斷裂伸長(zhǎng)率較大的試樣時(shí),會(huì)使測(cè)試時(shí)間增長(zhǎng),而影響測(cè)試效率。大部分芳綸織物的斷裂伸長(zhǎng)率在6%～10%,雖然有部分芳綸織物的斷裂伸長(zhǎng)率超過8%,但總體來看數(shù)值較小,因此建議選取GB/T 3923.1中20 mm/min的拉伸速度測(cè)試。

2.3 預(yù)加張力

拉伸性能測(cè)試中對(duì)織物施加一定的預(yù)加張力是為使織物伸直,以統(tǒng)一織物在試驗(yàn)前的狀態(tài)。預(yù)加張力大小影響試樣的斷裂伸長(zhǎng)率,不同標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)預(yù)加張力的要求見表2。芳綸織物的單位面積質(zhì)量一般在200～500 g/m2,按照GB/T 3923.1設(shè)定預(yù)加張力時(shí)會(huì)產(chǎn)生2種情況,5 N或10 N的預(yù)加張力。按照FZ/T 65001選擇預(yù)加張力即為10 N。

表2 不同標(biāo)準(zhǔn)預(yù)加張力的要求

適當(dāng)?shù)念A(yù)加張力不應(yīng)使織物產(chǎn)生塑性變形,即試驗(yàn)拉伸的初始階段為伸直試樣,圖1所示為芳綸織物的典型拉伸曲線。從圖1中可以看出,芳綸織物在拉伸的初始階段其載荷隨伸長(zhǎng)的變化較慢。對(duì)5種不同規(guī)格的芳綸織物進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,試樣在10 N載荷時(shí)的拉伸位移為0.2～0.8 mm,占斷裂伸長(zhǎng)率的比值為1.1%～4.2%,可以得出使用10 N預(yù)加張力不會(huì)使試樣產(chǎn)生超過斷裂伸長(zhǎng)的5%的伸長(zhǎng),因此參考FZ/T 65001特種織物的標(biāo)準(zhǔn)選取10 N預(yù)加張力測(cè)試芳綸織物的拉伸性能。

圖1 芳綸織物的拉伸性能測(cè)試曲線

3 測(cè)試關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 試樣制備

FZ/T 65001中規(guī)定試樣裁剪的寬度,應(yīng)根據(jù)試樣留有毛邊的寬度而定,一般在織物兩邊各留5 mm毛邊,十分疏松的織物可留10 mm毛邊,紗線易于滑脫的織物在試驗(yàn)前拆除試樣兩側(cè)的紗線使試樣的兩側(cè)各比50 mm多幾根紗線(測(cè)試時(shí)不被夾鉗夾持)。而GB/T 3923.1中也有類似的規(guī)定,并指出毛邊寬度應(yīng)保證在試驗(yàn)過程中長(zhǎng)度方向的紗線不從毛邊中脫出。

對(duì)于芳綸織物,一般紗線較粗,由于紗線的光滑往往造成在測(cè)試過程中兩側(cè)的紗線有脫出的情況。因此,建議使用FZ/T 65001中給出的方法多留出幾根紗線,測(cè)試時(shí)不被夾鉗夾持,如圖2、圖3所示。

圖2 制備完成的試樣 圖3 試樣上機(jī)測(cè)試圖

3.2 試樣夾持

3.2.1 夾持方式

采用純芳綸長(zhǎng)絲織造的芳綸織物表面光滑,幾乎無毛羽,這就使試樣在拉伸測(cè)試時(shí)夾持部位易產(chǎn)生打滑,而影響試樣的斷裂伸長(zhǎng)率。通過使用多種方法摸索可以減少試樣打滑的現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)將試樣兩端分別向接受測(cè)試部位折疊足夠夾鉗夾持的寬度,并用鐵銷穿過折疊處,然后上下夾鉗夾持住試樣,這樣可以有效地減少試樣在測(cè)試時(shí)的打滑現(xiàn)象,如圖4所示。

圖4 試樣夾持狀態(tài)圖

3.2.2 夾鉗壓力

夾鉗壓力同樣是芳綸織物拉伸性能測(cè)試的關(guān)鍵環(huán)節(jié),夾鉗壓力過小試樣會(huì)打滑,被測(cè)試樣伸長(zhǎng)變大,不能測(cè)出試樣的真實(shí)斷裂伸長(zhǎng)率;夾鉗壓力過大,試樣會(huì)在鉗口處斷裂,測(cè)得的斷裂強(qiáng)力有部分夾鉗咬合的力,小于試樣真實(shí)的斷裂強(qiáng)力。對(duì)于采用氣壓加緊夾鉗的儀器,在測(cè)試前需將氣壓調(diào)整到合適的壓力值,由于不同儀器調(diào)節(jié)的壓力值不同,建議根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,并做好記錄,以備此后類似試驗(yàn)參考使用。

4 結(jié)語

芳綸織物拉伸性能測(cè)試,隔距長(zhǎng)度為200 mm,拉伸速度為20 mm/min,預(yù)加張力10 N,對(duì)于500 g/m2以下試樣可選取量程為50 k N傳感器測(cè)試。

試樣的制備、夾持方式和夾鉗壓力均為芳綸織物拉伸性能測(cè)試的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在測(cè)試時(shí)可參考本文介紹的方法來減少試樣因邊紗脫落、試樣打滑或鉗口斷裂而對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響。