溫度對聚酯增強基PVC篷蓋布蠕變應變性能的影響*

李瑞霞 郭珊珊 沈 為 張愷怡

1. 東華大學紡織學院，上海201620；2. 東華大學產業用紡織品教育部工程研究中心，上海201620

篷蓋類柔性復合材料(篷蓋布)是復合材料的一大品類，在建筑、廣告燈箱、土工膜以及包裝運輸等領域應用廣泛。根據涂層原料的不同，篷蓋布可分為聚氯乙烯(PVC)篷蓋布、聚四氟乙烯(PTEF)篷蓋布等[1]。PVC篷蓋布的使用壽命約為20年，而PTFE篷蓋布的使用壽命長達35年。篷蓋布在實際應用中因受到拉伸或其他載荷的長期反復作用而產生蠕變，當蠕變量超過一定范圍后，其使用壽命縮減，最終影響篷蓋布的使用效果。

本文根據篷蓋布的實際使用溫度對其24 h內的蠕變應變特性進行研究，探討溫度變化對篷蓋布蠕變應變的影響，盡量避免因使用條件不當影響該類產品的使用性能。

1 試驗部分

1.1 試樣

本試驗所用3種規格的聚酯增強基PVC篷蓋布試樣由浙江海寧明士達新材料有限公司提供。聚酯增強基布均為經編雙軸向織物，其襯經襯緯紗是線密度為111 tex的高強低伸型聚酯長絲。將聚酯增強基布的正反兩面或一面與PVC膜經過層合工藝處理后，分別制備出雙面復合PVC篷蓋布試樣K1和K3及單面復合PVC篷蓋布試樣K2，其截面如圖1所示。聚酯增強基布中襯經/襯緯紗的排列密度，聚酯增強基PVC篷蓋布試樣的面密度、厚度、經緯向拉伸斷裂強力等基本物理性能的測試結果列于表1。

表1 試樣規格及其物理性能測試結果

1.2 試驗方法

根據GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能》和GB/T 11546.1—2008《塑料 蠕變性能的測定 第1部分：拉伸蠕變》及前期預實驗，首先裁剪長為25 cm、寬為5 cm的聚酯增強基PVC篷蓋布試樣，在標準環境[溫度(20±2) ℃，相對濕度(65±2)%]中調濕24 h。然后在常溫(18～24 ℃)、40 ℃和60 ℃這3個不同溫度條件下向各試樣施加載荷[2]。其中，各試樣在加載儀上的夾持間距為15.0 cm，預加張力為10 N，外加恒定載荷為其拉伸斷裂強力(表1)的10%，拉伸速度為100 mm/min，加載時間為24 h，記錄各試樣的蠕變量。在進行60 ℃條件下的蠕變測試時，施加載荷前將試樣在該溫度下放置15 min。最后分析各聚酯增強基PVC篷蓋布試樣經緯向蠕變曲線的異同及蠕變應變特征。

2 結果與分析

2.1 溫度對聚酯增強基PVC篷蓋布蠕變性能的影響

不同溫度條件下，試樣K1、K2與K3經向和緯向的蠕變應變隨時間的變化曲線分別如圖2～圖4所示。經分析可知：

(1)不同測試溫度條件下，3種聚酯增強基PVC篷蓋布試樣經緯向的蠕變曲線變化趨勢基本相同。初始階段，聚酯增強基布受載荷拉伸作用，紗線中的纖維發生急彈性變形[3]，試樣的蠕變應變量快速增加。隨著加載時間的延長，纖維大分子鏈間發生破壞和重建，纖維進入緩彈性變形階段，蠕變速度很慢，試樣的蠕變應變量趨于平穩，蠕變曲線接近于平直。

(2)相同測試溫度條件下，對于同一規格的試樣，其經緯向的蠕變應變存在明顯差異，且緯向蠕變應變大于經向。這是由于在聚酯增強基PVC篷蓋布的層壓復合過程中，增強基布的緯向不受外力控制，襯緯紗基本處于無張力狀態，而襯經紗所受平均張力約為196 N/m。層壓復合中試樣還需經受熱輥與烘箱的高溫(約180～210 ℃)作用，受張力約束的襯經紗中的纖維取向度得到提高，纖維大分子的運動受測試溫度的影響進一步減小，導致試樣經向的蠕變應變較小。因此，各試樣緯向的蠕變應變大于其經向。

(3)同一試樣經向或緯向的蠕變應變量隨測試溫度的升高而增大。

(4)隨測試溫度的升高，聚酯增強基PVC篷蓋布試樣經緯向的蠕變應變差值變大。究其原因，可能是層壓復合時聚酯增強基布中幾乎不受外力約束的襯緯紗纖維內部分子滑移較小，而隨著測試溫度的升高，纖維大分子開始劇烈運動，緯向纖維分子鏈間相互滑移現象比經向纖維更為顯著，因此，各試樣經向和緯向的蠕變應變差值增加。

2.2 基布密度對聚酯增強基PVC篷蓋布蠕變性能的影響

相同測試溫度條件下，同一試樣經緯向的蠕變應變分別如圖5和圖6所示。

圖5 各試樣經向的蠕變應變

圖6 各試樣緯向的蠕變應變

由表1知，在各聚酯增強基PVC篷蓋布試樣的增強基布中，單位長度內襯經襯緯紗的根數不同，即基布的經緯密度不同。結合圖5和圖6可以發現：

(1)測試溫度相同時，聚酯增強基PVC篷蓋布試樣的經向和緯向的蠕變應變均隨基布經緯密度的增加而增大。這可能是襯經襯緯紗排列密度的增加提高了加載方向上紗線的受力不均勻性，單根紗線所受實際應力增大，試樣的蠕變應量隨之增加。

(2)對于試樣K1和K3，襯經襯緯紗的排列密度對試樣緯向的蠕變應變影響較大。這與層合時增強基布襯緯紗中纖維大分子和鏈段的排列比較隨機、取向度較小有關，載荷的施加增加了纖維分子運動幅度，因此，試樣K1和K3緯向的蠕變應變較為明顯。

3 結論

本文在常溫、40 ℃和60 ℃的條件下測試了3種 聚酯增強基PVC篷蓋布試樣經緯向的蠕變特性，分析并研究了溫度變化和增強基布中襯經襯緯紗的排列密度對聚酯增強基PVC篷蓋布蠕變應變的影響。結果表明，加載24 h內，聚酯增強基PVC篷蓋布試樣蠕變應變曲線在纖維分子的緩彈性變形階段相對平緩。聚酯增強基PVC篷蓋布蠕變形變量的大小受測試溫度、加載時間和聚酯增強基布中襯經襯緯紗排列密度的影響。測試溫度越高，試樣的蠕變應變量越大。測試溫度相同時，同規格試樣緯向的蠕變應變量大于其經向。對同一試樣而言，不同測試溫度條件下，試樣緯向的蠕變應變差異較大，試樣經向的蠕變應變差異較緯向小。聚酯增強基PVC篷蓋布試樣經緯向的蠕變應變均隨其基布經緯密度的增加而增大。

為了更準確地預測聚酯增強基PVC篷蓋布的使用壽命，需進行更長時間的蠕變應變測試。此外，低溫極限條件下，根據蠕變應變特征來預測該篷蓋布的使用壽命仍需進一步探討。