紫外燈曝曬對(duì)聚丙烯彩條布力學(xué)性能的影響

宋雪培 劉羽輝

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

聚丙烯彩條布屬于篷布的一種，其顏色鮮艷，柔韌性極好，防水防曬耐低溫，且拉伸強(qiáng)度高，在工業(yè)制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用于遮陽防水。國(guó)內(nèi)外對(duì)聚丙烯的研究主要集中在改性工藝和注塑工藝上。白喜軍[1]等分析了聚丙烯蓬布在水工上的應(yīng)用，得出了用土工布進(jìn)行防滲試驗(yàn)效果很差，而聚丙烯篷布效果極其理想的結(jié)論。楊旭東[2]對(duì)聚丙烯土工織物的使用壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行研究，得出在戶外曝曬的環(huán)境條件下,紫外輻射對(duì)聚丙烯土工織物老化起決定性作用,而且紫外輻射能對(duì)聚丙烯土工織物的老化有累積效應(yīng)的結(jié)論。謝莉青[3]等對(duì)聚丙烯機(jī)織土工織物進(jìn)行拉伸性能測(cè)試與分析，得出對(duì)于增強(qiáng)型為主的機(jī)織土工織物具有較高的斷裂強(qiáng)度和較低的斷裂伸長(zhǎng)的結(jié)論。V.Mane[4]等研究了聚丙烯織物的熱性能和阻燃性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過與黏膠長(zhǎng)絲混紡,可以提高PP 的導(dǎo)熱性能；以黏膠為皮層、PP 為芯層的紗線的耐熱性也較PP 有所提高；與黏膠長(zhǎng)絲混紡后，PP 的阻燃性能略有提高。李靜[5]等研究了織物防水透濕性能的測(cè)試方法，重點(diǎn)列舉并比較了噴淋法、靜水壓法測(cè)試織物防水性能以及各種織物透濕性能的測(cè)試方法,并簡(jiǎn)述了防水透濕測(cè)試方法在相關(guān)功能性服裝類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用情況。孫斌[6]研究了拉伸速度及制樣方式對(duì)聚丙烯材料的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率的影響。結(jié)果表明，隨著拉伸速度的增大，拉伸強(qiáng)度有所增加，PP 注塑成型試樣的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率都明顯高于壓制成型試樣。余龍穎[7]對(duì)改性聚丙烯的力學(xué)性能和收縮變形進(jìn)行研究，得出共聚PP 相比均聚PP 韌性提高；礦物填充PP 可改善耐熱性能，收縮變形有較大程度的下降，且隨填充物含量的增加，收縮變形下降的程度增大；玻璃纖維增強(qiáng)PP 整體力學(xué)性能、耐熱性均有大幅提升，收縮變形大幅下降,且纖維填充改善尺寸變形的程度優(yōu)于礦物填充。董志遠(yuǎn)[8]等總結(jié)了聚丙烯塑料薄膜的單向/雙向拉伸生產(chǎn)工藝，歸納了拉伸成型工藝的發(fā)展與現(xiàn)狀，提出了在線測(cè)試對(duì)于研究拉伸過程中薄膜結(jié)構(gòu)變化的重要性。傅和青[9]等綜述了聚丙烯薄膜的種類、特點(diǎn)及其在包裝業(yè)的應(yīng)用，介紹了PP 膜市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，指出了PP 膜發(fā)展方向，強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)PP 膜的研究。Amit Rawal[10]等對(duì)黃麻/聚丙烯復(fù)合非織造土工布力學(xué)性能及損傷進(jìn)行分析，得出與100%聚丙烯非織造土工布相比，40wt.%黃麻是具有相當(dāng)?shù)睦鞆?qiáng)度和較高的割線模量的混合非織造土工布的最佳水平。

目前，針對(duì)紫外老化曝曬循環(huán)對(duì)聚丙烯彩條布性能影響的研究很少，為此，文章采用不同曝曬循環(huán)對(duì)聚丙烯彩條布進(jìn)行曝曬，之后進(jìn)行拉伸和防水實(shí)驗(yàn)，研究其性能的變化。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)中使用的樣品是整匹聚丙烯彩條布。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 紫外光曝曬

采用QUV/SPRAY 加速老化試驗(yàn)機(jī)（美國(guó)Q-Lab公司）對(duì)彩條布進(jìn)行曝曬。選用GB/T 31899-2015《紡織品 耐候性試驗(yàn) 紫外光曝曬》中試驗(yàn)條件1 作為曝曬方法，即單循環(huán)的試驗(yàn)條件是選用UVA型燈管，用340 nm 處輻照度為0.89 W/m2的紫外光在黑板溫度為60℃條件下曝曬8h，接著在黑板溫度為50℃ 條件下冷凝4h。僅改變曝曬循環(huán)，從未經(jīng)曝曬依次增加至曝曬6 循環(huán)結(jié)束試驗(yàn)，以此作為彩條布的前處理過程。

1.2.2 拉伸性能

采用INSTRON 5900R 多功能材料試驗(yàn)機(jī)（美國(guó)INSTRON 公司）測(cè)試彩條布的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。參照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）》設(shè)定預(yù)加張力為2N，夾距長(zhǎng)度為100mm，拉伸速度為20mm /min。有效試樣距離布邊150mm 剪取，每塊試樣的有效寬度為50 mm±0.5mm（不包括毛邊），其長(zhǎng)度滿足隔距長(zhǎng)度200mm。即取樣時(shí)沿經(jīng)向、緯向剪取尺寸為50 mm×300mm 的試樣6 塊為一組，經(jīng)向、緯向取樣各需要6 組。將未經(jīng)曝曬和不同循環(huán)曝曬后的試樣拉伸直至斷脫，記錄每一個(gè)試樣斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)率，結(jié)果求其平均值。

1.2.3 防水性能（沾水法）

采用Y813（溫州方圓儀器有限公司）測(cè)試彩條布的防水性能。參照GB/T 4745-2012 《紡織品 防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)（沾水法）》，剪取200mm×200mm 的3 塊彩條布為一組，共需要6 組。將未經(jīng)曝曬和不同循環(huán)曝曬后的試樣依次安裝在環(huán)形夾持器上，保持夾持器與水平45°，彩條布中心位置距噴嘴下方150mm，用250ml、20℃的蒸餾水迅速平穩(wěn)的倒入漏斗，持續(xù)噴淋30s。噴淋停止后，立即將夾有試樣的夾持器拿開，使織物正面向下幾乎成水平，然后對(duì)著一個(gè)固體硬物輕輕敲打一下夾持器，水平旋轉(zhuǎn)夾持器180°后再次輕輕敲打夾持器一下，敲打結(jié)束后，分別對(duì)試樣正面潤(rùn)濕程度進(jìn)行評(píng)級(jí)取平均值作為最終級(jí)數(shù)。

1.2.4 防水性能（靜水壓法）

采 用FX3000-IV Hydro Tester（TEXTEST INSTRUMENTS）測(cè)試彩條布的防水性能。參照GB/T 4744-2013 《紡織品 防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)（靜水壓法）》，剪取5 塊彩條布為一組，共需6 組進(jìn)行調(diào)濕，將未經(jīng)曝曬和不同循環(huán)曝曬后的試樣分別加持在裝置上，使試樣正面與水面接觸。以6.0Kpa/min 的水壓上升速率對(duì)試樣施加持續(xù)遞增的水壓，觀察滲水現(xiàn)象，記錄試樣上第3 處水珠剛出現(xiàn)時(shí)的靜水壓值，試驗(yàn)結(jié)果為5 組數(shù)據(jù)的平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 拉伸性能分析

表1 為聚丙烯彩條布經(jīng)向、緯向經(jīng)拉伸后的力學(xué)性能指標(biāo)，由表中數(shù)據(jù)可知，未經(jīng)曝曬的彩條布斷裂強(qiáng)力、修正伸長(zhǎng)率和位移都是最好的，隨著曝曬循環(huán)的增加，彩條布力學(xué)性能越來越差。這是由于彩條布經(jīng)過紫外燈照射，織物組織脆損，照射時(shí)間越長(zhǎng)，脆損越嚴(yán)重，當(dāng)曝曬達(dá)到6 循環(huán)時(shí)，彩條布碎裂，不能承受拉伸，即彩條布不可繼續(xù)使用。

表1 聚丙烯彩條布的拉伸性能

在相同條件下，經(jīng)向斷裂強(qiáng)力、修正伸長(zhǎng)率和位移一直高于緯向，在曝曬5 循環(huán)后，彩條布不具有拉伸性能。這是由于織物經(jīng)向的密度大于緯向且經(jīng)向彈性大導(dǎo)致，所以在日常使用中，建議沿著經(jīng)向方向，能提高使用壽命。

2.2 防水性能分析（沾水法）

將聚丙烯彩條布進(jìn)行沾水實(shí)驗(yàn)后得出，未經(jīng)曝曬、曝曬1 循環(huán)和曝曬2循環(huán)后的彩條布沾水等級(jí)均為4-5 級(jí)，曝曬3 循環(huán)、曝曬4 循環(huán)和曝曬5 循環(huán)后沾水等級(jí)為4 級(jí)。由此可知，聚丙烯彩條布的沾水性能非常好，即使在即將碎裂時(shí)，沾水性能依然能達(dá)到4 級(jí)。這是因?yàn)榫郾├w維基本不吸濕，盡管經(jīng)過紫外燈照射，依然不能改變這一特性，所以制成的彩條布具有優(yōu)良的防水性能。

2.3 防水性能分析（靜水壓法）

表2 是聚丙烯彩條布進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)后的靜水壓值和抗靜水壓等級(jí)。由表2 中數(shù)據(jù)可知隨著曝曬循環(huán)的增加，彩條布承受靜水壓強(qiáng)和抗靜水壓等級(jí)越來越小，未經(jīng)曝曬和曝曬1 循環(huán)后的彩條布抗靜水壓等級(jí)均為3 級(jí)，其具有較好的抗靜水壓性能；曝曬2 循環(huán)和曝曬3循環(huán)后彩條布抗靜水壓等級(jí)均為1 級(jí)，其具有抗靜水壓性能；當(dāng)彩條布經(jīng)過曝曬4循環(huán)和5循環(huán)時(shí)，抗靜水壓等級(jí)為0，其抗靜水壓性能差。這是因?yàn)椴蕳l布經(jīng)過紫外燈照射，聚丙烯纖維內(nèi)部發(fā)生老化斷裂，使其不能承受壓力。

表2 聚丙烯彩條布的靜水壓值和抗靜水壓等級(jí)

3 結(jié)論

通過對(duì)未處理和紫外燈曝曬后的聚丙烯彩條布分別進(jìn)行力學(xué)性能和防水性能測(cè)試，以及對(duì)織物力學(xué)性能和防水性能進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1.在力學(xué)性能方面，未經(jīng)曝曬的聚丙烯彩條布斷裂強(qiáng)力、修正伸長(zhǎng)率和位移均高于處理過的彩條布。隨著曝曬循環(huán)的增加，彩條布的力學(xué)性能越來越差，當(dāng)曝曬達(dá)到6 循環(huán)時(shí)，彩條布碎裂，不能進(jìn)行測(cè)試。

2.在相同條件下，經(jīng)向彩條布的力學(xué)性能高于緯向，曝曬5 循環(huán)后，緯向彩條布雖然沒有碎裂，但是斷裂強(qiáng)力、修正伸長(zhǎng)率和位移均為0。

3.在防水性能方面，未經(jīng)曝曬、曝曬1 循環(huán)和曝曬2 循環(huán)后的彩條布沾水等級(jí)最高。隨著曝曬循環(huán)的增加，防水性能下降。

4.在防水性能方面，未經(jīng)曝曬和曝曬1 循環(huán)后的彩條布平均靜水壓最大，抗靜水壓等級(jí)最高。隨著曝曬循環(huán)的增加，平均靜水壓值逐漸減小，抗靜水壓等級(jí)降低。