飛行員救生服裝主體材料的自然曝曬試驗(yàn)

楊國(guó)甫，張榮

檢測(cè)技術(shù)

飛行員救生服裝主體材料的自然曝曬試驗(yàn)

楊國(guó)甫，張榮

（航宇救生裝備有限公司，湖北襄陽(yáng)441003）

不耐光照是芳香族聚酰胺纖維的弱勢(shì)所在，試驗(yàn)以飛行員救生服裝通用的輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行自然曝曬，并與錦絲綢進(jìn)行對(duì)比，以了解輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物的耐光老化特性。研究結(jié)果表明，在所試驗(yàn)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(huán)境因素影響出現(xiàn)的性能下降現(xiàn)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(xiàn)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(yīng)。紡織材料在日光直接照射后，一般將出現(xiàn)色澤泛黃、手感變硬、斷裂強(qiáng)力下降和彈性下降等現(xiàn)象。將試樣曝露于規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行自然曝曬試驗(yàn)，通過測(cè)定試樣表面的輻照量與試樣性能的變化，可評(píng)定材料的耐氣候性。

1 試驗(yàn)原理

將試樣置于可代表某一氣候類型區(qū)域的室外大氣環(huán)境下進(jìn)行自然大氣曝露試驗(yàn)，使其經(jīng)受陽(yáng)光、氣溫、水分、氧、臭氧和其他環(huán)境因素的綜合作用。按規(guī)定的暴露期限，定期檢測(cè)特紡材料試樣的外觀、力學(xué)性能的變化，評(píng)價(jià)材料的耐環(huán)境老化腐蝕性能和使用壽命，并分析研究環(huán)境因素的影響程度及其作用機(jī)理，為新產(chǎn)品的研制和開發(fā)提供環(huán)境可靠性設(shè)計(jì)、質(zhì)量保證和制訂標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

2 試驗(yàn)對(duì)象

個(gè)體防護(hù)救生服裝的使用壽命與產(chǎn)品所用的主體材料的壽命息息相關(guān)。

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

輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃織物是飛行員個(gè)體防護(hù)救生服裝通用的材料，本試驗(yàn)選取輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃織物為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)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(tǒng)選用的是錦絲和滌絲類的調(diào)節(jié)帶，因此本次試驗(yàn)還將錦絲帶、滌絲帶同時(shí)列為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行性能對(duì)比，為救生服裝產(chǎn)品壽命設(shè)計(jì)提供較全面的數(shù)據(jù)參考。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)期限

一般材料鑒定或考核認(rèn)可試驗(yàn)至少12個(gè)月，新材料研究試驗(yàn)至少24個(gè)月，篩選、比對(duì)試驗(yàn)必須在濕熱或干熱帶氣候區(qū)域同時(shí)進(jìn)行。國(guó)外材料環(huán)境老化試驗(yàn)專家認(rèn)為應(yīng)按照表1規(guī)定的曝曬試驗(yàn)時(shí)間：

表1 曝曬試驗(yàn)

3.2 曝曬場(chǎng)條件

自然曝曬地址選址中國(guó)海南省東部瓊海市加積地區(qū)的海南汽車試驗(yàn)研究所試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)。該場(chǎng)位于東經(jīng)110°26ˊ，北緯19°45ˊ，海拔高度約20 m，四周空曠、場(chǎng)地平坦，并保持當(dāng)?shù)氐淖匀恢脖粻顟B(tài)，草高不超過200 mm。當(dāng)?shù)貧庀髼l件較穩(wěn)定，每年的氣象因素變化相似，有季節(jié)性的暴風(fēng)雨、高溫、高濕、降雨量充足等氣候特點(diǎn)。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(duì)濕度85%，年日照時(shí)間為2 055 h，年太陽(yáng)輻射量約為5 400 MJ/m2，是典型的東南亞濕熱帶環(huán)境氣候。

曝曬場(chǎng)周圍環(huán)境符合ISO 877、ASTM G7、SAE J576、GB/T 3511和GB/T 3681等有關(guān)要求，設(shè)有環(huán)境氣象因素（如美國(guó)熱電公司的氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備能記錄氣溫、相對(duì)濕度、大氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射量和雨量等數(shù)據(jù)）；配備各種要求的材料曝露裝置、曝曬場(chǎng)地和曝曬試樣表面溫度測(cè)量設(shè)備等。

3.3 試驗(yàn)方式

試驗(yàn)為室外大氣直接曝露試驗(yàn)。曝露方位為正南方向，與地平面成45°傾角，試驗(yàn)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(yàn)狀態(tài)

3.4 評(píng)價(jià)項(xiàng)目

本次自然曝曬試驗(yàn)的材料以紡織品為主，具體形式為布和帶，自然曝曬后進(jìn)行力學(xué)性能的老化評(píng)價(jià)。

3.5 取樣時(shí)間

從投入試樣開始進(jìn)行自然曝曬試驗(yàn)，每間隔一個(gè)月取樣一次，分別進(jìn)行單位質(zhì)量、斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率等項(xiàng)目的性能試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)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(yàn)預(yù)期時(shí)間為1～2年，一般情況下按特性值斷裂強(qiáng)度損失50%為終止界限，特殊情況據(jù)實(shí)處理。在試驗(yàn)過程中定期取樣，根據(jù)材料的不同特性進(jìn)行質(zhì)量、斷裂強(qiáng)力等項(xiàng)目的試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，做出準(zhǔn)確判斷，以便確定試驗(yàn)是繼續(xù)還是終止。試驗(yàn)結(jié)束后，將對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸整理，進(jìn)行老化趨勢(shì)的判斷。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果的分析及特性值變化趨勢(shì)

4.2.1 輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物

輕質(zhì)高強(qiáng)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(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（Kevlar），前者是在錦綸66的每個(gè)單元鏈節(jié)上加入二個(gè)芳香苯環(huán)取代亞甲基鏈節(jié)（—CH2—）4和（—CH2—）6。由于苯環(huán)的共扼效應(yīng)，大分子鏈活動(dòng)性變?nèi)酰瑒傂栽龃?，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(wěn)定性，在同劑量的X、β、γ射線輻射下，效果優(yōu)于聚酰胺6。Kevlar纖維更具有強(qiáng)度高、彈性模量小、密度小、延伸率小、熱穩(wěn)定性好、耐振動(dòng)、耐疲勞、耐應(yīng)力開裂性較好、蠕變小、收縮率小、膨脹率小和尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

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(tuán)上含有酰胺鍵，每克分子離解能約為3.05×105J，日光中波長(zhǎng)小于400?的紫外線的能量，可使其發(fā)生裂解斷鍵，強(qiáng)度下降，色澤變黃。因此隨著自然曝曬時(shí)間的增加，輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物除外觀色澤變化明顯外（見圖2），斷裂強(qiáng)度急劇下降。八個(gè)月后，經(jīng)向斷裂強(qiáng)度從1 187 N降為342 N，降幅達(dá)71%；緯向斷裂強(qiáng)度從1 287 N降為384 N，降幅達(dá)70%。

根據(jù)輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物斷裂強(qiáng)度特性值的變化，繪出散點(diǎn)圖（以經(jīng)向?yàn)槔妶D3）。結(jié)果顯示，材料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和曝曬時(shí)間之間幾乎呈直線趨勢(shì)，由此可對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物的自然曝曬老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸處理，得到估計(jì)方程。輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力的線性回歸方程如下：

其中：x—自然曝曬時(shí)間，月

圖2 輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物終止自然曝曬試驗(yàn)時(shí)外觀

圖3 輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力變化散點(diǎn)

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(jīng)多股并捻得到不同結(jié)構(gòu)的經(jīng)、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(qiáng)力高和伸長(zhǎng)率有一定限制等特點(diǎn)。由于滌綸纖維本身耐光性較好，在自然曝曬過程中強(qiáng)力損失不明顯，經(jīng)過12個(gè)月的時(shí)間，斷裂強(qiáng)力從原始的10 261 N下降為8 164 N，降幅十分緩慢，其對(duì)于用作救生服裝的張緊系統(tǒng)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(jīng)線和緯線，以斜紋組織織造而成，具有強(qiáng)力高和伸長(zhǎng)率有一定限制等特點(diǎn)。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(qiáng)力損失較明顯，經(jīng)過8個(gè)月的時(shí)間，斷裂強(qiáng)力從原始的7 082 N下降為4 784 N，降幅較快，其對(duì)于用作救生服裝的張緊系統(tǒng)主體材料不利。

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

其中：x—自然曝曬時(shí)間，月

圖4 26-600錦絲帶斷裂強(qiáng)力變化散點(diǎn)

5 結(jié)論

在一年的自然曝曬時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，配套材料品種較多，除本次試驗(yàn)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(qiáng)聚乙烯纖維類、粘膠類和涂覆織物類等，下一步研究方向?qū)⒁员敬卧囼?yàn)為起點(diǎn)，全面開展特紡材料自然曝曬試驗(yàn)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(guó)甫，男，研究員，畢業(yè)于南京航空學(xué)院，現(xiàn)從事航空救生裝備研制工作。