芳綸織物拉伸性能測試的參數(shù)及關鍵環(huán)節(jié)探討

樊 斌

(中紡標檢驗認證股份有限公司,北京100025)

芳綸作為一種新型高科技合成纖維,具有良好的機械特性,優(yōu)異的阻燃、耐熱性能,穩(wěn)定的化學性質,耐輻射性,優(yōu)良的耐摩擦和耐化學品性能,廣泛應用于防彈制品、建筑材料、特種防護服裝等領域。芳綸織物的超高強度和模量是其最大的性能特點,拉伸性能測試是考核這一特性的關鍵。由于不同拉伸性能測試標準對測試參數(shù)的要求不同,不同試驗人員對影響測試結果的關鍵環(huán)節(jié)操作不同,就會造成測試結果的差異。為統(tǒng)一測試方法,結合芳綸織物的特點,比較標準中各參數(shù)對測試結果的影響,并給出芳綸織物拉伸性能測試參數(shù)和關鍵環(huán)節(jié)的處理建議。

1 測試原理

對規(guī)定尺寸的織物試樣(試樣寬度為50 mm),以恒定伸長速度拉伸直至斷脫,記錄斷裂強力及斷裂伸長率。測試特種機織物拉伸性能常用的標準包括GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》以及FZ/T 65001-1995《特種工業(yè)用織物 物理機械性能試驗方法》。

2 測試參數(shù)

2.1 傳感器的選取

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

2.2 隔距長度及拉伸速度

GB/T 3923.1和FZ/T 65001兩標準對隔距長度和拉伸速度的要求見表1。

表1 不同標準拉伸速度和隔距長度要求

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

由表1可知,GB/T 3923.1標準中拉伸速度的選擇由試樣的斷裂伸長率決定,而FZ/T 65001規(guī)定了范圍值。GB/T 3923.1標準對拉伸速度的規(guī)定主要是考慮儀器的數(shù)據采集頻率為定值,當試樣斷裂伸長率很小時,以較快的速度拉伸試樣,試樣從到拉伸斷裂所用時間較短,那么整個測試過程采集到的數(shù)據點較少,測試精確度會有所降低;若以較小拉伸速度測試斷裂伸長率較大的試樣時,會使測試時間增長,而影響測試效率。大部分芳綸織物的斷裂伸長率在6%～10%,雖然有部分芳綸織物的斷裂伸長率超過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的拉伸速度測試。

2.3 預加張力

拉伸性能測試中對織物施加一定的預加張力是為使織物伸直,以統(tǒng)一織物在試驗前的狀態(tài)。預加張力大小影響試樣的斷裂伸長率,不同標準中對預加張力的要求見表2。芳綸織物的單位面積質量一般在200～500 g/m2,按照GB/T 3923.1設定預加張力時會產生2種情況,5 N或10 N的預加張力。按照FZ/T 65001選擇預加張力即為10 N。

表2 不同標準預加張力的要求

適當?shù)念A加張力不應使織物產生塑性變形,即試驗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的變化較慢。對5種不同規(guī)格的芳綸織物進行拉伸性能測試,試樣在10 N載荷時的拉伸位移為0.2～0.8 mm,占斷裂伸長率的比值為1.1%～4.2%,可以得出使用10 N預加張力不會使試樣產生超過斷裂伸長的5%的伸長,因此參考FZ/T 65001特種織物的標準選取10 N預加張力測試芳綸織物的拉伸性能。

圖1 芳綸織物的拉伸性能測試曲線

3 測試關鍵環(huán)節(jié)

3.1 試樣制備

FZ/T 65001中規(guī)定試樣裁剪的寬度,應根據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前拆除試樣兩側的紗線使試樣的兩側各比50 mm多幾根紗線(測試時不被夾鉗夾持)。而GB/T 3923.1中也有類似的規(guī)定,并指出毛邊寬度應保證在試驗過程中長度方向的紗線不從毛邊中脫出。

對于芳綸織物,一般紗線較粗,由于紗線的光滑往往造成在測試過程中兩側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,測試時不被夾鉗夾持,如圖2、圖3所示。

圖2 制備完成的試樣 圖3 試樣上機測試圖

3.2 試樣夾持

3.2.1 夾持方式

采用純芳綸長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試時夾持部位易產生打滑,而影響試樣的斷裂伸長率。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試時的打滑現(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試的關鍵環(huán)節(jié),夾鉗壓力過小試樣會打滑,被測試樣伸長變大,不能測出試樣的真實斷裂伸長率;夾鉗壓力過大,試樣會在鉗口處斷裂,測得的斷裂強力有部分夾鉗咬合的力,小于試樣真實的斷裂強力。對于采用氣壓加緊夾鉗的儀器,在測試前需將氣壓調整到合適的壓力值,由于不同儀器調節(jié)的壓力值不同,建議根據實際情況調整,并做好記錄,以備此后類似試驗參考使用。

4 結語

芳綸織物拉伸性能測試,隔距長度為200 mm,拉伸速度為20 mm/min,預加張力10 N,對于500 g/m2以下試樣可選取量程為50 k N傳感器測試。

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試的關鍵環(huán)節(jié),在測試時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測試結果造成的影響。