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        系留氣球囊體材料光老化試驗(yàn)研究

        2012-03-28 09:41:18李云仲
        關(guān)鍵詞:囊體氙燈老化試驗(yàn)

        李云仲 熊 偉

        (中國(guó)特種飛行器研究所, 湖北 荊門 448035)

        氣候和陽(yáng)光輻照是損害高分子材料的主要原因。這種損害包括失光、褪色、黃變、開(kāi)裂、剝落、脆化,強(qiáng)度降低及分層等。

        系留氣球囊體材料是一種高分子復(fù)合材料涂層織物。通過(guò)對(duì)囊體材料本體、熱合連接件開(kāi)展光加速條件下的老化試驗(yàn),對(duì)比材料試驗(yàn)前后力學(xué)性能的變化,確定其本體材料和熱合連接件的抗老化性能,為系留氣球的環(huán)境適應(yīng)性和安全設(shè)計(jì)與分析提供背景支持。

        1 光老化的影響因素

        影響光老化的主要因素包括:光照、高溫和潮濕。這3個(gè)因素中的任一單獨(dú)因素均會(huì)引起材料的老化,但它們往往相互協(xié)同作用,促使產(chǎn)品或材料的快速老化。

        1.1 光照

        光對(duì)產(chǎn)品的影響主要是由加熱效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的。不同的材料對(duì)光的敏感性也不同。對(duì)于經(jīng)久耐用的材料,如大多數(shù)涂料、塑料,紫外線的短波段是引起大部分聚合物老化的原因。然而,對(duì)于不是那么經(jīng)久耐用的材料,比如一些顏料和染料,紫外線的長(zhǎng)波段甚至可見(jiàn)光也會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重的老化。

        1.2 高溫

        當(dāng)溫度升高時(shí),光的破壞作用也將隨之增大。盡管溫度不影響主要的光致反應(yīng),它卻影響次要的化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室老化測(cè)試必須提供精確的溫度控制,通常還通過(guò)升溫的方法來(lái)加速老化過(guò)程。

        1.3 潮濕

        雨水、露水及高的濕度是引起潮濕危害的主要原因。雨水可能導(dǎo)致材料產(chǎn)生熱沖擊,同時(shí)雨水沖刷引起的機(jī)械侵蝕也會(huì)加速材料發(fā)生老化。放在室外的物品每天都將長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài),平均每天8 h~12 h。由潮氣形成的露水是室外潮濕的主要因素。露水造成的危害比雨水更大,因?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng),引起更為嚴(yán)重的潮濕吸收。

        2 光老化試驗(yàn)

        2.1 試驗(yàn)件的制備

        囊體材料為高分子復(fù)合材料涂層織物。

        囊體材料光老化試驗(yàn),不僅要對(duì)材料本體進(jìn)行光老化試驗(yàn),對(duì)氣囊主要連接工藝也要進(jìn)行光老化試驗(yàn)。鑒于加工過(guò)程的中主要采用熱合連接工藝,所以共制備兩種類型的試驗(yàn)件,老化試驗(yàn)件尺寸根據(jù)氙燈老化試驗(yàn)箱的尺寸來(lái)確定。1 mm的毛邊用抽絲的方式去除。

        本體試驗(yàn)件:330 mm×430 mm(圖1左側(cè));

        熱合連接件:330 mm×430 mm,熱合部分尺寸為30 mm×330 mm(圖1右側(cè))。

        光老化試驗(yàn)完成后,將光老化試驗(yàn)件分割,制備成拉伸試驗(yàn)件,各制備5件。要求如下:

        圖1 囊體材料光老化試驗(yàn)件

        本體拉伸試驗(yàn)件:50 mm×500 mm,其中試驗(yàn)區(qū)域50 mm×200 mm,見(jiàn)圖2;

        熱合拉伸試驗(yàn)件:50 mm×500 mm,其中試驗(yàn)段為30 mm×50 mm,見(jiàn)圖3。

        圖2 囊體材料本體拉伸試驗(yàn)件

        圖3 囊體材料熱合拉伸試驗(yàn)件

        另外,采用同一批次的材料制備未經(jīng)老化的本體和熱合拉伸試驗(yàn)件,各5件。方法和尺寸同光老化試驗(yàn)后的完全相同。

        2.2 試驗(yàn)設(shè)備

        氙燈老化試驗(yàn)箱

        Xe-3-HSC型(美國(guó)Q-SUN 公司生產(chǎn)),光輻照度為0.25~0.68W/m2,樣品架尺寸為451 mm×718 mm。

        電子拉伸試驗(yàn)機(jī)

        AG-X250KN型(日本島津公司生產(chǎn)),試驗(yàn)速度0.0005~500 mm/min,試驗(yàn)空間為595 mm。

        試驗(yàn)方法

        根據(jù)AATTC169-2003《紡織品的耐氣候性:氙燈曝曬試驗(yàn)測(cè)試方法》,結(jié)合系留氣球的使用環(huán)境,采用試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

        表1 光老化試驗(yàn)條件(340 nm)

        進(jìn)行試驗(yàn)之前,要清潔試驗(yàn)件表面確保無(wú)污染物。要對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行狀態(tài)檢查,確保無(wú)變色、粉化、剝落、長(zhǎng)霉、斑點(diǎn)和/或裂紋等損壞。

        將試驗(yàn)件放置到試驗(yàn)箱中,使其試驗(yàn)面對(duì)著光照燈,試驗(yàn)樣品不能有遮擋。

        試驗(yàn)過(guò)程中每天檢查一次試驗(yàn)件的外觀狀態(tài)。肉眼觀察被照射過(guò)的囊體材料表面,不得出現(xiàn)明顯的變色、粉化、剝落、長(zhǎng)霉、斑點(diǎn)和/或裂紋等變化。一旦外觀發(fā)生明顯變化,要終止試驗(yàn)。

        參照ASTM G155-05a和系留氣球的使用環(huán)境時(shí)間定為56天,總共672個(gè)循環(huán)。完成后取出試件,放在正常大氣條件下24 h。隨后,按GB/T 3923.1《紡織品織物拉伸性能第1部分 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》,測(cè)定老化后試件的拉伸斷裂強(qiáng)度。

        3 試驗(yàn)結(jié)果

        光老化56天后,從試驗(yàn)箱中取出在自然條件干燥24 h,觀察試驗(yàn)件外觀狀態(tài),圖4為本體試驗(yàn)件,圖5為熱合試驗(yàn)件。

        圖4 本體試驗(yàn)件光老化后狀態(tài)

        圖5 熱合試驗(yàn)件光老化后狀態(tài)

        按GB/T 3923.1《紡織品織物拉伸性能第1部分?jǐn)嗔褟?qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》,測(cè)定試件老化前后的拉伸斷裂強(qiáng)度。求取5個(gè)試驗(yàn)件的平均斷裂強(qiáng)度值。拉伸強(qiáng)度損失率按下列方法進(jìn)行計(jì)算:

        其中:F損—拉伸強(qiáng)度損失率

        F前—老化前拉伸斷裂強(qiáng)度

        F后—老化后拉伸斷裂強(qiáng)度

        試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

        4 結(jié)論

        光老化試驗(yàn)56天后,試驗(yàn)件表面沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變色、粉化、剝落、長(zhǎng)霉、斑點(diǎn)和裂紋等外觀變化。

        本體試驗(yàn)件的斷裂強(qiáng)度損失率為15.5%,熱合試驗(yàn)件的斷裂強(qiáng)度損失率為23.8%。經(jīng)過(guò)熱合加工后,試件的斷裂強(qiáng)度損失率增大了8.3%。囊體材料經(jīng)過(guò)熱合加工件,抗老化性能有所下降。

        5 建議

        開(kāi)展囊體材料光老化實(shí)驗(yàn)室與外場(chǎng)暴露對(duì)比試驗(yàn)研究,以確定實(shí)驗(yàn)室與外場(chǎng)暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性和建立實(shí)驗(yàn)室加速老化模型。

        具體囊體材料光老化試驗(yàn)參數(shù)可以通過(guò)研究進(jìn)行規(guī)范,建立相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),此方面要投入大量的人力和物力進(jìn)行研究。

        [1] 張恒. QUV和Q-Sun兩種有效耐候性和光穩(wěn)定性測(cè)試方法的比較.分析與測(cè)試[J].2002,35 (6) :126-128.

        [2] AATCC 169-2003 紡織品的耐氣候性 氙燈曝曬[S].

        [3] ASTM G155-05a 非金屬材料的氙燈老化測(cè)試[S].

        [4] GB/T 3923.1.紡織品織物拉伸性能第1部分 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法[S].

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