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        兩種UHMWPE復(fù)絲力學(xué)性能分析

        2015-06-02 09:22:12張曉超周魯豫
        中國纖檢 2015年9期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能

        張曉超 周魯豫

        摘要:

        本文對兩種用于繩索編織的不同細(xì)度的UHMWPE復(fù)絲的力學(xué)性能進(jìn)行研究。通過測試其單絲細(xì)度、復(fù)絲細(xì)度、復(fù)絲斷裂強力、斷裂伸長、斷裂強度、初始模量、復(fù)絲蠕變等性能,綜合比較得知A復(fù)絲的性能較好,在實際使用中不易變形,滿足繩索尺寸穩(wěn)定的要求。

        關(guān)鍵詞:UHMWPE纖維;復(fù)絲;力學(xué)性能

        超高強度聚乙烯纖維是繼碳纖維和芳綸之后出現(xiàn)的又一種高強度、高模量的高性能纖維。UHMWPE(超高分子量聚乙烯)纖維具有高相對分子質(zhì)量、高取向度、高結(jié)晶度以及高度纏結(jié)的分子鏈結(jié)構(gòu),同時具有密度比水低、化學(xué)穩(wěn)定性好,且耐磨耐彎曲性能好、張力疲勞性能和抗切割性能強等優(yōu)異的性能,因此其以極優(yōu)的綜合性能成為航空航天、防彈防刺等國防領(lǐng)域和汽車制造、運動器材、勞動防護(hù)用品等民用領(lǐng)域的理想材料。

        繩索的性能受許多因素影響,主要影響因素是繩索結(jié)構(gòu)和制繩材料的性能,因此本文對兩種繩索材料的基本性能參數(shù)進(jìn)行測試和分析,為繩索力學(xué)性能分析提供理論依據(jù)。

        1 試驗

        1.1 試驗儀器及材料

        試驗儀器:Instron3300系列萬能試驗機。

        試驗材料: UHMWPE復(fù)絲材料(青島華世潔環(huán)??萍加邢薰咎峁??;緟?shù)見表1。

        1.2 測試方法

        按GB/T 19975—2005進(jìn)行測試:斷裂強力試驗夾持間距為300mm,預(yù)加張力為1N,試樣拉伸速度為250 mm/min,試驗測試次數(shù)為10次;蠕變性能測試A、B復(fù)絲分別選取82 N、147 N作為重負(fù)荷,拉伸速度為50 mm/min,試驗測試5次。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 UHMWPE復(fù)絲的斷裂強力

        如圖1為兩復(fù)絲的強力-伸長曲線圖,試驗得A復(fù)絲的斷裂強力為116.49 N,斷裂伸長率為2.77%;B復(fù)絲的斷裂強力為183.91 N,斷裂伸長率為3.75%。因兩復(fù)絲粗細(xì)不同,經(jīng)計算A復(fù)絲斷裂強度為20.20 cN/dtex,B復(fù)絲斷裂強度為17.43 cN/dtex。

        圖2為兩復(fù)絲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖,從圖中可看出A復(fù)絲應(yīng)力應(yīng)變曲線初始段的斜率大于B復(fù)絲,即A復(fù)絲的初始模量較B復(fù)絲大,因此A復(fù)絲在小負(fù)荷力作用時,更不容易發(fā)生變形。

        2.2 UHMWPE復(fù)絲蠕變性能

        兩復(fù)絲進(jìn)行蠕變測試,測試后得到蠕變曲線如圖3所示,從中可看出,當(dāng)作用應(yīng)力相同的情況下,B復(fù)絲比A復(fù)絲更容易發(fā)生蠕變。由于UHMWPE纖維分子結(jié)構(gòu)簡單,分子間沒有氫鍵,其范德華作用力也僅為色散力,則纖維分子間作用力較小,因此UHMWPE纖維在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生蠕變。從表2中可看出,A復(fù)絲的E1、E2、η2、η3均大于B復(fù)絲,說明A復(fù)絲的普彈性形變小,這是因為A復(fù)絲的初始模量較B復(fù)絲大,同時A復(fù)絲的高彈性形變和粘性流動均比B復(fù)絲小,所以B復(fù)絲更容易發(fā)生蠕變。

        3 結(jié)論

        對UHMWPE纖維復(fù)絲力學(xué)性能進(jìn)行測試分析,得出細(xì)度為58.83 tex的復(fù)絲單絲強度為20.2 cN/dtex,斷裂伸長率為2.77 %;細(xì)度為105.50 tex 的復(fù)絲單絲強度為17.43 cN/dtex,斷裂伸長率為3.75%;A復(fù)絲初始模量大于B復(fù)絲,而斷裂伸長率比B復(fù)絲??;定應(yīng)力情況下A復(fù)絲的抗蠕變性能比B復(fù)絲要強,在實際使用中更不易變形。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 張艷.超高分子量聚乙烯纖維在防彈和防刺材料方面的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2010,(10):32.

        [2] 尹曄東.超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展?fàn)顩r[J].化工新型材料,2008,36(10):51.

        [3] 汪家銘.高強高模聚乙烯纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景[J].合成纖維工業(yè),2009,32(3):47-48.

        [4] Bruska Azhdar, Bengt Stenberg, Leif Kari. Development of a high-velocity compaction process for polymer powders [J]. Polymer Testing, 2005, 24(7):909-919.

        [5] 徐明忠,趙國樑.超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能研究進(jìn)展[J].合成纖維工業(yè),2012, 35(2):44-45.

        (作者單位:張曉超,新疆塔城地區(qū)纖維檢驗所;周魯豫,青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院)endprint

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