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        囊體材料主要缺陷及其對材料性能影響研究

        2020-02-28 07:49:54武國軍劉圣千吳家紅易懷強
        紡織科技進展 2020年2期
        關鍵詞:囊體緯向經向

        陳 思,武國軍,劉圣千,吳家紅,易懷強

        (中國航天科工集團第六研究院四十六所,內蒙古 呼和浩特010010)

        浮力囊體是浮空器(飛艇)的關鍵部件,浮力囊體的質量穩(wěn)定性能直接關系到浮空器的安全使用性能。囊體材料是制備浮空器(飛艇)浮力囊體的關鍵材料,其面密度、拉伸強度、氦氣滲透率等性能變化會直接影響浮力囊體的承壓性能、載荷性能以及駐空時間等。

        囊體材料是一種柔性復合材料,一般由高比強度承力層織物、多功能樹脂或膜材料通過多層復合工藝制備獲得,以達到浮空器對囊體材料強制高強度、高氣密等性能要求。在囊體材料制備過程中,材料的外觀會不同程度地存在缺陷,如織物緯斜、纖維斷紗、纖維接頭、紗線并絲、跳紗、疏密不勻、異物夾雜、褶皺、分層等,不同種類、不同程度的外觀缺陷對囊體材料的主要性能會有不同的影響。

        通過對現(xiàn)有囊體材料的主要缺陷進行了收集與整理,測試了缺陷部位囊體材料的拉伸強度和氦氣滲透率,對比無缺陷部位囊體材料的性能數(shù)據(jù),分析缺陷對囊體材料的綜合性能影響,為浮空器選擇和控制囊體材料質量提供參考。同時,研究結果對提升浮空器囊體材料的原材料控制和工藝控制、提高囊體材料的質量穩(wěn)定性提供依據(jù)。

        1 囊體材料主要缺陷

        為了滿足力學性能要求,囊體材料大多采用高強有機纖維織物作為承力層材料。在織造過程中,織物容易產生缺陷,主要包括折痕、磨損痕、跳紗、經斜、緯斜、異物、接頭、斷紗、稀密路、污漬、并絲、褶皺等[1]。

        部分典型缺陷如圖1所示。

        2 缺陷對囊體材料性能的影響

        選用某自制的囊體材料進行分析。對比測試同一塊囊體材料樣品存在缺陷處與正常囊體材料的性能,測試結果見表1~表12。

        2.1 折痕

        折痕是織物折皺時引起的紗線變形,在除去折皺后留下的痕跡。測試結果見表1,缺陷處的拉伸強度經向851.3~950.2 N/c m,緯向720.6~794.9 N/c m,與正常材料(經向850.3~954.9 N/c m,緯向716.5~796.8 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.201~0.305 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,折痕對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        表1 折痕缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.2 磨損

        磨損痕主要是織物受到粗硬物的摩擦或斜向沖擊,表面磨損呈現(xiàn)毛茸的狀態(tài),該缺陷處一般會發(fā)生纖維輕微損傷。測試結果見表2,缺陷處的拉伸強度經向861.5~925.2 N/c m,緯向750.9~821.6 N/c m,與正常材料(經向881.6~940.7 N/c m,緯向748.7~848.2 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.181~0.303 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,變化不明顯。分析認為,磨損痕對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        表2 磨損痕缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.3 跳紗

        跳紗主要在織物織造過程中產生,織物上1~2根經(緯)紗不按組織起伏跳過2根及以上經(緯)紗,呈現(xiàn)不應有的浮紗稱為跳紗,該缺陷在囊體材料上一般發(fā)生1~10根纖維跳紗。測試結果見表3,缺陷處的拉伸強度經向885.0~930.4.0 N/c m,緯向780.5~836.7 N/c m,與正常材料(經向865.0~951.1 N/c m,緯向764.9~842.7 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.212~0.282 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,變化不明顯。因此分析認為,跳紗對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        表3 跳紗缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.4 經斜

        經斜在囊體材料復合過程中產生。該缺陷處一般不會發(fā)生功能膜的損傷,經斜率一般小于3%。測試結果見表4,缺陷處的拉伸強度經向為832.1~968.4 N/c m,緯向780.9~825.9 N/c m,與正常材料(經向886.0~983.9 N/c m,緯向760.8~868.2 N/c m)相比較,經向拉伸強度降低,緯向變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.162~0.335 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,經斜對囊體材料的經向拉伸強度有影響,對緯向拉伸強度基本沒有影響,對氣體透過率性能影響較小。

        表4 經斜缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.5 緯斜

        緯斜在囊體材料復合過程中產生,該缺陷處一般不會發(fā)生功能膜的損傷,經斜率一般小于3%。測試結果見表5,缺陷處的拉伸強度經向為856.6~937.3 N/c m,緯向平均705.9~800.9 N/c m,與正常材料(經向852.4~916.5 N/c m,緯向752.1~848.0 N/c m)相比較,經向拉伸強度變化不明顯,緯向拉伸強度降低約50 N/c m,緯斜率越大,降低越多;缺陷處的氣體滲透率為0.168~0.310 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,緯斜對囊體材料的緯向拉伸強度有影響,對經向拉伸強度沒有影響,對氣體透過率性能影響較小。

        2.6 異物

        異物一般不會發(fā)生纖維和功能膜的損傷。軟質異物處測試結果見表6,缺陷處的拉伸強度經向886.5~986.7 N/c m,緯向750.0~838.3 N/c m,與正常材料(經向912.5~972.2 N/c m,緯向764.0~823.2 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.173~0.299 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24h·at m)相比較,變化不大。因此分析認為,軟質異物對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        2.7 接頭

        接頭是纖維絲在織造過程中斷裂后被工人打結修補所產生的缺陷。接頭處測試結果見表7,缺陷處的拉伸強度經向861.5~964.3 N/c m,緯向742.0~834.9 N/c m,與正常材料(經向856.9~967.3 N/c m,緯向768.3~840.5 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.164~0.292 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,接頭對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        表7 接頭缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.8 斷紗

        斷紗是纖維織物在織造過程中,纖維絲與纖維絲之間,纖維絲與機件間摩擦發(fā)生斷裂而產生的缺陷。斷紗處測試結果見表8,缺陷處的拉伸強度經向753.2~853.8 N/c m,緯向758.9~830.8 N/c m,與正常材料(經向949.4~959.5 N/c m,緯向731.2~822.3 N/c m)相比較,經向拉伸強度下降較大,緯向拉伸強度變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.164~0.294 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,斷紗對囊體材料相對應方向的拉伸強度有較大影響,即經紗斷紗對經向拉伸強度有較大影響,對緯向拉伸強度影響不大,對氣體透過率性能影響較小。

        表8 斷紗缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.9 污漬

        污漬是織物受到塵埃、油等沾染,呈現(xiàn)變色的斑跡,該缺陷處一般不會發(fā)生纖維和功能膜的損傷。測試結果見表9,缺陷處的拉伸強度經向936.8~951.2 N/c m,緯向794.0~828.9 N/c m,與正常材料(經向905.0~958.4 N/c m,緯向752.1~837.5 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.160~0.306 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,污漬對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        表9 污漬缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.10 并絲

        并絲是編織過程中產生,織物上呈現(xiàn)紗線擠在一起的現(xiàn)象。測試結果見表10,缺陷處的拉伸強度經向885.0~927.1 N/c m,緯向765.9~826.1 N/c m,與正常材料(經向872.8~948.2 N/c m,緯向750.8~850.0 N/c m)相比較,變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.158~0.323 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,并絲對囊體材料的拉伸強度與氣體透過率性能影響較小。

        表10 并絲缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.11 稀密路

        稀密路是緯紗部分密集或疏散,是在織物織造過程中產生的缺陷。測試結果見表11,缺陷處的拉伸強度為經向856.2~953.6 N/c m,緯向789.2~838.4 N/c m,與正常材料(經向882.6~958.4 N/c m,緯向766.9~847.6 N/c m)相比較,經向拉伸強度降低,緯向變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.160~0.298 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,稀密路對囊體材料的拉伸強度有影響,對氣體透過率性能影響較小。

        表11 稀密路缺陷處囊體材料性能測試結果

        2.1 2 織物褶皺

        織物褶皺,即死折痕,是織物局部折疊,紗線產生永久變形,織物上呈現(xiàn)難以加工除去的硬折皺,是囊體材料復合過程中產生的缺陷。該缺陷處一般會發(fā)生纖維和功能膜的損傷,測試結果見表12,缺陷處的拉伸強度經向827.0~907.3 N/c m,緯向756.3~806.3 N/c m,與正常材料(經向886.0~947.2 N/c m,緯向752.1~840.1 N/c m)相比較,經向拉伸強度降低,緯向變化不明顯;缺陷處的氣體滲透率為0.176~0.323 L/m2·24 h·at m,與正常材料(氣體滲透率為0.158~0.340 L/m2·24 h·at m)相比較,基本沒有變化。因此分析認為,織物褶皺對囊體材料的拉伸強度有影響,對氣體透過率性能影響較小。

        表12 織物褶皺缺陷處囊體材料性能測試結果

        3 結語

        通過研究可知,囊體材料缺陷主要有折痕、磨損痕、跳紗、經斜、緯斜、異物、接頭、斷紗、稀密路、污漬、并絲、褶皺等,其中折痕、磨損痕、接頭、跳紗、污漬、起球、并絲等缺陷對囊體材料拉伸強度影響較小;經斜、緯斜、斷紗、褶皺、稀密路等缺陷對囊體材料拉伸強度影響較大;織物缺陷對囊體材料氣體滲透率基本沒有影響。

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