特殊条件下芳纶的拉伸性能探讨

2013-09-19盛冠忠张奇鹏楼永平金燕飞

产业用纺织品 2013年10期

盛冠忠张奇鹏楼永平金燕飞

(1.浙江工业职业技术学院，绍兴，312000;2.诸暨市璜山金新织造厂，诸暨，311800)

芳纶是一种高性能纤维，它具有高的拉伸强度和压缩强度、耐摩擦、高的耐破坏力等优良的物理性能［1］。芳纶除了广泛应用于纺织产品外，还可作为复合材料的增强材料［2］。芳纶制品(如大型容器、流体输送管道等［3］)在使用过程中会遇到不同的环境条件，尤其是在一些特殊的条件(如强酸、强碱和高温等)下，芳纶的拉伸性能是否会发生变化应引起注意［4-5］。另外，船舶、沿海设施以及海洋钻井平台使用的设备，会受到海水长时间的侵袭［6］。芳纶对中性化学药品的抵抗能力强，但易受各种酸碱的侵蚀，尤其对强酸的抵抗能力较弱［7］。本文将模拟芳纶制品在特殊环境如强酸、强碱和盐水浸泡下，探讨芳纶拉伸性能及表面形态的变化情况。

1 试验

1.1 试验仪器与材料

芳纶(黄色，柯桥钱清原料市场购买);氢氧化钠(含量不低于95%，化学纯);硫酸(含量95% ～98%，化学纯);普通食盐。电热炉，烧杯(50、100 mL)，量筒(25、100 mL)，酒精灯，铁架台，电子天平。HH-6型电热水浴锅(上海特成机械设备有限公司)，YG747型通风式快速八篮恒温烘箱(常州第一纺织设备有限公司)，等速伸长(CRE)拉伸试验仪(江苏天源试验设备有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 失重率测试

将试验处理前后的纤维试样分别称量、记录，计算其失重率。计算方法如下:

式中:Y——纤维试样失重率，%;m0——试验处理前纤维试样的质量，g;m1——试验处理后纤维试样的质量，g。

1.2.2 纤维拉伸性能测试

参照GB/T 19975—2005《高强化纤长丝拉伸性能试验方法》，测试芳纶的断裂强度、断裂伸长率［8］。测得试验用芳纶的拉伸断裂强度为29.14 cN/dtex，断裂伸长率为 5.73%。

1.2.3 扫描电镜测试

采用日本JSM－5800型扫描电镜观察芳纶表面形态。

2 结果与讨论

2.1 不同条件下芳纶的失重率变化

在温度100℃，浴比1∶30，不同质量分数的酸、碱和盐处理后，芳纶的失重率变化情况如图1所示。

图1 不同条件下芳纶的失重率变化

由图1可知，在高温100℃下，随着处理时间的增加，芳纶的失重率增大;芳纶失重率的大小为酸＞碱＞盐;而且在H2SO4质量分数40%、处理时间90 min时，芳纶被酸溶化。

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2.2 不同条件下芳纶的拉伸性能分析

2.2.1 酸性条件下芳纶的拉伸性能分析

根据芳纶经过H2SO4处理后纤维失重率变化规律，选取H2SO4质量分数、温度、时间三个因素，设计L9(33)正交试验。因子水平见表1，正交试验及测试结果见表2。

由表2各因素极差的大小得出，对芳纶断裂强度的影响大小依次为B＞C＞A，即温度＞时间＞H2SO4质量分数;对芳纶断裂伸长率的影响大小依次为B＞A＞C，即温度＞H2SO4质量分数＞时间。由此可知，在酸性条件下，温度对芳纶拉伸性能的影响最大。

表1 酸性条件下因子水平表

表2 酸性条件下正交试验表及结果分析

纤维的断裂强度和伸长率越大越好。由表2可知，以断裂强度为评价指标时，芳纶的优化条件为 8%H2SO4、28 ℃(室温)、30 min;以断裂伸长率为评价指标时，优化条件为12%H2SO4、28℃(室温)、30 min。根据图1中，纤维失重率随酸质量分数增大而增大的规律，得出芳纶的优化条件为8%H2SO4、28℃(室温)、30 min。

2.2.2 碱性条件下芳纶的拉伸性能分析

根据芳纶经过NaOH处理后纤维失重率变化规律，选取NaOH质量分数、温度、时间三个因素，设计L9(33)正交试验。因子水平见表3，正交试验及测试结果见表4。

表3 碱性条件下因子水平表

表4 碱性条件下正交试验表及结果分析

由表4各因素极差的大小得出，对芳纶断裂强度和断裂伸长率的影响大小依次为E＞F＞D，即温度＞时间＞NaOH质量分数。由此可知，在碱性条件下，温度对芳纶拉伸性能的影响最大。

纤维的断裂强度和伸长率越大越好。由表4可知，以断裂强度为评价指标时，芳纶的优化条件为8%NaOH、28℃(室温)、20 min;以断裂伸长率为评价指标时，优化条件为8%NaOH、28℃(室温)、45 min。根据图1中，纤维失重率随时间增大而增大的规律，得出芳纶的优化条件为8%NaOH、28 ℃(室温)、20 min。

根据芳纶经过盐水处理后纤维失重率变化规律，选取NaCl质量分数、温度、时间三个因素，设计L9(33)正交试验。因子水平见表5，正交试验及测试结果见表6。

表5 盐水条件下因子水平表

表6 盐水条件下正交试验表及结果分析

由表6各因素极差的大小得出，对芳纶断裂强度的影响大小依次为H＞I＞G，即温度＞时间＞NaCl质量分数;对芳纶断裂伸长率的影响大小依次为I＞G＞H，即时间＞NaCl质量分数＞温度。由此可知，在盐水条件下，温度和时间对芳纶拉伸性能的影响最大。

纤维的断裂强度和伸长率越大越好。由表6可知，以断裂强度为评价指标时，芳纶的优化条件为24%NaCl、50℃、30 min;以断裂伸长率为评价指标时，优化条件为24%NaCl、50℃、90 min。根据图1中，纤维失重率随时间增大而增大的规律，得出芳纶的优化条件为24%NaCl、50℃、30 min。