芳纶织物拉伸性能测试的参数及关键环节探讨

樊 斌

(中纺标检验认证股份有限公司,北京100025)

芳纶作为一种新型高科技合成纤维,具有良好的机械特性,优异的阻燃、耐热性能,稳定的化学性质,耐辐射性,优良的耐摩擦和耐化学品性能,广泛应用于防弹制品、建筑材料、特种防护服装等领域。芳纶织物的超高强度和模量是其最大的性能特点,拉伸性能测试是考核这一特性的关键。由于不同拉伸性能测试标准对测试参数的要求不同,不同试验人员对影响测试结果的关键环节操作不同,就会造成测试结果的差异。为统一测试方法,结合芳纶织物的特点,比较标准中各参数对测试结果的影响,并给出芳纶织物拉伸性能测试参数和关键环节的处理建议。

1 测试原理

对规定尺寸的织物试样(试样宽度为50 mm),以恒定伸长速度拉伸直至断脱,记录断裂强力及断裂伸长率。测试特种机织物拉伸性能常用的标准包括GB/T 3923.1-2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》以及FZ/T 65001-1995《特种工业用织物 物理机械性能试验方法》。

2 测试参数

2.1 传感器的选取

FZ/T 65001标准中要求所测试样断裂强力应落在仪器最大量程的20%～75%范围内,但GB/T 3923.1标准中未做规定。常用芳纶织物的单位面积质量一般在200～500 g/m2之间,其50 mm宽试样的断裂强力在10～35 k N之间,因此,选取传感器的量程建议为50 k N,可保证测得数据的精度。若芳纶织物的单位面积质量超过500 g/m2,应选用更大量程的传感器测试。

2.2 隔距长度及拉伸速度

GB/T 3923.1和FZ/T 65001两标准对隔距长度和拉伸速度的要求见表1。

表1 不同标准拉伸速度和隔距长度要求

GB/T 3923.1标准中对隔距长度的要求由试样的断裂伸长率决定,FZ/T 65001标准中对隔距长度规定为定值200 mm。由于芳纶织物高模量的特性,其伸长随拉伸力增大的变化很小,断裂伸长率均在75%以下,从表1中两标准规定的隔距长度,可以确定芳纶织物拉伸性能测试时选择200 mm的隔距长度。

由表1可知,GB/T 3923.1标准中拉伸速度的选择由试样的断裂伸长率决定,而FZ/T 65001规定了范围值。GB/T 3923.1标准对拉伸速度的规定主要是考虑仪器的数据采集频率为定值,当试样断裂伸长率很小时,以较快的速度拉伸试样,试样从到拉伸断裂所用时间较短,那么整个测试过程采集到的数据点较少,测试精确度会有所降低;若以较小拉伸速度测试断裂伸长率较大的试样时,会使测试时间增长,而影响测试效率。大部分芳纶织物的断裂伸长率在6%～10%,虽然有部分芳纶织物的断裂伸长率超过8%,但总体来看数值较小,因此建议选取GB/T 3923.1中20 mm/min的拉伸速度测试。

2.3 预加张力

拉伸性能测试中对织物施加一定的预加张力是为使织物伸直,以统一织物在试验前的状态。预加张力大小影响试样的断裂伸长率,不同标准中对预加张力的要求见表2。芳纶织物的单位面积质量一般在200～500 g/m2,按照GB/T 3923.1设定预加张力时会产生2种情况,5 N或10 N的预加张力。按照FZ/T 65001选择预加张力即为10 N。

表2 不同标准预加张力的要求

适当的预加张力不应使织物产生塑性变形,即试验拉伸的初始阶段为伸直试样,图1所示为芳纶织物的典型拉伸曲线。从图1中可以看出,芳纶织物在拉伸的初始阶段其载荷随伸长的变化较慢。对5种不同规格的芳纶织物进行拉伸性能测试,试样在10 N载荷时的拉伸位移为0.2～0.8 mm,占断裂伸长率的比值为1.1%～4.2%,可以得出使用10 N预加张力不会使试样产生超过断裂伸长的5%的伸长,因此参考FZ/T 65001特种织物的标准选取10 N预加张力测试芳纶织物的拉伸性能。

图1 芳纶织物的拉伸性能测试曲线

3 测试关键环节

3.1 试样制备

FZ/T 65001中规定试样裁剪的宽度,应根据试样留有毛边的宽度而定,一般在织物两边各留5 mm毛边,十分疏松的织物可留10 mm毛边,纱线易于滑脱的织物在试验前拆除试样两侧的纱线使试样的两侧各比50 mm多几根纱线(测试时不被夹钳夹持)。而GB/T 3923.1中也有类似的规定,并指出毛边宽度应保证在试验过程中长度方向的纱线不从毛边中脱出。

对于芳纶织物,一般纱线较粗,由于纱线的光滑往往造成在测试过程中两侧的纱线有脱出的情况。因此,建议使用FZ/T 65001中给出的方法多留出几根纱线,测试时不被夹钳夹持,如图2、图3所示。

图2 制备完成的试样 图3 试样上机测试图

3.2 试样夹持

3.2.1 夹持方式

采用纯芳纶长丝织造的芳纶织物表面光滑,几乎无毛羽,这就使试样在拉伸测试时夹持部位易产生打滑,而影响试样的断裂伸长率。通过使用多种方法摸索可以减少试样打滑的现象,发现将试样两端分别向接受测试部位折叠足够夹钳夹持的宽度,并用铁销穿过折叠处,然后上下夹钳夹持住试样,这样可以有效地减少试样在测试时的打滑现象,如图4所示。

图4 试样夹持状态图

3.2.2 夹钳压力

夹钳压力同样是芳纶织物拉伸性能测试的关键环节,夹钳压力过小试样会打滑,被测试样伸长变大,不能测出试样的真实断裂伸长率;夹钳压力过大,试样会在钳口处断裂,测得的断裂强力有部分夹钳咬合的力,小于试样真实的断裂强力。对于采用气压加紧夹钳的仪器,在测试前需将气压调整到合适的压力值,由于不同仪器调节的压力值不同,建议根据实际情况调整,并做好记录,以备此后类似试验参考使用。

4 结语

芳纶织物拉伸性能测试,隔距长度为200 mm,拉伸速度为20 mm/min,预加张力10 N,对于500 g/m2以下试样可选取量程为50 k N传感器测试。

试样的制备、夹持方式和夹钳压力均为芳纶织物拉伸性能测试的关键环节,在测试时可参考本文介绍的方法来减少试样因边纱脱落、试样打滑或钳口断裂而对测试结果造成的影响。