超高分子量聚乙烯儲(chǔ)存期限研究

蔡敬剛 鄧新華 王司佳

(1.中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司，襄陽，441003;2.天津工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，天津，300160)

由于超高分子量聚乙烯纖維具有質(zhì)量輕、強(qiáng)力高的獨(dú)特性能，近年來其織物在航空降落傘方面的應(yīng)用越來越多，如航彈傘、回收傘、投物傘和滑翔翼傘等，品種涉及數(shù)十種，該織物每年需求量達(dá)百萬米。但這種織物的熔點(diǎn)較低［1］，且對(duì)其溫度老化的機(jī)理尚不清楚，設(shè)計(jì)人員亟需了解該材料的耐溫特性和使用環(huán)境。因此，開展這方面的研究刻不容緩。

本研究通過測試分析超高分子量聚乙烯織物在不同溫度條件下(50～130℃)存放時(shí)，其結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能隨時(shí)間的變化，推算出其在常溫環(huán)境條件下的儲(chǔ)存壽命及熱穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)論證

1.1 試驗(yàn)原理及依據(jù)

由于常溫下大分子運(yùn)動(dòng)極其緩慢，短時(shí)間內(nèi)無法測得常溫下大分子運(yùn)動(dòng)對(duì)材料性能的影響，因此通過研究在較高溫度下超高分子量聚乙烯材料斷裂強(qiáng)力的變化，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7142—2002《塑料長期熱暴露后時(shí)間—溫度極限的測定》［2］，據(jù)此推算出該材料常溫下的儲(chǔ)存壽命。

1.2 試樣的選取

選取用于某型航彈傘各部分的具有代表性的4種超高分子量聚乙烯材料為試樣進(jìn)行試驗(yàn)，即減速傘傘衣40810聚乙烯絲綢、輔助傘傘繩2-160聚乙烯絲繩、加強(qiáng)帶傘繩12-160聚乙烯絲帶、減速傘連接加強(qiáng)帶25-1000聚乙烯絲帶。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

YG216-Ⅱ型恒溫老化試驗(yàn)箱，ZWICK-250型電子萬能試驗(yàn)機(jī)。

1.4 試驗(yàn)方案

將4 種試樣分別放在 50、65、80、95、100、110、120、130℃溫度下進(jìn)行預(yù)處理，當(dāng)強(qiáng)力損失大于25%或時(shí)間達(dá)到2 000 h時(shí)停止試驗(yàn)。

1.5 試驗(yàn)方法

將試驗(yàn)樣品垂直懸掛于恒溫老化試驗(yàn)箱的樣品架上，要求測試區(qū)不能受力，每次取樣時(shí)間小于2 min，取樣間隔均勻分布(在全部試驗(yàn)區(qū)間)。

力學(xué)性能試驗(yàn)按FZ 65001—1995《特種工業(yè)用織物物理機(jī)械性能試驗(yàn)方法》、FZ 65002—1995《特種工業(yè)用繩帶物理機(jī)械性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

1.6 試驗(yàn)結(jié)果

該4種超高分子量聚乙烯材料經(jīng)老化試驗(yàn)后的力學(xué)性能測試結(jié)果如表1～表8所示。

由于在低溫老化試驗(yàn)進(jìn)行到2 000 h時(shí)，樣品的強(qiáng)力下降值僅為3%。采用這樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算將產(chǎn)生較大的誤差，因此將老化試驗(yàn)時(shí)間延長至3 216 h。

1.7 結(jié)果分析

分析比較上述試驗(yàn)結(jié)果，該4種聚乙烯材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有相近變化趨勢，這是由于它們的纖維具有相同的結(jié)構(gòu)。在此，選擇25-1000聚乙烯絲帶的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與曲線擬合，并以此結(jié)果表征其老化性能。

表1 25-1000聚乙烯絲帶(50～95℃)

表2 25-1000聚乙烯絲帶(100～130℃)

1.7.1 試驗(yàn)曲線

本研究新聞?wù)Z料選自英國《衛(wèi)報(bào)》的網(wǎng)絡(luò)版中關(guān)于G20峰會(huì)的報(bào)道，發(fā)表時(shí)間是2017年7月7日-7月8日。在以G20峰會(huì)為主題的報(bào)道中繼續(xù)篩選，選取其中關(guān)于美國或特朗普總統(tǒng)的報(bào)道26篇，其中，占據(jù)篇幅最多的內(nèi)容分別為特朗普總統(tǒng)與普京的雙邊會(huì)談、與本國(英國)貿(mào)易協(xié)定、退出巴黎協(xié)定等三方面話題。本研究將就這三方面話題進(jìn)一步展開統(tǒng)計(jì)和分析，探討其中架構(gòu)隱喻的類別、分布以及其所反應(yīng)的深層架構(gòu)和話語策略。

根據(jù)表1和表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別繪制試驗(yàn)曲線，如圖1和圖2所示。

表3 40810聚乙烯絲綢(50～95℃)

表4 40810聚乙烯絲綢(100～130℃)

1.7.2 方程曲線擬合

以tnθ表示溫度為θ，強(qiáng)力保留率為n所需的時(shí)間。根據(jù)阿雷尼烏斯方程:

表5 12-160聚乙烯絲帶(50～95℃)

表6 12-160聚乙烯絲帶(100～130℃)

為求得臨界時(shí)間與溫度的關(guān)系，對(duì)式(1)進(jìn)行線性回歸分析，即得回歸線。

式中:A0——常數(shù);

表7 2-160聚乙烯絲繩(50～95℃)

表8 2-160聚乙烯絲繩(100～130℃)

ΔE——活化能;

θ——絕對(duì)溫度。

因?yàn)?A0、R、ΔE 均為常數(shù)，所以 lntnθ～1/θ曲線為直線。

圖1 25-1000聚乙烯絲帶經(jīng)50～95℃熱處理后的強(qiáng)力衰減曲線

圖2 25-1000聚乙烯絲帶經(jīng)100～130℃熱處理后的強(qiáng)力衰減曲線

根據(jù)熱處理后織物強(qiáng)力下降所需時(shí)間值建立lntnθ～1/θ曲線，可外推超高分子量聚乙烯織物在使用環(huán)境溫度θi下強(qiáng)力衰減至初始強(qiáng)力50% ～90%所需的時(shí)間。

2 超高分子量聚乙烯織物在使用環(huán)境溫度下強(qiáng)力衰減時(shí)間的外推

根據(jù)試驗(yàn)值外推值，建立不同溫度下織物強(qiáng)力分別下降至90%、80%和75%所需時(shí)間的線性回歸方程為式(3)～式(5)(擬合通式)。

根據(jù)式(3)～式(5)外推超高分子量聚乙烯織物在使用環(huán)境溫度下強(qiáng)力衰減至初始強(qiáng)力50%～90%所需的時(shí)間，見表9。

表9 擬合通式外推不同溫度下織物強(qiáng)力下降所需時(shí)間

若以降落傘材料老化試驗(yàn)的強(qiáng)力下降至75%為失效標(biāo)準(zhǔn)，則超高分子量聚乙烯織物對(duì)應(yīng)不同溫度的熱老化壽命見表10。

表10 超高分子量聚乙烯織物對(duì)應(yīng)不同溫度的熱老化壽命

3 結(jié)語

本試驗(yàn)表明，超高分子量聚乙烯織物是一種常溫下儲(chǔ)存非常穩(wěn)定的織物，在常溫和較低溫度下使用時(shí)性能非常優(yōu)越，但不適宜在高溫條件下使用。因此，使用該類材料時(shí)一定要注意不同環(huán)境溫度下的儲(chǔ)存期限，以充分發(fā)揮其優(yōu)越的高強(qiáng)特性。

［1］ HEARLE J W S.高性能纖維［M］.馬渝茳，譯.北京:中國紡織出版社，2004:73-108.

［2］ 廣州合成材料研究所.GB/T 7142—2002塑料長期熱暴露后時(shí)間—溫度極限的測定［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.