紫外燈曝曬對聚丙烯彩條布力學性能的影響

宋雪培 劉羽輝

（中紡標檢驗認證股份有限公司 北京 100025）

聚丙烯彩條布屬于篷布的一種，其顏色鮮艷，柔韌性極好，防水防曬耐低溫，且拉伸強度高，在工業(yè)制造和農業(yè)生產中被廣泛用于遮陽防水。國內外對聚丙烯的研究主要集中在改性工藝和注塑工藝上。白喜軍[1]等分析了聚丙烯蓬布在水工上的應用，得出了用土工布進行防滲試驗效果很差，而聚丙烯篷布效果極其理想的結論。楊旭東[2]對聚丙烯土工織物的使用壽命預測進行研究，得出在戶外曝曬的環(huán)境條件下,紫外輻射對聚丙烯土工織物老化起決定性作用,而且紫外輻射能對聚丙烯土工織物的老化有累積效應的結論。謝莉青[3]等對聚丙烯機織土工織物進行拉伸性能測試與分析，得出對于增強型為主的機織土工織物具有較高的斷裂強度和較低的斷裂伸長的結論。V.Mane[4]等研究了聚丙烯織物的熱性能和阻燃性能，結果發(fā)現通過與黏膠長絲混紡,可以提高PP 的導熱性能；以黏膠為皮層、PP 為芯層的紗線的耐熱性也較PP 有所提高；與黏膠長絲混紡后，PP 的阻燃性能略有提高。李靜[5]等研究了織物防水透濕性能的測試方法，重點列舉并比較了噴淋法、靜水壓法測試織物防水性能以及各種織物透濕性能的測試方法,并簡述了防水透濕測試方法在相關功能性服裝類產品標準中的應用情況。孫斌[6]研究了拉伸速度及制樣方式對聚丙烯材料的拉伸強度和斷后伸長率的影響。結果表明，隨著拉伸速度的增大，拉伸強度有所增加，PP 注塑成型試樣的拉伸強度和斷后伸長率都明顯高于壓制成型試樣。余龍穎[7]對改性聚丙烯的力學性能和收縮變形進行研究，得出共聚PP 相比均聚PP 韌性提高；礦物填充PP 可改善耐熱性能，收縮變形有較大程度的下降，且隨填充物含量的增加，收縮變形下降的程度增大；玻璃纖維增強PP 整體力學性能、耐熱性均有大幅提升，收縮變形大幅下降,且纖維填充改善尺寸變形的程度優(yōu)于礦物填充。董志遠[8]等總結了聚丙烯塑料薄膜的單向/雙向拉伸生產工藝，歸納了拉伸成型工藝的發(fā)展與現狀，提出了在線測試對于研究拉伸過程中薄膜結構變化的重要性。傅和青[9]等綜述了聚丙烯薄膜的種類、特點及其在包裝業(yè)的應用，介紹了PP 膜市場動態(tài)，指出了PP 膜發(fā)展方向，強調應加強PP 膜的研究。Amit Rawal[10]等對黃麻/聚丙烯復合非織造土工布力學性能及損傷進行分析，得出與100%聚丙烯非織造土工布相比，40wt.%黃麻是具有相當的拉伸強度和較高的割線模量的混合非織造土工布的最佳水平。

目前，針對紫外老化曝曬循環(huán)對聚丙烯彩條布性能影響的研究很少，為此，文章采用不同曝曬循環(huán)對聚丙烯彩條布進行曝曬，之后進行拉伸和防水實驗，研究其性能的變化。

1 實驗設計

1.1 實驗材料

本次試驗中使用的樣品是整匹聚丙烯彩條布。

1.2 測試方法

1.2.1 紫外光曝曬

采用QUV/SPRAY 加速老化試驗機（美國Q-Lab公司）對彩條布進行曝曬。選用GB/T 31899-2015《紡織品 耐候性試驗 紫外光曝曬》中試驗條件1 作為曝曬方法，即單循環(huán)的試驗條件是選用UVA型燈管，用340 nm 處輻照度為0.89 W/m2的紫外光在黑板溫度為60℃條件下曝曬8h，接著在黑板溫度為50℃ 條件下冷凝4h。僅改變曝曬循環(huán)，從未經曝曬依次增加至曝曬6 循環(huán)結束試驗，以此作為彩條布的前處理過程。

1.2.2 拉伸性能

采用INSTRON 5900R 多功能材料試驗機（美國INSTRON 公司）測試彩條布的斷裂強力和斷裂伸長率。參照GB/T 3923.1-2013 《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》設定預加張力為2N，夾距長度為100mm，拉伸速度為20mm /min。有效試樣距離布邊150mm 剪取，每塊試樣的有效寬度為50 mm±0.5mm（不包括毛邊），其長度滿足隔距長度200mm。即取樣時沿經向、緯向剪取尺寸為50 mm×300mm 的試樣6 塊為一組，經向、緯向取樣各需要6 組。將未經曝曬和不同循環(huán)曝曬后的試樣拉伸直至斷脫，記錄每一個試樣斷裂強力及斷裂伸長率，結果求其平均值。

1.2.3 防水性能（沾水法）

采用Y813（溫州方圓儀器有限公司）測試彩條布的防水性能。參照GB/T 4745-2012 《紡織品 防水性能的檢測和評價（沾水法）》，剪取200mm×200mm 的3 塊彩條布為一組，共需要6 組。將未經曝曬和不同循環(huán)曝曬后的試樣依次安裝在環(huán)形夾持器上，保持夾持器與水平45°，彩條布中心位置距噴嘴下方150mm，用250ml、20℃的蒸餾水迅速平穩(wěn)的倒入漏斗，持續(xù)噴淋30s。噴淋停止后，立即將夾有試樣的夾持器拿開，使織物正面向下幾乎成水平，然后對著一個固體硬物輕輕敲打一下夾持器，水平旋轉夾持器180°后再次輕輕敲打夾持器一下，敲打結束后，分別對試樣正面潤濕程度進行評級取平均值作為最終級數。

1.2.4 防水性能（靜水壓法）

采 用FX3000-IV Hydro Tester（TEXTEST INSTRUMENTS）測試彩條布的防水性能。參照GB/T 4744-2013 《紡織品 防水性能的檢測和評價（靜水壓法）》，剪取5 塊彩條布為一組，共需6 組進行調濕，將未經曝曬和不同循環(huán)曝曬后的試樣分別加持在裝置上，使試樣正面與水面接觸。以6.0Kpa/min 的水壓上升速率對試樣施加持續(xù)遞增的水壓，觀察滲水現象，記錄試樣上第3 處水珠剛出現時的靜水壓值，試驗結果為5 組數據的平均值。

2 實驗結果與分析

2.1 拉伸性能分析

表1 為聚丙烯彩條布經向、緯向經拉伸后的力學性能指標，由表中數據可知，未經曝曬的彩條布斷裂強力、修正伸長率和位移都是最好的，隨著曝曬循環(huán)的增加，彩條布力學性能越來越差。這是由于彩條布經過紫外燈照射，織物組織脆損，照射時間越長，脆損越嚴重，當曝曬達到6 循環(huán)時，彩條布碎裂，不能承受拉伸，即彩條布不可繼續(xù)使用。

表1 聚丙烯彩條布的拉伸性能

在相同條件下，經向斷裂強力、修正伸長率和位移一直高于緯向，在曝曬5 循環(huán)后，彩條布不具有拉伸性能。這是由于織物經向的密度大于緯向且經向彈性大導致，所以在日常使用中，建議沿著經向方向，能提高使用壽命。

2.2 防水性能分析（沾水法）

將聚丙烯彩條布進行沾水實驗后得出，未經曝曬、曝曬1 循環(huán)和曝曬2循環(huán)后的彩條布沾水等級均為4-5 級，曝曬3 循環(huán)、曝曬4 循環(huán)和曝曬5 循環(huán)后沾水等級為4 級。由此可知，聚丙烯彩條布的沾水性能非常好，即使在即將碎裂時，沾水性能依然能達到4 級。這是因為聚丙烯纖維基本不吸濕，盡管經過紫外燈照射，依然不能改變這一特性，所以制成的彩條布具有優(yōu)良的防水性能。

2.3 防水性能分析（靜水壓法）

表2 是聚丙烯彩條布進行靜水壓試驗后的靜水壓值和抗靜水壓等級。由表2 中數據可知隨著曝曬循環(huán)的增加，彩條布承受靜水壓強和抗靜水壓等級越來越小，未經曝曬和曝曬1 循環(huán)后的彩條布抗靜水壓等級均為3 級，其具有較好的抗靜水壓性能；曝曬2 循環(huán)和曝曬3循環(huán)后彩條布抗靜水壓等級均為1 級，其具有抗靜水壓性能；當彩條布經過曝曬4循環(huán)和5循環(huán)時，抗靜水壓等級為0，其抗靜水壓性能差。這是因為彩條布經過紫外燈照射，聚丙烯纖維內部發(fā)生老化斷裂，使其不能承受壓力。

表2 聚丙烯彩條布的靜水壓值和抗靜水壓等級

3 結論

通過對未處理和紫外燈曝曬后的聚丙烯彩條布分別進行力學性能和防水性能測試，以及對織物力學性能和防水性能進行分析，得出以下結論：

1.在力學性能方面，未經曝曬的聚丙烯彩條布斷裂強力、修正伸長率和位移均高于處理過的彩條布。隨著曝曬循環(huán)的增加，彩條布的力學性能越來越差，當曝曬達到6 循環(huán)時，彩條布碎裂，不能進行測試。

2.在相同條件下，經向彩條布的力學性能高于緯向，曝曬5 循環(huán)后，緯向彩條布雖然沒有碎裂，但是斷裂強力、修正伸長率和位移均為0。

3.在防水性能方面，未經曝曬、曝曬1 循環(huán)和曝曬2 循環(huán)后的彩條布沾水等級最高。隨著曝曬循環(huán)的增加，防水性能下降。

4.在防水性能方面，未經曝曬和曝曬1 循環(huán)后的彩條布平均靜水壓最大，抗靜水壓等級最高。隨著曝曬循環(huán)的增加，平均靜水壓值逐漸減小，抗靜水壓等級降低。