[发明专利]一种测试超高分子量聚乙烯纤维拉伸蠕变性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料检测评价领域，具体涉及一种测试超高分子量聚乙烯纤维蠕变性能的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，是继碳纤维和芳纶之后出现的第三代高性能纤维，它以相对分子量在100万以上的聚乙烯为原料，经冻胶纺丝-超倍拉伸的方法制备而成。是目前已工业化纤维材料中比强度和防弹性能最高的纤维，在同等重量的情况下，其强度相当于优质钢丝的15倍。UHMWPE纤维还具有优异的耐化学性和耐侯性、高能量吸收性、低导电性、可透过x-射线及一定的防水性等特性。出色的性能，使其在军事、航天航海工程和高性能、轻质复合材料及运动器械等领域有着广阔的应用前景。如用作防护材料的防弹衣、防弹头盔、雷达防护罩、导弹罩、防弹装甲、防刺服及防切割手套等；用作高强绳索的大型船舶缆绳、降落伞绳、布雷绳、登山绳等；制作复合材料应用于坦克内附壁缓冲材料、雷达天线罩、大型储藏罐等；用作运动器械的弓弦、帆布、雪橇等，作为光缆补强材料、钓鱼线及渔网等。

然而，UHMWPE纤维由于分子链长，分子间作用力小，在应力作用下容易产生分子间滑移，蠕变现象突出，在应用过程中容易造成尺寸、形态的不稳定，大大制约了纤维的应用开发，了解并掌握UHMWPE蠕变性能是非常必要的。目前，UHMWPE纤维蠕变性能测试仅有GB/T19975-2005《高强化纤长丝拉伸性能试验方法》作了粗略的介绍。该标准规定试验的有效夹持长度至少为200mm，施加负荷包括初负荷和重负荷，初负荷为0.05cN/dex+0.01cN/dex，重负荷规定为断裂负荷的5％、10％、20％等，加载时间即重负荷终止时间为1min、5min、30min、1h、4h、8h、24h或至断裂等。这些规定没有确认测试参数的范围，特别是没有提到由初负荷加载到重负荷过程中的拉伸速度以及这一过程所发生的样品尺寸变化等，无法采用其介绍的方法进行纤维蠕变性能的测试。GB/T19975-2005标准中所提到的拉伸蠕变伸长率不能包括纤维在测试过程中的全部蠕变变化，而且拉伸蠕变伸长率的数值大小也没有进行说明，无法正确表示不同纤维的蠕变性能。所以，本发明通过各种试验研究，确定蠕变伸长率的定义以及蠕变性能测试过程中各参数的数值，形成的蠕变伸长率测试方法具有试验依据，所得蠕变伸长率数值大小合适，能对不同型号UHMWPE纤维的蠕变性能进行区分，有利于分析UHMWPE等高强纤维的蠕变性能，以指导纤维在不同场合的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供的一种测得蠕变伸长率数值大小适宜而且稳定性好的测试超高分子量聚乙烯纤维拉伸蠕变性能的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种测试超高分子量聚乙烯纤维拉伸蠕变性能的方法，采用拉伸试验机在常温下进行纤维蠕变伸长率的测试，针对超高分子量聚乙烯纤维的特点，运用多种研究手段确定了蠕变载荷、拉伸速度、蠕变时间、纤维测试长度四个测试参数的取值范围，可对不同旦数超高分子量聚乙烯纤维的蠕变性能进行表征，测得的蠕变伸长率数值大小适宜而且稳定性好。

超高分子量聚乙烯纤维可以是不同厂家、型号、旦数的超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料。拉伸试验机可以是任何对纤维受力与形变进行测量的拉伸设备。

所述的蠕变伸长率包括预伸长率及定载荷伸长率，

预伸长率为待测试的超高分子量聚乙烯纤维从初负荷到达蠕变载荷时产生的伸长率；

定载荷伸长率为到达蠕变荷后在蠕变时间内的伸长率。

所述的蠕变伸长率的检测包括以下步骤：

(1)将待测的超高分子量聚乙烯纤维在18～22℃、湿度为62～68％的标准大气条件下至少平衡48h；

(2)将超高分子量聚乙烯纤维加捻或不加捻处理，剪取测试长度的纤维，后将试样的一端夹入夹持器，另一端不解捻地夹入另一夹持器中；

(3)施加初负荷为0.04～0.06cN/dex，在一定拉伸速度下逐渐施加蠕变载荷，到达蠕变载荷时，观察并记录试样的预伸长率，到达蠕变载荷后，维持一定的蠕变时间，观察并记录试样的定载荷伸长率，蠕变伸长率为预伸长率与定载荷伸长率两项之和。

蠕变伸长率数据要求测试5次(含)以上取平均值，平均值的数值一般大于1.0％，CV值小于10％。

所述的蠕变载荷为蠕变测试时施加在超高分子量聚乙烯纤维上的负荷，施加的负荷为纤维断裂载荷的10％～60％，优选范围为纤维断裂载荷的45～55％，更优选为纤维断裂载荷的45～50％。