一種超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能簡易測試裝置及方法與流程

2023-10-05 14:32:04 1

本發明涉及纖維蠕變簡易測試裝置及方法領域，尤其涉及一種超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能簡易測試裝置及方法。

背景技術：

超高分子量聚乙烯纖維相對分子質量極高，主鏈結合好、取向度和結晶度高，比強度是當今纖維之最，而且密度小、模量高，能抗紫外線和耐化學物品腐蝕，並具有突出的抗衝擊、抗切割韌性優點，使其成為先進複合材料用增強纖維的首選。但是，超高分子量聚乙烯纖維化學上不活潑，表面能低，表面缺乏極性基團，且是高度對稱的亞甲基結構，使得纖維具有很高的結晶度和取向度。因此，耐熱性差、易蠕變、表面粘結性能差。

由於超分子結構簡單，高度有序的伸直鏈結構特點，在應力作用下大分子鏈易發生滑移，宏觀表現為纖維在外力作用下產生不可逆的延伸。當該纖維用作纜繩、繩索等的組分時，外力作用下產生的蠕變使製品的綜合使用性能降低，這一特性限制了該纖維在諸多領域的應用，特別是在高強繩索領域。當超高分子量聚乙烯纖維用於纜繩產品時，如系泊纜繩，要求船舶系載穩固，不會因為纜繩伸長發生船舶離岸或突然斷裂發生危險。因此，纖維的蠕變性能分析變得尤為重要，它能夠考核某一批纖維是否適用於纜繩產業，為最終產品的加工提供參考。目前，市售的能進行蠕變測試的機器多為數控系統，經過軟體將數值闡傳輸到電腦中，這種儀器在力學性能測試方面具有很好的測試效果，但長時間測試下，軟體經常出現故障，最長測試時間不超過200個小時。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能簡易測試裝置及方法，該測試方法適用於但並不局限於超高分子量纖維，還可用於芳綸、碳纖維等功能性纖維。

本發明涉及的超高分子量聚乙烯纖維簡易蠕變測試裝置包括框架，用於將裝置固定在垂直的牆面；框架底板上裝有三條刻度尺，長度為250cm，用於計量纖維伸長；頂端設置夾持器用於將纖維頂端固定；另外還需準備若干不同克重的砝碼，克重範圍包括5000g、2000g、1000g、500g、200g、100g、50g、10g。

本發明涉及的超高分子量聚乙烯纖維簡易蠕變測試方法步驟為：

（1）超高分子量聚乙烯纖維準備及性能測試。為保證纖維在蠕變外力加載的情況下具有均一性，先將一定規格的纖維進行加捻，捻數一般控制在50捻/米、60捻/米、70捻/米、80捻/米、90捻/米、100捻/米、110捻/米、120捻/米，優選60捻/米、70捻/米、80捻/米、90捻/米。將加捻後纖維束進行線密度、強度測試，記錄斷裂強力（n），並將最小的斷裂強度進行特別記錄，作為蠕變外力選擇的根據。

（2）蠕變測試加載外力計算。蠕變測試加載的外力一般為纖維束最小斷裂強力的10%、20%，30%。優選10%、20%。得出的加載外力數值，經過重力公式，換算成需要承擔的砝碼克重。

（3）測試準備。將纖維束固定在夾持器上，並纏繞在圓形旋鈕上，將纖維底端與砝碼相連，垂直狀態下，利用重力模擬外力，記錄測試長度的初始值l0。每隔4小時記錄一次長度，分別記錄l1，l2，l3，l4，l5，l6，……，ln，直至纖維斷裂，通過公式（一）計算蠕變伸長率cr%：

公式（一）

本發明的有益效果是：在一定的外力作用下，能長時間的考察纖維的蠕變情況，為產品的下一步加工提供參考，通過數據分析，針對不同型號的超高分子量聚乙烯纖維，在不同的外力負荷下，考察纖維從加載到斷裂的伸長情況，進而完成超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能簡易測試，提高蠕變性能檢測效率。

附圖說明

圖1是本發明的裝置示意圖。

其中：1-框架，2-刻度尺，3-夾持器，4-砝碼。

具體實施方式

為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例對本發明作進一步詳述，該實施例僅用於解釋本發明，並不構成對本發明保護範圍的限定。

本實施例提供一種超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能簡易測試裝置，包括框架1，所述框架1固定在垂直的牆面，所述框架1底板上裝有三條刻度尺2，所述刻度尺2頂端設置有夾持器3，通過夾持器3對纖維頂端進行固定，所述刻度尺2下端設置有砝碼4。

所述刻度尺2的長度為250cm，用於計量纖維伸長的長度。

本實施例還提供一種超高分子量聚乙烯纖維蠕變性能簡易測試方法，具體測試步驟如下：

（1）1600d超高分子量聚乙烯纖維加捻，捻數90捻/米。

（2）加捻後的1600d超高分子量聚乙烯纖維進行力學性能測試，最小斷裂強度為538n，蠕變測試控制加載的外力為10%的最小斷裂強力，即為53.8n。換算成砝碼克重為5489.80g。

（3）選取5000g+200g+200g+50g+10g，砝碼連接並固定在纖維底端，纖維束上標記初始長度l0=200cm。

（4）記錄。每個4h記錄一次長度值，直至纖維斷裂。

（5）計算。纖維斷裂時，長度為204.5cm，計算得知蠕變伸長率為2.25%。