两种UHMWPE复丝力学性能分析

张晓超　周鲁豫

摘要：

本文对两种用于绳索编织的不同细度的UHMWPE复丝的力学性能进行研究。通过测试其单丝细度、复丝细度、复丝断裂强力、断裂伸长、断裂强度、初始模量、复丝蠕变等性能，综合比较得知A复丝的性能较好，在实际使用中不易变形，满足绳索尺寸稳定的要求。

关键词：UHMWPE纤维；复丝；力学性能

超高强度聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶之后出现的又一种高强度、高模量的高性能纤维。UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纤维具有高相对分子质量、高取向度、高结晶度以及高度缠结的分子链结构，同时具有密度比水低、化学稳定性好，且耐磨耐弯曲性能好、张力疲劳性能和抗切割性能强等优异的性能，因此其以极优的综合性能成为航空航天、防弹防刺等国防领域和汽车制造、运动器材、劳动防护用品等民用领域的理想材料。

绳索的性能受许多因素影响，主要影响因素是绳索结构和制绳材料的性能，因此本文对两种绳索材料的基本性能参数进行测试和分析，为绳索力学性能分析提供理论依据。

1 试验

1.1 试验仪器及材料

试验仪器：Instron3300系列万能试验机。

试验材料： UHMWPE复丝材料（青岛华世洁环保科技有限公司提供）。基本参数见表1。

1.2 测试方法

按GB/T 19975—2005进行测试：断裂强力试验夹持间距为300mm，预加张力为1N，试样拉伸速度为250 mm/min，试验测试次数为10次；蠕变性能测试A、B复丝分别选取82 N、147 N作为重负荷，拉伸速度为50 mm/min，试验测试5次。

2 结果与讨论

2.1 UHMWPE复丝的断裂强力

如图1为两复丝的强力-伸长曲线图，试验得A复丝的断裂强力为116.49 N，断裂伸长率为2.77%；B复丝的断裂强力为183.91 N，断裂伸长率为3.75%。因两复丝粗细不同，经计算A复丝断裂强度为20.20 cN/dtex，B复丝断裂强度为17.43 cN/dtex。

图2为两复丝的应力-应变曲线图，从图中可看出A复丝应力应变曲线初始段的斜率大于B复丝，即A复丝的初始模量较B复丝大，因此A复丝在小负荷力作用时，更不容易发生变形。

2.2 UHMWPE复丝蠕变性能

两复丝进行蠕变测试，测试后得到蠕变曲线如图3所示，从中可看出，当作用应力相同的情况下，B复丝比A复丝更容易发生蠕变。由于UHMWPE纤维分子结构简单，分子间没有氢键，其范德华作用力也仅为色散力，则纤维分子间作用力较小，因此UHMWPE纤维在应力作用下易产生蠕变。从表2中可看出，A复丝的E1、E2、η2、η3均大于B复丝，说明A复丝的普弹性形变小，这是因为A复丝的初始模量较B复丝大，同时A复丝的高弹性形变和粘性流动均比B复丝小，所以B复丝更容易发生蠕变。

3 结论

对UHMWPE纤维复丝力学性能进行测试分析，得出细度为58.83 tex的复丝单丝强度为20.2 cN/dtex，断裂伸长率为2.77 %；细度为105.50 tex 的复丝单丝强度为17.43 cN/dtex，断裂伸长率为3.75%；A复丝初始模量大于B复丝，而断裂伸长率比B复丝小；定应力情况下A复丝的抗蠕变性能比B复丝要强，在实际使用中更不易变形。

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（作者单位：张晓超，新疆塔城地区纤维检验所；周鲁豫，青岛大学纺织服装学院）endprint