温度对聚酯增强基PVC篷盖布蠕变应变性能的影响*

李瑞霞 郭珊珊 沈 为 张恺怡

1. 东华大学纺织学院，上海201620；2. 东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心，上海201620

篷盖类柔性复合材料(篷盖布)是复合材料的一大品类，在建筑、广告灯箱、土工膜以及包装运输等领域应用广泛。根据涂层原料的不同，篷盖布可分为聚氯乙烯(PVC)篷盖布、聚四氟乙烯(PTEF)篷盖布等[1]。PVC篷盖布的使用寿命约为20年，而PTFE篷盖布的使用寿命长达35年。篷盖布在实际应用中因受到拉伸或其他载荷的长期反复作用而产生蠕变，当蠕变量超过一定范围后，其使用寿命缩减，最终影响篷盖布的使用效果。

本文根据篷盖布的实际使用温度对其24 h内的蠕变应变特性进行研究，探讨温度变化对篷盖布蠕变应变的影响，尽量避免因使用条件不当影响该类产品的使用性能。

1 试验部分

1.1 试样

本试验所用3种规格的聚酯增强基PVC篷盖布试样由浙江海宁明士达新材料有限公司提供。聚酯增强基布均为经编双轴向织物，其衬经衬纬纱是线密度为111 tex的高强低伸型聚酯长丝。将聚酯增强基布的正反两面或一面与PVC膜经过层合工艺处理后，分别制备出双面复合PVC篷盖布试样K1和K3及单面复合PVC篷盖布试样K2，其截面如图1所示。聚酯增强基布中衬经/衬纬纱的排列密度，聚酯增强基PVC篷盖布试样的面密度、厚度、经纬向拉伸断裂强力等基本物理性能的测试结果列于表1。

表1 试样规格及其物理性能测试结果

1.2 试验方法

根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能》和GB/T 11546.1—2008《塑料 蠕变性能的测定 第1部分：拉伸蠕变》及前期预实验，首先裁剪长为25 cm、宽为5 cm的聚酯增强基PVC篷盖布试样，在标准环境[温度(20±2) ℃，相对湿度(65±2)%]中调湿24 h。然后在常温(18～24 ℃)、40 ℃和60 ℃这3个不同温度条件下向各试样施加载荷[2]。其中，各试样在加载仪上的夹持间距为15.0 cm，预加张力为10 N，外加恒定载荷为其拉伸断裂强力(表1)的10%，拉伸速度为100 mm/min，加载时间为24 h，记录各试样的蠕变量。在进行60 ℃条件下的蠕变测试时，施加载荷前将试样在该温度下放置15 min。最后分析各聚酯增强基PVC篷盖布试样经纬向蠕变曲线的异同及蠕变应变特征。

2 结果与分析

2.1 温度对聚酯增强基PVC篷盖布蠕变性能的影响

不同温度条件下，试样K1、K2与K3经向和纬向的蠕变应变随时间的变化曲线分别如图2～图4所示。经分析可知：

(1)不同测试温度条件下，3种聚酯增强基PVC篷盖布试样经纬向的蠕变曲线变化趋势基本相同。初始阶段，聚酯增强基布受载荷拉伸作用，纱线中的纤维发生急弹性变形[3]，试样的蠕变应变量快速增加。随着加载时间的延长，纤维大分子链间发生破坏和重建，纤维进入缓弹性变形阶段，蠕变速度很慢，试样的蠕变应变量趋于平稳，蠕变曲线接近于平直。

(2)相同测试温度条件下，对于同一规格的试样，其经纬向的蠕变应变存在明显差异，且纬向蠕变应变大于经向。这是由于在聚酯增强基PVC篷盖布的层压复合过程中，增强基布的纬向不受外力控制，衬纬纱基本处于无张力状态，而衬经纱所受平均张力约为196 N/m。层压复合中试样还需经受热辊与烘箱的高温(约180～210 ℃)作用，受张力约束的衬经纱中的纤维取向度得到提高，纤维大分子的运动受测试温度的影响进一步减小，导致试样经向的蠕变应变较小。因此，各试样纬向的蠕变应变大于其经向。

(3)同一试样经向或纬向的蠕变应变量随测试温度的升高而增大。

(4)随测试温度的升高，聚酯增强基PVC篷盖布试样经纬向的蠕变应变差值变大。究其原因，可能是层压复合时聚酯增强基布中几乎不受外力约束的衬纬纱纤维内部分子滑移较小，而随着测试温度的升高，纤维大分子开始剧烈运动，纬向纤维分子链间相互滑移现象比经向纤维更为显著，因此，各试样经向和纬向的蠕变应变差值增加。

2.2 基布密度对聚酯增强基PVC篷盖布蠕变性能的影响

相同测试温度条件下，同一试样经纬向的蠕变应变分别如图5和图6所示。

图5 各试样经向的蠕变应变

图6 各试样纬向的蠕变应变

由表1知，在各聚酯增强基PVC篷盖布试样的增强基布中，单位长度内衬经衬纬纱的根数不同，即基布的经纬密度不同。结合图5和图6可以发现：

(1)测试温度相同时，聚酯增强基PVC篷盖布试样的经向和纬向的蠕变应变均随基布经纬密度的增加而增大。这可能是衬经衬纬纱排列密度的增加提高了加载方向上纱线的受力不均匀性，单根纱线所受实际应力增大，试样的蠕变应量随之增加。

(2)对于试样K1和K3，衬经衬纬纱的排列密度对试样纬向的蠕变应变影响较大。这与层合时增强基布衬纬纱中纤维大分子和链段的排列比较随机、取向度较小有关，载荷的施加增加了纤维分子运动幅度，因此，试样K1和K3纬向的蠕变应变较为明显。

3 结论

本文在常温、40 ℃和60 ℃的条件下测试了3种 聚酯增强基PVC篷盖布试样经纬向的蠕变特性，分析并研究了温度变化和增强基布中衬经衬纬纱的排列密度对聚酯增强基PVC篷盖布蠕变应变的影响。结果表明，加载24 h内，聚酯增强基PVC篷盖布试样蠕变应变曲线在纤维分子的缓弹性变形阶段相对平缓。聚酯增强基PVC篷盖布蠕变形变量的大小受测试温度、加载时间和聚酯增强基布中衬经衬纬纱排列密度的影响。测试温度越高，试样的蠕变应变量越大。测试温度相同时，同规格试样纬向的蠕变应变量大于其经向。对同一试样而言，不同测试温度条件下，试样纬向的蠕变应变差异较大，试样经向的蠕变应变差异较纬向小。聚酯增强基PVC篷盖布试样经纬向的蠕变应变均随其基布经纬密度的增加而增大。

为了更准确地预测聚酯增强基PVC篷盖布的使用寿命，需进行更长时间的蠕变应变测试。此外，低温极限条件下，根据蠕变应变特征来预测该篷盖布的使用寿命仍需进一步探讨。