紫外灯曝晒对聚丙烯彩条布力学性能的影响

宋雪培 刘羽辉

（中纺标检验认证股份有限公司 北京 100025）

聚丙烯彩条布属于篷布的一种，其颜色鲜艳，柔韧性极好，防水防晒耐低温，且拉伸强度高，在工业制造和农业生产中被广泛用于遮阳防水。国内外对聚丙烯的研究主要集中在改性工艺和注塑工艺上。白喜军[1]等分析了聚丙烯蓬布在水工上的应用，得出了用土工布进行防渗试验效果很差，而聚丙烯篷布效果极其理想的结论。杨旭东[2]对聚丙烯土工织物的使用寿命预测进行研究，得出在户外曝晒的环境条件下,紫外辐射对聚丙烯土工织物老化起决定性作用,而且紫外辐射能对聚丙烯土工织物的老化有累积效应的结论。谢莉青[3]等对聚丙烯机织土工织物进行拉伸性能测试与分析，得出对于增强型为主的机织土工织物具有较高的断裂强度和较低的断裂伸长的结论。V.Mane[4]等研究了聚丙烯织物的热性能和阻燃性能，结果发现通过与黏胶长丝混纺,可以提高PP 的导热性能；以黏胶为皮层、PP 为芯层的纱线的耐热性也较PP 有所提高；与黏胶长丝混纺后，PP 的阻燃性能略有提高。李静[5]等研究了织物防水透湿性能的测试方法，重点列举并比较了喷淋法、静水压法测试织物防水性能以及各种织物透湿性能的测试方法,并简述了防水透湿测试方法在相关功能性服装类产品标准中的应用情况。孙斌[6]研究了拉伸速度及制样方式对聚丙烯材料的拉伸强度和断后伸长率的影响。结果表明，随着拉伸速度的增大，拉伸强度有所增加，PP 注塑成型试样的拉伸强度和断后伸长率都明显高于压制成型试样。余龙颖[7]对改性聚丙烯的力学性能和收缩变形进行研究，得出共聚PP 相比均聚PP 韧性提高；矿物填充PP 可改善耐热性能，收缩变形有较大程度的下降，且随填充物含量的增加，收缩变形下降的程度增大；玻璃纤维增强PP 整体力学性能、耐热性均有大幅提升，收缩变形大幅下降,且纤维填充改善尺寸变形的程度优于矿物填充。董志远[8]等总结了聚丙烯塑料薄膜的单向/双向拉伸生产工艺，归纳了拉伸成型工艺的发展与现状，提出了在线测试对于研究拉伸过程中薄膜结构变化的重要性。傅和青[9]等综述了聚丙烯薄膜的种类、特点及其在包装业的应用，介绍了PP 膜市场动态，指出了PP 膜发展方向，强调应加强PP 膜的研究。Amit Rawal[10]等对黄麻/聚丙烯复合非织造土工布力学性能及损伤进行分析，得出与100%聚丙烯非织造土工布相比，40wt.%黄麻是具有相当的拉伸强度和较高的割线模量的混合非织造土工布的最佳水平。

目前，针对紫外老化曝晒循环对聚丙烯彩条布性能影响的研究很少，为此，文章采用不同曝晒循环对聚丙烯彩条布进行曝晒，之后进行拉伸和防水实验，研究其性能的变化。

1 实验设计

1.1 实验材料

本次试验中使用的样品是整匹聚丙烯彩条布。

1.2 测试方法

1.2.1 紫外光曝晒

采用QUV/SPRAY 加速老化试验机（美国Q-Lab公司）对彩条布进行曝晒。选用GB/T 31899-2015《纺织品 耐候性试验 紫外光曝晒》中试验条件1 作为曝晒方法，即单循环的试验条件是选用UVA型灯管，用340 nm 处辐照度为0.89 W/m2的紫外光在黑板温度为60℃条件下曝晒8h，接着在黑板温度为50℃ 条件下冷凝4h。仅改变曝晒循环，从未经曝晒依次增加至曝晒6 循环结束试验，以此作为彩条布的前处理过程。

1.2.2 拉伸性能

采用INSTRON 5900R 多功能材料试验机（美国INSTRON 公司）测试彩条布的断裂强力和断裂伸长率。参照GB/T 3923.1-2013 《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》设定预加张力为2N，夹距长度为100mm，拉伸速度为20mm /min。有效试样距离布边150mm 剪取，每块试样的有效宽度为50 mm±0.5mm（不包括毛边），其长度满足隔距长度200mm。即取样时沿经向、纬向剪取尺寸为50 mm×300mm 的试样6 块为一组，经向、纬向取样各需要6 组。将未经曝晒和不同循环曝晒后的试样拉伸直至断脱，记录每一个试样断裂强力及断裂伸长率，结果求其平均值。

1.2.3 防水性能（沾水法）

采用Y813（温州方圆仪器有限公司）测试彩条布的防水性能。参照GB/T 4745-2012 《纺织品 防水性能的检测和评价（沾水法）》，剪取200mm×200mm 的3 块彩条布为一组，共需要6 组。将未经曝晒和不同循环曝晒后的试样依次安装在环形夹持器上，保持夹持器与水平45°，彩条布中心位置距喷嘴下方150mm，用250ml、20℃的蒸馏水迅速平稳的倒入漏斗，持续喷淋30s。喷淋停止后，立即将夹有试样的夹持器拿开，使织物正面向下几乎成水平，然后对着一个固体硬物轻轻敲打一下夹持器，水平旋转夹持器180°后再次轻轻敲打夹持器一下，敲打结束后，分别对试样正面润湿程度进行评级取平均值作为最终级数。

1.2.4 防水性能（静水压法）

采 用FX3000-IV Hydro Tester（TEXTEST INSTRUMENTS）测试彩条布的防水性能。参照GB/T 4744-2013 《纺织品 防水性能的检测和评价（静水压法）》，剪取5 块彩条布为一组，共需6 组进行调湿，将未经曝晒和不同循环曝晒后的试样分别加持在装置上，使试样正面与水面接触。以6.0Kpa/min 的水压上升速率对试样施加持续递增的水压，观察渗水现象，记录试样上第3 处水珠刚出现时的静水压值，试验结果为5 组数据的平均值。

2 实验结果与分析

2.1 拉伸性能分析

表1 为聚丙烯彩条布经向、纬向经拉伸后的力学性能指标，由表中数据可知，未经曝晒的彩条布断裂强力、修正伸长率和位移都是最好的，随着曝晒循环的增加，彩条布力学性能越来越差。这是由于彩条布经过紫外灯照射，织物组织脆损，照射时间越长，脆损越严重，当曝晒达到6 循环时，彩条布碎裂，不能承受拉伸，即彩条布不可继续使用。

表1 聚丙烯彩条布的拉伸性能

在相同条件下，经向断裂强力、修正伸长率和位移一直高于纬向，在曝晒5 循环后，彩条布不具有拉伸性能。这是由于织物经向的密度大于纬向且经向弹性大导致，所以在日常使用中，建议沿着经向方向，能提高使用寿命。

2.2 防水性能分析（沾水法）

将聚丙烯彩条布进行沾水实验后得出，未经曝晒、曝晒1 循环和曝晒2循环后的彩条布沾水等级均为4-5 级，曝晒3 循环、曝晒4 循环和曝晒5 循环后沾水等级为4 级。由此可知，聚丙烯彩条布的沾水性能非常好，即使在即将碎裂时，沾水性能依然能达到4 级。这是因为聚丙烯纤维基本不吸湿，尽管经过紫外灯照射，依然不能改变这一特性，所以制成的彩条布具有优良的防水性能。

2.3 防水性能分析（静水压法）

表2 是聚丙烯彩条布进行静水压试验后的静水压值和抗静水压等级。由表2 中数据可知随着曝晒循环的增加，彩条布承受静水压强和抗静水压等级越来越小，未经曝晒和曝晒1 循环后的彩条布抗静水压等级均为3 级，其具有较好的抗静水压性能；曝晒2 循环和曝晒3循环后彩条布抗静水压等级均为1 级，其具有抗静水压性能；当彩条布经过曝晒4循环和5循环时，抗静水压等级为0，其抗静水压性能差。这是因为彩条布经过紫外灯照射，聚丙烯纤维内部发生老化断裂，使其不能承受压力。

表2 聚丙烯彩条布的静水压值和抗静水压等级

3 结论

通过对未处理和紫外灯曝晒后的聚丙烯彩条布分别进行力学性能和防水性能测试，以及对织物力学性能和防水性能进行分析，得出以下结论：

1.在力学性能方面，未经曝晒的聚丙烯彩条布断裂强力、修正伸长率和位移均高于处理过的彩条布。随着曝晒循环的增加，彩条布的力学性能越来越差，当曝晒达到6 循环时，彩条布碎裂，不能进行测试。

2.在相同条件下，经向彩条布的力学性能高于纬向，曝晒5 循环后，纬向彩条布虽然没有碎裂，但是断裂强力、修正伸长率和位移均为0。

3.在防水性能方面，未经曝晒、曝晒1 循环和曝晒2 循环后的彩条布沾水等级最高。随着曝晒循环的增加，防水性能下降。

4.在防水性能方面，未经曝晒和曝晒1 循环后的彩条布平均静水压最大，抗静水压等级最高。随着曝晒循环的增加，平均静水压值逐渐减小，抗静水压等级降低。