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1、第2 7 卷第1 期 2 册6 年1 月 纺织学报 J 0 u m a l0 fT e x 出eR e s e a 工c h V 0 1 ”N o J a n 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 2 0 0 6 ) 0 1 0 0 6 2 0 3 纳米功能锦纶的力学性能 马建伟，刘伟。陈韶娟 ( 青岛大学纺织服装学院，山东青岛 2 6 6 0 7 1 ) 摘要为丁探讨纳米材料对纳米功能锦纶力学性能的影响，比较研究，纳米功能锦纶、光电子锦纶和普通锦纶的 强度、伸长率、断裂比功、初始模量、松弛性能和弹性同复率等力学性能。结果表明，纳米功能锦纶与普通锦纶相比，前 者的强度、伸长
2、率和断裂比功小，而初始模量和弹性回复率大；日晒对纳米功能锦纶的断裂强度和断裂伸长率影响较小， 对其初始模量影响较大；纳米功能锦纶和普通锦纶的应力松弛曲线形状相似，日晒后，前者的松弛速度明显大于后者。 关键词纳米材料；锦纶；力学性能；应力松弛；弹性 中圈分类号：| I s l 0 1 2文献标识码：A M e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ff I l n c t i o n a ln a I I o - n y I o nf i b e r M AJ i a n w e i ，u uw e i ，c H E Ns h a 0 - j u a n ( o
3、 z k 舻0 ，7 h f 如口n dc f o 如i 噌，Q 昭出。蚵，Q L “g 如o ，n 出增2 6 6 0 7 l ，西w ) A b s t r 舵tA ni n v e s d g a t i o no ft h ee f f e c to fn a n o m a t e d a l0nt m e c h a l l i c a lp m p e n i e s0 fn a n o 一“y l o nm ) e rw a s c a 丌i e do u t ，a n dac o m p a r a t i v es t u d yb e t w e e nt h en a
4、n o 一”y l o n ，p h o t o e l e c t l o n i c ”y l o na n do r d i n 8 r yn y l o nw a s m a d ei nt e 彻so ft h e s t r e “g t h ， e 1 0 n g a t i o nr a t e ，h e a k i “ge n e g y ， i n i t i a Lm o d u l u s ，r e l 8 【a t i o na n de l a s t i c r e c o v e r y T h ee x p e d m e n I ss h o w e dt
5、h a t i nc o m p a r e dw i t ht h eo I d i n 8 r y “y l o n ，t h en a n 0 一n o nh a sl o w e r s t r e n 殍h ，e l o “g a t i o nr a t e ，跏db r e a k i 培e n e l 舒b u th 培h e rl n i t i dm o d u l u sa n de l a s t ；cf e c n V 8 r y T h e yh a v e s i m i l a rc u r v e s0 fr e l a x a t i 。no fs t r
6、e s s T h esunI i g h th a sl i t t l ei 坩1 u e n c eo n a n o 一“y l o n sb r e a k i “gs t 陀n g L ha n d e l o “g a 廿o nm t ew h i l e1 t s i n i t i a lr n o d u l u sh a sb e e ni m p a c t e dg r e a d y 1 nr e 印e c tt ot h er e l a x a t i o nv e l o c i t y ，t h e s u n l i g h th a sg r e a k
7、 ri n n u e n c eo nn a n o n v l o nn l a no nt h eo 础n a wn v l o n K e yw o r d sn a n o - r 曲t e d a l ；”y l o n ；r n e c h a n i c a lp r o p e n y ；s t r e s sr d 且x a t i o n ；e l a s t j c i t y 2 0 世纪8 0 年代，纳米技术迅速发展起来，日趋 成为各国研究的热点“。纳米技术广泛应用于机 械、电子、物理、化学、生物、医学和材料科学等领 域”J 。比如向纤维中添加某些超微或纳米级无机
8、粉末，可以获得抗菌、远红外和抗紫外线等各种功能 性纤维与纺织品”。但纳米材料的添加也可能引起 纺织品力学、热学、光学等性能发生变化。本文主要 探讨纳米材料对纳米功能锦纶力学性能的影响。 1 实验部分 1 1 试样与仪器 纳米功能锦纶：1 5 6t e x 3 5f ，含纳米稀土8 ( 将纳米抗菌母粒和锦纶切片熔融纺丝制备) ；光电 子锦纶：1 0t “，4 8f ，含纳米火山岩1 左右，市售；普 通锦纶：8 9t e 4 8f ，市售。Y ( ；0 0 1 型单纤维电子强 力仪；I n s t m n 万能材料试验机。 1 2 实验方法 1 2 1 单纤维拉伸性能测试 采用Y G 0 0 l
9、型单纤维电子强力仪，夹持长度为 2 0m m ，拉伸速度为6m m i n ，取3 0 次平均值。 1 2 2 锦纶复丝的强力和拉伸性能测试 在I n s t r o n 万能材料试验机上分别测试日晒前 后的3 种锦纶复丝，夹持长度为2 5 0m m ，拉伸速度 为2 5 0m I I l r I l i n ，初张力为O 2N ，取1 0 次平均值。 收稿日期：2 0 0 4 0 1 1 9修回日期：2 0 0 5 一0 9 一1 6 基金项目：山东省自然科学基金资助项目( Y 2 0 0 l 肼) ；2 0 0 2 年青岛大学科研基金赍助项目 作者简介：马建伟( 1 9 5 9 一) ，男
10、，教授。主要从事纺织材料方面的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 期马建伟等：纳米功能锦纶的力学性能 1 2 3 锦纶弹性回复率测试 在I n s t m n 万能材料试验机上进行测试，初始夹 持长度为2 0 0 一，拉伸速度为l Om 州I I l i n ，初张力为 O 2N 。拉伸至定伸长5 ，持续3 I I l i n 后，松弛2m j n ， 回复到初张力时测试伸长值，则5 定伸长下的弹 性回复率 船= ( 1 一z ，砒) 1
11、 0 0 式中，“为定伸长值，f ：为回复2I I l i n ( 初张力下) 各次伸长值总和，n 为测定的纤维根数。 1 2 4 应力松弛实验 在I n s t m n 万能材料试验机上进行实验，设定夹 持长度为2 0 0m m ，拉伸速度为1 0m ，n i n ，初张力为 O 2N ，拉伸到5 ，松弛2I n i n ，记录应力值，绘制应 力松弛曲线“。 2 结果与讨论 2 1 纳米功能锦纶拉伸性能的比较 锦纶单纤维强度及伸长率见表1 。图1 是单纤 维的拉伸曲线。由表1 可知，断裂强度、断裂伸长率 和断裂比功的大小排序：普通锦纶 光电子锦纶 纳米功能锦纶，即随着锦纶中纳米材料含量的增多
12、， 其断裂强度、断裂伸长率和断裂比功均降低。这是 因为随着锦纶中纳米材料的增加，缺陷点也增加”。 图2 是纳米功能锦纶的电镜照片，可清晰地看到纳 米材料所造成的缺陷点的状况。从图l 看出，纳米 功能锦纶的初始模量及各拉伸点的模量均明显大于 普通锦纶，即它的刚性大。可能是因为生产纳米功 表1 不同锦纶单纤维的强力和伸长 缉推 断裂强力，断裂强力断裂强度，断裂强度 断裂伸长率 断裂伸长率断裂比功，断裂比功 c Hc r 值 ( c N d t “。) c r 值，c r 值， ( J l l J d k ) c P 值 1 0 8 6 1 4 5 5 01 0 00 4 01 6 1 87 s 2
13、 】7 4 注温度( 1 7 2 ) ，湿度( 5 2 3 ) 。 能锦纶时添加的纳米材料给大分子的调整抽拔增加 了阻力，因此增强了它抵抗变形的能力。 f 量 量 R 倒 图l 单纤维拉伸曲线 圈2 纳米功能锦纶纤维电镜照片 2 2 纳米功能锦纶耐日晒性能的比较 3 种锦纶复丝日晒前后的断裂强度和断裂伸长 率等数据，见表2 。 表2 锦纶复丝日晒前后的性能比较 纤维 臼晒断裂强度，断裂伸初始模量， 断裂比功， “ 前后( N - 眦“) K 率，( N 慨1 ) ( 州d 帆叫) 往：温度“8 ，2 ) ，相对湿度6 7 。 由表2 可知，口晒后3 种锦纶的力学性能均有 下降，其中，断裂伸长率
14、和断裂强度变化率的排序： 普通锦纶 纳米功能锦纶 光电子锦纶。初始模量 变化率的排序：纳米功能锦纶 光电子锦纶 普通 锦纶。断裂比功变化率的排序：普通锦纶 光电子 锦纶 纳米功能锦纶。，可见，加入纳米材料可改变 锦纶纤维的耐日晒性能。这可能是因为纳米材料的 吸光性能在一定程度上保护了锦纶大分子，加人的 纳米材料不同，对锦纶大分子的影响也不同。 蛐 m u n 博 如 壮 4 3 4 ” 呻 忙 7 剐 如 惦 8 吣 8 纶纶锦 锦能纶子功锦电米通 光纳酱 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to
15、remove the watermark 【6 4 】 纺织学报第2 7 卷 2 3 纳米功能锦纶弹性的比较 表3 列出了3 种锦纶日晒前后的弹性回复率， 从表3 看出，日晒前后纳米功能锦纶的弹性回复率 均明显优于其它2 种锦纶，而普通锦纶最差。这可 能是因为纳米材料的吸光性能在一定程度上保护了 锦纶大分子；同时，添加的纳米材料给大分子的调整 抽拔增加了阻力和内应力，包覆纳米材料的偶联剂 也会影响到分子间的相对滑移，对提高锦纶的弹性 回复率有一定的帮助。 表3 日晒前后锦纶的弹性回复率 2 4 纳米功能锦纶应力松弛性能的比较 日晒前后锦纶的应力松弛曲线见图3 ，4 。 一光电子铜， 纳米功能
16、一昔通锦纶 - - - I 图3 日晒前锦纶松弛曲线 图4 日晒后锦纶松弛曲线 图3 表明，日晒前，3 种锦纶的松弛曲线的形状 相似，只是纳米功能锦纶在初始阶段的松弛速度较 快。从图4 看出，日晒后，三者的松弛曲线形状发生 一定变化，而且它们的松弛速度都明显加快，其中纳 米功能锦纶的松弛速度明显大于其它2 种锦纶。这 是因为添加纳米材料后，锦纶中的缺陷增加所致。 3 结论 1 ) 随着纳米材料含量的增多，锦纶的断裂强度 和断裂伸长及断裂比功都下降，而初始模量呈增大 趋势。 2 ) 日晒对纳米功能锦纶断裂强度和断裂伸长率 的影响较小，但对其初始模量影响较大。 3 ) 生产纳米功能锦纶时添加的偶联
17、剂，增加了 大分子链间的连接点，增大了锦纶的弹性回复率。 4 ) 日晒前，光电子锦纶、纳米功能锦纶和普通锦 纶的应力松弛曲线相似。日晒后，纳米功能锦纶的 松弛速度明显大于其它2 种锦纶。2 鬻 参考文献 白春礼纳米技术现在与未来 M 成都：四川教育 出版社，2 0 0 l1 6 h p e r r eJ ，钱和生，黎明纺织品生产中的纳米技术 J 新纺织，2 ，( 4 ) ：5 1 1 陈韶娟几种纳米抗菌剂的抗菌性及安全卫生性的 研究和应用 D ： 硕士论文 青岛：青岛大学， 2 0 0 2 黄飙，陈云生纳米材料技术及其在纺织品上的应用 J 四川纺织科技，2 0 0 3 ，( i ) ：5 0
18、一5 2 莫百春纳米材料在功能纺织品上的应用 J 国外 丝绸，2 0 0 3 ，( 2 ) ：3 3 3 5 赵书经纺织材料宴验教程 M 北京：中国纺织出 版社，1 9 8 97 7 李汝勤，宋钧才，朱浩，等纤维和纺织品的测试原 理与仪器 M 上海：中国纺织大学出版社，1 9 9 5 1 9 7 董口国，黄故丙纶，。n 0 2 纳米材料复合纤维的性能 研究 J 纺织学报，2 0 0 2 ，2 3 ( 1 ) ：2 2 2 3 ， 2 3 4 5 6 7 8 一i#量巡辐 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark