1.防磨损涂层的摩擦系数测试
通过观察和测量划痕的宽度来计算摩擦系数。M200摩擦磨损试验机作为实验器材。主要分为:试件装夹,加载,开机,实验[1]。在装夹的过程中,首先需要松开螺栓,将试样放到夹槽中,然后使试样块与试样环保证接触一个面,加载的时候通过,压缩弹簧实现力的大小的控制;开机时保证低速200r/min运行;实验的时候可以适量的加润滑油,保证机器有效运转。最后通过记录标尺上的数字,读出摩擦数据。
2.抗磨损涂层的摩擦实验
2.1 涂覆软袋的涂层的磨擦实验
首先取已经涂覆好的一体化软袋,套覆在标准芯管的外侧,另一侧用弹簧拉力秤锁住软袋的拉绳,保证软袋能够匀速缓慢的滑动,在滑动过程中,同时记录弹簧拉力器的最大的示数,一组软袋样本测试五组,取平均值作为滑动摩擦力值。
2.2 涂覆纤维的涂层的摩擦实验
取涂覆完毕的单丝30cm,结成长度相等的两段,一段用于直接拉伸,读取记录数据F1,另一端用胶固定芯管的一端,主体部分缠绕在芯管上,另一端用弹簧拉力秤绑定,保证单丝在芯管表面上不能搭接,弹簧拉力秤匀速缓慢拉动,直到单丝被拉断,记录拉断过程中最大的弹簧拉力秤的示数F2,最终将摩擦力F=F2-F1,进行平行测试30组,以确定对于单丝的摩擦力F。
3 涂覆防磨损涂层软袋力学性能
3.1断裂拉伸强度测试
常温下,采用Instron公司的万能拉力试验机对软袋断裂强度进行测试[2],采用自制的三辊连动的夹具,对于软袋进行固定,选取样件长度150mm,加载预张力50N,加载速度20mm/min,进行拉伸。在整个过程中,需要尽量避免软袋的滑移,否则会导致拉伸断裂的强度不准确,同时记录下拉伸强度与位移的曲线,取芯软袋的断裂强度需要完全满足>1500N的性能指标。
3.2 软袋的形变性测试
通过2500mm软袋垂直加载的方式对软袋的受力变形情况进行了测试[3],事实表明经纬编织结构、涂覆之后的涂层与韧性的Kevlar纤维共同影响了软袋的变形性,初始预张力为20N,拉伸速度为30mm/min,至拉力为100、200、300N时停止拉伸,记录力-位移曲线,计算软袋形变量。
3.3力学性能测试
对不同涂层磨损前后的芳纶纤维,按标准《高模量单丝材料拉伸强度和杨氏模量测试方法》[4],进行单丝拉伸强度的测试。剪取一段长度为约20cm的Kevlar29单根纤维,在明亮的光源下抽出Kevlar29的单丝,长度在30mm左右,并用101胶水将其固定在镂空尺寸为20*10mm的固定尺寸坐标纸上,使单丝处于悬挂于长为20mm的空档处这样就做出了一组实验样品。本实验中,纸框的标距选为20mm,并保证单丝在坐标纸的空隙上是保证一定的张力状态。
由公式(1)计算单丝拉伸强度:
(2-2)
每组的单丝保证了不少于30组的平行实验组,所以我们认为芳纶纤维的单丝拉伸的破坏强度,满足于Weibull分布,则有:
(2-3)
其中生存概率P与断裂破坏概率F(σf)的关系则可用公式(2-3)来表达:
(2-4)
对(3)式两边取自然对数,得到:
(2-5)
其中,断裂破坏概率F(σf)可由以下方法计算:
(2-6)
式中 N——所测Kevlar29单纤维的总根数;
n——在拉伸应力σn下断裂的根数。
把芳纶单丝的拉伸断裂强度σi,按递增的顺序进行记录,将lnln[1/(1-F(σf ))]和lnσf拟合一条直线Y=A+BX,通过拟合可以计算得到斜率和截距,斜率B=β,而有关于截距σ0有:
(2-7)
4.磨损对于涂覆单丝的拉伸强度的影响
将涂覆后芳纶纤维缠绕在钢结构上进行30次往返的磨损[5],并对磨损后的纤维进行单丝拉伸强度测试,并对其进行统计强度计算。由实验可知经磨损30次后三种不同涂层纤维的统计强度分别为4.05GPa、3.84GPa、4.07GPa、3.99GPa。其强度保持率分别为87.69%、83.33%、88.17%、86.51%,与未涂覆芳纶纤维经磨损30次后纤维强度下降到3.29 GPa相比,四种不同结构的涂层都起到一定程度的防磨损的目的,其强度保持在85%以上,远高于原芳纶纤维的71.37%的强度保持率。
5. 氟碳涂层的浓度对于拉伸强度的影响
5.1氟碳涂层的浓度对于织物拉伸强度的影响
分别制备氟碳涂层浓度为8%、9%、10%、11%、12%共五个实验组,将氟碳涂层固化到织物上[6],然后在芯管上磨损次数定为10次。浓度为10%的氟碳涂层在磨损之后的拉伸性能是最高的,拉伸强度F=2746.7N,也说明在浓度小于10%时,随着浓度的升高,涂层的抗磨损性能还是增加的,表现出的拉伸强度也在增大,但是当浓度大于10%时,拉伸强度还是有所下降,主要是因为浓度过大,出现了织物的涂层的板结,实际磨损时,涂层并没有起到抗磨损的作用,反而在前处理的时候,对于织物的力学强度的损伤,当浓度达到12%时,拉伸强度F=2375.2N,与浓度为10%的拉伸强度相比,拉伸强度下降了14.5%,所以浓度提升反而下降了拉伸强度。
6.结论
(1)对于四种涂层涂覆完成的织物,对于单丝、织物,在不同的磨损强度之下,进行常温拉伸强度、拉伸形变、耐磨性的比较,综合评价,认定氟碳涂层为最佳的涂层
(2)用不同浓度的氟碳涂层,对于织物的拉伸强度、拉伸形变进行表征,不同浓度也对于单丝的拉伸强度进行了表征,最终确定当w(FC)%=10%为最佳的配比,对于涂覆到芳纶纤维上的抗磨损性能,综合比较起来是最优异的。
参考文献
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[3] 陈乐. 世界芳酰胺纤维的需求情况[J]. 化工新型材料, 1989, (9): 20~26.
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