俄罗斯杂环芳纶_环氧胶丝抗拉强度_四_

前言
或环氧胶丝抗拉强度直接进行比较是不合适的。
俄罗斯杂环芳纶 Tverlon、SVM、Armos 和 Rusar，具有强模高、质量轻、复合综合性能好等 特点，决定了其复合承力增强材料在俄航空航天 产业领域中不同时期的应用地位和前景，尤其是 主导产品 Armos 和 Rusar。
俄杂环芳纶的强度有抗拉伸、抗压、抗弯及抗 剪切等性能指标。本研究仅涉及该类纤维的抗拉强 度性能。抗拉强度主要有两种指标表征：纤维抗拉 强度及其环氧胶丝抗拉强度。使用领域不同，其强 度的表征方法也有所不同。用于织物的品种，如 Kevlar、Twaron、Technora、Zylon 和下表 4，一 般只标示未上胶丝的抗拉强度。用于复合材料的杂 环芳纶一般标示复丝环氧胶丝的抗拉强度，有时也 标示该复丝的拉断强力。因为环氧胶丝抗拉强度能 较直接反映该纤维在复合材料（基体）中的纤维强 度增强效果（也有称为强度转化率），由于各种强度 检测方法不同，把不同规格不同品种之间的抗拉强度
体合成、聚合、成纤及溶剂回收等的研发及其工程化的研究，(电子信箱)xinhuiliuqingbei@。
第1期
孙友德, 刘庆备：俄罗斯杂环芳纶－环氧胶丝抗拉强度(四)
品名
表 1 各种杂环芳纶用不同检测方法测试出的抗拉强度[1]
单丝抗拉强度 复丝抗拉强度
复丝与单丝 抗拉强度之比
环氧胶丝抗拉强度实质上是表征纤维树脂基 复合材料中单向纤维的抗拉强度和刚度，由于环 氧树脂基本起着保障复丝中各根纤维同时拉伸并 承受外力时传递和分散应力，延缓纤维缺陷点的 应力集中破坏，提高集束纤维同时受力的均衡作 用。因为基体本身的抗拉强度比纤维要低得多， 所以在计算抗拉强度时树脂体积分数未计算其 内，可以把环氧胶丝中纤维的体积分数视为 100 %，即把环氧胶丝的应力-应变曲线视为纤维 的应力-应变曲线，它可近似表征单胶丝抗拉强 度，其数值高于单向复丝抗拉强度而较接近单丝 抗拉强度。 2.2 纤维规格和检测方法相同，其物性数据才有 可比性
捻数 / (捻·m )-1
100±10
100±10
弹性模量 / GPa
根数 /根
135, 135, 135, 135, 135, 135
40, 60, 200, 300, 300, 300, 600, 600
103
40, 60, 200
型号 600-A 600-B
表 5 卡门斯克化纤公司 Armos 的力学性能[4]
第 31 卷 第 1 期 2006 年 2 月
高科技纤维与应用
Hi-Tech Fiber & Application
Vol.31 No.1 Feb. 2006
俄罗斯杂环芳纶－环氧胶丝抗拉强度(四)
孙友德，刘庆备
（广东彩艳股份有限公司，广东 新会 529100）
摘 要: 介绍俄杂环芳纶 Tverlon、SVM、 Armos 和 Rusar 的抗拉强度中的环氧胶丝抗拉强度，并讨论其检测方法和 纤 维表面性能对抗拉强度的影响，阐明只有用相同规格的纤维和相同的检测方法测得的相关数据才有真正可比性。
密度 / (g·cm )-3
Kevlar、Twaron、Terlon
1.44
SVM
1.43
Armos
1.43
弹性模量 / GPa
1 断后伸长率
/ GPa
/%
回潮率 /%
3.3～3.8
2.5～3.5
2.0～3.0
4.2～4.5
3.1～3.5
3.5～5.0
- 25 -
2.3 杂环芳纶的表面性能 作者在前 3 篇文章[5～7]中，用较大的篇幅讨论
俄杂环芳纶的大分子构成，包括单体组成及比 例，尤其是杂环链节的比例，提到俄杂环芳纶分 子构成中的特别之处，在于极性杂环 M3 链节的 不对称结构，造就杂环芳纶 3 种结构水平的变 化，即分子水平、超分子水平和微观水平。M3 链 节既增加纤维化学活性，分子构象又控制着纺丝 原丝结晶结构和热处理自取向与结晶，从而影响 产品的最终性能。而纤维在胶丝中的增强效果除 了纤维强度性能外，又与其纤维的表面性能及附 着性密切相关，即和纤维表面化学活性和物理结 构相关。 2.3.1 增加化学活性
58.8
≥2.82
≥142.2
环氧胶丝抗拉强度 / GPa
HMR 型
（HSY 高强型）
≥4.90
（≥4.70）
断后伸长率 /%
≥4.90
（≥4.70）
≥4.41
（≥4.12）
4.0
≥4.41
（≥4.12）
4.0
复丝捻数 / (捻·m )-1 35±15
? 15 50±15 50±15
表 4 卡门斯克化纤公司 Rusa、SVM 的力学性能[4]
1 俄杂环芳纶的力学性能
各种杂环芳纶用不同检测方法测试出的抗拉 强度见表 1。
几种品牌芳纶和杂环芳纶环氧胶丝的抗拉强 度见表 2。
特威尔化纤公司 Armos-HMR（高模量型） 的力学性能见表 3。
卡门斯克化纤公司 Rusar、SVM、Armos 的 力学性能见表 4、5。
2 关于俄杂环芳纶抗拉强度的讨论
4.5～5.5
3.4～4.0
3.0～4.0
- 23 -
表 3 特威尔化纤公司 Armos-HMR（高模量型）的力学性能[3]
线密度 / tex
复丝抗拉强度 环氧胶丝弹性
/ GPa
模量 / GPa
600(A-K)
≥3.16
≥142.2
600(A-HK)
≥2.92
≥142.2
100
≥2.95
≥142.2
纤维单丝或复丝抗拉强度的高低难以代表其 在复合材料实际增强效果的强弱，为了较客观地 判定和度量该纤维在复合材料中较真实增强的综 合效果，即表征纤维的强度和表面状态对它与树 脂基体的结合性能，在采用的诸多标准检测方法 里，其中之一就是用环氧胶丝抗拉强度指标来进 行初始评价，尤其是对巳经筛选确定的增强纤维 品种，此法是评价其等级的简易和关键的判据， 也可粗略预测它们在加工和使用过程的行为。
2.1 纤维抗拉强度和环氧胶丝抗拉强度的定义 2.1.1 纤维抗拉强度
所谓纤维抗拉强度是指纤维受外力作用时， 单位线密度能承受外力的量度，即纤维被拉伸至
收稿日期: 2005-12-12；修回日期: 2006-01-12 作者简介: 孙友德（1936-），男，广东揭阳人，研究员，硕士生导师，主要从事间位、对位、杂环等芳纶及相关单
环氧胶丝（上了环氧树脂的丝）抗拉强度 （ Filament decomposition strength at microplastic stretching 或 Sress of breaking under microplastic stretching）也有称上塑、微塑或浸 塑（Imprenated strands）抗拉强度。环氧胶丝抗 拉强度是复丝经一定配方的热固性环氧树脂，按 一定条件湿法上胶固化处理后的抗拉断强度。详 见 环 氧 胶 丝 抗 拉 强 度 检 测 法 ： 俄 TV-6-12-17291；美 ASTM D3039；中国 GLB 348-87。
(Guangdong charming CO.LTD., Xinghui 529100 China)
Abstract: Irtroduced the epoxy-plastic-yarns tensile strength of Tevlon 、 SVM 、 Armos 、 Rusar， Which is one of tensile strengths ，and prividured some brief discussion on a few related influence factor of analysis method and surface properties of fiber. It's comparable to tensile properties of aramide fiber only same specification of fiber and same analysis method. Key words: heterocylic copolyaramide; plastic-yarn; tensile strength
断裂时的强度（Stress of breaking und Stretching）， 称拉伸强度或抗拉伸强度，也有称韧度、极限强 度和断裂强度，文献资料出现较多的称为抗拉强 度，一个品种纤维的抗拉伸强度一般又有单丝 （即单根纤维）抗拉强度、复丝抗拉强度、环氧 胶丝抗拉强度等之分，用于复合材料类型应采用 环氧胶丝抗拉强度。 2.1.2 环氧胶丝抗拉强度
从表 1 可知，各品牌复丝的抗拉强度只有其 单丝强度的 60 %～75 %，环氧胶丝强度比单丝
强度略低。以表中 Armos-C 为例，单丝抗拉强度 5.1 GPa，而其复丝抗拉强度只有 3.8 GPa，环氧 胶丝抗拉强度也只有 4.9 GPa。同一种纤维的强 度，检测方法不同，其抗拉强度数值也不同，数 据不能直接比较，因为被检测纤维的基本物性即 规格和检测方法不同：① 检测夹距不同：由于纤 维的断裂机理是从纤维的缺陷点开始而应力集中 的，夹距越短存在缺陷点机率越少，测得的强力 数 值 越 高 。 例 如 国 内 单 丝 强 度 检 测 方 法 （ GB/T 14334 ） 中 纤 维 （ 长 度 ≥ 35 mm ） 夹 距 为 20 mm；俄法只有 10 mm；中国复丝（纤维断后伸 长 率 ≤ 50 % 时 ） 夹 距 为 500 ± 1 mm （ GB/ T14344） ； 俄国 复 丝和 环 氧 胶丝 夹 距均 为 100 mm。② 复丝总特数差异：俄法规定复丝测定最 大线密度为 100 tex，而同一品种不同线密度的丝 束的环氧胶丝强度也有差异。③ 单丝根数或单丝 直径差别：复丝总线密度相同，根数越多缺陷点 存在机率也越多，其抗拉强度较低。④ 其他影响 因素：如俄 TV-6-12-172-91 法检测时拉伸速度下 降速度大于我国 GJB 348-87；除此之外还有复丝 捻度及环氧胶丝基体的差异，如环氧、固化剂、 添加剂型号、配方、上胶量等不同，数值也有差 异，而且还与检测环境及夹具类型等有关。总之 环氧胶丝制作及抗拉强度的测定，与复合材料应 用一样是一门专业学科，其过程十分复杂，影响 因素甚多，技术较难掌握。作者曾把同一样品在 不同时段送不同单位及自行检测，其结果相差达 3 %～15 %。表 2 是国内文献经常引用的基本数 据，不过作者普利金（Перепелкин К.Е.）等人 声明，表中数据为搜集归纳，由于检测是方法 （还有纤维规格）不同，其数据难以作出客观评 价。再说，模量分动态模量和静态模量，如果 Kevlar 系 列 和 国 内 检 测 方 法 一 样 为 抗 拉 （Tensile）模量或称杨氏模量，其数据可比性确 实不高。