飞行员救生服装主体材料的自然曝晒试验

杨国甫，张荣

检测技术

飞行员救生服装主体材料的自然曝晒试验

杨国甫，张荣

（航宇救生装备有限公司，湖北襄阳441003）

不耐光照是芳香族聚酰胺纤维的弱势所在，试验以飞行员救生服装通用的轻质高强抗燃织物为研究对象，对其进行自然曝晒，并与锦丝绸进行对比，以了解轻质高强抗燃织物的耐光老化特性。研究结果表明，在所试验的条件下，涤丝耐光性最佳，其次是锦纶材料，芳香族聚酰胺材料的耐光性最差。

飞行员救生服装；主体材料；自然曝晒；特性值

0 引言

高分子材料在贮存和使用过程中受环境因素影响出现的性能下降现象称为老化。老化是高分子材料的一种属性，所有高分子材料都存在不同程度的老化现象。

日光能够促使纺织材料加速老化，尤其是在紫外光的幅照下，纤维的活化能增加，氧化速度加快。光和热在加剧纺织材料老化方面具有同等效应。纺织材料在日光直接照射后，一般将出现色泽泛黄、手感变硬、断裂强力下降和弹性下降等现象。将试样曝露于规定的环境条件下进行自然曝晒试验，通过测定试样表面的辐照量与试样性能的变化，可评定材料的耐气候性。

1 试验原理

将试样置于可代表某一气候类型区域的室外大气环境下进行自然大气曝露试验，使其经受阳光、气温、水分、氧、臭氧和其他环境因素的综合作用。按规定的暴露期限，定期检测特纺材料试样的外观、力学性能的变化，评价材料的耐环境老化腐蚀性能和使用寿命，并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理，为新产品的研制和开发提供环境可靠性设计、质量保证和制订标准提供理论依据。

2 试验对象

个体防护救生服装的使用寿命与产品所用的主体材料的寿命息息相关。

飞行员在12千米以上高空飞行时，需要配穿不同功能的救生服装。由于高空空气稀薄，光照强度高，因而必须深入研究材料的光照老化状况。

轻质高强阻燃织物是飞行员个体防护救生服装通用的材料，本试验选取轻质高强阻燃织物为试验对象进行自然曝晒，以了解其抗老化性能。

除衣面材料外，救生服装的张紧系统选用的是锦丝和涤丝类的调节带，因此本次试验还将锦丝带、涤丝带同时列为试验对象，进行性能对比，为救生服装产品寿命设计提供较全面的数据参考。

3 试验

3.1 试验期限

一般材料鉴定或考核认可试验至少12个月，新材料研究试验至少24个月，筛选、比对试验必须在湿热或干热带气候区域同时进行。国外材料环境老化试验专家认为应按照表1规定的曝晒试验时间：

表1 曝晒试验

3.2 曝晒场条件

自然曝晒地址选址中国海南省东部琼海市加积地区的海南汽车试验研究所试验场内。该场位于东经110°26ˊ，北纬19°45ˊ，海拔高度约20 m，四周空旷、场地平坦，并保持当地的自然植被状态，草高不超过200 mm。当地气象条件较稳定，每年的气象因素变化相似，有季节性的暴风雨、高温、高湿、降雨量充足等气候特点。年平均气温24℃，每年最热月份的最高气温平均34℃、最热月份最低气温平均25℃，年降雨量一般在2 000 mm以上，年均相对湿度85%，年日照时间为2 055 h，年太阳辐射量约为5 400 MJ/m2，是典型的东南亚湿热带环境气候。

曝晒场周围环境符合ISO 877、ASTM G7、SAE J576、GB/T 3511和GB/T 3681等有关要求，设有环境气象因素（如美国热电公司的气象监测设备能记录气温、相对湿度、大气压、风向、风速、太阳辐射量和雨量等数据）；配备各种要求的材料曝露装置、曝晒场地和曝晒试样表面温度测量设备等。

3.3 试验方式

试验为室外大气直接曝露试验。曝露方位为正南方向，与地平面成45°倾角，试验架下端离地高度大于500 mm。试样摆放形式见图1。

图1 自然曝晒试验状态

3.4 评价项目

本次自然曝晒试验的材料以纺织品为主，具体形式为布和带，自然曝晒后进行力学性能的老化评价。

3.5 取样时间

从投入试样开始进行自然曝晒试验，每间隔一个月取样一次，分别进行单位质量、断裂强力和断裂伸长率等项目的性能试验。

4 试验结果的分析和处理

4.1 材料特性值

3种材料的自然曝晒试验预期时间为1～2年，一般情况下按特性值断裂强度损失50%为终止界限，特殊情况据实处理。在试验过程中定期取样，根据材料的不同特性进行质量、断裂强力等项目的试验，并对试验数据进行整理，做出准确判断，以便确定试验是继续还是终止。试验结束后，将对试验数据进行回归整理，进行老化趋势的判断。

4.2 试验结果的分析及特性值变化趋势

4.2.1 轻质高强抗燃织物

轻质高强抗燃织物是由Nomex纤维与Kev⁃lar纤维混纺而成。芳香族聚酰胺纤维主要分为聚间苯二甲酰间苯二胺（Nomex）和聚对苯二甲酰对苯二胺（Kevlar），前者是在锦纶66的每个单元链节上加入二个芳香苯环取代亚甲基链节（—CH2—）4和（—CH2—）6。由于苯环的共扼效应，大分子链活动性变弱，刚性增大，耐热性随之提高。它不熔融，205℃下安全使用，350～370℃分解，400℃开始炭化，在火焰中难燃，离火自熄，水洗不影响阻燃性。芳香族聚酰胺还具有良好的耐辐射稳定性，在同剂量的X、β、γ射线辐射下，效果优于聚酰胺6。Kevlar纤维更具有强度高、弹性模量小、密度小、延伸率小、热稳定性好、耐振动、耐疲劳、耐应力开裂性较好、蠕变小、收缩率小、膨胀率小和尺寸稳定性好等特点。

由于Nomex纤维与Kevlar纤维均属于芳香族聚酰胺类，其大分子基团上含有酰胺键，每克分子离解能约为3.05×105J，日光中波长小于400Å的紫外线的能量，可使其发生裂解断键，强度下降，色泽变黄。因此随着自然曝晒时间的增加，轻质高强抗燃织物除外观色泽变化明显外（见图2），断裂强度急剧下降。八个月后，经向断裂强度从1 187 N降为342 N，降幅达71%；纬向断裂强度从1 287 N降为384 N，降幅达70%。

根据轻质高强抗燃织物断裂强度特性值的变化，绘出散点图（以经向为例，见图3）。结果显示，材料的经向断裂强力和曝晒时间之间几乎呈直线趋势，由此可对轻质高强抗燃织物的自然曝晒老化试验数据进行线性回归处理，得到估计方程。轻质高强抗燃织物的经向断裂强力的线性回归方程如下：

其中：x—自然曝晒时间，月

图2 轻质高强抗燃织物终止自然曝晒试验时外观

图3 轻质高强抗燃织物经向断裂强力变化散点

4.2.2 43-900练白涤丝带

43-900练白涤丝带采用涤丝为原料，经多股并捻得到不同结构的经、纬线，以平纹组织织造而成。43-900练白涤丝带手感柔软，具有强力高和伸长率有一定限制等特点。由于涤纶纤维本身耐光性较好，在自然曝晒过程中强力损失不明显，经过12个月的时间，断裂强力从原始的10 261 N下降为8 164 N，降幅十分缓慢，其对于用作救生服装的张紧系统主体材料十分有利。

4.2.3 26-600锦丝带

26-600锦丝带采用锦丝6作经线和纬线，以斜纹组织织造而成，具有强力高和伸长率有一定限制等特点。由于锦纶纤维本身耐光性较涤纶纤维差，在自然曝晒过程中强力损失较明显，经过8个月的时间，断裂强力从原始的7 082 N下降为4 784 N，降幅较快，其对于用作救生服装的张紧系统主体材料不利。

根据26-600锦丝带断裂强度特性值的变化绘出的散点图（见图4）。结果显示，材料断裂强力和曝晒时间之间大概呈直线趋势。26-600锦丝带的线性回归方程如下：

其中：x—自然曝晒时间，月

图4 26-600锦丝带断裂强力变化散点

5 结论

在一年的自然曝晒时间里，3种材料基本反映了各自的耐候性，尤其是耐光老化特性。试验数据结果显示，涤丝材料耐光性能最佳，其次是锦丝材料，芳香族聚酰胺材料耐光性最差。

飞行员救生服装结构复杂，配套材料品种较多，除本次试验选取的芳香族聚酰胺纤维、锦纶纤维和涤纶纤维等材料外，还有棉纤维类、超高强聚乙烯纤维类、粘胶类和涂覆织物类等，下一步研究方向将以本次试验为起点，全面开展特纺材料自然曝晒试验的研究。

Naturalexposure testofthe main materialfor pilotlifesaving clothing

Yang Guo-fu,Zhang Rong
(Hangyu Lifesaving E quipmentCo.，Ltd，Hubei441003,China)

The weakness of aromatic polyamide fiber is non-resistance to light.To obtain the property of light aging resistance for high-strength lightweight flame resistant fabric,the high-strength lightweight flame resistant fabric for common pilot lifesaving clothing is tested and naturally exposed,and which is compared with nylon.The results show that under the condition tested,the light resistance of polyester is the best,the next is nylon,the worst is aromatic polyamide.

pilot rescue clothing,main material,naturalexposure,characteristic value

TS107

1001-7046（2015）02-0004-04

2015-09-18

杨国甫，男，研究员，毕业于南京航空学院，现从事航空救生装备研制工作。