专利名称：网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速检测方法
技术领域：
本发明涉及农业水产技术领域网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性 检测方法。
背景技术：
我国生产网箱或渔具用聚丙烯纤维的生产厂家有上百家，其绳 索、网片和网线制品广泛应用于养殖网箱、捕捞渔具、交通运输和港 口装卸等领域，聚丙烯纤维的年需求量约35万t;养殖、捕捞领域 网箱或渔具用聚丙烯纤维有复丝、裂膜纤维、扁丝和圆丝等多种。近 年来，我国网箱养殖和远洋捕捞发展较快，网箱养殖和远洋捕捞的发 展对长期暴露在大气中的聚丙烯纤维的耐候性提出了更高要求，因 此，有必要进行聚丙烯纤维耐候性研究，为网箱或渔具用聚丙烯纤维 的改性研究和合理选配提供科学依据。聚丙烯纤维在其合成、贮存及 其加工和最终渔用的各个阶段都可能发生变质，即渔用聚丙烯纤维的 性能变坏，更为严重的是导致其结构与性能的变化，影响聚丙烯纤维 及其制品的正常使用，这就是网箱或渔具用聚丙烯纤维的老化现象。 影响网箱或渔具用聚丙烯纤维老化的外因主要为光、氧、热、海水、 拉伸、扭转与弯曲的复合作用，太阳光中的紫外线是使网箱或渔具用 聚丙烯纤维老化的最主要外因。对未加稳定剂的网箱或渔具用聚丙烯 纤维进行耐候性实验，是研究和评价网箱或渔具用聚丙烯纤维在一定 环境条件下耐候性、使用寿命和老化规律的有效方法，它对网箱或渔具用聚丙烯纤维的改性研究和合理选配具有重要意义。
与聚乙烯材料相比，聚丙烯纤维材料的最大缺点是耐候性差。我 国生产网箱或渔具用聚丙烯纤维厂家很多，但尚无对应的国家或行业 标准，人们长期无法用现有技术手段对其耐候性能进行快速检测导致 其耐候性很难得到保证，耐候性差的聚丙烯纤维材料既损害了网箱或 渔具用户的利益，又制约了现代渔业的发展，因此，网箱或渔具用聚 丙烯纤维耐候性快速检测问题的解决也就成了现有技术领域人们长 期悬而未决的技术难题。如果采用自然环境条件下耐候性试验对网箱 或渔具用聚丙烯纤维的耐候性进行测量，这虽然符合水产领域实际情 况并能保证材料应用中的可靠，但自然环境条件下耐候性试验存在两 个明显缺陷， 一是试验周期较长，至少需要10个月以上，完全赶不 上渔业生产和使用要求，另一是试验一般用单一指标(剩余强力保持 率)来表征试样的耐候性，这是不太确切的，耐候性检测应选用聚丙 烯纤维使用中最为重要的性能指标来考虑，并结合其他指标进行多指 标综合评价。自然环境条件下耐候性试验存在的缺陷既给渔业生产带 来了隐患，又制约了渔业的可持续健康发展。实验室进行的特定耐候 性试验既可模拟强化自然气候中的某些重要因素(如光、温度和湿
度)，又可縮短老化试验周期；由于实验室进行的特定耐候性试验的 试验条件可控，试验结果再现性和重复性好；通过较短时间的特定耐 候性试验，无疑对研究、近似评定或预测网箱或渔具用聚丙烯纤维的 耐候性是行之有效的，因此，可以用模拟强化自然气候中的某些重要 因素的特定耐候性快速检测方法来解决这个问题，但我国还没有网箱 或渔具用聚丙烯纤维人工快速老化检测方法国家或行业标准，迫切需 要一种用于表征网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性的快速检测方法。
发明内容
本发明需要解决的问题是縮短网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性 测试时间，提供一种网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速检测方法。
本发明的技术方案包括采样、暴露条件及耐候性试验程序、试样 承载装置上装样、耐候性试验、试样调湿平衡、荧光紫外灯试验箱、 聚丙烯纤维结晶度及拉伸力学性能检测，其特征是在距离绞(筒)装
聚丙烯纤维末端40m以上处采样；线密度、拉伸力学性能测试用样品 为lm长，8m长聚丙烯纤维剪碎处理并称重后用于结晶度测试；试验 箱供湿系统加入加湿用蒸馏水，把耐候性检测用聚丙烯纤维装在试样 承载装置上，再将试样承载装置编号后固定在试样架上；开机，按照 在黑标准温度63'C下辐照4h，在黑标准温度5rC下冷凝2h的暴露 条件编制耐候性试验程序；按运行按钮进行耐候性试验；耐候性试验 周期后定期取样和调换试样承载装置在试样架上的排列位置；试样在 (18±3)°C、 (60±10) 。/。下至少调湿平衡6h;荧光紫外灯试验箱配备 UVA -340型荧光UV灯(灯管长1.22m、额定功率40W)， UV灯在试验 箱内分装成两排且每排装4支灯，灯面与试样面及回转门面均平行， 灯面离试样面最近距离为53mm，辐照功率为0. 60W/nW，试验箱采用 BTC控温方式；在Perkin-Elmer型示差扫描量热仪进行DSC试验， 升降温速率都是10.(TC/min，测得耐候性检测前后试样的熔融热焓， 并计算出试样的结晶度；在INSTRON 4466型强力试验机专用夹具中 安装试样，试距为480mm，试样所施加的预加张力等于相同规格试样 230m长度的自重，在360mm/min拉伸速度下对试样进行拉伸直至断 裂，试样的拉伸负荷和屈服伸长率值从试验机的记录装置中记录并计 算；用天平称取lm长试样的质量，并计算出试样的线密度及拉伸强度；以耐候性后试样的结晶度保持率、拉伸强度保持率和屈服伸长率 保持率来快速评价聚丙烯纤维的耐候性；耐候性后聚丙烯纤维试样的 结晶度保持率、拉伸强度保持率和屈服伸长率保持率越高，则其耐候 性越好。
本发明由于检测过程以荧光紫外线作光源，模拟并强化对网箱或 渔具用聚丙烯纤维材料劣化影响最显著的短波段阳光光谱，并控制温 湿度使在试样上周期性的产生冷凝测试。本发明模拟聚丙烯纤维在实 际生产中被太阳光破坏的使用情况，与长期在自然环境条件下耐候性 试验(需要IO个月以上)取得的耐候性结果基本一致，特别适合于 快速检测聚丙烯纤维的耐候性，具有测定技术指标合理可靠、测试方 法切实可行的效果，为解决网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性的检测和 质量评价提供了一种快速有效的方法，为渔业工程人员改性或合理选 配材料提供了科学依据，较好地弥补现行水产标准体系的不足。
具体实施例方式
影响网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性测试结果的因素有试样调 湿平衡、z-uv荧光紫外灯试验箱技术要求、曝露条件、聚丙烯纤维
试样结晶度及拉伸力学性能检测条件、采样和试样处理、耐候性试验、 试样耐候性测定前后内部结构与性能测试、数据处理和结果表示。为 了防止和避免偏差，获得准确的评定结果，下面在说明具体测试方法 的同时，并就影响网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性测试结果的各种因 素，分别介绍实施本发明的最好方式。
实施测试的试验条件 '
试样应在(18土3)。C、 (60±10) yo下至少调湿平衡6h。 本发明采用Z-UV荧光紫外灯试验箱，荧光紫外灯试验箱须配备辐照用新的UVA -340型荧光UV灯(灯管长1.22m、额定功率40W)， 新灯管应用酒精擦拭表面以确保灯管表面洁净；当试验箱发出UV辐 射光能下降信号时，应立即更换所有UV灯；UV灯在试验箱内分装成 两排且每排装4支灯，灯面与试样面及试验箱回转门面都平行，试样 面距离灯面最近距离为53mm，辐照功率为0. 60W/薩S试验箱供湿系 统用水应采用蒸馏水，试验箱温度范围为(10 70) 。C，湿度范围为
(75 98) %;试样承载装置主要由铝合金及伸弹簧加工而成的矩形 构件，尺寸为75ramX150mm;试验箱采用BTC控温方式，让冷空气形 成自然对流，使箱内试验温度达到稳定。
Z-UV荧光紫外灯试验箱暴露条件为在黑标准温度63'C下辐照 4h，再在黑标准温度5rC下冷凝2h。
网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性测定前后试样结晶度与拉伸力 学性能检测条件本发明采用DSC试验测定聚丙烯纤维试样的结晶度 并以耐候性后试样的结晶度保持率作为快速评价聚丙烯纤维的耐候 性指标之一，结晶度是聚丙烯纤维使用中最为重要的性能之一；DSC 试验使用Perkin-Elmer型示差扫描量热仪，聚丙烯纤维经剪碎处理 后用天平称重；称重后进行制样；将制样置于示差扫描量热仪坩锅中 进行DSC试验；样品在N2保护中升温或降温，升降温速率均为10.0 °C/min，温度范围4(TC 20(TC，测得耐候性试验前后试样的熔融热 焓，并计算出试样的结晶度及耐候性后试样的结晶度保持率，耐候性 后聚丙烯纤维试样的结晶度保持率越高，则其耐候性越好。
网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性测定前后'试样的拉伸力学性能 测试使用INSTR0N 4466型强力试验机，试验机量程为500N,分辨率
为0.01N;聚丙烯纤维拉伸力学性能测试应使用INSTR0N 4466型强力试验机专用气动夹具，以避免聚丙烯纤维试样在夹具内打滑或由夹
具所引起的破坏导致聚丙烯纤维试样的断裂；聚丙烯纤维拉伸力学性 能测试用试距为480mm;聚丙烯纤维试样的拉伸速度为360mm/min; 聚丙烯纤维试样测试用预加张力等于相同材料、相同规格聚丙烯纤维 230m长度的自重。 采样和试样处理
在距离绞装或筒装聚丙烯纤维末端40ra以上处采样；线密度测试 用试样为l.OOOm长；聚丙烯纤维耐候性试验前后拉伸力学性能测试 用试样约为lm长；先将8m长左右的聚丙烯纤维进行剪碎处理，再用 天平称重，称重后一定重量的剪碎聚丙烯纤维用于结晶度测试。
试样应随机取样，并应保持结构状态不变，以防因结构状态改变 而影响聚丙烯纤维的性能；每一性能检测前试样都应在(18士3)i:、 (60±10) Q/。下至少调湿平衡6h。 网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性试验
加入加湿用蒸馏水至Z-UV荧光紫外灯试验箱加湿槽标识位置， 把聚丙烯纤维装在尺寸为75mmX150mm的矩形试样承载装置上，固定 时注意相邻聚丙烯纤维不能重叠，以免影响聚丙烯纤维耐候性试验效 果；再将试样承载装置编号后固定在试样架上，如有空缺必须以黑色 平板填满，以确保暴露条件；开机，接通电源，打开上位机，按照在 黑标准温度63'C下辐照4h，再在黑标准温度5rC下冷凝2h的暴露 条件编制Z-UV荧光紫外灯试验箱耐候性试验程序，Z-UV荧光紫外灯 试验箱耐候性试验程序共分10段，开机后从第'l段开始执行到第10 段，再返回到第2段，循环执行第2段到第10段的耐候性试验，具 体程序为程序第1段为升温段，从室温起开始升温至63°C，升温时间为52min，即执行程序的第2段；程序第2段温度为63°C， 63 T:下恒温时间为8min，即执行程序的第3段；程序第3段温度为63 °C，即开紫外灯，并执行程序的第4段；程序第4段温度为63°C， 63'C下辐照240min;程序第5段温度为63°C，关紫外灯，并执行程 序的第6段；程序第6段为降温段，降温时间持续60min，降温至51 °C，并执行程序的第7段；程序第7段温度为51°C， 5rC下冷凝 119min;程序第8段温度为5rC， 5rC下持续lmin;程序第9段为 升温段，升温时间持续30min，升温至63'C，并执行程序的第10段； 程序第10段温度为63'C，返回程序的第2段，从第2段循环；按运 行(RUN)按钮进行耐候性试验；耐候性试验周期后定期取样和调换 试样承载装置在试样架上的排列位置；定期取样、检查试样、检査加 湿槽和调换试样承载装置位置操作时均应按停机按钮中断试验，且要 求中断试验时间间隔要尽可能短，以免重新开机后改变暴露条件。
网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性测定前后试样的结晶度及拉伸 力学性能测试
自然环境条件下耐候性试验一般用单一指标(如剩余强力保持率 等)来表征试样的耐候性，这是不太确切的，耐候性检测应选用聚丙 烯纤维使用中最为重要的性能指标(如结晶度保持率等)来考虑，并 结合其他指标进行多指标综合评价。
区别于现有技术领域自然环境条件下耐候性试验一般用单一指 标(如剩余强力保持率等)来测量和评价试样的耐候性，本发明创造 性地通过结晶度保持率、拉伸强度保持率和屈服伸长率保持率等多个 指标来测量和评价试样的耐候性。聚丙烯纤维性能(如耐候性、力学 性能)的高低取决于试样本身的结构(如结晶度等)，结晶度为聚丙烯纤维使用中最为重要的性能指标之一，聚丙烯纤维的结晶度越高， 其性能(如耐候性、力学性能)越好；聚丙烯纤维结晶度保持率越高， 其耐候性越好；聚丙烯纤维力学性能保持率越高，其耐候性越好。本 发明通过聚丙烯纤维耐候性检测前后试样结晶度保持率的高低来表 征材料的耐候性，试样结晶度保持率越高，材料结构衰减越�。匣� 程度越�。牧夏秃蛐栽胶茫环粗匝峋Ф缺３致试降停牧辖� 构衰减越大，老化程度越大，材料越不耐老化，材料的耐候性越差。 网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性测定前后试样结晶度测试使用 Perkin-Elmer型示差扫描量热仪，聚丙烯纤维试样经剪碎处理后用 天平称重；称重后进行制样；将制样置于示差扫描量热仪坩锅中进行 DSC试验；样品在N2保护中升温或降温，升降温速率均为10. (TC/min， 温度范围4CTC 20(TC;测得耐候性试验前后聚丙烯纤维试样的熔融 热焓AH，并按公式(1)计算出试样的结晶度X。，熔融热焓AH和 结晶度X。均取一位小数。
式中
X。——聚丙烯纤维试样耐候性试验前(后)的结晶度，单位％; AH——聚丙烯纤维试样耐候性试验前(后)的熔融热焓，J/g; AH°——完全结晶聚丙烯的熔融热焓，取209.3J/g。
测定耐候性试验前后网箱或渔具用聚丙烯纤维试样的拉伸力学 性能。在INSTR0N 4466型强力试验机专用夹具中安装试样，试距为 480mm，试样所施加的预加张力等于相同规格试样230m长度的自重， 在360mm/min拉伸速度下对试样进行拉伸直至断裂，试样的拉伸负荷和屈服伸长率值从试验机的记录装置中记录并计算；用天平称取lm 长试样的质量M，并计算出试样的线密度R及拉伸强度"取有效测 定不低于20次的算术平均值(取有效数三位)。
网箱或渔具用聚丙烯纤维试样的线密度R及拉伸强度e按公式 (2)来计算
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中:
^——聚丙烯纤维试样的拉伸强度，单位cN/dtex;
一聚丙烯纤维试样的拉伸负荷，单位CN;
F-R-
聚丙烯纤维i式样的线密度，单位dtex; lm长聚丙烯纤维试样的质量，单位g。
网箱或渔具用聚丙烯纤维试样的结晶度保持率/ ,、拉伸强度保持 率A和屈服伸长率保持率A按公式(3) (5)来计算<formula>formula see original document page 12</formula>
A——聚丙烯纤维试样的结晶度保持率，单位％; X。t——聚丙烯纤维试样耐候性试验前的结晶度，单位％; X。2——聚丙烯纤维试样耐候性试验后的结晶度，单位％.
<formula>formula see original document page 12</formula>/1-
聚丙烯纤维试样的拉伸强度保持率，单位％;
聚丙烯纤维试样耐候性试验前的拉伸强度，单位cN/dtex; 聚丙烯纤维试样耐候性试验后的拉伸强度，单位cN/dtex。
A =Axloo
《 (5)
式中
/ 3——聚丙烯纤维试样的屈服伸长率保持率，单位％;
《——聚丙烯纤维试样耐候性试验前的屈服伸长率，单位％;
《——聚丙烯纤维试样耐候性试验后的屈服伸长率，单位％。
网箱或渔具用聚丙烯纤维试样的线密度、拉伸强度和屈服伸长率 的算术平均值、不匀率和变异系数按公式(6) (8)计算
n (6)
式中:
算术平均值；
被测物理指标每次测试值，取一位小数;
n——试样总数'
c=2(;
cU，x讓
式中
c-
不匀率；
被测物理指标算术平均数，取一位小数； 被测物理指标算术平均数以下的平均数，取一位小数;
n-试样总数； '
y——被测物理指标算术平均数以下的试样数。
CK(%) = ^xlOO
x ■ (8)式中
CV——变异系数； S——标准偏差，取一位小数； ^——被测值的平均值，取一位小数。
由于本发明的检测过程以荧光紫外线作光源，模拟并强化对网箱 或渔具用聚丙烯纤维材料劣化影响最显著的短波段阳光光谱，并适当 控制温湿度使在试样上周期性的产生冷凝测试。本发明模拟聚丙烯纤 维在实际生产中被太阳光中的紫外线破坏的使用情况，与长期(至少 需要10个月以上)将网箱或渔具用聚丙烯纤维自然环境条件下耐候 性试验所取得的耐候性结果基本一致，特别适合于快速检测聚丙烯纤 维试样的耐候性，如果根据网箱或渔具用材料的自然老化时间来确定 保险寿命，这虽然符合实际情况，但需要的时间太长，赶不上生产和 使用要求，用快速、科学的人工快速老化检测方法来探讨解决这个问 题是非�？尚泻捅匾模虼耍痉⒚骶哂胁舛际踔副旰侠砜煽浚� 测试方法切实可行的技术效果。本发明为解决网箱或渔具用聚丙烯纤 维耐候性的检测和质量评价提供了一种快速有效的方法，为渔业工程 人员改性或合理选配网箱或渔具用聚丙烯纤维材料提供了可靠依据， 较好地弥补现行水产标准体系的不足。
权利要求
1、网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速检测方法，包括采样、暴露条件及耐候性试验程序、试样承载装置上装样、耐候性试验、试样调湿平衡、荧光紫外灯试验箱、聚丙烯纤维结晶度及拉伸力学性能检测，其特征是在距离绞(筒)装聚丙烯纤维末端40m以上处采样；线密度、拉伸力学性能测试用样品为1m长，8m长聚丙烯纤维剪碎处理并称重后用于结晶度测试；试验箱供湿系统加入加湿用蒸馏水，把耐候性检测用聚丙烯纤维装在试样承载装置上，再将试样承载装置编号后固定在试样架上；按照在黑标准温度63℃下辐照4h，在黑标准温度51℃下冷凝2h的暴露条件编制耐候性试验程序；按运行按钮进行耐候性试验；耐候性试验周期后定期取样和调换试样承载装置在试样架上的排列位置；试样在(18±3)℃、(60±10)％下至少调湿平衡6h；试验箱须配备UVA-340型荧光UV灯(灯管长1.22m、额定功率40W)，UV灯在试验箱内分装成两排且每排装4支灯，灯面与试样面及回转门面均平行，灯面离试样面最近距离为53mm，辐照功率为0.60W/mm2，试验箱采用BTC控温方式；在Perkin-Elmer型示差扫描量热仪进行DSC试验，升降温速率都是10.0℃/min，测得耐候性检测前后试样的熔融热焓，并计算出试样的结晶度；在INSTRON 4466型强力试验机专用夹具中安装试样，试距为480mm，试样所施加的预加张力等于相同规格试样230m长度的自重，在360mm/min拉伸速度下对试样进行拉伸直至断裂，试样的拉伸负荷和屈服伸长率值从试验机的记录装置中记录并计算；用天平称取1m长试样的质量，并计算出试样的线密度及拉伸强度；以耐候性后试样的结晶度保持率、拉伸强度保持率和屈服伸长率保持率来评价聚丙烯纤维的耐候性。
2、 根据权利要求1所述的网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速 检测方法，其特征是荧光紫外灯试验箱耐候性试验程序共分10段， 开机后从第1段开始执行到第10段，再返回到第2段，循环执行第 2段到第10段的耐候性试验，具体程序为程序第1段为升温段， 从室温起开始升温至63°C，升温时间为52min，即执行程序的第2段； 程序第2段温度为63'C， 63'C下恒温时间为8min，即执行程序的第 3段；程序第3段温度为63C，即开紫外灯，并执行程序的第4段； 程序第4段温度为63。C， 63。C下辐照240min;程序第5段温度为63 °C，关紫外灯，并执行程序的第6段；程序第6段为降温段，降温时 间持续60min，降温至5rC，并执行程序的第7段；程序第7段温度为5rc， 5rc下冷凝ii9min;程序第8段温度为5rc， 5rc下持续lmin;程序第9段为升温段，升温时间持续30min，升温至63。C，并 执行程序的第10段；程序第10段温度为63'C，返回程序的第2段， 从第2段循环。
3、 根据权利要求1所述的网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速 检测方法，其特征是INSTRON 4466型强力试验机，试验机量程为500N， 分辨率为0. OIN。
4、根据权利要求1所述的网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速 检测方法，其特征是试验箱温度范围为10 70°C，湿度范围为75 98% 。
5、根据权利要求1所述的网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速 检测方法，其特征是试样承载装置为尺寸75隨X 150腿的矩形构件。
全文摘要
网箱或渔具用聚丙烯纤维耐候性快速检测方法，涉及聚丙烯纤维耐候性检测，需要缩短测试时间，本发明包括采样、暴露条件、耐候性试验、调湿平衡、试验箱、纤维结晶度及拉伸性能检测，其特征是在距纤维末端40m处采样；按在黑标准温度63℃下辐照4h，在黑标准温度51℃下冷凝2h的暴露条件编制试验程序；试样在(18±3)℃、(60±10)％下调湿平衡6h；试验箱荧光UV灯分两排且每排装4支灯；在示差扫描量热仪进行DSC试验，测得耐候性检测前后试样的熔融热焓，并计算出试样的结晶度；在360mm/min拉伸速度下对试样进行拉伸直至断裂，并计算出试样的线密度及拉伸强度。本方法用于渔用聚丙烯纤维耐候性快速检测。
文档编号G01N9/02GK101539503SQ20081003469
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者姜泽明, 王鲁民, 石建高, 陈雪忠 申请人:中国水产科学研究院东海水产研究所
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