纤维、塑料和橡胶品质的特征分析

材料的品质首先取决于材料固有的性质，也取决于材料及制品加工的品种、加工工艺和加工方法。

从材料学角度考虑，纤维、塑料和橡胶的性能大致可归纳为物理性能、力学性能和稳定性能等几方面。但是由于各种材料固有性质的差异，其使用性能要求和用途各有不同，因此不能采用完全相同的品质指标来表征和评价。即使是同一类材料中的不同制品，也要根据其使用要求的不同，采用不同的品质指标或附加品质指标来表征。

（一）纤维的品质指标

（1）物理性能指标：线密度、密度、光泽、吸湿性、热性能、电性能等。

（2）力学性能指标：断裂强度、断裂伸长率、初始模量，断裂功、回弹性、耐多次变形性等。亦可将纤维的物理性能指标与纤维的力学性能指标统称为物理-力学性能指标。

（3）稳定性能指标：对高温和低温的稳定性（实际上属于热性能）、对光-大气的稳定性（耐光、耐气候性）、对高能辐射的稳定性、对化学试剂（酸、碱、氧化剂、还原剂、溶剂等）的稳定性、对微生物作用的稳定性（耐腐蚀性、防蛀性）、耐（防）燃性、对时间的稳定性等。

（4）加工性能指标：包括纺织加工性能和染色性。纺织加工性能包括纤维的抱合性、起静电性（属于电性能）、静态和动态摩擦系数等；染色性包括染色难易、上色率和染色均匀性。对帘子线纤维则主要是指与橡胶的黏合性。

（5）长丝品质的补充指标包括毛丝数、油污丝数等。

（6）短纤维品质的补充指标包括切断长度和超倍长纤维含量、卷曲度和卷曲稳定度等。

（7）纤维实用性能指标包括保形性、耐洗涤性、洗可穿性、吸湿性、导热性、保温性、抗沾污性、起毛起球性等。

下面介绍反映化学纤维品质的几个主要指标。

1.线密度线密度表征纤维的粗细程度，过去称为纤度。线密度的法定计量单位为特（tex）或分特（dtex）。

1000m长纤维的质量（克）称为“特”；1000m长纤维质量（以分克表示时）称为“分特”（1克=10分克）。例如1000m长纤维重量为1g，则该纤维的线密度为1tex或10dtex。

表示线密度的单位还有“公支”和“旦”，但它们都不是法定计量单位；9000m长纤维的质量（克）称为“旦”；单位质量（以克计）纤维所具有的长度（以米计）称为公支。

特和旦为定长制，数值越大，表示纤维越粗；公支则为定重制，数值越大，则纤维越细。

特、分特、旦和公支数的数值换算关系为：特数×公支数=1000。

2.断裂强度断裂强度是指纤维的抗拉强度，即测定纤维在标准状态下受恒速增加的负荷作用直至断裂时的负荷值。

如果负荷是以力的大小表示，称为断裂强力，单位为牛（N）。

如果负荷是以纤维单位面积所受的力的大小表示，则称为断裂强度，单位为帕（Pa）或千帕（kPa）。

断裂强度也可以是以纤维的单位线密度所受力的大小表示，计量单位为牛/特（N/tex）或厘米/分特（cN/dtex），过去较常用的单位为克/旦（非法定计量单位）。几种单位的数值换算关系如下：

1g/旦=0.0882N/tex=8.82cN/tex=0.882cN/dtex

3.断裂伸长断裂伸长表征纤维的延伸性。它是指在标准状态下纤维受恒速增加的拉伸负荷作用，直到断裂时，其长度的增加值（mm）。纤维的断裂伸长与其原长之比值（%）称为相对伸长率或断裂伸长率。

在相同断裂强度下，断裂伸长较大的纤维手感比较柔软，并具有较好的韧性，在纺织加工或在服用时可以缓冲所受到的力。但断裂伸长不宜过大，普通纺织纤维的断裂伸长率在10%～30%范围内较合适。

4.初始模量初始模量是指纤维受拉伸使其伸长达原长1%时所需的负荷。即纤维拉伸负荷-伸长曲线（S-S曲线）起始一段直线部分的斜率，单位为N/tex、cN/dtex，也用Pa或MPa。

初始模量是纤维抵抗小负荷下形变能力（亦即对小延伸的抵抗能力）的量度。初始模量越大，在同样负荷作用时纤维和织物越不容易形变，形状改变越少，这对大多数服用纤维及其织物和产业纤维（如轮胎帘子线）及其制品都具有重要意义。

5.回弹性回弹性是指纤维受拉伸力作用而伸长，当外力撤除后伸长的可回复程度。伸长可回复程度越高（即剩余伸长形变越小），则其回弹性越好。纤维回弹性可用弹性回复率来表征：

弹性回复率有两种测定方法，一种叫定负荷弹性回复率，测定时对试样施加一定的负荷；另一种叫定伸长弹性回复率，测定时给予试样一定的伸长，如2%、3%或5%等。

根据纤维试样所受力作用的次数，弹性回复率又分为一次负荷弹性回复率（即拉伸一次后的弹性回复率）和多次循环负荷弹性回复率（即多次循环拉伸后累计的弹性回复率）。(www.xing528.com)

6.耐疲劳性（耐多次变形性）耐疲劳性是反映纤维对多次变形作用的稳定程度，通常以耐双折挠次数表示。测定的方法是在特制的仪器上将试样反复折挠（折挠并回复），计算纤维断裂前能经受的折挠次数。经受的次数越多，纤维的耐疲劳性能越好。

7.纤维的负荷-伸长曲线及纤维断裂功表示纤维轴向应力-应变的关系曲线称为负荷-伸长曲线，即张力-延伸曲线，简称S-S曲线（图1-1）。S-S曲线能直观地说明纤维的力学性能。曲线起始的一段近似于直线，其斜率较大，可表征纤维的初始模量；随着负荷增大，纤维延伸性增加，曲线变得平缓，在两段线之间有一个转折点（K），称为屈服点，K所对应的两坐标点分别为屈服应力（屈服强度）和屈服应变（屈服伸长）；曲线的终点（R）为纤维的断裂点，R对应的两坐标点分别为断裂应力（断裂强度）和断裂应变（断裂伸长）；曲线下覆盖的面积（面积OKREO）表示外力对纤维所做的功，也就是纤维受拉伸直至断裂所吸收的总能量，称为纤维的断裂功，它是表征纤维韧性和耐冲击能力的重要指标。

（二）塑料的品质指标

反映塑料品质的主要指标有：

图1-1　纤维负荷-伸长曲线示例

（1）物理性能指标：密度、吸水性、光学特性（包括光泽、透光度和雾度、白度、折射率）、热性能（包括在规定条件下测定的热变形温度、长期使用时的最高和最低温度）、电性能（包括介电常数、表面电阻、体积电阻、介质损耗、击穿电压）、防磁性、消音性等。

（2）力学性能指标：抗张强度、抗弯强度、冲击强度、疲劳强度、剪切强度、伸长率、弹性模量、耐磨性和硬度等。

（3）稳定性能指标：耐老化性（包括对日光、大气、射线的作用和作用时间的稳定性）、耐化学品（酸、碱、氧化剂、有机溶剂）作用稳定性、耐热性（属热性能）、耐（阻）燃性和耐生物作用性等。

此外，对于某些用途的塑料及其制品，需附加某些特殊性能指标，如用于食品包装的容器或薄膜，则应有卫生性能指标。

（三）橡胶的品质指标

反映橡胶品质的主要指标有：

（1）物理性能指标：密度、硬度、热性能、电性能、脆折温度、挥发组分含量、灰分含量等。

（2）生胶的加工性能：可塑度、门尼黏度和门尼焦烧等。

（3）硫化胶的力学性能指标：抗张强度、定伸强度、伸长率、弹性模量（数）、耐磨性能、耐疲劳性能等。

（4）稳定性能指标：硫化胶耐化学试剂（酸、碱、有机溶剂）腐蚀性、耐油性、耐老化性（光、射线、大气中的氧、臭氧和水汽等）、耐热性（属于热性能）、耐（阻）燃性和耐生物作用性等。

下面介绍橡胶品质的几个主要指标：

1.定负荷压缩塑性（威氏可塑度）它是用威廉姆氏塑性计测定的一定时间、一定温度和一定负荷作用下试样的压缩形变量及去负荷后的形变恢复能力，用以表征胶料的可塑性。此指标为无因次量。

2.门尼黏度它是用门尼黏度计（转动黏度计）测定胶料的转动黏度，实际上是测定硫化胶料在一定温度（100℃）、压力（3.4～5.9MPa）下作用4min时的抗剪切能力。根据门尼黏度的大小可预测橡胶加工性能的好坏。门尼黏度高，说明同种胶料相对分子质量大，可塑性小；反之则相对分子质量小，可塑性大。但门尼黏度并不能定量测定胶料具体的相对分子质量，也不能反映相对分子质量分布的情况。门尼黏度的单位为牛·米（N·m）或牛·厘米（N·cm）。

3.门尼焦烧它是根据门尼黏度的变化，测定混炼胶料在一定温度（120℃）、压力（3.4～5.9MPa）下开始硫化的时间（min）。

4.定伸强度试样在一定伸长（500%、300%或100%）时原横截面上单位面积所受的力。法定计量单位为帕（Pa）或兆帕（MPa），也有用kgf/cm2（非法定计量单位）。

5.永久变形指试样扯断停放3min后的伸长率（%）。

6.邵氏硬度A指外力将硬度计压针压在橡胶试样表面时，指针所指的刻度值。

7.摆锤式冲击弹性指摆锤自一定高度冲击试样时，弹回的高度与原高度的比值（%）。

8.有效弹性和滞后损失试样除去外力时所释出的功同伸长时所消耗的功之比（%），即为伸张有效弹性；伸长及回缩过程中所损失的能量与拉伸时所做的功的比值为滞后损失（%）。

9.阿克隆磨耗量在一定的倾斜角度和一定的负荷作用下，试样经一定行程后在砂轮上的磨损体积，单位为cm3/km。

对于不同用途的橡胶材料及其制品，侧重于不同的性能要求或者需求附加评价项目和指标。