加熱與預力過程對聚酯纖維抗張與潛變特性之影響

劉兆馳

指導教授 ： 謝啟萬

國立屏東科技大學/工學院/土木工程系所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2009.00060

摘要

聚酯地工格網製程中，其表面包覆材聚氯乙烯在受烘烤時的高溫、時間與前後滾軸轉動速差所產生的張力等環境因素，可能會對聚酯纖維造成影響，所以本研究將以聚酯纖維紗進行加熱與預力，探討纖維紗受製程之應力應變關係。
本研究採用單位重分別為Type-A 2000丹尼及Type-B 1500丹尼之聚酯纖維紗，係依據ASTM D2256標準測試法之紗線抗張強度測試進行不同環境溫度(20℃~150℃)下的抗拉試驗，及ASTM D5262進行加熱(150℃、170℃與180℃)與預力前後之傳統潛變試驗，於試驗前先進行纖維紗基本試驗、抗張強度試驗與傳統潛變試驗，將抗拉強度試驗所得之極限抗拉強度以百分比表示，作為製程時之預力與1000小時傳統潛變試驗之荷載，並探討聚酯纖維紗之工程特性。
結果顯示，不同環境溫度下抗拉試驗而言，聚酯紗線隨著環境溫度升高，其強度會隨之降低；而Type-A與Type-B聚酯纖維分別在80℃與60℃時強度就有明顯下降，其每攝氏度折減率分別為-0.24%/℃與-0.32%/℃，且強度較上一個溫度下降7.2%與9.1%，由此推測，此二溫度為本研究兩種聚酯紗線之玻璃轉移溫度(Tg)。而Type-A與Type-B之玻璃轉移溫度分別為69.9℃與69.8℃。
當加熱溫度為150℃、170℃、180℃且預荷重為0%UTS與5%UTS之加熱與預力過程中，觀測聚酯紗線已呈現收縮情形，分別為Type-A收縮1~10%，Type-B收縮2~12%；然而在加熱過程之預荷重至少在10%UTS作用下能排除紗線收縮；而在20%、30%UTS預荷重下的聚酯紗線為伸長現象，其抗拉試驗之應力應變曲線初期也近似直線之衰退曲線，與未經加熱與預力過程之對照組S型曲線有較大的差異。所以經由150℃、170℃、180℃加熱溫度與20%、30%、50%UT預力過程後，能有效降低極限抗拉延伸率約1.3~3.5%之間。
而由150℃、170℃加熱溫度與20%、30%、50%UTS預荷重作用後，進行1000小時潛變試驗，其初始延伸率將隨著預荷重的逐漸增加而降低，與未經加熱與預力過程之對照組比較之下，Type-A降低1.6~2.3%，Type-B降低1.8~2.2%；並且經由加熱與預力過程後，其潛變模數分別為Type-A 在1.095~1.358 N/denier之間，Type-B在1.166~1.283 N/denier之間；與對照組之潛變模數Type-A：0.843 N/denier與Type-B：0.855 N/denier比較後有明顯提升，顯示當加熱過程之預荷重逐漸增加時，潛變模數也隨之增加。就潛變率而言，也由加熱與預力之預荷重20%~50%UTS的增加，而使Type-A介於0.056~0.087 %/Log(t, hour)，Type-B介於0.016~0.081 %/Log(t, hour)，與對照組之潛變率Type-A：0.098 %/Log(t, hour)、Type-B：0.087 %/Log(t, hour)比較之下，也呈現出經加熱與預力過程後，潛變率有漸趨平緩的現象。而在SEM觀察下製程溫度愈高，造成纖維絲表面粗糙愈明顯；而在潛變試驗後，表面也因長期張力作用下，有凹陷與波紋面產生。

關鍵字

傳統潛變 ； 聚酯紗線 ； SEM

參考文獻

11. 胡寶麟，（1999），「從AASHTO M288-96規範談地工織物之設計與應用」，地工技術雜誌，第71期，第5~14頁。

26. 謝啟萬，（1999），「地工合成材料常用檢測法簡介」，地工技術雜誌，第71期，第13~28頁。

33. den Hoedt, G., （1986）, “Creep and Relaxation of Geotextile Fabrics,”J. Geotextiles and Geomembranes, Vol. 4, No. 2, pp.83~92.

37. Jeon, H. Y., Kim, S. H., and Yoo, H. K., （2002）,“Assessment of Long-Term Performances of Polyester Geogrids by Accelerated Creep Test,”Polymer Testing 21, pp.489~495.

1. 王貴恆，(2003)，「高分子材料成型加工原理」，化學工業出版社。