熔紡氨綸結構和性能的研究

2010-01-17 03:18:45劉偉時薛孝川司徒建崧肖水波

化纖與紡織技術 2010年3期

劉偉時，薛孝川，司徒建崧，肖水波

(廣東省化學纖維研究所，廣東廣州 510245)

氨綸應用于織物中能顯著地提高織物的彈性及尺寸穩定性，用氨綸彈力織物制成的服裝，穿著時保形性良好且舒適合體，因此氨綸作為高彈性纖維越來越普遍在棉、毛、絲及合成纖維等各種面料及服裝中使用。熔融紡絲法生產的氨綸(簡稱熔紡氨綸)是一種功能性、差別化纖維，相對于干法紡絲生產的氨綸(簡稱干紡氨綸)，其生產工藝流程簡單、設備投資低、生產效率高，易于實現氨綸的高速化和細旦化，生產過程中無須使用溶劑，纖維產品不含溶劑殘留物，屬于健康環保的綠色纖維，是今后氨綸纖維發展的主要品種[1]。

如今，“無氨不成布”的理念越來越深入，有關氨綸纖維的研究論文和成果也屢見于報刊雜志，但多限于干紡氨綸，對于熔紡氨綸的研究報道不多，從微觀結構上研究熔紡氨綸的論文更是少見[2]。本文采用紅外光譜和熱分析方法，研究了熔紡氨綸的分子結構并與TPU切片、干紡氨綸的結果進行了比較、分析。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

熱塑性聚氨酯(TPU)切片(2180A，巴斯夫)，交聯劑(PLP9206，巴斯夫)，干紡氨綸(Lycra,22.2 dtex,英威達)，熔紡氨綸A(22.2 dtex，自紡)。

1.2 儀器與實驗方法

1.2.1 紅外光譜分析(FTIR)測試

按照GB/T 6040-2002紅外光譜分析法通則，采用德國布魯克公司Vector 33 型傅里葉變換紅外光譜儀測試試樣紅外吸收曲線。測試試樣采用KBr壓片，背景掃描16次，樣品掃描16次，掃描范圍：4 000 ～400 cm-1。

1.2.2 差示掃描量熱法(DSC)測試

采用美國TA 公司全自動差示掃描量熱儀DSC Q20測定試樣DSC曲線，在N2氣氛條件下進行，升溫速率10 ℃/min,設定溫度范圍：-70～300 ℃，往返掃描兩次。

1.2.3 熱重分析(TG-DTG)測試

采用美國TA 公司熱失重分析儀 TGA Q5000測定試樣TG-DTG曲線，分析試樣耐熱性能。

2 結果與討論

2.1 FTIR光譜分析

圖1中，(a)、(b)、(c)、(d)分別為干紡氨綸Lycra、本實驗所用的TPU切片、交聯劑及自紡熔紡氨綸A紅外吸收曲線圖。

圖1 紅外光譜圖

2.2 DSC分析

圖2(a)、2(b)、2(c)分別為干紡氨綸Lycra、TPU切片和熔紡氨綸A的DSC分析曲線。

(a) Lycra

(b) TPU切片

從圖2(a)可知，Lycra曲線在冷卻降溫(退火)過程中在-13～-14 ℃附近存在結晶峰，第二次升溫掃描過程中在21～22 ℃附近有結晶熔融峰，而圖2(b)TPU切片、圖2(c)熔紡氨綸A曲線上結晶峰不明顯，說明干紡氨綸軟段存在明顯結晶現象，TPU切片和熔紡氨綸軟段結晶現象不明顯，這是因為在熔紡氨綸A中TPU切片與交聯劑反應形成交聯點，使具有長折疊周期的片晶的生長受到限制，使尺寸大的結晶生長受到限制。同時，Lycra曲線中的Tg(玻璃化溫度)要比熔紡氨綸A曲線低，說明干紡氨綸微相分離程度要比熔紡氨綸高。對比TPU切片、熔紡氨綸A曲線，TPU切片曲線第一次升溫掃描時在143.09 ℃處有熔融峰，退火后第二次升溫掃描時此峰消失，熔紡氨綸A曲線上始終沒有此峰出現，說明TPU切片硬段中存在局部有序排列或微晶，它經熔融交聯后，硬段中引入了化學交聯鍵，破壞了硬段的規整性，加上交聯鍵的空間位阻作用，使得硬段中遠程有序結構或者結晶被破壞，所以熔紡氨綸的DSC曲線中沒有熔融峰；TPU切片曲線上第二次升溫時熔融峰消失，是因為第一次升溫至300 ℃的過程中，TPU切片發生了熔融流動，改變了分子的聚集狀態。同時從兩者曲線上可以看出，熔紡氨綸A曲線上所示的Tg要比TPU切片曲線中低7 ℃左右，說明交聯鍵引入后，熔紡氨綸中微相分離程度變大[5]。