干濕熱處理對 PET/PTT纖維結構與性能的影響

蔡 磊 李發學 王學利 錢競芳

(東華大學紡織學院,上海 201620)

干濕熱處理對 PET/PTT纖維結構與性能的影響

蔡 磊 李發學 王學利 錢競芳

(東華大學紡織學院,上海 201620)

通過對 167dtex和 111dtex聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)/聚對苯二甲酸丙二醇酯 (PTT)雙組分復合纖維的卷曲率、拉伸性能、聲速取向及外觀形態的測試,研究了干濕熱處理對纖維結構與性能的影響。結果表明:經干、濕熱處理后,纖維的斷裂強度、聲速值較處理前有顯著下降,而卷曲率和斷裂伸長率則明顯著上升;濕熱處理較干熱處理對 PET/PTT復合纖維斷裂強度的影響較小。

聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維 聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維 復合纖維 干熱 濕熱 卷曲性能

聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸丙二醇酯 (PET/PTT)雙組分自卷曲纖維是由 PET和PTT兩種高聚物經并列紡絲而制成的一種復合纖維。由于 PET和 PTT兩種組分在復合纖維截面上是并列的排列,形成了類似羊毛正、偏皮質層的分布,使纖維呈現出永久的三維卷曲而具有了優良的彈性、蓬松性和良好手感等服用性能。有研究表明,復合質量比為 50/50的 PET/PTT復合纖維具有良好的卷曲牢度和彈性回復性[1]。為了獲得良好的蓬松性和手感,PET/PTT雙組分纖維織物在后整理中要進行熱處理。為此,作者選用線密度為 167 dtex/72 f和 111dtex/72f的兩種復合纖維 (PET/PTT復合質量比均為 50/50)為研究對象,研究其在干濕熱條件下性能的變化,為復合纖維的應用和高彈性面料開發提供指導。

1 實驗

1.1 試樣

PET/PTT復合纖維試樣 1#,2#,復合質量比均為 50/50,線密度分別為 167 dtex和 111 dtex,浙江古纖道股份有限公司提供。

1.2 試樣處理

參照 GB/T 6505—2008合成纖維長絲自然熱收縮率試驗方法。在恒溫恒濕條件下平衡 2 h后,試樣下懸掛 0.75 cN/tex的張力錘 30 s以消除試樣卷曲而達到伸直狀態。

將量好長度的試樣放入干熱空氣加熱箱進行干熱處理。處理溫度 180℃,處理時間 30 min,然后取出平衡 30 min待測。

將量好長度試樣用紗布包好,放入 100℃沸水中處理 30 min,取出試樣調濕處理 1 h,然后置于標準大氣條件下平衡 2 h待測。

1.3 分析測試

卷曲率 (S):根據 GB/T 14338—2008合成纖維卷曲率測試方法,在試樣下懸掛 0.001 8 cN/tex的輕負荷,30 s后在M點 (上夾持點)和 20 cm處 (N點)做標記 (L1),卸下輕負荷,立即在試樣下掛 0.075 cN/tex的重負荷,30 s后記錄M與 N點之間長度 (L2),計算試樣的S[2]:

拉伸性能:室溫下利用山東萊州電子儀器廠的 YG061—1500單紗強力儀對經過干濕處理的試樣進行拉伸實驗。拉伸間距為 250 mm,拉伸速度250 mm/min。

聲速取向:采用東華大學 SCY—Ⅲ型聲速取向測量儀對處理前后試樣進行測試。

纖維形態:采用美國科視達公司的 KH-100型數字式三維視頻顯微測量系統,對處理前后纖維形態進行觀察,放大倍數為 100。

2 結果與討論

2.1 卷曲性能

由表 1可看出,經過處理后兩種復合纖維的S明顯增大,且干熱處理卷曲效果較濕熱處理效果更加明顯。對于 1#試樣,濕熱處理使纖維S由7.5%增加到 27.78%;而干熱處理S則增加到33.48%,比濕熱處理增大 5.7%。處理溫度對復合纖維的卷曲性能具有重要影響,處理溫度的升高會使纖維大分子鏈的解取向增加,導致纖維卷曲變得更加充分。

表 1 干濕熱處理前后 PET/PTT復合纖維的 STab.1 Sof PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

從表 1還可看出,未處理時 2#試樣的S大于1#試樣,處理后卻小于 1#試樣,這說明不同線密度的纖維經熱處理后卷曲性能有一定差異。

2.2 力學性能

從表 2可以看出,經干濕熱處理后,1#試樣的斷裂強度較未處理時有明顯下降,但濕熱處理比干熱處理對復合纖維斷裂強度的影響較小。對2#試樣也有相同的實驗結果。

表 2 干濕熱處理前后 PET/PTT復合纖維力學性能Tab.2 M echan ical properties of PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

從表 2還可看出,干濕熱處理后復合纖維的斷裂伸長率較未處理纖維有顯著增加。濕熱處理后,復合纖維斷裂伸長率較干熱處理增加更加顯著。1#試樣濕熱處理后的斷裂伸長率比干熱處理高 7.9%,這與該纖維斷裂強度的變化趨勢相同。對比干濕熱處理后 2種纖維的強伸度測試結果可知,纖維線密度對斷裂強度和斷裂伸長率的影響并不明顯。這是由于干濕熱處理對纖維強伸性影響較復雜。干濕熱處理過程中,纖維內部主要發生兩種變化:非晶區大分子鏈的解取向和結晶。解取向的結果使大分子鏈收縮、分子鏈的排列整齊度下降,宏觀上則表現為纖維收縮、強度降低。當對纖維施加外力時,收縮的大分子鏈更容易伸長,使纖維延伸性能提高。纖維斷裂強度下降,斷裂伸長率顯著提高,表明其大分子鏈的整齊度降低,解取向程度增加,大分子取向度下降[4]。由于干濕熱處理使纖維解取向程度增加,取向度下降,因此宏觀上表現為纖維斷裂強度降低,斷裂伸長率增加。

2.3 纖維的形態變化

由圖 1可看出,1#復合纖維經干濕熱處理后,其縱截面由未處理時大而稀疏、卷曲曲率小的卷曲變為卷曲曲率大、細而密的明顯三維卷曲,蓬松性明顯增加。從纖維形態上看,干熱處理和濕熱處理對纖維卷曲影響差別并不明顯,2#復合纖維經干濕熱處理后同樣產生明顯的卷曲現象,與表1中所反映結果相吻合。由于兩組分收縮率的差異,使復合纖維內部產生應力不勻,從而產生卷曲現象。

圖 1干濕熱處理前后 PET/PTT復合纖維的縱截面形態Fig.1 Longitudinal section morphology of PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

2.4 纖維的取向結構

由表 3可以看出,經干、濕熱處理后,PET/PTT復合纖維的聲速值明顯下降。對于 1#復合纖維,干熱處理后聲速值從 1.61 km/s降低到 1.02 km/s,降幅達 36.65%;而對于 2#復合纖維,經過干熱處理后聲速值從 1.66 km/s降為 0.87 km/s,降幅達 47.59%;而濕熱處理的 1#試樣聲速值降至 1.13 km/s,2#試樣的聲速值降至 0.98 km/s。這說明干熱處理與濕熱處理相比,更能促進纖維大分子鏈的解取向。

表 3 干濕熱處理前后 PET/PTT復合纖維的聲速值Tab.3 Sonic velocity of PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

干熱處理和濕熱處理都使纖維聲速值產生大幅變化,說明干濕熱處理使復合纖維的大分子發生明顯的解取向作用。干熱處理通過熱空氣直接作用于纖維,濕熱處理則由熱空氣和水分子共同對纖維產生作用,使纖維分子鏈的排列發生變化,纖維的解取向程度增加,進而使得纖維強度下降,斷裂伸長率上升,這與纖維的斷裂強度變化趨勢基本保持一致。纖維大分子結構的變化通過拉伸性能變化反映出來。

3 結論

PET/PTT復合纖維濕熱處理比干熱處理對其纖維作用緩和;濕熱處理后復合纖維S小于干熱處理,并且處理后復合纖維斷裂強度下降沒有干熱處理更加明顯。干、濕熱處理后,PET/PTT復合纖維的大分子取向度下降,因此形態和力學性能有了很大的改變,纖維S增大,斷裂強度降低,斷裂伸長率變大。

[1] 孫宏,來侃,孫潤軍.PET/PTT復合纖維工藝性能研究[J].西安工程大學學報,2006,20(6):706-709.

[2] 余序芬,鮑燕萍,吳兆平,等.紡織材料實驗技術[M].北京:中國紡織出版社,2004:178-179.

[3] MoseleyW.The measurement ofmolecular orientation in fibers by acoustic methods[J].J Appl Polym Sci,1960,3(9):266.

[4] David R.Structure formation in polymeric fibers[M].USA:Hanser Gardner Publications,2001:425-454.

Effect of dry-wet heat treatment on structure and properties of PET/PTT composite fiber

CaiLei,Li Faxue,Wang Xueli,Qian Jingfang
(Textile College of Donghua University,Shanghai201620)

The influence of the dry-wet heat trea tment on the fiber structure and propertieswas studied based on the measurement of the crimp ratio,tensile properties,sonic orientation and appearance and morphology for 167 dtex and 111 dtex polyethylene terephthalate/polyethylene trimethylene(PET/PTT)bicomponent composite fibers.The results showed that the breaking strength and sonic velocity of PET/PTT fiberwere considerably reducedwhen the crimp ratio and breaking elongationwere greatly increased after dry-wet heat treatment.The wet heat treatment had less effect on the breaking strength of PET/PTT composite fiber than the dry heat treatment.

polyethylene terephthalate fiber;polyethylene trimethylene fiber;composite fiber;dry hot;wet hot;crimp property

TQ342.2 文獻識別碼:A

1001-0041(2010)02-0018-03

2009-09-08;修改稿收到日期:2010-01-18。

蔡磊 (1984—),男,碩士研究生在讀。主要從事PET/PTT雙組分彈性自卷曲纖維的研究。

國家科技支撐計劃項目(2007BAE28B02)。