親水聚酯流變性能的研究

李志勇 鐘淑芳 陳偉 金劍

中國紡織科學研究院 北京 100025

親水聚酯流變性能的研究

李志勇 鐘淑芳 陳偉 金劍

中國紡織科學研究院 北京 100025

本文將親水聚酯品種與普通PE T品種的流變性能進行了對比，得出在相同測試溫度下，親水聚酯的流動性能優于普通PE T；其在低剪切速率（<1×102s-1）下，表現為牛頓流體的特征，而在高剪切速率（1×102s-1-1×104s-1）下，表現為假塑性流體的特征；隨測試溫度的升高，親水聚酯的非牛頓指數趨近于1，表觀粘度對剪切速率的依賴減小，接近于牛頓流體；相比于普通PE T，親水聚酯的表觀粘度受到溫度的影響較小。

親水聚酯 流變性能

1 引言

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一種熱塑性聚合物，具有熔點高、強度大、硬度高、電性能優良、化學穩定性和透明性良好等特點，其纖維制成的衣料筆挺不皺，且耐熱性、尺寸穩定性好，因此其在纖維生產中得到了廣泛應用[1-3]。但常規聚酯纖維屬于疏水性纖維，其標準回潮率僅為0.4%，吸濕性差，日常穿著使人感到悶熱或濕冷。天然纖維具有良好的親水性能，如棉，標準回潮率可達7%以上，人體短暫少量的出汗，可以被織物很快的吸收，因此日常穿著舒適；但當人體大量出汗時，棉纖維吸水膨脹，透氣排汗功能喪失，濕彎曲模量低，又使織物緊貼在皮膚上，產生粘貼束縛、濕冷等不舒適感，并影響穿著美感，同時由于棉纖維干燥速率低，造成不舒適時間長。

因此，為適應這種高出汗狀態下的穿著，中國紡織科學研究院通過化學改性的方法開發了一種親水聚酯品種，其紡制的纖維表面性質由疏水性變為親水性，具有對水或水汽的浸潤或吸濕能力，其面料可在極冷、悶熱或高強度運動等特殊場合穿著，其面料的舒適性優于天然及再生纖維面料；其在專業的運動服飾領域、大眾運動及休閑服飾領域具有廣泛的應用前景[4]。本文僅針對親水聚酯的流變性能進行了探討，并得到較有參考價值的結論。

2 實驗

2.1 主要原料

自制親水聚酯切片，特性粘數0.70-0.80。普通PET切片（洛化），特性粘數0.65。其中特性粘數以四氯乙烷∶苯酚= l∶1 為溶劑，在25℃條件下測定。

2.2 測試儀器

（1）熔融指數儀。

（2）日本島津（Toyoseiki）的Capilla Graph型毛細管流變儀。

3 結果與討論

3.1 親水聚酯的熔融指數

表1列出了親水聚酯與普通PET的熔融指數對比情況，其中測試選用的親水聚酯的特性粘數大于普通PET的特性粘數。由表1可以得出，在相同測試溫度下，親水聚酯的熔融指數均大于普通PET，因此說明親水聚酯的流動性能優于普通PET。

3.2 親水聚酯的流變曲線

如圖1所示，分別為親水聚酯在270-285℃的剪切應力-剪切速率曲線及表觀粘度-剪切速率曲線。

通過毛細管流變儀對親水聚酯流變性能的表征結果可以看出，在低剪切速率（＜1×102s-1）下，其剪切應力σ隨剪切速率的增加呈正比增加，斜率接近于1，此時表觀粘度η幾乎不變。這說明在低剪切速率下，親水聚酯熔體可看作是牛頓流體，此時的表觀粘度稱為“零切粘度”。

在高剪切速率（1×102s-1～1×104s-1）下，其粘度隨剪切速率的增加而減小，即切力變稀，呈現出典型的假塑性流體的特征。

圖1 親水聚酯的流變曲線（左：剪切應力-剪切速率；右：表觀粘度-剪切速率）

表1 親水聚酯的熔融指數

3.3 親水聚酯的非牛頓指數

對于牛頓流體，剪切應力與剪切速率成正比，即：

而對于假塑性流體，剪切應力與剪切速率的關系是非線性的，二者的關系可用冪律公式來表示，即：

也即：

其中：K為常數，n是表征偏離牛頓流動程度的指數，稱為非牛頓指數。對于牛頓流體，可看成是n=1的特殊情況；而對于假塑性流體，其值越接近1，其流體性質就越接近于牛頓流體的特征。為了求得親水聚酯的非牛頓指數，以lg σ對lg作圖，得到擬合直線的斜率即為非牛頓指數n，如圖2所示。

從圖2中可以看到，隨著溫度的升高，親水聚酯lgσ -lg擬合直線的斜率增大，非牛頓指數趨近于1，表觀粘度對剪切速率的依賴減小，更接近于牛頓流體。其非牛頓指數的具體變化情況如表2所示。

表2 親水聚酯的非牛頓指數

3.4 親水聚酯的粘流活化能

粘流活化能（△Eη）是分子向孔穴躍遷時，克服周圍分子的作用所需要的能量。它表征了熔體表觀粘度對溫度的敏感程度，符合Arrhenius方程：

也即：

其中，A為常數，R為氣體常數，其值為8.3145J/(mol·K)。以lnη對1/T作圖3, 從得到的直線方程中求斜率,可得到粘流活化能（如表3所示）。

由表3可以看出，同普通PET一樣，親水聚酯的粘流活化能也隨著剪切速率的增大而減小，且在相同的剪切速率下，親水聚酯的粘流活化能要比普通PET的活化能小，因此相比于普通PET，其表觀粘度受到溫度的影響也較小。

圖3 親水聚酯的lgη-（1/T）曲線

表3 親水聚酯的粘流活化能

4 結論

（1）據熔融指數測試結果可得，在相同測試溫度下，親水聚酯具有優于普通PET的流動性能。

（3）隨測試溫度的升高，親水聚酯的非牛頓指數趨近于1，表觀粘度對剪切速率的依賴減小，接近于牛頓流體。

（4）親水聚酯同普通PET一樣，其粘流活化能隨剪切速率的增大而減小，在相同的剪切速率下，親水聚酯的粘流活化能要比普通PET的活化能小，因此相比于普通PET，其表觀粘度受到溫度的影響也較小。

[1]凌良仲,劉松,倪智婷.改性滌綸開發技術及應用[J].棉紡織技術,2014,42 (4):74-77.

[2]鄒曙光,遲瑞芹,陶國平.差別化纖維的發展現狀及前景[J].中國纖檢,2005(5):31-33．

[3]張振雄,邱殿鑾,孫君,戴禮興.聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚改性技術進展[J].合成技術及應用,2013,28(4):26-30.

[4]陳偉,楊喆,鐘淑芳,李志勇.一種吸濕聚酯短纖維及其制備方法:中國，CN102220657 [P].2013-4-17.

TQ342.2

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