一步法異染FDY與普通FDY的性能比較

孫西超，占海華，葉建華

(1.紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院，浙江紹興312000;2.紹興佳力纖化纖新材料有限公司，浙江紹興312000)

異染FDY在宏觀上呈現(xiàn)異染異收縮絲特性，其制備原理為采用不同的加工條件、或采用不同的高分子共混、或通過(guò)摻入添加劑對(duì)高分子改性等多種方式，經(jīng)不均勻拉伸，改變纖維的高分子鏈之間的排列形式或復(fù)相結(jié)構(gòu)，得到不同的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)和研究者開(kāi)發(fā)出紡絲－牽伸兩步法的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)，并投入生產(chǎn)，但兩步法生產(chǎn)的異染FDY的可紡性差，產(chǎn)品成本高。有研究人員認(rèn)為，一步法采用特殊的不均勻拉伸裝置和智能可編控制技術(shù)制備的異染FDY，其質(zhì)量得到了改善，同時(shí)一步法提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本[1-3]。但對(duì)一步法異染FDY滌綸絲的紡絲工藝與性能的最新研究報(bào)道，相關(guān)文獻(xiàn)卻鮮有記載。異染FDY特有的粗節(jié)與細(xì)節(jié)使其后整理過(guò)程中具有顏色深淺交替自然特性，以形成各種獨(dú)特的條紋，滿(mǎn)足人們對(duì)面料多樣化與高檔化的個(gè)性需求，因此開(kāi)發(fā)綜合性能優(yōu)異的異染FDY，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以規(guī)格均為167 dtex/48f為例，對(duì)該類(lèi)纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、取向性能、沸水收縮性能、熱性能和機(jī)械性能進(jìn)行了測(cè)定，并與普通同規(guī)格的FDY作了對(duì)比分析，為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品和進(jìn)一步的研究工作提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料:異染FDY，規(guī)格167 dtex/48f(紹興佳力纖化纖新材料有限公司);普通 FDY，規(guī)格167 dtex/48f(市場(chǎng)購(gòu)得)。

試驗(yàn)儀器:SNG-3000型掃描電鏡(韓國(guó)SECCo.，Ltd.)，SCY-Ⅲ型聲速取向測(cè)量?jī)x(上海東華凱利化纖高科技有限公司)，CDR-4P型差式掃描量熱儀(上海圣科儀器設(shè)備有限公司)，YG021A-5型單紗強(qiáng)力儀(常州市第二紡織機(jī)械廠)，XQ-2型短纖維強(qiáng)伸儀(上海新纖儀器有限公司)。

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 掃描電鏡(SEM)觀察

分別取適量的異染FDY和普通FDY，首先采用Y172型纖維切片器制作切片，其次利用MCM-100型濺射鍍膜儀對(duì)切片進(jìn)行鍍膜，最后采用SEM對(duì)纖維進(jìn)行形貌觀察。

1.2.2 聲速法取向因子測(cè)試

采用SCY-Ⅲ型聲速取向測(cè)量?jī)x測(cè)定取向度，每個(gè)試樣分別測(cè)試5次，測(cè)定每個(gè)試樣在20 cm和40 cm處聲音傳播所需的時(shí)間，得到聲模量和聲波傳播速度，計(jì)算取向度[4]。

1.2.3 沸水收縮率的測(cè)試

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沸水收縮率[5]，并依據(jù)GB/T 6505—2008《化學(xué)纖維長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法》對(duì)異染FDY和普通FDY進(jìn)行測(cè)試。每種試樣沸煮處理30min，測(cè)20次，取其平均值，粗細(xì)節(jié)處的沸水收縮率測(cè)量是將沸煮前后的粗細(xì)節(jié)分別量出記下，單獨(dú)計(jì)算其平均值。單紗沸煮前長(zhǎng)度測(cè)量值為L(zhǎng)1，沸煮后長(zhǎng)度測(cè)量值為L(zhǎng)2，計(jì)算沸水收縮率S，

1.2.4 差示掃描量熱儀(DSC)的測(cè)試

采用DSC測(cè)定異染FDY和普通FDY的熱行為[6]。升溫速率20℃/min，溫度為0～300℃，其結(jié)晶度(Xc)計(jì)算如下，

式中:ΔHm為試樣的熔融熱;ΔH∞為完全結(jié)晶PET熔融熱125.6 J/g，ECDP 纖維的 Δ H∞取 1 40 J/g[4]。

1.2.5 機(jī)械性能的測(cè)試

參考GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng) 絲拉伸性能試驗(yàn)方法》及GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短 纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》，對(duì)試樣進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM對(duì)比分析

一步法異染FDY纖維與普通FDY纖維的截面如圖1所示。由圖1(a)可知，異染FDY纖維粗細(xì)不均，且分布無(wú)規(guī)律;圖1(b)中普通滌綸纖維粗細(xì)均勻。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是:一步法異染FDY纖維在牽伸過(guò)程中拉伸不足且不勻造成的[8]，即異染FDY纖維具有分布不均勻的粗節(jié)與細(xì)節(jié)這一特性。

圖1 FDY的縱向形態(tài)Fig.1 Longitudinal form of FDY

2.2 取向因子對(duì)比分析

從表1的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，普通纖維的取向因子值比異染FDY纖維大。這是因?yàn)樵诓煌臓可熳饔孟?，纖維中大分子鏈沿纖維軸向排列的有序性所致，即在加工過(guò)程中異染FDY纖維受到大小不一的牽伸力作用，普通FDY受到的外力則較為均勻。而聲速法測(cè)量的是高聚物中晶區(qū)和非晶區(qū)的平均取向度，本試驗(yàn)條件下異染FDY纖維的取向度為3.51 km/s，略低于普通 FDY的取向度4.44 km/s，也表明異染FDY纖維具有一定取向度，滿(mǎn)足后續(xù)加工所需。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 The experimental data

2.3 沸水收縮率對(duì)比分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:異染FDY長(zhǎng)絲的沸水收縮率平均為27.03%，異染粗節(jié)處的沸水收縮率為20.1%，細(xì)節(jié)處為7.02%，而普通長(zhǎng)絲的沸水收縮率平均為6.10%?？梢?jiàn)，異染FDY長(zhǎng)絲沸水收縮率大主要是未拉伸段的沸水收縮率所貢獻(xiàn)。沸水收縮率是大分子鏈卷縮的宏觀表現(xiàn)，取向度高的大分子因受熱后有一個(gè)回復(fù)到卷曲狀態(tài)的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)隨著大分子取向的增加而增加，結(jié)晶區(qū)分子排列整齊，分子間作用力充分發(fā)揮，分子間作用力增大，對(duì)熱穩(wěn)定。因而結(jié)晶在纖維中的作用好似網(wǎng)結(jié)點(diǎn)，限制了大分子的收縮，纖維的結(jié)晶度越高，則收縮率越低，纖維的熱收縮是由結(jié)晶和取向兩個(gè)因素決定的[9]。隨著纖維結(jié)晶度的升高而下降，由于未拉伸段纖維結(jié)晶度低而取向度相對(duì)較高，故沸水收縮率大。普通FDY收縮率由于經(jīng)過(guò)充分拉伸和熱定型，纖維結(jié)晶度高，所以沸水收縮率低，而細(xì)節(jié)雖然進(jìn)行拉伸但沒(méi)有充分的熱定型(這是生產(chǎn)異染纖維工藝的特殊需要)，因此細(xì)節(jié)的結(jié)晶度比普通FDY低，但比粗節(jié)高，其沸水收縮率處于兩者之間。異染FDY沸水收縮率表明了其熱性能和尺寸性能相對(duì)穩(wěn)定，間接影響其染色性能，進(jìn)而改善紗線(xiàn)和織物的外觀效應(yīng)。

2.4 熱性能對(duì)比分析

DSC測(cè)試的數(shù)據(jù)如表2所示，其曲線(xiàn)如圖2所示。由圖2和表2可知，在本試驗(yàn)條件下，異染FDY粗節(jié)的玻璃化溫度、結(jié)晶溫度和熔融溫度比細(xì)節(jié)都要小。這可以從試樣的分子結(jié)構(gòu)來(lái)解釋:在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上，異染FDY粗節(jié)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為76.00℃，細(xì)節(jié)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為78.90℃，這是因?yàn)榻Y(jié)晶度高的細(xì)節(jié)由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變到黏流態(tài)，大分子鏈端活動(dòng)所需的能量較高，因此細(xì)節(jié)玻璃化溫度高;在結(jié)晶溫度上，細(xì)節(jié)的結(jié)晶度高，無(wú)定型區(qū)小，而大分子的結(jié)晶主要發(fā)生在無(wú)定型區(qū)，此時(shí)的大分子鏈段柔性比較弱，結(jié)晶溫度則比較高，即試驗(yàn)測(cè)得細(xì)節(jié)的結(jié)晶溫度高于粗節(jié)的結(jié)晶溫度2℃左右;粗節(jié)和細(xì)節(jié)的熔融溫度分別為252.80℃和255.20℃，細(xì)節(jié)的熔融溫度高于粗節(jié)，結(jié)晶度高的細(xì)節(jié)分子間作用力強(qiáng)，需要更高的溫度才能使大分子鏈擺脫分子間力的束縛而熔融。此外，普通FDY的玻璃化溫度、結(jié)晶溫度和熔融溫度均比細(xì)節(jié)高，則表明普通FDY拉伸較充分，從而其內(nèi)部的結(jié)晶和取向度都比異染FDY的細(xì)節(jié)高。綜上，異染FDY的玻璃化溫度、結(jié)晶溫度和熔融溫度相差不大，表明具有較好的熱性能。

表2 DSC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 The experimental data of DSC ℃

圖2 FDY的DSC曲線(xiàn)Fig.2 DSCCurves of FDY

2.5 機(jī)械性能對(duì)比分析

普通FDY和異染FDY的拉伸試驗(yàn)分別在單紗強(qiáng)力儀和短纖維強(qiáng)伸儀上進(jìn)行，普通FDY試樣長(zhǎng)度250mm，拉伸速度100 mm/min，異染FDY試樣長(zhǎng)度20mm，拉伸速度40mm/min，測(cè)試次數(shù)均為20次，溫度20℃，濕度65%，結(jié)果如表3所示。

表3 機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 The result ofmechanical property test

從表3可以看出，異染FDY的斷裂強(qiáng)度比普通FDY小，而斷裂伸長(zhǎng)率卻比普通 FDY要大;異染FDY粗節(jié)處的斷裂強(qiáng)度比細(xì)節(jié)處小，但斷裂伸長(zhǎng)率則大很多，且與長(zhǎng)絲一致，說(shuō)明異染FDY的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率主要是粗節(jié)處貢獻(xiàn)，其粗細(xì)不勻，總?cè)∠蚨认陆担沟脭嗔褟?qiáng)力下降?？傮w上異染FDY雖具有一定的斷裂強(qiáng)度，但在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制張力，滿(mǎn)足紡織加工和服用性能。

3 結(jié)論

1)一步法異染FDY的粗細(xì)分布不均勻，且這種不均勻隨機(jī)分布，而普通FDY的粗細(xì)均勻。說(shuō)明一步法異染FDY是一種不均勻的由粗節(jié)和細(xì)節(jié)組成的紗線(xiàn)。2)異染FDY纖維的聲速值、模量值和取向因子值略小于普通FDY纖維。水浴處理后的異染FDY的沸水收縮率大于普通FDY的沸水收縮率，有利于后道工序進(jìn)行染色，改善紗線(xiàn)和織物的外觀。3)試驗(yàn)材料的玻璃化溫度、結(jié)晶溫度和熔融溫度，普通FDY最大，異染FDY細(xì)節(jié)其次，異染FDY粗節(jié)最小，但3項(xiàng)溫度指標(biāo)總體相差不大，即異染FDY在粗節(jié)和細(xì)節(jié)處熱性能穩(wěn)定。4)異染FDY的斷裂伸長(zhǎng)率大于普通FDY，其斷裂強(qiáng)力小于普通FDY的斷裂強(qiáng)力，即異染FDY粗節(jié)對(duì)其斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率影響較大，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)合理控制張力。

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