低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的制備與工藝探討

雷 新，祝成炎，沈惠英，潘平平，殷依華，王秀華

(1.浙江理工大學(xué)現(xiàn)代紡織加工技術(shù)國家工程技術(shù)研究中心,杭州 310018；2.杭州紅劍集團(tuán)紅山化纖有限公司,杭州 311234)

低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的制備與工藝探討

雷 新1，祝成炎1，沈惠英2，潘平平2，殷依華1，王秀華1

(1.浙江理工大學(xué)現(xiàn)代紡織加工技術(shù)國家工程技術(shù)研究中心,杭州 310018；2.杭州紅劍集團(tuán)紅山化纖有限公司,杭州 311234)

文章以滌綸POY纖維為原料，通過測定DTY網(wǎng)絡(luò)絲的取向度和結(jié)晶度，判斷取向度和結(jié)晶度對滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲沸水收縮率的影響，主要改變加彈工藝中牽伸比、熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓的參數(shù)，以制得低沸水收縮率的DTY網(wǎng)絡(luò)絲。實(shí)驗(yàn)證明：滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的沸水收縮率，隨牽伸比的增大而升高，隨熱箱溫度H1/H2的提高而減小，隨網(wǎng)絡(luò)氣壓的增大而升高，影響程度：熱箱溫度H1/H2>網(wǎng)絡(luò)氣壓>牽伸比。結(jié)合公司原料特性進(jìn)行分析，得出制備低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的最佳工藝為：牽伸比DR為1.65、熱箱溫度H1/H2為210/170℃、網(wǎng)絡(luò)氣壓為210kPa，此時滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的沸水收縮率為3.0%。

滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲；沸水收縮率；取向度；結(jié)晶度；加彈工藝

0 引 言

滌綸低沸水收縮纖維有收縮低、尺寸穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于箱包面料[1]、服裝面料和織帶等相關(guān)領(lǐng)域，具有很好地發(fā)展前景[2]。目前，國內(nèi)外廠家不斷地研發(fā)出低沸水收縮的滌綸普通長絲[3-4]，而對于低沸水收縮的滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的研究卻鮮有報道，本文以常規(guī)滌綸POY纖維為原料，嘗試通過改變制備工藝中的參數(shù)，如加彈工藝中的牽伸比、熱箱溫度H1/H2(H1為第一熱箱溫度、H2為第二熱箱溫度)和網(wǎng)絡(luò)氣壓等，制備具有低沸水收縮率的滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，并探討制備的最優(yōu)工藝[5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

選取兩種不同的滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲試樣(試樣1為目標(biāo)產(chǎn)品，試樣2為紅劍集團(tuán)紅山化纖有限公司現(xiàn)有產(chǎn)品)，通過測定其取向度和結(jié)晶度的大小，判斷取向度和結(jié)晶度對滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲沸水收縮率的影響，相關(guān)物性指標(biāo)如表1所示。

表1 試樣1和試樣2的主要物性指標(biāo)

紅山聚酯有限公司紡絲車間生產(chǎn)的POY纖維生產(chǎn)滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲其原料相關(guān)物性指標(biāo)如表2所示。

表2 滌綸POY原料的主要物性指標(biāo)

1.2 主要儀器與設(shè)備

YG086型縷紗測長儀(常州紡織儀器廠有限公司)；直尺及電加熱式沸水浴槽；JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡；SCY-Ⅲ型聲速取向測量儀；ARL_XTRA粉末X射線衍射儀；日本村田33H加彈機(jī)(日本村田公司)。

1.3 沸水收縮率測試方法

參考GB/T 6505—2008《合成纖維長絲及變形絲沸水收縮率試驗(yàn)方法》，采用絞狀法測試，根據(jù)公式(1)計算沸水收縮率[6]。

沸水收縮率(%)=(L0-L1)/L0*100

(1)

式中：L0為煮前長度，cm；L1為煮后長度，cm。

1.4 生產(chǎn)工藝流程

以滌綸POY為原料，制備規(guī)格為278dtex/95f的滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，其工藝流程如圖1所示。

圖1 滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲生產(chǎn)工藝流程

1.5 加彈工藝參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)主要通過研究加彈工藝中的牽伸比、熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓的參數(shù)變化來研究滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的沸水收縮率的變化，試驗(yàn)設(shè)定的牽伸比、熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓的具體參數(shù)如表3所示，其他工藝參數(shù)如表4所示。

表3 牽伸比、熱箱溫度HI/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓的參數(shù)值

表4 其他主要加彈工藝的參數(shù)值

2 結(jié)果與分析

2.1 取向度和結(jié)晶度對纖維沸水收縮率的影響

由表1可知，試樣1的沸水收縮率為3.0%，試樣2的沸水收縮率達(dá)到了3.9%，相同規(guī)格下試樣1的沸水收縮率遠(yuǎn)低于試樣2。為了探討這個問題，本文測試了兩種滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的表面形貌、纖維的取向度和結(jié)晶度，并作出了相應(yīng)的分析。

用JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡對兩種試樣進(jìn)行圖像掃描，如圖2、圖3分別是試樣1和試樣2的表面形貌圖。

圖2 不同放大倍數(shù)下試樣1的SEM照片

圖3 不同放大倍數(shù)下試樣2的SEM照片

分析圖2、圖3可得，兩種滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲整體都呈現(xiàn)卷曲狀態(tài)，單根纖維更是呈扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲時，纖維不僅受到牽伸力，還受到了由于假捻器施加的一個扭轉(zhuǎn)力，這使得纖維內(nèi)部大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲，因此呈現(xiàn)了單根纖維的扭曲狀態(tài)。

用SCY-Ⅲ型聲速取向測量儀測得兩種試樣的取向度[7-8]，其取向因子測試結(jié)果如表5所示。

表5 兩種試樣的取向因子測試值

用消除了取向的樣品粉末，在ARL_XTRA型X射線衍射儀上測試[9]，掃描速度為0.4°/min，2θ范圍在5～60°，所用的管電壓38kV，管電流40mA。X射線為經(jīng)過Ni片濾光單色化的CuKa射線，波長為1.54nm，進(jìn)行廣角衍射掃描，得到兩種試樣的廣角X射線衍射譜圖如圖4所示，并根據(jù)公式(2)計算纖維的結(jié)晶度。

X=(I002-Im)/I002*100

(2)

式中：I002為002面的最大衍射強(qiáng)度；Im為2θ=18°時衍射強(qiáng)度，即無定型區(qū)的衍射強(qiáng)度。

圖4 兩種試樣的X射線衍射譜圖

由表5數(shù)據(jù)可知，同種規(guī)格的試樣1和試樣2相比，試樣1的取向因子為0.112636，而試樣2的取向因子為-0.271267，試樣1的取向度遠(yuǎn)大于試樣2。

結(jié)合圖4并根據(jù)公式(2)分別計算試樣1和試樣2的結(jié)晶度X1和X2。

試樣1：I002=1053.6318，Im=700.5002，

X1=(I002-Im)/I002*100=(1053.6318-700.5002)/1053.6318*100=33.5%

試樣2：I002=846.0406，Im=571.6370，

X2=(I002-Im)/I002*100=(846.0406-571.6370)/846.0406*100=32.4%

試樣1和試樣2結(jié)晶度比較：X1>X2。

分析兩種滌綸纖維的取向和結(jié)晶度，試樣1相對試樣2來說，取向度和結(jié)晶度都較大。當(dāng)結(jié)晶度增大時，纖維內(nèi)部晶區(qū)增大，纖維內(nèi)部較為穩(wěn)定，經(jīng)沸水處理后，不易收縮，故沸水收縮率低；當(dāng)取向度增大時，纖維內(nèi)部分子排列較為整齊，大分子鏈段活動性不高，較為穩(wěn)定，經(jīng)沸水處理后，不易收縮，故沸水收縮率較低，影響程度：結(jié)晶度>取向度。因試樣1的取向和結(jié)晶度都大于試樣2，故其沸水收縮率要低于試樣2。

通過實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)晶度對于沸水收縮率的影響遠(yuǎn)大于取向度，因此，主要從結(jié)晶度的角度來調(diào)整加彈工藝中的一些參數(shù)，如牽伸比、熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓，以得到低沸水收縮率的滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲。

2.2 工藝參數(shù)對纖維沸水收縮率的影響

2.2.1 牽伸比

在其他工藝參數(shù)不變的前提下，熱箱溫度H1/H2為205/170℃，網(wǎng)絡(luò)氣壓為210kPa時，改變牽伸比的大小，制備滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲試樣，測得沸水收縮率如圖5所示。

圖5 牽伸比與沸水收縮率的關(guān)系

如圖5所示可知，隨著牽伸比的增大，沸水收縮率升高，線性擬合方程為y=-6.1708+5.7828x，R=0.9925，線性關(guān)系較好。當(dāng)牽伸比增大時，纖維受到的拉伸力增大，此時纖維內(nèi)部分子排列較為規(guī)則，取向度較大，但纖維內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)下降，結(jié)晶度減小，綜合分析結(jié)晶度和取向度，因影響程度結(jié)晶度>取向度，故沸水收縮率上升。結(jié)合公司原料特性進(jìn)行分析，判定最優(yōu)牽伸比為1.65。

2.2.2 熱箱溫度H1/H2

在其他工藝參數(shù)不變的前提下，牽伸比為1.65，網(wǎng)絡(luò)氣壓為210kPa時，第二熱箱溫度H2為170℃，改變第一熱箱溫度H1的大小，制備滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲試樣，測得沸水收縮率如圖6所示。

圖6 第一熱箱溫度H1與沸水收縮率的關(guān)系

由圖6可知，隨著第一熱箱溫度H1的增大，沸水收縮率降低，線性擬合方程為y=9.7280-0.0315x，R=0.9888，線性關(guān)系較好。纖維在進(jìn)入第一熱箱后，不僅受到了牽伸力的作用，同時還受到了由假捻器施加的扭轉(zhuǎn)力，使得纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了扭曲，纖維取向度降低，故沸水收縮率降低；且纖維在第一熱箱內(nèi)受高溫作用，使得纖維內(nèi)部大分子運(yùn)動活躍，結(jié)晶區(qū)增大，結(jié)晶度升高，同時大分子鏈段活動性高使得分子取向被破壞，取向度降低，綜合分析纖維的取向度和結(jié)晶度可知，隨著第一熱箱溫度升高，纖維沸水收縮率降低。結(jié)合公司原料特性進(jìn)行分析，判定最優(yōu)熱箱溫度H1/H2為210/170℃。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)氣壓

在其他工藝參數(shù)不變的前提下，牽伸比為1.65，熱箱溫度H1/H2為210/170℃時，改變網(wǎng)絡(luò)氣壓的大小，制備樣品滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，因本次實(shí)驗(yàn)試樣為DTY輕網(wǎng)絡(luò)絲，故取網(wǎng)絡(luò)氣壓范圍為170～250kPa，實(shí)驗(yàn)測得沸水收縮率如圖7所示。

圖7 網(wǎng)絡(luò)氣壓與沸水收縮率的關(guān)系

由圖7可知，隨著網(wǎng)絡(luò)氣壓的增大，沸水收縮率升高，線性擬合方程為y=1.1195+1.0850x，R=0.9939，線性關(guān)系較好。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)氣壓增大時，纖維在噴嘴內(nèi)收到的側(cè)向力增大，纖維內(nèi)部大分子有序排列被破壞，取向度降低，不利于晶粒的生長，結(jié)晶區(qū)減小，結(jié)晶度降低，故沸水收縮率增大。結(jié)合公司原料特性進(jìn)行分析，判定制取低沸水收縮率網(wǎng)絡(luò)低彈絲的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)氣壓為210kPa。

3 結(jié) 論

a)選取相同規(guī)格的兩種試樣，測定其取向度和結(jié)晶度大小，得出制取低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，需增大纖維的結(jié)晶度和取向度，但主要因素為結(jié)晶度大小，影響程度：結(jié)晶度>取向度。

b)根據(jù)公司試樣的原料特性，在其他工藝不變情況下，改變牽伸比的大小，制備低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，實(shí)際最優(yōu)牽伸比為1.67，且牽伸比越大，沸水收縮率越大，但影響程度一般；改變第一熱箱溫度H1的大小，制備低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，實(shí)際最優(yōu)H1溫度為210℃，且當(dāng)?shù)谝粺嵯錅囟仍酱髸r，沸水收縮率降低，影響程度大；改變網(wǎng)絡(luò)氣壓的大小，制備低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲，實(shí)際最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)氣壓為210kPa，且隨著網(wǎng)絡(luò)氣壓提高，沸水收縮率上升，影響程度較大。

c)結(jié)合公司試樣原料特性，綜合分析牽伸比、熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓對沸水收縮率的影響，得出制取低沸水收縮率滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的最優(yōu)工藝：牽伸比為1.65，熱箱溫度H1/H2為210/170℃，網(wǎng)絡(luò)氣壓為210kPa，此時滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的沸水收縮率為3.0%。牽伸比、熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓對滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲的沸水收縮率的影響程度為：熱箱溫度H1/H2>網(wǎng)絡(luò)氣壓>牽伸比，因此，主要從熱箱溫度H1/H2和網(wǎng)絡(luò)氣壓對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)控，制取低沸水收縮率的滌綸DTY網(wǎng)絡(luò)絲。

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(責(zé)任編輯：陳和榜)

Discussions on Preparation and Process of Polyester DTY Interlaced Yarn with Low Boiling Water Shrinkage

LEIXin1,ZHUChengyan1,SHENHuiying2,PANPingping2,YINYihua1,WANGXiuhua1

(1.National Engineering Technology Research Center of Modern Textile Manufacturing Technology, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China;2.Hongshan Chemical Fiber Co., Ltd., Hangzhou Hongjian Group, Hangzhou 311234, China)

This paper mainly changes parameters of draw ratio, heater temperature H1/H2 and network pressure in texturing process so as to prepare DTY interlaced yarn with a low boiling water shrinkage with polyester POY fiber as the raw material by measuring the degree of orientation and degree of crystallinity of DTY interlaced yarn and judging the influence of boiling water shrinkage of polyester DTY interlaced yarn. The experiment proves that the boiling water shrinkage of polyester DTY interlaced yarn increases with the increase of draw ratio, decreases with the increase of heater temperature H1/H2 and increases with the increase of network pressure; in terms of the degree of influence, heater temperature H1/H2>network pressure>draw ratio. According to the analysis on characteristics of the raw material, it is obtained that the optimal process of polyester DTY interlaced yarn with low boiling water shrinkage is: draw ration DR 1.65, heater temperature H1/H2 210/170℃ and network pressure 210kPa. At this time, the boiling water shrinkage of polyester DTY interlaced yarn is 3.0%.

polyester DTY interlaced yarn; boiling water shrinkage; degree of orientation; degree of crystallinity; texturing process

2014-10-29

國家科技部國際合作項(xiàng)目(2011DFB51570)

雷 新(1990-)，男，浙江江山人，碩士研究生，主要從事化學(xué)纖維開發(fā)應(yīng)用及其織物產(chǎn)品設(shè)計等方面的研究。

祝成炎，E-mail：chengyanzhu@126.com

TS154.6

A

1009-265X(2015)04-0005-04