化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維的收縮性能研究

李　映，史利梅,2，張文強(qiáng)

(1.中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征　211900； 2. 江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征　211900； 3. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司銷售服務(wù)部，江蘇儀征　211900)

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研究論文

化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維的收縮性能研究

李映1，史利梅1,2，張文強(qiáng)3

(1.中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征211900； 2. 江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征211900； 3. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司銷售服務(wù)部，江蘇儀征211900)

摘要：通過對(duì)化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維的熱收縮性能測(cè)試，研究了熱處理方式、溫度、時(shí)間對(duì)化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維收縮性能的影響。并與物理改性高收縮滌綸短纖維進(jìn)行收縮性能對(duì)比，結(jié)果顯示化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維的收縮變化溫度高5 ℃，室溫存放三個(gè)月，收縮率無明顯下降。

關(guān)鍵詞：化學(xué)改性滌綸高收縮短纖維收縮性能

高收縮滌綸短纖維的研究開發(fā)在近十年越來越受到人們的關(guān)注，由于其潛在的高收縮性能使生產(chǎn)的產(chǎn)品具有致密、透氣、柔軟的獨(dú)特風(fēng)格，應(yīng)用非常廣泛，如高檔毛毯，仿皮革基布，針刺、水刺用過濾衛(wèi)生材料等[1]。不僅如此，生產(chǎn)中利用纖維固有的熱收縮性能，可省去傳統(tǒng)的繁瑣工序，簡化生產(chǎn)流程，降低設(shè)備成本。

市售高收縮滌綸短纖維產(chǎn)品通常采用物理改性法或化學(xué)-物理改性相結(jié)合的方法來制備[2-5]，但纖維產(chǎn)品的收縮性能參差不齊。某些進(jìn)口產(chǎn)品采用純物理改性方法生產(chǎn)，雖性能優(yōu)越，但運(yùn)輸和儲(chǔ)存條件苛刻，要求在干燥的環(huán)境中存放，溫度低于40 ℃，儲(chǔ)存時(shí)間不超過3個(gè)月。本文就市售高收縮滌綸短纖維常溫不易存放和收縮性能低以及不穩(wěn)定等缺陷，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出一款新型化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維。文章就此款高收縮滌綸短纖維的熱收縮性能做詳細(xì)研究討論，并在應(yīng)用試驗(yàn)中對(duì)比了物理改性進(jìn)口高收縮滌綸短纖維產(chǎn)品與此款化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維產(chǎn)品的收縮性能差異。

1試驗(yàn)

1.1原料

儀征化纖責(zé)任有限公司生產(chǎn)的高收縮滌綸短纖維，采用化學(xué)改性法在聚酯中添加三單體制備而成，以下簡稱儀化產(chǎn)品；目前國內(nèi)廠家常用的進(jìn)口高收縮滌綸短纖維，測(cè)試結(jié)果為常規(guī)滌綸短纖維，未添加三單體，纖維截面為圓形實(shí)心，即采用物理改性法制備而成，以下簡稱進(jìn)口產(chǎn)品。高收縮短纖維成品性能指標(biāo)如表1所示。

表1高收縮滌綸短纖維的性能指標(biāo)

項(xiàng)目儀化產(chǎn)品進(jìn)口產(chǎn)品線密度/dtex1.561.59長度/mm51.051.0斷裂伸長,%57.160.4斷裂強(qiáng)度/(dtex·cN-1)3.992.77沸水收縮率,%70.955.3截面形貌圓形實(shí)心圓形實(shí)心改性方式化學(xué)物理

1.2測(cè)試

1.2.1纖維沸水/干熱收縮率的測(cè)試

將單根短纖維施加相應(yīng)的預(yù)加張力，測(cè)其原長度，然后用紗布包好放入沸水中煮30 min(干熱收縮率是在一定溫度的烘箱內(nèi)熱處理30 min)，然后取出纖維在原張力條件下測(cè)處理后的長度，隨機(jī)選樣共測(cè)30根，收縮率測(cè)試偏差±2.5%。計(jì)算公式如下：

(1)

式中S為纖維熱處理后的沸水/干熱收縮率；L0為熱處理前的測(cè)得的纖維長度，mm；L1為熱處理后測(cè)得的纖維長度，mm。

1.2.2儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品收縮性能對(duì)比測(cè)試

1) 水浴反復(fù)收縮測(cè)試。水浴初始溫度為60 ℃，放置時(shí)間10 s，每升高5 ℃做一次收縮率測(cè)試，直至儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品再無收縮。

2) 水浴干熱兩次收縮測(cè)試。水浴溫度選定為三個(gè)溫度點(diǎn)65 ℃、75 ℃、85 ℃，分別放入樣品10 s后，測(cè)試一次收縮率S1；再將每種試驗(yàn)條件的樣品放入150 ℃鼓風(fēng)烘箱中10 min，測(cè)試二次收縮率S2。

3) 樣品存放測(cè)試。將儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品在室溫中存放一定時(shí)間后再進(jìn)行沸水收縮率的測(cè)試。

由于測(cè)試一和測(cè)試二的過程復(fù)雜，本文采用束絲法對(duì)收縮率進(jìn)行測(cè)試。將一小束有序的短纖維用夾子固定兩端，測(cè)量夾子間的長度L0，然后用紗布包好放入沸水中煮30 min(干熱收縮率是在一定溫度的烘箱內(nèi)熱處理30 min)，然后取出纖維測(cè)量處理后兩夾子間的距離L1，隨機(jī)選樣共測(cè)30束，收縮率測(cè)試偏差±2.5%。計(jì)算同公式(1)。

2結(jié)果與討論

高收縮滌綸短纖維經(jīng)熱處理后，高取向度的非晶區(qū)分子鏈發(fā)生解取向，纖維表現(xiàn)出自動(dòng)收縮變形的狀態(tài)。而收縮率的大小與熱處理的方式、熱處理的溫度和時(shí)間等因素有關(guān)[6]。本文就下游用戶使用需求，針對(duì)性對(duì)化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維進(jìn)行收縮性能試驗(yàn)，研究不同處理?xiàng)l件對(duì)收縮性能的影響，并對(duì)比化學(xué)改性的高收縮滌綸短纖維與物理改性的高收縮滌綸短纖維之間收縮性能的差異。

2.1化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維的收縮性能

2.1.1熱處理方式以及溫度對(duì)收縮率的影響

試驗(yàn)在水浴和干熱兩種條件下對(duì)儀化高收縮滌綸短纖維進(jìn)行了處理，見表2。儀化產(chǎn)品在干熱和水浴條件下，收縮率均隨溫度的升高而增大。原因是溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，非晶區(qū)的大分子鏈段解取向就越充分，收縮就越大。

表2不同方式的熱處理溫度對(duì)儀化產(chǎn)品收縮率的影響

項(xiàng)目溫度/℃收縮率,%干熱溫度(處理30min)6008031.410047.812066.014071.916079.318081.6水浴溫度(處理30min)607.28033.310070.9

在干熱條件下，儀化產(chǎn)品在60 ℃的干燥空氣下，無收縮，可知儲(chǔ)存條件在60 ℃以下；當(dāng)熱處理溫度為160 ℃時(shí)，收縮率高達(dá)80 %，并趨于穩(wěn)定。這比文獻(xiàn)[7]報(bào)道的進(jìn)口高收縮滌綸短纖維的儲(chǔ)存溫度高40 ℃，同溫度下干熱收縮率相比，儀化產(chǎn)品也要高于進(jìn)口產(chǎn)品。

圖1為儀化產(chǎn)品收縮率與處理方式和溫度的關(guān)系。

圖1　儀化產(chǎn)品收縮率與處理方式和溫度的關(guān)系

從圖1中可以看出，一定溫度下，儀化產(chǎn)品在水浴中的收縮率明顯高于干熱中的收縮率，當(dāng)溫度為100 ℃時(shí)，干熱收縮率為47%，而沸水收縮率可達(dá)到70%左右。原因是水分子的增塑效應(yīng)，水分子的滲入使纖維分子鏈段更易滑移，其解取向更容易進(jìn)行。

2.1.2熱處理時(shí)間對(duì)收縮率的影響

表3為改變熱處理時(shí)間儀化產(chǎn)品收縮率的變化結(jié)果。從表3中可以看出，沸水和干熱空氣140 ℃條件下，熱處理時(shí)間為5 min時(shí)，儀化產(chǎn)品已充分收縮；當(dāng)時(shí)間延長至30 min時(shí)，儀化產(chǎn)品收縮性能保持穩(wěn)定。

表3熱處理時(shí)間對(duì)儀化產(chǎn)品收縮率的影響

項(xiàng)目熱處理時(shí)間/min收縮率,%干熱溫度140℃570.21570.63071.9沸水569.21570.33070.9

2.2收縮性能對(duì)比測(cè)試

化學(xué)改性的高收縮滌綸短纖維與物理改性的高收縮滌綸短纖維相比有很多差異，就本文中儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品相比，兩者生產(chǎn)過程的本質(zhì)差別就是儀化產(chǎn)品加入了三單體，使原本的大分子直鏈產(chǎn)生支鏈的結(jié)構(gòu)，再結(jié)合物理改性的方法制備了高收縮滌綸短纖維。儀化產(chǎn)品的缺點(diǎn)是熔點(diǎn)比常規(guī)滌綸短纖維低，在220 ℃左右，高溫定型時(shí)手感偏硬；優(yōu)點(diǎn)是帶支鏈的高取向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，60 ℃以下環(huán)境都可用于儲(chǔ)存。為排除化學(xué)改性高收縮滌綸短纖維用戶的使用顧慮，文章模擬用戶生產(chǎn)過程中的使用條件，對(duì)比儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品在后道使用過程中的差異。

2.2.1水浴反復(fù)收縮測(cè)試

表4為儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品水浴反復(fù)收縮的測(cè)試結(jié)果，圖2以表4中的測(cè)試結(jié)果所作的對(duì)比圖。

從表4和圖2中可以看出，水浴溫度在60～65 ℃時(shí)，進(jìn)口產(chǎn)品的收縮率比儀化產(chǎn)品大；而當(dāng)水浴溫度升至70～80 ℃時(shí)，儀化產(chǎn)品的收縮率明顯高于進(jìn)口產(chǎn)品；進(jìn)口產(chǎn)品在水浴溫度升到80 ℃時(shí)已不再收縮，而儀化產(chǎn)品在接近85℃水浴下不再收縮。

表4儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品水浴反復(fù)收縮測(cè)試結(jié)果

序號(hào)水浴溫度收縮率,%儀化產(chǎn)品進(jìn)口產(chǎn)品160℃0.51.5265℃2.14.0370℃26.124.6475℃19.814.3580℃6.1-0.5685℃-1.2-2.8

圖2　儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品反復(fù)熱處理的收縮率對(duì)比圖

由此可見，在同水浴溫度下，兩種產(chǎn)品的反復(fù)收縮率相近；進(jìn)口產(chǎn)品對(duì)低溫更敏感；儀化產(chǎn)品收縮變化溫度比進(jìn)口產(chǎn)品要高5 ℃左右。

此外，在80 ℃以后，兩種產(chǎn)品都出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，原因是收縮完全的大分子結(jié)構(gòu)處于高度卷曲狀態(tài)，再次受到高溫處理，大分子結(jié)構(gòu)松弛舒展，出現(xiàn)伸長。

2.2.2水浴干熱兩次收縮測(cè)試

表5為儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品第一次經(jīng)水浴收縮和第二次經(jīng)干熱收縮的測(cè)試結(jié)果。

表5儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品兩次收縮性能測(cè)試結(jié)果

一次收縮處理?xiàng)l件二次收縮處理?xiàng)l件一次收縮率S1,%二次收縮率S2,%儀化產(chǎn)品進(jìn)口產(chǎn)品儀化產(chǎn)品進(jìn)口產(chǎn)品85℃水浴75℃水浴65℃水浴150℃干熱(樣品為濕潤狀態(tài))49.328.8-8.0-1.743.428.9-2.5-6.72.72.141.132.2

從表5中可以看出，水浴溫度在75～85 ℃時(shí)，儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品一次收縮效果完全，二次干熱150 ℃定型無收縮。但此溫度下儀化產(chǎn)品的一次收縮率明顯高于進(jìn)口產(chǎn)品。

2.2.3產(chǎn)品存放測(cè)試

作為高收縮滌綸短纖維產(chǎn)品，其收縮率指標(biāo)應(yīng)該為一定值。表6為儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品在存放不同時(shí)間后，收縮率的變化結(jié)果。

表6存放時(shí)間對(duì)儀化產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品收縮性能的影響

放置時(shí)間沸水收縮率,%儀化產(chǎn)品進(jìn)口產(chǎn)品1d70.955.330d70.750.690d69.348.690d沸水收縮率下降百分比,%2.312.1

從表6可見，儀化產(chǎn)品在常溫下存放三個(gè)月，沸水收縮率下降2.3%，而進(jìn)口產(chǎn)品的沸水收縮率下降12.1%。原因是高收縮滌綸短纖維內(nèi)部大分子結(jié)構(gòu)高度取向，使分子狀態(tài)極不穩(wěn)定，即使在室溫下存放，由于時(shí)溫等效，大分子結(jié)構(gòu)也會(huì)緩慢地發(fā)生解取向?；瘜W(xué)改性的纖維產(chǎn)品由于大分子鏈上存在支鏈，對(duì)緩慢的解取向作用產(chǎn)生一定的位阻效應(yīng)，而使收縮率保持穩(wěn)定；而物理改性的高收縮滌綸短纖維的大分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，沒有支鏈，解取向過程很容易發(fā)生，收縮率容易下降，這也是進(jìn)口產(chǎn)品需低溫保存的主要原因。

3結(jié)論

a)儀化產(chǎn)品采用化學(xué)改性的方法制備，沸水收縮率為70%，180 ℃干熱收縮率可達(dá)80%，60 ℃干燥條件下放置無收縮。在水浴和干熱空氣條件下，儀化產(chǎn)品的收縮性能隨溫度的提高呈規(guī)律性增大。相同溫度下，儀化產(chǎn)品在水浴條件下的收縮率大于干熱空氣下的收縮率。

b)水浴反復(fù)收縮測(cè)試中，儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品的反復(fù)收縮率相近，但儀化產(chǎn)品的收縮變化溫度比進(jìn)口產(chǎn)品高5 ℃。

c)水浴干熱兩次收縮測(cè)試中，儀化產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品都能做到一次水浴收縮完全，二次干熱定型無收縮，但儀化產(chǎn)品的一次收縮率明顯高于進(jìn)口產(chǎn)品。

d)樣品存放測(cè)試中，室溫存放三個(gè)月時(shí)，儀化產(chǎn)品沸水收縮率保持穩(wěn)定，而進(jìn)口產(chǎn)品沸水收縮率下降12.1%。

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Study on shrinking property of high-shrinkage polyesterstaple fiber by chemical modification

Li Ying1, Shi Limei1,2, Zhang Wenqiang3

(1.ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China;2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber,YizhengJiangsu211900,China;3.Marketing&CustomerServiceDepartmentofYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China)

Abstract:In this study the effect of test method, temperature and time on the shrinking properties of chemical modified staple fiber were analyzed. The paper also contrasted the difference between chemical modified fiber and physical modified fiber in the application experiments. The results showed the shrinking temperature of chemical modified fiber was five degrees higher than that of physical modified fiber. And after three months storage, the boiling water shrinkage of chemical modified fiber had no obvious variation at room temperature.

Key words:chemical modification; polyester; high-shrinkage staple fiber; shrinking property

收稿日期：2016-02-26

作者簡介：李映(1985-)，女，江蘇東臺(tái)人，碩士研究生，主要從事聚酯纖維的研究和新產(chǎn)品開發(fā)工作。

中圖分類號(hào)：TQ322.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-334X(2016)02-0013-04