紫外輻照聚酯纖維的概述

閆民杰,許瑞，陳莉，梁振江

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387;2.天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

1 前言

聚酯纖維自從世界的工業(yè)化以來，就因?yàn)樗鼉?yōu)秀的各項(xiàng)性能，例如高模量、回彈性好、耐光性好、耐磨性好、耐熱性好等，被用于工業(yè)布、土工格柵、簾子布、廣告燈箱布等增強(qiáng)材料，但是其制品的服役環(huán)境均存在紫外線的輻照破壞作用[1]。紫外線是指陽光中波長10～400 nm的光線，具有較高的能量，老化破壞能力強(qiáng)，對高分子材料的老化損傷程度的貢獻(xiàn)值達(dá)到90%。聚酯纖維雖具有優(yōu)秀的力學(xué)等性能，但耐紫外老化的能力存在一定的不足，當(dāng)遇到紫外線輻照時會發(fā)生不同化學(xué)反應(yīng)，造成小分子揮發(fā)和斷鏈等現(xiàn)象既化學(xué)降解，這些現(xiàn)象會使得聚酯纖維及其相關(guān)制品的表觀形貌、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能以及服役壽命等的降低或減短[2]。本文主要通過對聚酯纖維的分子量分布、紅外光譜、熱穩(wěn)定性、粘度等的表述，對紫外輻照老化聚酯纖維的性能影響進(jìn)行了概述。

2 紫外輻照聚酯纖維的性能分析

2.1 紫外輻照對聚酯纖維表觀形貌的影響

周穎等[3]人發(fā)現(xiàn)未經(jīng)過紫外射線輻射過的聚酯纖維形狀基本都是的圓柱形,外表面比較的平整和光滑,存在極少數(shù)淺的或窄小的痕跡,而經(jīng)過紫外輻射處理后聚酯纖維的橫截面形貌變得十分不規(guī)則,類似鋸齒形狀。由于受到受紫外輻射時間長短的不同的影響，表面還出現(xiàn)了凹凸不平的裂痕或溝壑,這表明受紫外輻射處理后的聚酯纖維表面層變的非常脆,即使發(fā)生微小的彎曲或變形都可能引起纖維的斷裂。紫外輻射處理后聚酯纖維的外表層，相比于未紫外輻射處理的纖維樣品在縱向顯露出因皺褶而凹陷的特征,凹陷深度隨著紫外輻射時間的不斷延長而不斷的加深。這種凹陷現(xiàn)象出現(xiàn)的的原因，可能是多種方面作用的結(jié)果，很多研究發(fā)現(xiàn),紫外輻射作用導(dǎo)致高聚物的分子運(yùn)動劇烈，錯綜復(fù)雜的的分子鏈的斷裂或小分子揮發(fā),進(jìn)而使分子鏈長度縮短,有利于分子支鏈或短鏈的定向排列和結(jié)晶,從而使得結(jié)晶度得到提高,結(jié)晶度具有高于非晶區(qū)的密度，使得聚酯纖維表面出現(xiàn)凹凸不平。

2.2 聚酯纖維的分子量變化

分子量的降低是反映高聚物紫外光降解程度最主要的指標(biāo)之一，王華印[4]發(fā)現(xiàn)纖維纖維樣品的分子量大小會隨著紫外輻射時間增長，而呈現(xiàn)下降的趨勢，開始下降的速度較快，一段時間后不斷趨于平緩。這是紫外輻照的初始階段，聚合物的長鏈發(fā)生斷裂，成為短鏈，鏈長度下降的越多，高分子材料的聚合度下降越快，隨時間的增加，鏈斷裂主要是的中、小分子的鍵，發(fā)生相互連接，此時分子鏈長度下降速率變慢，故聚合度下降的速度變慢。

2.3 聚酯纖維紅外光譜分析

聚酯纖維經(jīng)過紫外輻射處理后，一個新的能量吸收峰在3290 cm- 1 處出現(xiàn)，并且吸收強(qiáng)度隨著紫外輻射處理時間的增長而增長，結(jié)合3290 cm - 1 是羧基(-COOH)和羥基(-OH)的伸縮振動，進(jìn)而推斷出隨著紫外輻射時間的增加，聚酯纖維表面羧基的含量也會增加。眾所周知，羧基是生色基團(tuán)，羧基數(shù)量的增加，說明了紫外輻照促使聚酯纖維表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)降解。

2.4 聚酯纖維拉伸性能測試分析

聚酯纖維的拉伸強(qiáng)度變化曲線分為兩個不同的區(qū)域：線性區(qū)，應(yīng)力、應(yīng)變基本上成線性關(guān)系；屈服區(qū)，應(yīng)力上升緩慢，伸長變形增加較快直至纖維斷裂。與沒有紫外線輻射處理的聚酯纖維相對比，紫外輻射處理后的聚酯纖維的線性區(qū)域沒有明顯的變化；而在屈服區(qū)差別較為明顯，在這個區(qū)域明顯減小。聚酯纖維在受到4 小時的紫外線輻射后，拉伸曲線變化經(jīng)過屈服點(diǎn)出現(xiàn)斷裂，是紫外輻射處理帶來的后果。

3 結(jié)論與展望

通過對紫外輻照聚酯纖維表觀形貌、分子量分布和拉伸性能的分析得知，紫外輻照會對聚酯纖維產(chǎn)生老化和破壞的作用，并隨著紫外輻照時間的增加，聚酯纖維的的損傷程度越大。進(jìn)而，在未來，進(jìn)一步提升聚酯纖維的抗紫外輻照的能力仍有很多的工作要做。