含溝槽異形PET絲性能研究

李茂明，張仕陽(yáng)，孫青梅，眭建華

(1.吳江福華織造有限公司，江蘇 蘇州 215028；2.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215006；3.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

異形PET纖維是指經(jīng)一定的幾何形狀(非圓型)的噴絲孔紡制的具有特殊橫截面形狀的聚酯纖維。異形截面PET纖維主要是利用物理或化學(xué)改性的方法，設(shè)計(jì)制成異形絲孔，經(jīng)紡絲牽伸制得[1-2]。其中十字形、Y形、C-O形、U形等異形截面PET纖維縱向具有一條或多條溝槽，理論上徑向溝槽形成毛細(xì)效應(yīng)，使纖維獲得較好的導(dǎo)通功能，從而實(shí)現(xiàn)吸濕、排汗和透氣特性[3]。近年來(lái)，化纖面料市場(chǎng)追崇面料在穿著中的熱濕舒適功能。所謂熱濕舒適功能，是指在不同的氣候條件下人體的舒適感覺(jué)，取決于人體產(chǎn)生的熱量和向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量之間的平衡。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)人體會(huì)排出液體汗，這些汗液應(yīng)迅速脫離皮膚，否則會(huì)產(chǎn)生積熱，不利于人體健康，這就要求織物具有優(yōu)良的吸收汗液、快速導(dǎo)出到面料外層并迅速蒸發(fā)的功能[4]。因而含溝槽異形PET纖維所具有的導(dǎo)通氣流和傳輸蒸發(fā)水分的特性得到了重視。為更好地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，本文對(duì)公司新近使用的幾種含溝槽異形PET纖維進(jìn)行了形態(tài)與性能的研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用83.3 dtex/36F五連環(huán)形截面、 166.7 dtex/72F U形截面、83.3 dtex/36F 三葉形截面、166.7 dtex/72F十字形截面和83.3 dtex/36F扁平形截面等5種異形PET絲，單根纖維的線密度均為2.31 dtex。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

(1)纖維形態(tài)分析

試驗(yàn)采用JCM6000型臺(tái)式電鏡，攝取樣品纖維橫截面和縱向SEM圖，對(duì)纖維形態(tài)加以分析，測(cè)算纖維當(dāng)量直徑d值和相對(duì)徑向異形度DR值。

當(dāng)量直徑指的是異形或非圓形截面纖維按照等面積的原則等效為圓形截面后計(jì)算出來(lái)的直徑，是評(píng)價(jià)異形截面纖維性能的一個(gè)重要參數(shù)[4]。將異形纖維的橫截面面積等效為圓形纖維的橫截面面積，用公式(1)計(jì)算等效后的圓形纖維的直徑，即為異形截面纖維的當(dāng)量直徑D。

(1)

式中：S為纖維截面面積，μm2。

纖維的異形度也稱纖維相對(duì)徑向異形度，是指異形截面凹凸曲折的尺度，也是指偏離圓形截面的程度。DR值越大表明截面輪廓越曲折，DR值越小則形狀與圓形越接近。DR可由公式(2)計(jì)算得到。

(2)

式中：R為纖維截面外接圓半徑，μm；r為纖維內(nèi)切圓半徑，μm[5]。

(2)絲線拉伸試驗(yàn)

試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣下的條件下平衡24 h，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14344-2008化學(xué)纖維長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法，采用Instron3365萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，預(yù)加張力(0.15±0.03) cN/dtex，夾持距離500 mm，拉伸速度200 mm/min。計(jì)算平均斷裂強(qiáng)度F值(cN/dtex)、斷裂伸長(zhǎng)率ε值(%)，樣品數(shù)30，取平均值。

(3)回潮率測(cè)定

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T6503-2008化學(xué)纖維回潮率試驗(yàn)方法，采用箱外冷稱法。試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下平衡24 h，用BSA224S電子天平稱重，后將試樣放在HD101A-2 電熱鼓風(fēng)烘箱中，在烘干溫度為(105±3)℃的條件下烘干至恒重，稱重并計(jì)算回潮率W值(%)。

(4)絲線熱收縮試驗(yàn)

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T6505-2008化學(xué)纖維長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法測(cè)定。剪取絲長(zhǎng)L1=100 cm，松弛狀態(tài)下置于沸水中煮沸20 min，取出在電熱鼓風(fēng)烘箱中(50 ℃條件下)烘干，之后在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下平衡24 h，測(cè)量其長(zhǎng)度L2(cm)，樣品數(shù)40，取平均值，再計(jì)算沸水收縮率EW值(%)。

(5)絲線表面浸潤(rùn)性試驗(yàn)

可用動(dòng)態(tài)接觸角表征絲線浸潤(rùn)性。動(dòng)態(tài)接觸角不僅可以衡量平衡時(shí)的絲線浸潤(rùn)性，還可以時(shí)刻反映每個(gè)瞬間絲線的表面潤(rùn)濕情況[6]。

試驗(yàn)采用DCAT動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)取絲線樣品動(dòng)態(tài)接觸角，試驗(yàn)溫度為26 ℃，設(shè)置液流速度為1 mm/s，選用試驗(yàn)液為超純水。將10根50 mm長(zhǎng)的樣品絲線合并并略加搓捻，使其呈柱狀樣品束，上端用雙面膠粘接固定以防松散，并夾持懸垂于測(cè)試臺(tái)，夾持長(zhǎng)度1 mm。打開(kāi)開(kāi)關(guān)使超純水緩緩上升逐漸浸沒(méi)絲線下端，浸沒(méi)長(zhǎng)度為2～3 mm，然后關(guān)閉開(kāi)關(guān)使超純水緩緩?fù)顺?。測(cè)量絲線從接觸液面到離開(kāi)液面過(guò)程中的動(dòng)態(tài)接觸角，分為前進(jìn)接觸角和后退接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維SEM圖

異形截面PET纖維的橫截面SEM圖和徑向SEM圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 PET異形纖維截面SEM圖

圖2 PET異形纖維徑向SEM圖

五連環(huán)形纖維的截面由5個(gè)近似圓形并排連接狀，形似毛毛蟲(chóng)，凹凸曲折程度不是很大，縱向平直無(wú)卷曲，有8道連續(xù)的溝槽；U形纖維的截面類似于英文字母大寫(xiě)的“U”或“C”，纖維截面中間有一個(gè)很深的凹槽，凹凸曲折程度較大，縱向略微卷曲，有1道深淺不一的連續(xù)溝槽；三葉形纖維的截面類似于英文字母大寫(xiě)的“Y”，凹凸曲折程度不大，縱向有卷曲，有3道深淺基本一致的連續(xù)溝槽；十字形纖維截面有不規(guī)則的4個(gè)凹槽，凹凸曲折程度很大，縱向比較平直，有4道深淺基本一致的連續(xù)溝槽；扁平形纖維的截面呈一字形扁平狀，外圍平滑無(wú)曲折，縱向沒(méi)有溝槽，表面平整光滑。

2.2 纖維異形程度

纖維當(dāng)量直徑

表1 異形PET纖維異形程度

(1)四種含溝槽異形纖維的當(dāng)量直徑均小于無(wú)溝槽的扁平纖維，截面凹凸曲折程度大的纖維，其當(dāng)量直徑又更小一些。

(2)四種含溝槽異形纖維的相對(duì)徑向異形度均明顯大于無(wú)溝槽的扁平纖維，截面凹凸曲折程度大的纖維，其異形度也更大一些。

2.3 絲線物理性能

表2為異形PET纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)、回潮率及沸水收縮率。

表2 異形PET絲線物理性能指標(biāo)

從表2可以看出：

(1)五種異形PET絲的拉伸斷裂強(qiáng)度值在3.10 ～3.80 cN/dtex范圍，相差不大，且與普通PET絲的強(qiáng)度范圍2.60～5.70 cN/dtex相一致[7]。

(2)除五連環(huán)形PET絲的斷裂伸長(zhǎng)在15%以下，其他四種異形絲的斷裂伸長(zhǎng)基本都在20%～25%。

(3)五種異形PET絲的回潮率均在2.20%～3.10%范圍，前四種含溝槽絲回潮率略高于無(wú)溝槽的扁平絲，但總體情況與普通PET回潮率小于3.00%相一致[7]，說(shuō)明含溝槽異形絲對(duì)空氣中的水分子并無(wú)特別好的吸收性能。

(4)四種含溝槽異形絲的沸水收縮率明顯低于無(wú)溝槽的扁平絲，而截面凹凸曲折程度大的纖維，其沸水收縮率值更小；纖維縱向溝槽數(shù)與沸水收縮率無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。

2.4 絲線動(dòng)態(tài)接觸角

不同截面形狀的PET異形絲的動(dòng)態(tài)接觸角的測(cè)量結(jié)果如表3所示：

表3 絲線的動(dòng)態(tài)接觸角

從表中可以看出：前進(jìn)接觸角均大于后退接觸角；含溝槽異形絲的動(dòng)態(tài)接觸角均在60°以下，并明顯小于無(wú)溝槽的扁平絲；截面凹凸曲折程度大的異形絲則動(dòng)態(tài)接觸角又明顯小；纖維縱向溝槽數(shù)與動(dòng)態(tài)接觸角無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。

3 結(jié)論

(1)纖維的異形及其異形程度大小對(duì)絲線的拉伸斷裂強(qiáng)度、回潮率等影響不大；除五連環(huán)形絲，其他異形絲的拉伸伸長(zhǎng)特性與普通絲線相差不大；含溝槽異形絲的沸水收縮率及動(dòng)態(tài)接觸角與無(wú)溝槽的絲線有明顯差別。

(2)含溝槽異形纖維的截面曲折異形程度對(duì)絲線的沸水收縮率及動(dòng)態(tài)接觸角的影響較大，而溝槽數(shù)則基本無(wú)影響。即纖維異形度對(duì)纖維性能影響的貢獻(xiàn)優(yōu)于纖維溝槽數(shù)量。