機(jī)器參數(shù)對變形紗性能的影響

S. V. Mahajan， A. S. Dhangr， R. N. Turukmane， R. D. Parsi， N. Ratnaparkhi， P. P. Raichurkar

SVKM’S NMIM’S(印度)

在過去幾十年里，印度見證了化學(xué)纖維制造業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)出口聚合物切片、纖維和變形長絲至其他國家。印度化學(xué)纖維工業(yè)的愿景和使命是研發(fā)具有某些重要特征(如高力學(xué)性能和良好卷曲性能)的產(chǎn)品。服裝時(shí)尚產(chǎn)業(yè)要求織物具有美觀和舒適的特性，這通過合成纖維很難獲得。所有熔融紡絲法生產(chǎn)的長絲都具有較高的金屬光澤，這會(huì)使穿著者產(chǎn)生粗糙、刺痛和僵硬感。因此，研發(fā)一種具有蓬松效果且能提升織物性能，同時(shí)還讓穿著者感覺柔軟的長絲非常重要。

長絲的變形定義為在連續(xù)長絲中引入纏繞、波紋、卷曲和褶皺等，通過改變其幾何結(jié)構(gòu)，使長絲變得蓬松和/或具有彈性。由變形紗制得的織物因具有諸多引人矚目的特點(diǎn)而備受青睞。本文主要研究拉伸倍數(shù)和主加熱器溫度對聚酯拉伸變形絲(DTY)卷曲性能和力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與方法

在Himson ATH 12 F/V型拉伸-變形機(jī)上，改變拉伸倍數(shù)和主加熱器溫度，對規(guī)格為130 D/36 f(14.5 tex/36 f)的非混合型聚酯部分取向絲(POY)進(jìn)行變形加工，制備不同拉伸倍數(shù)和主加熱器溫度條件下的3種試樣：1.73， 190 ℃； 1.75， 200 ℃； 1.77， 210 ℃。變形加工工藝的處理速度為900 m/min，采用厚6 mm的陶瓷質(zhì)圓盤。

1.2 測試方法

測試所得DTY的力學(xué)性能和卷曲性能，其中，紗線的斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度按照ISO 2062標(biāo)準(zhǔn)，采用SDL型萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試，應(yīng)力量程為2 500 N。每種主加熱器溫度下測試15個(gè)試樣。卷曲穩(wěn)定性和卷曲收縮率按照DIN 53840標(biāo)準(zhǔn)，采用TexTechno TexTurmat ME進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸倍數(shù)對DTY線密度的影響

喂入原料為線密度為130 D/36 f的非混合型聚酯POY，在拉伸-變形機(jī)上進(jìn)行變形加工，拉伸倍數(shù)分別為1.73， 1.75和1.77。表1給出了拉伸倍數(shù)對DTY線密度的影響。

表1 拉伸倍數(shù)對DTY線密度的影響

加工處理過程中，可以觀察到長絲結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化。研究結(jié)果表明，任何拉伸倍數(shù)的變化都將作用于加工過程，并引起長絲線密度的改變。由表1可以看出，隨著拉伸倍數(shù)的逐漸增大，所得DTY的線密度逐漸減小。通過對長絲進(jìn)行不同拉伸倍數(shù)的拉伸，可以發(fā)現(xiàn)其由POY轉(zhuǎn)變?yōu)镈TY時(shí)，線密度存在明顯的差異。引起長絲線密度變化的因素有加熱溫度和拉伸倍數(shù)，且拉伸倍數(shù)對線密度的影響更大。這是因?yàn)槔毂稊?shù)增大，則長絲結(jié)晶區(qū)增加，斷裂強(qiáng)度增大，而伸長率減小。

2.2 拉伸倍數(shù)對DTY強(qiáng)度和伸長率的影響

化學(xué)纖維的強(qiáng)度和伸長率性能與拉伸輥速度的相關(guān)性較強(qiáng)。在未過度拉伸的情況下，纖維的強(qiáng)度與拉伸倍數(shù)成正比(表2)。

聚酯長絲制品的分類主要取決于加工速度，生產(chǎn)的長絲有低取向絲(LOY)、半預(yù)取向絲(MOY)、POY和全拉伸絲(FDY)。聚酯長絲是在不同的生產(chǎn)速度下通過熔融紡絲制得的。當(dāng)加工速度為2 800～4 000 m/min時(shí)，獲得的POY的取向度高于帶有少量結(jié)晶的LOY和MOY，因此更適于用作拉伸-變形處理的喂入材料。在較合理的拉伸倍數(shù)(1.75)下，所得DTY的強(qiáng)度可達(dá)4.02 cN/tex，同時(shí)其伸長率低至24.88%，之后進(jìn)一步增大拉伸倍數(shù)，DTY的強(qiáng)度下降。

表2 拉伸倍數(shù)對DTY強(qiáng)度和伸長率的影響

2.3 主加熱器溫度對DTY線密度的影響

拉伸-變形機(jī)上有2個(gè)加熱器，以提高PET長絲的結(jié)構(gòu)性能。將主加熱器的溫度設(shè)置為高于長絲的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，以觀察纖維結(jié)構(gòu)對長絲性能參數(shù)(如線密度、強(qiáng)度、伸長率和卷曲收縮率)的影響。

拉伸-變形機(jī)的主加熱器溫度需根據(jù)加工材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度設(shè)置。將主加熱器溫度分別設(shè)定為190、 200和210 ℃，以獲得3種DTY試樣。采用標(biāo)準(zhǔn)測試裝置在實(shí)驗(yàn)室中測試試樣的線密度。保持其他參數(shù)不變，改變主加熱器溫度及PET長絲在主加熱器中連續(xù)曝露的時(shí)間，觀察長絲性能的變化。研究表明，所得長絲的線密度變化明顯，隨著主加熱器溫度的上升，DTY的線密度逐漸減小(表3)。

表3 主加熱器溫度對DTY線密度的影響

2.4 主加熱器溫度對DTY強(qiáng)度和伸長率的影響

結(jié)晶區(qū)決定所得長絲的強(qiáng)度和伸長率。PET長絲在主加熱器的2個(gè)熱板間行進(jìn)，纖維受熱軟化，在拉伸速度作用下，纖維分子沿著纖維軸向取向。加熱過程可使長絲結(jié)晶度和強(qiáng)度增大，這是因?yàn)槠淇墒估w維內(nèi)固定分子的數(shù)目增加。DTY的伸長率則減小。在Himson ATH 12 F/V型拉伸-變形機(jī)上對主加熱器溫度進(jìn)行設(shè)置，以研究主加熱器溫度對DTY形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，并基于化學(xué)纖維工業(yè)采集的真實(shí)數(shù)據(jù)獲得試驗(yàn)結(jié)果。研究表明，當(dāng)主加熱器溫度設(shè)定為190 ℃和200 ℃時(shí)，DTY的強(qiáng)度由3.99 cN/tex增至4.02 cN/tex。但紗線強(qiáng)度變化的趨勢并非在所有溫度下均保持一致，當(dāng)溫度繼續(xù)增大至210 ℃時(shí)，纖維強(qiáng)度出現(xiàn)下降。由整體觀察結(jié)果可知，長絲形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相當(dāng)大的變化。主加熱器溫度對DTY伸長率的影響更大。由采集的數(shù)據(jù)可知，溫度為190 ℃時(shí)，DTY的伸長率為25.10%，而當(dāng)溫度為200 ℃時(shí)，伸長率變?yōu)?4.88%。在主加熱器溫度由190 ℃升至200 ℃時(shí)，DTY的伸長率持續(xù)降低，原因可能是長絲中的高分子發(fā)生取向并被熱定型。溫度升高至210 ℃時(shí)，DTY的伸長率減小，強(qiáng)度下降(表4)。

表4 主加熱器溫度對DTY強(qiáng)度和伸長率的影響

2.5 拉伸倍數(shù)和主加熱器溫度對DTY卷曲收縮率的影響

由以往研究可知，長絲的卷曲收縮率隨著拉伸倍數(shù)的增大而減小。將制備的試樣保持預(yù)張緊狀態(tài)并置于熱水中，然后去皮并冷卻。所有的皮層纖維均在0.18 cN/tex的載荷下懸掛于板子上。去除載荷后，將皮層纖維于松弛狀態(tài)下置于烘箱中30 min。研究3種不同加熱溫度和3種不同拉伸倍數(shù)對DTY卷曲收縮率的影響(表5)。該研究是在已獲得初步試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，試驗(yàn)結(jié)論如下。

——拉伸倍數(shù)對卷曲收縮率的影響：變形區(qū)張力降低使長絲伸長率增大。增大拉伸倍數(shù)限制卷曲收縮時(shí)纖維所需的遷移運(yùn)動(dòng)，因而拉伸倍數(shù)較大易導(dǎo)致DTY捻度增大，卷曲收縮率減小。

——主加熱器溫度對卷曲收縮率的影響：隨著主加熱器溫度的升高，DTY的卷曲收縮率增大。

表5 拉伸倍數(shù)和主加熱器溫度對DTY卷曲收縮率的影響

3 結(jié)論

通過改變拉伸倍數(shù)(1.73， 1.75和1.77)和主加熱器溫度(190， 200和210 ℃)制得不同工藝參數(shù)條件下的DTY。基于試驗(yàn)和分析，可以得出如下結(jié)論。

——拉伸倍數(shù)影響長絲線密度。隨著拉伸倍數(shù)的增大，聚酯DTY的線密度減小。

——拉伸輥速度誘使纖維分子取向，在一定范圍內(nèi)，拉伸倍數(shù)大，所得聚酯DTY的結(jié)晶度和強(qiáng)度增大，伸長率降低。

——加熱過程可在一定程度上使聚酯DTY的結(jié)晶度和強(qiáng)度增大，至一定程度后，反而下降，原因是隨著長絲中固定分子數(shù)目的增多，其伸長率減小。

——增大拉伸倍數(shù)限制長絲卷曲時(shí)所需的纖維的遷移。拉伸倍數(shù)較高導(dǎo)致長絲捻度增大而卷曲收縮率減小。隨著主加熱器溫度的升高，聚酯DTY的卷曲收縮率增大。