新型液晶聚酯長絲

自杜邦公司開發(fā)出芳綸纖維以來，已有多家公司對聚芳酯纖維熔融紡的可能性進(jìn)行了研究。液晶聚酯(LCP)纖維是一種由6-羥基-2-萘酸和羥基苯甲酸組成的聚合物，其采用Celanese技術(shù)制成，目前Kuraray公司已將其投入市場。LCP纖維是一種經(jīng)熔融紡絲和熱處理后獲得的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的超強(qiáng)纖維，其具有優(yōu)異的性能，如較高的強(qiáng)度、模量、濕強(qiáng)度等。盡管LCP長絲紗具有優(yōu)良的特性，但其紡紗和熱處理工藝存在一定的門檻，因此只能被少數(shù)廠家生產(chǎn)。目前，東麗公司已經(jīng)成功開發(fā)出一種名為Siveras的新型LCP長絲紗，這種紗線基于與現(xiàn)有的LCP纖維不同的聚合物研發(fā)。東麗公司能夠同時(shí)生產(chǎn)LCP聚合物和纖維，Siveras是結(jié)合聚合物技術(shù)和原始紡絲工藝開發(fā)出的，因此其有望形成獨(dú)特的紗線性能。

與其他超強(qiáng)纖維相比，Siveras長絲紗的物理性能較優(yōu)，如圖1所示，其強(qiáng)度為3.3 GPa(24 cN/dtex)、模量為96.0 GPa(690 cN/dtex)，且具有良好的尺寸穩(wěn)定性。由圖2可知，在30%的斷裂載荷下[僅有UHMWPE(超高分子量聚乙烯)的斷裂載荷為20%]，該長絲紗的蠕變伸長率為其中最小。

圖1 Siveras的物理性能

圖2 Siveras的蠕變特性

此外，Siveras長絲紗還具有改善現(xiàn)有超強(qiáng)纖維性能的潛力。紡織企業(yè)使用超強(qiáng)纖維旨在獲得高強(qiáng)度的產(chǎn)品，然而，超強(qiáng)纖維成品常達(dá)不到預(yù)期的強(qiáng)度。以繩索為例，使用528根強(qiáng)力為0.4 kN的LCP纖維制成的繩索，其實(shí)際強(qiáng)力僅為46 kN，遠(yuǎn)小于預(yù)期強(qiáng)力200 kN。超強(qiáng)纖維未達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的原因與其加工后的強(qiáng)度保持率有關(guān)。通常，隨著長絲模量的增大，合成纖維在加捻后的強(qiáng)度保持率趨于下降，但Siveras卻并非如此，如圖3所示。

圖3 捻度系數(shù)為80且經(jīng)加工的超強(qiáng)纖維的強(qiáng)度保持率

觀察不同纖維加捻后的形態(tài)后發(fā)現(xiàn)，普通超強(qiáng)纖維不會形成規(guī)則的扭曲狀，且拉伸的和松散的單絲在捻紗中發(fā)生混合[圖4(a)和圖4(b)]。這是因?yàn)楫?dāng)高模量紗線受加捻作用時(shí)，構(gòu)成復(fù)絲的單根長絲在運(yùn)動(dòng)上會受到某些單根長絲張力的限制，因此，單絲間產(chǎn)生長度差異。當(dāng)拉長捻紗時(shí)，應(yīng)力只集中在被拉伸的單絲上，松散的長絲對捻紗的強(qiáng)力沒有貢獻(xiàn)，從而導(dǎo)致加工后的紗線易發(fā)生斷裂。

圖4 捻度系數(shù)為80時(shí)，加捻后超強(qiáng)纖維的形態(tài)對比

Siveras長絲紗在加捻后形成規(guī)則的形狀，采用Toray原始紡紗工藝，使得加捻紗中長絲有良好遷移能力[圖4(c)]。因此，模量較高的Siveras長絲在加捻后仍能保持較高的強(qiáng)度。如模量為690 cN/dtex的Siveras長絲在加捻后的強(qiáng)度保持率為86%，而模量為800 cN/dtex的HM型對位芳綸和模量為495 cN/dtex的LCP的強(qiáng)度保持率分別為48%和70%(圖3)。上述結(jié)果表明，通過使用新型纖維，可以用較少的纖維根數(shù)獲得與常規(guī)材料強(qiáng)度相同的高強(qiáng)度產(chǎn)品，或采用與常規(guī)材料相同根數(shù)的新型纖維從而獲得更高強(qiáng)度的產(chǎn)品。

Siveras長絲獨(dú)特的性能也在實(shí)際產(chǎn)品中得以證實(shí)。使用相同線密度的Siveras﹑現(xiàn)有的LCP和UHMWPE紗線分別制備了直徑為12 mm的繩索，三者的斷裂強(qiáng)力(紅色數(shù)字)和強(qiáng)度保持率如圖5所示。

由圖5可知，Siveras纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度。使用MIT測試設(shè)備對Siveras纖維的抗彎曲和疲勞性能進(jìn)行測試，在0.88 cN/dtex負(fù)荷和270°彎曲角下，進(jìn)行2 000次彎曲測試后的結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，Siveras纖維的強(qiáng)度保持率高于其他超強(qiáng)纖維。因此，Siveras纖維可用于需反復(fù)彎曲的產(chǎn)品中。

圖5 應(yīng)用于繩索的各超強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和強(qiáng)度保持率

圖6 在0.88 cN/dtex載荷下反復(fù)彎曲后的強(qiáng)度保持率

Siveras纖維還具有其他優(yōu)良的性能，如良好的阻燃、耐熱、耐酸及減振性等?？棺贤饩€性能較差是包括Siveras在內(nèi)的LCP纖維面臨的最大挑戰(zhàn)。盡管開發(fā)商正在努力解決這一技術(shù)問題，但目前最好不要將此類產(chǎn)品暴露在紫外線下應(yīng)用，或需以其他材料加以保護(hù)后應(yīng)用。Siveras纖維的研發(fā)對于紡織品的開發(fā)和設(shè)計(jì)非常重要，因其性能獨(dú)特而有可能應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。

Siveras為商標(biāo)名。