共混改性改善高低黏度PET 并列復合纖維性能的研究

林 海

（廣東省化學纖維研究所， 廣東 廣州510245）

0 前言

高低黏度PET 紡制并列復合纖維具有良好的可紡性及穩(wěn)定的卷曲性能， 主要原因是高低黏度PET 的熔點相近， 為254 ～257 ℃； 兩組分切片的單體成分及含量均相同， 分別為對苯二甲酸二甲酯 （PTA） 及乙二醇 （EG）； 兩組分的相容性好、 能紡制成形良好的并列復合纖維。復合纖維的高黏度PET 組分在復合纖維中形成高取向低結晶的結構成為高收縮組分， 低黏度PET 組分在復合纖維中形成低取向高結晶的結構成為低收縮組分； 兩組分的不同收縮率使復合纖維具有較穩(wěn)定的卷曲性能[1]。 本試驗是在高低黏度PET 并列紡絲的基礎上對低黏度組分添加PBT 成分進行改性， 以改善高低黏度PET 并列復合纖維的力學性能及卷曲性能。

1 試驗

1. 1 原料

半消光高黏度PET 聚酯切片、 半消光低黏度PET 聚酯切片均為上海石油化工股份有限公司生產(chǎn)。高黏度PET 的特性黏度為0. 908 dL/g， 低黏度PET 的特性黏度為0.502 dL/g， 熔點均為257 ℃。

PBT 切片為無錫興盛新材料有限公司生產(chǎn)，PBT 的特性黏度為0. 998 dL/g， 熔點為225 ℃。

1. 2 紡絲工藝流程

1. 3 設備

蘇州帝達化纖設備有限公司的雙組分熔融紡絲機； 北京熱輥中心的牽伸熱輥； 日本帝仁公司的混料設備。

1. 4 紡絲牽伸工藝的選擇

本試驗研究的目的是運用目前成熟的雙組分熔融紡絲設備、 混料設備及紡絲工藝， 制備具有較好力學性能及卷曲性能的并列復合纖維。

PBT 切片經(jīng)干燥后在低黏度PET 組分的紡絲螺桿的入料口前與低黏度PET 混合， 低黏度PET 與PBT 切片的質(zhì)量比為85/15。 高黏度PET與低黏度PET 混合體的比例為50/50。

紡絲工藝的選取基本參照高低黏度PET 的紡絲工藝， 現(xiàn)將紡絲工藝參數(shù)列于表1 和表2。

表1 共混復合紡絲兩組分螺桿溫度表

表2 共混復合紡絲 （85 dtex/24 f） 工藝參數(shù)表

1. 5 低黏度PET 混料體系的選取

進行復合紡絲加工的混合材料， 需具有適合熔融紡絲的流變性能， 結晶干燥符合常規(guī)紡絲的加工條件， 同時紡制的復合纖維的性能能體現(xiàn)出共混體的特點。 根據(jù)這一要求， 選擇低黏度PET/PBT 共混體， 要求共混體具有良好的結晶性能、 利于紡絲及牽伸的順利進行， 故要求共混體結晶速度不能過快、 結晶量要適中，所以選取低黏度PET/PBT 的質(zhì)量比為85/15。

1. 6 測試

（1） 線密度的測試： 在YG086C 型縷紗測長機上測試， 每個試樣測試三次計算平均值作為線密度值。

（2） 機械性能測試： 在YG023B - Ш 型單紗強力儀上對斷裂強度、 斷裂伸長進行測定。

（3） 濕熱收縮率測試： 根據(jù)國標GB/T6505- 2008 《化學纖維- 長絲熱收縮率試驗方法》，長絲在100 ℃沸水中處理30 min 后測試。

（4） 卷曲性能測試： 根據(jù)國標GB/T6506 -2001 《合成纖維變形絲卷縮性能測試方法》， 對樣品絲在不同熱處理條件下進行卷縮性能測試。

（5） 結晶度及晶區(qū)取向度測試： 利用日本理學D/max - rc 型X 衍射儀按照X 射線衍射法進行測試。

（6） 取向度及聲速模量測試： 利用som - п型聲速儀按照聲速法進行測試共混并列纖維的聲速模量及大分子鏈的取向度。

2 結果及討論

2. 1 并列復合纖維的物理指標

低黏度組分經(jīng)混料改性的并列復合纖維在紡絲及牽伸定型過程很順利， 沒有出現(xiàn)毛絲、飄絲及斷頭現(xiàn)象， 說明所選取的高低黏度聚酯、改性PBT 混料配比及復合比例適應復合紡絲加工的工藝要求。 現(xiàn)將紡制的并列復合纖維所測試的物理指標列于表3。 并列復合纖維的取向度、 結晶度及晶區(qū)取向度的測量數(shù)據(jù)見表4。

表3 共混改性并列復合纖維物理指標

表3、 表4 中Y1 樣品為高低黏度PET 并列復合纖維FDY， Y2 為在低黏度PET 組分經(jīng)PBT改性的并列復合纖維FDY。

表4 并列復合纖維的取向因子及結晶度

2. 1. 1 斷裂強度

從表3 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)PBT 改性低黏度PET 的并列復合纖維與不經(jīng)改性高低黏度PET并列復合纖維相比， 共混改性的高低黏度PET并列復合纖維FDY 的斷裂強度有一定程度的提高。 纖維強度受纖維取向度及結晶度的大小影響。 纖維的取向度可由聲速法來反映。 從表4的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復合纖維FDY 與不經(jīng)改性高低黏度PET 并列復合纖維相比取向更大， 聲模量的變化更顯著。 這是由于共混改性體加入PBT 組分后低黏度PET 分子之間的作用力降低了， 有利于PET 分子在牽伸時產(chǎn)生有序排列； 同時PBT 分子柔性鏈較長，在牽伸外力的作用下取向與結晶都較易。 所以經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復合纖維FDY 的取向度及結晶都有所提高， 導致其斷裂強度得到提高。

2. 1. 2 斷裂伸長

從表3 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET并列復合纖維FDY 的斷裂伸長比不改性的小。這主要原因是經(jīng)改性后纖維的結晶度變大、 無定形區(qū)變小， 纖維的牽伸性能下降所致。

2. 1. 3 模量

纖維的模量是纖維抵抗外力作用的形變能力的反映， 取決于聚合物的分子結構及分子間作用力。 纖維的模量由取向度及結晶度的大小決定。 從表4 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復合纖維FDY 的模量及結晶度都比不經(jīng)改性的復合纖維大。 改性復合纖維的取向度及結晶度更高， 其模量也更高。

2. 1. 4 沸水收縮率

纖維的沸水收縮率是纖維在沸水的作用下有序結構的穩(wěn)定性的反映， 纖維無定形區(qū)越大，其沸水收縮率越大。 從表3 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復合纖維FDY 的沸水收縮率比不經(jīng)改性的復合纖維小， 這是由于經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復合纖維FDY 具有更高的結晶引起。

2. 1. 5 復合纖維的卷曲性能

復合纖維的卷曲是纖維的兩組分由于各自的取向及結晶的分子結構差異而引起的熱收縮率差異所導致的， 復合纖維在一定的受熱處理及受力的條件下才會發(fā)生卷曲[2]。 當兩組分比例為50 ∶50 時， 復合纖維的卷曲性能最好， 如圖1。 兩個樣品在180 ℃的熱處理30 min 條件下， 卷曲性能最好， 如圖2。 表5 為并列復合纖維的卷曲性能比較。 從表5 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復合纖維FDY （Y2） 具有更好卷曲性， 主要因素是在高黏度組分收縮率不變的情況下， 低黏度組分經(jīng)改性后結晶度更高、 其收縮性變小， 兩組分收縮差異變大，導致其卷曲性更好。

圖1 復合比例對卷曲指標的影響

圖2 熱處理溫度下纖維的卷曲性能

表5 并列復合纖維的卷曲性

3 結論

通過添加PBT 改性低黏度PET 與高黏度滌綸進行并列復合紡絲的可紡性及復合纖維性能的研究， 得到了本試驗條件下共混改性并列復合紡絲性能的一些結論， 現(xiàn)總結如下：

（1） 所選擇的改性共混體在并列復合紡絲加工具有良好的可紡性及后加工性能；

（2） 與不經(jīng)改性的并列復合纖維FDY 相比，共混改性的并列復合纖維的力學性能有一定程度的改善， 纖維的強度及模量都有提高；

（3） 與不經(jīng)改性的并列復合纖維FDY 相比，共混改性的并列復合纖維的伸長及沸水收縮率略有降低；

（4） 共混改性的并列復合纖維FDY 的結晶度比不經(jīng)改性的并列復合纖維FDY 有所提高；

（5） 共混改性的并列復合纖維FDY 的卷曲收縮率及卷曲穩(wěn)定性比不經(jīng)改性的并列復合纖維FDY 有改善；