紡絲后處理對PET全拉伸絲性能的影響

K. Pawar， R. Turukmane

SVKM’S NMIMS (印度)

若紡絲制得的纖維彈性差(拉伸后無法回復(fù))，且在低牽伸應(yīng)力作用下也會發(fā)生塑性形變，這些纖維不適用于包括服裝在內(nèi)的任何應(yīng)用。由于聚酯(PET)長絲中的聚合物分子鏈?zhǔn)遣糠终郫B的，在受熱和一定的牽伸應(yīng)力作用下，它們將很容易被牽伸。紡織纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示，當(dāng)纖維受到的應(yīng)力達(dá)一定值時，纖維將發(fā)生顯著變形而應(yīng)力變化較小，直到所有分子鏈都伸展開并形成一種改善的(更具彈性的)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在該變化區(qū)域內(nèi)，聚合物分子鏈呈現(xiàn)出新的已伸展構(gòu)象，并且當(dāng)應(yīng)力去除后，也不會回復(fù)到其原始狀態(tài)。這一區(qū)域稱為纖維的自然拉伸區(qū)，所對應(yīng)的纖維的延展特性稱為纖維固有拉伸比(NDR)。為了使纖維力學(xué)性能更穩(wěn)定并且其抵抗變形能力隨應(yīng)變增加而增大，必須消除纖維的這一拉伸易變形區(qū)域。在紡絲后整理工藝中，牽伸是一道非常重要的工序，可在此工序中消除纖維的自然拉伸區(qū)。當(dāng)纖維牽伸比超過其NDR時，聚合物分子鏈形成具有沿牽伸方向(纖維軸向)伸展構(gòu)象的彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相對于初生纖維，這種纖維具有更高的屈服點、強度、初始模量和可回復(fù)性。

1 材料與方法

純對苯二甲酸(PTA)呈細(xì)粉末狀，相對分子質(zhì)量為166，溶沸點為425 ℃(受壓狀態(tài))。乙二醇(EG)呈無色液體狀態(tài)，相對分子質(zhì)量為62，溶沸點為190 ℃(受壓狀態(tài))。其他原料包括二甘醇、三氧化二銻(催化劑)、二氧化鈦(TiO2)、硫酸鋇(BaSO4)、紡絲整理劑、氮氣、陶氏液體(聯(lián)苯和二苯醚的混合物)。

高速PET全拉伸絲(FDY)紡絲：采用配備有蒸汽室的巴馬格紡絲設(shè)備制備高速PET FDY，紡絲速度為3 000～6 500 m/min。

2 結(jié)果與討論

牽伸會對纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。因為牽伸過程中產(chǎn)生的高應(yīng)力，會使纖維取向度增大，同時纖維結(jié)晶度發(fā)生變化，并且有可能出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變。纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)也可能會發(fā)生從微原纖狀轉(zhuǎn)變?yōu)樵w狀的變化，纖維無定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)也將同步變化。圖1所示為牽伸力對不同規(guī)格PET纖維強度和伸長率的影響。

圖1 牽伸力與溫度對不同規(guī)格PET纖維強度和伸長率的影響

由圖1可以看出，隨著牽伸力的增大，纖維強度提高，從185 cN/dex增大至2.58 cN/tex，纖維伸長率則逐漸降低。

聚合物分子鏈的取向還可能會隨結(jié)晶區(qū)的變化而變化。然而，纖維的結(jié)晶度并非總隨著牽伸力的增大而增大。在具有低結(jié)晶度的半結(jié)晶熱塑性聚合物中，取向度通常隨結(jié)晶度的增大而增大，如，在高牽伸比細(xì)頸牽伸條件下的PET預(yù)取向絲。但若聚合物就其結(jié)晶度而言已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，如濕紡纖維，則由于分子鏈的高度活動性，纖維結(jié)晶度已在凝固浴中得到充分提升，因而纖維牽伸過程中其結(jié)晶度不會進(jìn)一步提高?；蛘?，在低溫下以非常慢的速率牽伸的材料(流動變形)，其不會發(fā)生熱結(jié)晶，則結(jié)晶度的變化也可以忽略不計。如，在冷浴中以緩慢的速率牽伸無定形PET。在另一些情況下，隨著牽伸的進(jìn)行，纖維結(jié)晶度也可能降低。如，初始纖維有較高的結(jié)晶度，施加牽伸應(yīng)力后，將導(dǎo)致一些小的不完善的微晶發(fā)生變形或破裂，則可能出現(xiàn)纖維結(jié)晶度降低的情況。如，在高溫下強行牽伸完全結(jié)晶的PET，可能會因牽伸而導(dǎo)致其結(jié)晶度降低。

3 結(jié)語

紡絲后處理工藝是決定牽伸絲分子取向和結(jié)晶程度的重要工序，可使長絲具備一定的物理、力學(xué)和熱性能，從而決定它們的最終用途。預(yù)牽伸材料中的分子取向程度和結(jié)晶度同等重要，低結(jié)晶度的材料非常容易牽伸，可通過施加較高的牽伸力獲得強度更高的纖維。同時，該情況下纖維的結(jié)晶度也得以提高。當(dāng)材料的初始結(jié)晶度較高時，牽伸過程通常會導(dǎo)致其結(jié)晶度下降。