PBT/PET并列復(fù)合長絲經(jīng)時(shí)變化的研究

李 健 蔡學(xué)建 石文斌

1.黃石市城市發(fā)展投資集團(tuán)有限公司 (中國) 2.黃石市城發(fā)檢測科技有限公司 (中國) 3.廣東杰恩紡織有限公司 (中國)

聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的熱塑性工程塑料，其纖維制品在20世紀(jì)70年代末由日本帝人公司首次推出。PBT纖維具有良好的彈性等力學(xué)性能。中國從20世紀(jì)80年代開始對(duì)PBT進(jìn)行相關(guān)研究，包括PBT的合成、共混紡絲、復(fù)合紡絲技術(shù)等。目前，中國儀征石化集團(tuán)、江蘇和時(shí)利公司和福建永隆公司等都已形成了成熟的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品[1-3]。PBT纖維的發(fā)展也邁入新的時(shí)期。

PBT大分子基本鏈節(jié)上的柔性部分較長，這導(dǎo)致PBT纖維的熔點(diǎn)和玻璃化溫度較普通聚酯(PET)纖維低，纖維柔性和彈性相對(duì)較高。此外，PBT纖維具有聚酯纖維的優(yōu)良染色特性[4-7]，采用分散染料對(duì)其進(jìn)行常壓沸染，所得成品色澤與色牢度均較好。纖維的差別化是聚酯纖維發(fā)展的重要方向，聚酯纖維技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了從低速到高速，從預(yù)取向絲(POY)到拉伸加捻絲(DT)、POY到假捻變形絲(DTY)再到全拉伸絲(FDY)，從切片紡絲到熔體直紡，從粗旦絲到細(xì)旦絲的過程，差別化處理技術(shù)日趨成熟。

PBT/PET并列復(fù)合長絲具備PBT與PET纖維各自的優(yōu)點(diǎn)，易染色、手感柔軟、彈性好，兩組分的結(jié)構(gòu)與性能差，使纖維可產(chǎn)生永久性的三維立體卷曲，增加了復(fù)合長絲的彈性。對(duì)PBT/PET并列復(fù)合POY進(jìn)行假捻變形加工，可使復(fù)合長絲的卷縮性能進(jìn)一步增強(qiáng)，這在開發(fā)彈性、蓬松面料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[8-10]。常規(guī)的單一PET成分的POY在制成后，通常需在一定溫濕度下放置一段時(shí)間，以消除高速紡絲過程中大分子間的內(nèi)應(yīng)力，使纖維達(dá)到穩(wěn)態(tài)，從而降低后續(xù)加工過程中條干不勻、加工張力波動(dòng)大、斷頭率高等不良缺陷。PBT與PET相比，具有結(jié)晶速度快，熔點(diǎn)低，存在兩相結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。本文將PBT/PET并列復(fù)合POY放置在特定的溫濕度環(huán)境中一定時(shí)間后，對(duì)其進(jìn)行假捻變形加工，探討加工前后復(fù)合長絲基礎(chǔ)物理性能的經(jīng)時(shí)變化，即探討隨著時(shí)間推移，復(fù)合長絲基礎(chǔ)物理性能的變化情況。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

純PET組分的POY，規(guī)格為 150 dtex/72 f；PBT和PET質(zhì)量比為50∶50的PBT/PET 并列復(fù)合POY，規(guī)格分別為150 dtex/48 f、146 dtex/24 f、98 dtex/48 f和 45 dtex/24 f。其中，PBT切片購自儀征化纖集團(tuán)，上述各種類型長絲的卷取速度均為3 000 m/min。

1.2 設(shè)備與儀器

ATF-1500型假捻變形機(jī)(日本TMT機(jī)械株式會(huì)社)、Instron3300型電子萬能試驗(yàn)機(jī)(美國Instron公司)、AL104型電子天平(瑞士梅特勒-托利多集團(tuán))、TS205型張力儀(瑞士DESAX公司)。

1.3 試驗(yàn)過程

將不同規(guī)格的POY紗卷放置在溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為65%的恒溫恒濕室中180 d以上，在放置后的2、5、7、14、21、30、60、90、120、150和180 d，取出部分紗卷，一部分進(jìn)行POY的基礎(chǔ)物理性能測試，并對(duì)另一部分POY進(jìn)行假捻變形加工，制備DTY。DTY的生產(chǎn)工藝流程與加工條件如下所述。

1.3.1 DTY生產(chǎn)工藝流程

DTY的生產(chǎn)工藝流程如下，其加工示意圖如圖1 所示。

FR1——第一羅拉；HT1——第一熱箱；disk——假捻器(摩擦盤)；FR2——第二羅拉；HT2——第二熱箱；FR3——第三羅拉；OIL——上油輪；WR——卷繞羅拉；OF2——定型超喂；OF2A、OF3——卷繞超喂圖1 DTY加工示意圖

1.3.2 DTY加工條件

DTY的原料特性與主要加工工藝參數(shù)如表1所示。

表1 DTY的加工原料特性與主要加工工藝參數(shù)

1.4 基本物理性能測試

參照GB/T 14343—2008《化學(xué)纖維長絲線密度試驗(yàn)方法》，對(duì)長絲的線密度進(jìn)行測試。參照GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維長絲拉伸性能試驗(yàn)方法》，對(duì)長絲的強(qiáng)伸性能進(jìn)行測試。參照FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測定方法》，采用投影計(jì)數(shù)法測試長2 km的DTY上長度超過2 mm的毛羽的根數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)放置一定時(shí)間的不同規(guī)格的POY，以及由各規(guī)格POY加工成的DTY的基本物理性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表2～表6所示。

表2 規(guī)格為150 dtex/72 f的PET單組分POY假捻變形加工前后長絲經(jīng)時(shí)變化的物理性能

續(xù)表

表3 規(guī)格為150 dtex/48 f的PBT/PET 并列復(fù)合POY假捻變形加工前后長絲經(jīng)時(shí)變化的物理性能

續(xù)表

表4 規(guī)格為146 dtex/24 f的PBT/PET并列復(fù)合POY假捻變形加工前后長絲經(jīng)時(shí)變化的物理性能

表5 規(guī)格為98 dtex/48 f的PBT/PET 并列復(fù)合POY假捻變形加工前后長絲經(jīng)時(shí)變化的物理性能

表6 規(guī)格為45 dtex/24 f的PBT/PET 并列復(fù)合POY假捻變形加工前后長絲經(jīng)時(shí)變化的物理性能

不同規(guī)格的POY假捻變形加工過程中的解捻張力(T2)與加捻張力(T1)之比如表7所示。

表7 不同規(guī)格POY假捻變形加工過程中的解捻張力與加捻張力之比

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

——由表2可以看出，在溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為65%的條件下將長絲放置一定時(shí)間，隨著放置時(shí)間的延長，純PET組分POY的線密度略呈增大的趨勢，放置5 d后基本趨于穩(wěn)定，放置180 d與放置5 d相比，線密度增大率約為0.79%。放置一定時(shí)間后，純PET組分POY的斷裂強(qiáng)度略下降、斷裂伸長率增大，放置180 d后斷裂伸長率增加24.7%。這表明，隨著放置時(shí)間的變化，POY的原絲性能會(huì)出現(xiàn)一定的變化，尤其是斷裂伸長率會(huì)出現(xiàn)較大幅度的增加。

——由表2～表6可以看出，相比PET單成分POY，PBT/PET并列復(fù)合POY經(jīng)時(shí)變化表現(xiàn)出的性能更穩(wěn)定，且不同復(fù)合長絲線密度與不同單絲線密度的PBT/PET并列復(fù)合長絲的經(jīng)時(shí)變化差異不是很明顯。相對(duì)而言，線密度大的PBT/PET并列復(fù)合長絲趨于穩(wěn)定的時(shí)間更短；單絲線密度相同時(shí)，復(fù)合長絲中單絲根數(shù)越多，其趨于穩(wěn)定的時(shí)間越長。這是因?yàn)镻OY的制備過程伴隨有長絲的拉伸，而這種拉伸屬于冷拉伸，長絲雖產(chǎn)生一定的取向和結(jié)晶，但其大分子鏈間的分子內(nèi)應(yīng)力并不穩(wěn)定，在一定溫濕度條件下放置一段時(shí)間后，POY的內(nèi)應(yīng)力逐步減小或消除，大分子鏈或支鏈會(huì)因出現(xiàn)一定的回縮而趨于穩(wěn)定，斷裂伸長率也因此有一定的增加。但放置時(shí)間過久，受環(huán)境影響，包括POY本身的老化、表面氧化等影響，長絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率又會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降。相較于PET單組分POY而言，并列復(fù)合長絲中含有PBT時(shí)，因PBT結(jié)晶溫度低，紡絲過程中能夠快速結(jié)晶，故表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。

——由表2～表6還可以看出，將制得的PET單成分POY和PBT/PET(質(zhì)量比為50/50)并列復(fù)合POY放置一定時(shí)間后再進(jìn)行假捻變形加工，制得的DTY物理性能更穩(wěn)定，這主要是因?yàn)橄啾萈ET單組分POY，PBT/PET并列復(fù)合POY經(jīng)時(shí)變化表現(xiàn)出的性能更穩(wěn)定。此外，由毛羽測試指標(biāo)可以看出，在2 km長的測試范圍內(nèi)，所有規(guī)格DTY的毛羽根數(shù)均在3以內(nèi)，從而可確保制得的DTY滿足品質(zhì)要求。

——由表7可以看出，不同規(guī)格POY假捻變形加工過程中的T2/T1均控制在0.650～1.000，滿足POY假捻變形加工時(shí)對(duì)張力比的要求。

3 結(jié)論

——將制得的PET單組分POY和PBT/PET(質(zhì)量比為50/50)并列復(fù)合POY放置一定時(shí)間后再進(jìn)行假捻變形加工，可制得物理性能更穩(wěn)定的DTY。

——由于PBT的結(jié)晶速度快，該成分的加入可使制成的PBT/PET并列復(fù)合POY趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間更短。不同規(guī)格POY經(jīng)時(shí)變化所表現(xiàn)出的物理性能存在一定的差異，但不明顯。相對(duì)而言，線密度大的PBT/PET并列復(fù)合長絲趨于穩(wěn)定的時(shí)間更短；單絲線密度相同時(shí)，復(fù)合長絲橫截面中單絲根數(shù)越多，其趨于穩(wěn)定的時(shí)間越長。在試驗(yàn)設(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi)，隨著放置時(shí)間變化，PBT/PET并列復(fù)合POY與DTY的拉伸性能變化較小，狀態(tài)較穩(wěn)定，通常平衡2 d后長絲性能即趨于穩(wěn)定。

本文僅考慮了在溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為65%的環(huán)境下POY與DTY加工前后基礎(chǔ)物理性能的變化，其在溫度梯度、濕度梯度變化及光照條件下的性能變化，還有待進(jìn)一步探討。