干湿热处理对 PET/PTT纤维结构与性能的影响

蔡 磊 李发学 王学利 钱竞芳

(东华大学纺织学院,上海 201620)

干湿热处理对 PET/PTT纤维结构与性能的影响

蔡 磊 李发学 王学利 钱竞芳

(东华大学纺织学院,上海 201620)

通过对 167dtex和 111dtex聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)/聚对苯二甲酸丙二醇酯 (PTT)双组分复合纤维的卷曲率、拉伸性能、声速取向及外观形态的测试,研究了干湿热处理对纤维结构与性能的影响。结果表明:经干、湿热处理后,纤维的断裂强度、声速值较处理前有显著下降,而卷曲率和断裂伸长率则明显著上升;湿热处理较干热处理对 PET/PTT复合纤维断裂强度的影响较小。

聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维 聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维 复合纤维 干热 湿热 卷曲性能

聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丙二醇酯 (PET/PTT)双组分自卷曲纤维是由 PET和PTT两种高聚物经并列纺丝而制成的一种复合纤维。由于 PET和 PTT两种组分在复合纤维截面上是并列的排列,形成了类似羊毛正、偏皮质层的分布,使纤维呈现出永久的三维卷曲而具有了优良的弹性、蓬松性和良好手感等服用性能。有研究表明,复合质量比为 50/50的 PET/PTT复合纤维具有良好的卷曲牢度和弹性回复性[1]。为了获得良好的蓬松性和手感,PET/PTT双组分纤维织物在后整理中要进行热处理。为此,作者选用线密度为 167 dtex/72 f和 111dtex/72f的两种复合纤维 (PET/PTT复合质量比均为 50/50)为研究对象,研究其在干湿热条件下性能的变化,为复合纤维的应用和高弹性面料开发提供指导。

1 实验

1.1 试样

PET/PTT复合纤维试样 1#,2#,复合质量比均为 50/50,线密度分别为 167 dtex和 111 dtex,浙江古纤道股份有限公司提供。

1.2 试样处理

参照 GB/T 6505—2008合成纤维长丝自然热收缩率试验方法。在恒温恒湿条件下平衡 2 h后,试样下悬挂 0.75 cN/tex的张力锤 30 s以消除试样卷曲而达到伸直状态。

将量好长度的试样放入干热空气加热箱进行干热处理。处理温度 180℃,处理时间 30 min,然后取出平衡 30 min待测。

将量好长度试样用纱布包好,放入 100℃沸水中处理 30 min,取出试样调湿处理 1 h,然后置于标准大气条件下平衡 2 h待测。

1.3 分析测试

卷曲率 (S):根据 GB/T 14338—2008合成纤维卷曲率测试方法,在试样下悬挂 0.001 8 cN/tex的轻负荷,30 s后在M点 (上夹持点)和 20 cm处 (N点)做标记 (L1),卸下轻负荷,立即在试样下挂 0.075 cN/tex的重负荷,30 s后记录M与 N点之间长度 (L2),计算试样的S[2]:

拉伸性能:室温下利用山东莱州电子仪器厂的 YG061—1500单纱强力仪对经过干湿处理的试样进行拉伸实验。拉伸间距为 250 mm,拉伸速度250 mm/min。

声速取向:采用东华大学 SCY—Ⅲ型声速取向测量仪对处理前后试样进行测试。

纤维形态:采用美国科视达公司的 KH-100型数字式三维视频显微测量系统,对处理前后纤维形态进行观察,放大倍数为 100。

2 结果与讨论

2.1 卷曲性能

由表 1可看出,经过处理后两种复合纤维的S明显增大,且干热处理卷曲效果较湿热处理效果更加明显。对于 1#试样,湿热处理使纤维S由7.5%增加到 27.78%;而干热处理S则增加到33.48%,比湿热处理增大 5.7%。处理温度对复合纤维的卷曲性能具有重要影响,处理温度的升高会使纤维大分子链的解取向增加,导致纤维卷曲变得更加充分。

表 1 干湿热处理前后 PET/PTT复合纤维的 STab.1 Sof PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

从表 1还可看出,未处理时 2#试样的S大于1#试样,处理后却小于 1#试样,这说明不同线密度的纤维经热处理后卷曲性能有一定差异。

2.2 力学性能

从表 2可以看出,经干湿热处理后,1#试样的断裂强度较未处理时有明显下降,但湿热处理比干热处理对复合纤维断裂强度的影响较小。对2#试样也有相同的实验结果。

表 2 干湿热处理前后 PET/PTT复合纤维力学性能Tab.2 M echan ical properties of PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

从表 2还可看出,干湿热处理后复合纤维的断裂伸长率较未处理纤维有显著增加。湿热处理后,复合纤维断裂伸长率较干热处理增加更加显著。1#试样湿热处理后的断裂伸长率比干热处理高 7.9%,这与该纤维断裂强度的变化趋势相同。对比干湿热处理后 2种纤维的强伸度测试结果可知,纤维线密度对断裂强度和断裂伸长率的影响并不明显。这是由于干湿热处理对纤维强伸性影响较复杂。干湿热处理过程中,纤维内部主要发生两种变化:非晶区大分子链的解取向和结晶。解取向的结果使大分子链收缩、分子链的排列整齐度下降,宏观上则表现为纤维收缩、强度降低。当对纤维施加外力时,收缩的大分子链更容易伸长,使纤维延伸性能提高。纤维断裂强度下降,断裂伸长率显著提高,表明其大分子链的整齐度降低,解取向程度增加,大分子取向度下降[4]。由于干湿热处理使纤维解取向程度增加,取向度下降,因此宏观上表现为纤维断裂强度降低,断裂伸长率增加。

2.3 纤维的形态变化

由图 1可看出,1#复合纤维经干湿热处理后,其纵截面由未处理时大而稀疏、卷曲曲率小的卷曲变为卷曲曲率大、细而密的明显三维卷曲,蓬松性明显增加。从纤维形态上看,干热处理和湿热处理对纤维卷曲影响差别并不明显,2#复合纤维经干湿热处理后同样产生明显的卷曲现象,与表1中所反映结果相吻合。由于两组分收缩率的差异,使复合纤维内部产生应力不匀,从而产生卷曲现象。

图 1干湿热处理前后 PET/PTT复合纤维的纵截面形态Fig.1 Longitudinal section morphology of PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

2.4 纤维的取向结构

由表 3可以看出,经干、湿热处理后,PET/PTT复合纤维的声速值明显下降。对于 1#复合纤维,干热处理后声速值从 1.61 km/s降低到 1.02 km/s,降幅达 36.65%;而对于 2#复合纤维,经过干热处理后声速值从 1.66 km/s降为 0.87 km/s,降幅达 47.59%;而湿热处理的 1#试样声速值降至 1.13 km/s,2#试样的声速值降至 0.98 km/s。这说明干热处理与湿热处理相比,更能促进纤维大分子链的解取向。

表 3 干湿热处理前后 PET/PTT复合纤维的声速值Tab.3 Sonic velocity of PET/PTT composite fiber before and after dry-wet heat treatment

干热处理和湿热处理都使纤维声速值产生大幅变化,说明干湿热处理使复合纤维的大分子发生明显的解取向作用。干热处理通过热空气直接作用于纤维,湿热处理则由热空气和水分子共同对纤维产生作用,使纤维分子链的排列发生变化,纤维的解取向程度增加,进而使得纤维强度下降,断裂伸长率上升,这与纤维的断裂强度变化趋势基本保持一致。纤维大分子结构的变化通过拉伸性能变化反映出来。

3 结论

PET/PTT复合纤维湿热处理比干热处理对其纤维作用缓和;湿热处理后复合纤维S小于干热处理,并且处理后复合纤维断裂强度下降没有干热处理更加明显。干、湿热处理后,PET/PTT复合纤维的大分子取向度下降,因此形态和力学性能有了很大的改变,纤维S增大,断裂强度降低,断裂伸长率变大。

[1] 孙宏,来侃,孙润军.PET/PTT复合纤维工艺性能研究[J].西安工程大学学报,2006,20(6):706-709.

[2] 余序芬,鲍燕萍,吴兆平,等.纺织材料实验技术[M].北京:中国纺织出版社,2004:178-179.

[3] MoseleyW.The measurement ofmolecular orientation in fibers by acoustic methods[J].J Appl Polym Sci,1960,3(9):266.

[4] David R.Structure formation in polymeric fibers[M].USA:Hanser Gardner Publications,2001:425-454.

Effect of dry-wet heat treatment on structure and properties of PET/PTT composite fiber

CaiLei,Li Faxue,Wang Xueli,Qian Jingfang
(Textile College of Donghua University,Shanghai201620)

The influence of the dry-wet heat trea tment on the fiber structure and propertieswas studied based on the measurement of the crimp ratio,tensile properties,sonic orientation and appearance and morphology for 167 dtex and 111 dtex polyethylene terephthalate/polyethylene trimethylene(PET/PTT)bicomponent composite fibers.The results showed that the breaking strength and sonic velocity of PET/PTT fiberwere considerably reducedwhen the crimp ratio and breaking elongationwere greatly increased after dry-wet heat treatment.The wet heat treatment had less effect on the breaking strength of PET/PTT composite fiber than the dry heat treatment.

polyethylene terephthalate fiber;polyethylene trimethylene fiber;composite fiber;dry hot;wet hot;crimp property

TQ342.2 文献识别码:A

1001-0041(2010)02-0018-03

2009-09-08;修改稿收到日期:2010-01-18。

蔡磊 (1984—),男,硕士研究生在读。主要从事PET/PTT双组分弹性自卷曲纤维的研究。

国家科技支撑计划项目(2007BAE28B02)。