涤纶POY的结构与性能研究

陈 霞，任夕娟

（中国石化仪征化纤股份有限公司技术中心，江苏仪征 211900）

分析测试

涤纶POY的结构与性能研究

陈 霞，任夕娟

（中国石化仪征化纤股份有限公司技术中心，江苏仪征 211900）

对比分析了不同后加工性能涤纶POY丝的微观结构及性能。涤纶POY丝的性能与其微观结构密切相关，研究表明，纤维断裂伸长率和沸水收缩率随纤维结晶度的提高而减小；性能变异系数随微观结构不匀率的上升而增大。具有适宜分子质量分布的POY纤维，低温结晶速度较慢，微观结构不匀率较低，其后加工性能较优。

POY结构性能

常规涤纶预取向丝（POY）是生产涤纶拉伸变形丝（DTY）的中间产品，POY的性能与内在质量对DTY的产品质量有很大影响。关于POY质量影响因素的研究有不少报道［1］。由于涤纶POY丝的性能与其聚集态结构有关，因此研究涤纶POY丝的结构及性能关系，对于制取优质的POY丝是极为重要的。笔者收集了两种后加工性能存在差异的涤纶POY纤维（255 dtex／48 f），对其结构与性能之间的关系进行了研究。

1 实 验

1.1 样品

根据后道应用，采集2种规格相同（255 dtex／48 f）而后加工性能存在差异的POY丝饼。

1.2 测试方法及仪器

1.2.1 分子质量及分子质量分布

日本岛津LC-6A液相色谱仪配凝胶色谱柱，紫外检测器。

1.2.2 密度测定

浙江德清MD-01型密度测定仪，在CCl4／C7H16体系的密度梯度管中，于（25±0.1）℃测定［2］，按下式计算结晶度。

式中，ρc为试样全结晶时的密度；

ρa为试样全无定形时的密度；

ρ为实测试样的密度。

1.2.3 声速测定

东华大学SOM-2声速仪。以倍长法测定声速，分别按下式计算声速取向因子fs和声模量Es［2］。

fs＝1-Cu2／C2

Es＝0.997C2

式中，Cu为无规取向时的声速值，取1.35 km／s；

C为样品实测声速值。

1.2.4 双折射

西德Leitz公司偏振光显微镜，光源546 nm，参照色那蒙法测定。

1.2.5 纤维玻璃化转变

美国PE公司7系列动态热机械仪（DMA），升温速率为5℃／min。

1.2.6 结晶速度常数k［3］

美国PE公司7系列差示扫描量热仪。纤维样品剪碎后称取约8 mg，分别以1.2，2.5，5.0，10，20，

40℃／min的升温速度在氮气气氛下进行DSC测定，按下列公式处理数据：

式中，XT／Xt∞是温度为T时的比结晶度；

k（T）为结晶速度常数；

n为Avrami指数；

Φ为升温速度。

根据上述公式，以lg［-ln（1-XT／Xt∞）］对lgΦ作图，由各直线的截距可求得样品不同温度下的结晶速度常数k。

1.2.7 条干不匀率

USTERⅡ-C型条干仪，参照GB／T14346-93。

1.2.8 沸水收缩率测定

参照GB6505-86测定。

2 结果与讨论

2.1 分子质量分布

高聚物的分子质量和分子质量分布是高分子材料最基本和重要的结构参数之一，材料的许多性能都与其密切相关。根据DTY加工来看，2＃POY样品的后加工性能优于1＃样品，这两个样品分子质量及分布数据表明，1＃样品的质均分子质量较大，分子质量分布较宽，其分子质量大于30 000和小于10 000的百分比较大，而20 000＞M＞10 000的百分比较小，见表1和图1。据文献报道［4］，在高速纺丝过程中，尽量降低应力与各种可能会引起结晶的因素，都有利于POY的后加工。因此，其分子质量分布要有一个“合理”的状态，适当的中分子质量在纺丝中起着“润滑”、“增塑”作用，对纺丝是有利的。

表1 POY样品分子质量数据

图1 POY分子质量分布柱形图

2.2 结晶与取向

POY样品的密度法结晶度、双折射、声速取向和玻璃化转变温度数据列于表2。由表中数据可知，两个POY样品的双折射和声速取向数据差别不大，说明两者取向相当；1＃样品的密度法结晶度略大，表现为其玻璃化转变温度较高；同时1＃样品声速和双折射的标准偏差和不匀率较大，表明其内在结构存在着较大的差异。

2.3 非等温结晶动力学研究

通过DSC不同速率的等速升温曲线，可求得一定温度范围内的Avrami指数和结晶速度常数，依此来考察高分子材料的结晶性能具有实用意义。不同升温速率下，POY样品的冷结晶峰温数据见表3，曲线见图2。由此可见在各升温速率下，1＃样品的最大冷结晶峰温均略低于2＃样品，这说明1＃样品较易于结晶。

表2 POY结晶取向数据

表3 POY冷结晶峰温数据

图2 POY不同升温速率下的冷结晶曲线

根据DSC不同速率的等速升温图谱数据绘出纤维相对非晶分数随温度变化曲线，见图3所示。

在某一温度下，以lg［-ln（1-XT／Xt∞）］对lgΦ作图得直线，由线性回归方程截距可求出各温度下纤维的结晶速度常数k，以结晶速度常数k对温度作图，见图4所示。

由图4可知，在较低温度下，1＃样品的结晶速度常数略大于2＃样品，表明其结晶较快，这与上述冷结晶峰温的结果相一致；随着温度升高，2＃样品的结晶速度常数逐渐大于1＃样品。这可能是因为，当温度较低，分子链活动能力较小时，由于1＃样品质均分子质量小于10 000的含量比例较大，在同等温度下分子质量相对较小的大分子更易活动切入晶格，因此表现出其结晶速度较快；而随着温度的升高，分子链活动能力增强，且2＃样品的平均质均分子质量较小，分子质量分布较窄，因此其结晶速度增加比1＃样品快。

图3 不同升温速度下的结晶曲线

图4 结晶速度常数k与温度的关系

对于POY的后拉伸性能来说，纤维大分子之间没有交联点的纤维拉伸性能为最好。所以如果丝条在较低的温度下结晶速度较快，大分子之间一旦形成了交联点，在后拉伸时，必将使后纺拉伸应力及波动增大；同时，在拉伸变形过程中要首先使原有的结晶交联点破坏后再重建新的结晶结构，这容易使结构的不匀性增大。由此造成1＃样品内在结构存在较大的差异。这与上述1＃样品声速和双折射的标准偏差和不匀率较大的现象相一致。

2.4 物理性能

这两种POY丝的物理性能数据见表4。由此可见，1＃样品的断裂伸长率和沸水收缩率均较小，这与其结晶程度较大相吻合。由于POY拉伸到60%时，其自然拉伸区结束，此点是纤维由细颈拉伸转换到均匀拉伸的转变点，因此笔者以60%定伸强变异系数作为衡量POY质量的一个参数。由表4可知，1＃样品的60%定伸强变异系数和沸水收缩变异系数均较大，这与该纤维取向结构的不匀率较大的情况相一致。

表4 POY丝的物理性能数据

3 结 论

a）涤纶POY的性能与其聚集态微观结构密切相关。研究表明，纤维断裂伸长率和沸水收缩率随纤维结晶度的提高而减小；性能变异系数随微观结构不匀率的上升而增大。

b）2＃样品具有适宜的分子质量分布，因此结晶速度较缓慢，微观结构差异较小，其后加工性能较优。

［1］ 王延伟等.涤纶POY对DTY产品质量影响因素的探讨［M］.郑州，1999：10-11.

［2］ 陈稀等.化学纤维实验教程［M］.北京：纺织工业出版社，1988：176-201.

［3］ 于伯龄等.实用热分析［M］.北京：纺织工业出版社，1990：222

［4］ 王显楼等.高速纺丝拉伸变形工艺与设备［M］.北京：纺织工业出版社：35

Study on the structure and properties of POY

Chen Xia，Ren Xijuan

（Sinopec Technical Center of Yizheng Chemical Fiber Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

The influence of the microstructure and property for POY filaments on post process was compared. The properties of PET POY were dependent on its microstructure.The break elongation，boiling water shrinkage and characteristic structure parameter decreased with the rising crystallinity of fibers；property variation coefficients increased with the degree of non-uniformity in microstructure.POY filaments demonstrated the excellent post process properties due to its even molecular distribution，slow crystallization rate，and low uniform microstructure.

POY；structure；properties

TQ340.7

：B

：1006-334X（2011）02-0052-04

2011-04-02

陈霞（1967-），女，江苏兴化人，主要从事理化测试分析工作。