一步法异染FDY与普通FDY的性能比较

孙西超，占海华，叶建华

(1.绍兴文理学院纺织服装学院，浙江绍兴312000;2.绍兴佳力纤化纤新材料有限公司，浙江绍兴312000)

异染FDY在宏观上呈现异染异收缩丝特性，其制备原理为采用不同的加工条件、或采用不同的高分子共混、或通过掺入添加剂对高分子改性等多种方式，经不均匀拉伸，改变纤维的高分子链之间的排列形式或复相结构，得到不同的聚集态结构。近年来，国内企业和研究者开发出纺丝－牵伸两步法的生产工艺路线，并投入生产，但两步法生产的异染FDY的可纺性差，产品成本高。有研究人员认为，一步法采用特殊的不均匀拉伸装置和智能可编控制技术制备的异染FDY，其质量得到了改善，同时一步法提高了生产效率，降低了生产成本[1-3]。但对一步法异染FDY涤纶丝的纺丝工艺与性能的最新研究报道，相关文献却鲜有记载。异染FDY特有的粗节与细节使其后整理过程中具有颜色深浅交替自然特性，以形成各种独特的条纹，满足人们对面料多样化与高档化的个性需求，因此开发综合性能优异的异染FDY，具有一定的现实意义。

本文以规格均为167 dtex/48f为例，对该类纤维的形态结构、取向性能、沸水收缩性能、热性能和机械性能进行了测定，并与普通同规格的FDY作了对比分析，为开发设计新产品和进一步的研究工作提供一定的理论依据。

1 试验

1.1 试验材料与仪器

试验材料:异染FDY，规格167 dtex/48f(绍兴佳力纤化纤新材料有限公司);普通 FDY，规格167 dtex/48f(市场购得)。

试验仪器:SNG-3000型扫描电镜(韩国SECCo.，Ltd.)，SCY-Ⅲ型声速取向测量仪(上海东华凯利化纤高科技有限公司)，CDR-4P型差式扫描量热仪(上海圣科仪器设备有限公司)，YG021A-5型单纱强力仪(常州市第二纺织机械厂)，XQ-2型短纤维强伸仪(上海新纤仪器有限公司)。

1.2 性能测试

1.2.1 扫描电镜(SEM)观察

分别取适量的异染FDY和普通FDY，首先采用Y172型纤维切片器制作切片，其次利用MCM-100型溅射镀膜仪对切片进行镀膜，最后采用SEM对纤维进行形貌观察。

1.2.2 声速法取向因子测试

采用SCY-Ⅲ型声速取向测量仪测定取向度，每个试样分别测试5次，测定每个试样在20 cm和40 cm处声音传播所需的时间，得到声模量和声波传播速度，计算取向度[4]。

1.2.3 沸水收缩率的测试

参考国家标准沸水收缩率[5]，并依据GB/T 6505—2008《化学纤维长丝热收缩率试验方法》对异染FDY和普通FDY进行测试。每种试样沸煮处理30min，测20次，取其平均值，粗细节处的沸水收缩率测量是将沸煮前后的粗细节分别量出记下，单独计算其平均值。单纱沸煮前长度测量值为L1，沸煮后长度测量值为L2，计算沸水收缩率S，

1.2.4 差示扫描量热仪(DSC)的测试

采用DSC测定异染FDY和普通FDY的热行为[6]。升温速率20℃/min，温度为0～300℃，其结晶度(Xc)计算如下，

式中:ΔHm为试样的熔融热;ΔH∞为完全结晶PET熔融热125.6 J/g，ECDP 纤维的 Δ H∞取 1 40 J/g[4]。

1.2.5 机械性能的测试

参考GB/T 14344—2008《化学纤维 长 丝拉伸性能试验方法》及GB/T 14337—2008《化学纤维 短 纤维拉伸性能试验方法》，对试样进行机械性能测试[7]。

2 结果与讨论

2.1 SEM对比分析

一步法异染FDY纤维与普通FDY纤维的截面如图1所示。由图1(a)可知，异染FDY纤维粗细不均，且分布无规律;图1(b)中普通涤纶纤维粗细均匀。出现这种现象的原因是:一步法异染FDY纤维在牵伸过程中拉伸不足且不匀造成的[8]，即异染FDY纤维具有分布不均匀的粗节与细节这一特性。

图1 FDY的纵向形态Fig.1 Longitudinal form of FDY

2.2 取向因子对比分析

从表1的测试数据可以看出，普通纤维的取向因子值比异染FDY纤维大。这是因为在不同的牵伸作用下，纤维中大分子链沿纤维轴向排列的有序性所致，即在加工过程中异染FDY纤维受到大小不一的牵伸力作用，普通FDY受到的外力则较为均匀。而声速法测量的是高聚物中晶区和非晶区的平均取向度，本试验条件下异染FDY纤维的取向度为3.51 km/s，略低于普通 FDY的取向度4.44 km/s，也表明异染FDY纤维具有一定取向度，满足后续加工所需。

表1 实验测试数据Tab.1 The experimental data

2.3 沸水收缩率对比分析

试验数据表明:异染FDY长丝的沸水收缩率平均为27.03%，异染粗节处的沸水收缩率为20.1%，细节处为7.02%，而普通长丝的沸水收缩率平均为6.10%。可见，异染FDY长丝沸水收缩率大主要是未拉伸段的沸水收缩率所贡献。沸水收缩率是大分子链卷缩的宏观表现，取向度高的大分子因受热后有一个回复到卷曲状态的趋势，这种趋势随着大分子取向的增加而增加，结晶区分子排列整齐，分子间作用力充分发挥，分子间作用力增大，对热稳定。因而结晶在纤维中的作用好似网结点，限制了大分子的收缩，纤维的结晶度越高，则收缩率越低，纤维的热收缩是由结晶和取向两个因素决定的[9]。随着纤维结晶度的升高而下降，由于未拉伸段纤维结晶度低而取向度相对较高，故沸水收缩率大。普通FDY收缩率由于经过充分拉伸和热定型，纤维结晶度高，所以沸水收缩率低，而细节虽然进行拉伸但没有充分的热定型(这是生产异染纤维工艺的特殊需要)，因此细节的结晶度比普通FDY低，但比粗节高，其沸水收缩率处于两者之间。异染FDY沸水收缩率表明了其热性能和尺寸性能相对稳定，间接影响其染色性能，进而改善纱线和织物的外观效应。

2.4 热性能对比分析

DSC测试的数据如表2所示，其曲线如图2所示。由图2和表2可知，在本试验条件下，异染FDY粗节的玻璃化温度、结晶温度和熔融温度比细节都要小。这可以从试样的分子结构来解释:在玻璃化转变温度上，异染FDY粗节的玻璃化转变温度为76.00℃，细节的玻璃化转变温度为78.90℃，这是因为结晶度高的细节由玻璃态转变到黏流态，大分子链端活动所需的能量较高，因此细节玻璃化温度高;在结晶温度上，细节的结晶度高，无定型区小，而大分子的结晶主要发生在无定型区，此时的大分子链段柔性比较弱，结晶温度则比较高，即试验测得细节的结晶温度高于粗节的结晶温度2℃左右;粗节和细节的熔融温度分别为252.80℃和255.20℃，细节的熔融温度高于粗节，结晶度高的细节分子间作用力强，需要更高的温度才能使大分子链摆脱分子间力的束缚而熔融。此外，普通FDY的玻璃化温度、结晶温度和熔融温度均比细节高，则表明普通FDY拉伸较充分，从而其内部的结晶和取向度都比异染FDY的细节高。综上，异染FDY的玻璃化温度、结晶温度和熔融温度相差不大，表明具有较好的热性能。

表2 DSC实验数据Tab.2 The experimental data of DSC ℃

图2 FDY的DSC曲线Fig.2 DSCCurves of FDY

2.5 机械性能对比分析

普通FDY和异染FDY的拉伸试验分别在单纱强力仪和短纤维强伸仪上进行，普通FDY试样长度250mm，拉伸速度100 mm/min，异染FDY试样长度20mm，拉伸速度40mm/min，测试次数均为20次，温度20℃，湿度65%，结果如表3所示。

表3 机械性能试验结果Tab.3 The result ofmechanical property test

从表3可以看出，异染FDY的断裂强度比普通FDY小，而断裂伸长率却比普通 FDY要大;异染FDY粗节处的断裂强度比细节处小，但断裂伸长率则大很多，且与长丝一致，说明异染FDY的断裂强度和断裂伸长率主要是粗节处贡献，其粗细不匀，总取向度下降，使得断裂强力下降。总体上异染FDY虽具有一定的断裂强度，但在生产过程中应严格控制张力，满足纺织加工和服用性能。

3 结论

1)一步法异染FDY的粗细分布不均匀，且这种不均匀随机分布，而普通FDY的粗细均匀。说明一步法异染FDY是一种不均匀的由粗节和细节组成的纱线。2)异染FDY纤维的声速值、模量值和取向因子值略小于普通FDY纤维。水浴处理后的异染FDY的沸水收缩率大于普通FDY的沸水收缩率，有利于后道工序进行染色，改善纱线和织物的外观。3)试验材料的玻璃化温度、结晶温度和熔融温度，普通FDY最大，异染FDY细节其次，异染FDY粗节最小，但3项温度指标总体相差不大，即异染FDY在粗节和细节处热性能稳定。4)异染FDY的断裂伸长率大于普通FDY，其断裂强力小于普通FDY的断裂强力，即异染FDY粗节对其断裂强度和断裂伸长率影响较大，同时在生产过程中应合理控制张力。

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