聚烯烃弹性纤维耐化学性能研究

谢婉晨 干林丽 张尚勇

武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200

聚烯烃弹性纤维耐化学性能研究

谢婉晨 干林丽 张尚勇

武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200

为研究聚烯烃(POE)弹性纤维的耐化学性能，使用武汉纺织大学自制研究的39 dtex POE弹力丝，测试经150 kGy辐照处理前后的POE弹力丝的力学性能及耐化学性能，并与传统弹性纤维——氨纶进行对比分析。结果表明，POE弹性纤维在强酸、强碱及氯漂条件下都能保持相对稳定的性能，具有良好的弹性回复性和优异的耐化学性能。

聚烯烃弹性纤维，氨纶，耐酸性，耐碱性，耐氯漂性

弹性纤维是指具有较高断裂伸长率、接近100%的弹性回复能力，以及很低初始模量的一种合成纤维[1]。世界上最早应用于服装的弹性纤维是橡胶丝，但其存在强度与回缩率低、热稳定性差、耐氧化稳定性不足、上染率低等缺点。后来德国、美国等研制出新型聚氨酯弹性纤维——氨纶，并迅速代替了橡胶丝，大大拓宽了弹性纤维在服装中的使用[2-3]，成为了一种高附加值的纺织纤维材料。

如今，随着人们消费需求的不断提升，弹性纤维在面料中出现得也越来越多。在国内外陆续研制出的很多各具特色的新型弹性纤维中，聚烯烃(POE)弹性纤维较传统弹性纤维具有较强的耐化学腐蚀性和较好的柔软性，其与天然纤维或化学纤维混合后制成的产品都具有柔软的手感，不会表现出僵硬的化纤感[4-5]。

1 POE弹性纤维的制备

POE弹性纤维是由聚烯烃热塑性弹性体通过熔融纺丝制备而成的，其具备良好弹性，原料价格较氨纶便宜，生产工艺较为简单，生产过程几乎不产生污染，且易于回收利用。

本文研究的POE弹性纤维是39 dtex POE弹性丝，其生产配方(表1)由武汉纺织大学自制研究，由江苏纺科新复合材料有限公司纺制，所用主要设备见表2。

表1 39 dtex POE弹力丝生产配方

表2 39 dtex POE弹力丝纺制的主要设备

图1 CYPE -001纺丝机

图2 SHJ -20同向双螺杆挤出机

此外，武汉爱邦高能技术有限公司对纺制出的39 dtex POE弹力丝进行了150 kGy高能电子束真空辐照处理，用于后续的性能比较。

2 力学性能测试及分析

2.1 材料、仪器及测试条件

试验材料：48 dtex氨纶丝，未辐照的39 dtex POE弹力丝(1#试样)，经150 kGy辐照的39 dtex POE弹力丝(2#试样)。

试验仪器：万能型全自动单纤物性分析仪FAVIMAT-AIROBOT2(图3)。

测试条件：恒温(温度20.2 ℃)、恒湿(相对湿度64.4%)。

图3 万能型全自动单纤物性分析仪FAVIMAT-AIROBOT2

2.2 拉伸断裂性能

将3种试样放在上、下夹钳中央，先夹紧上夹钳；再利用纤维夹夹持试样下端，对试样施加(0.100±0.010)cN/dtex的预张力；确定夹持距离为10 mm，夹紧下夹钳，去除预加张力。设定拉伸速度为10 mm/min。3种试样的拉伸断裂性能测试结果见图4。

注：图中断裂伸长率值缩小了1/10，断裂强度值扩大了10倍图4 3种试样的拉伸断裂性能

图4中，48 dtex氨纶丝的断裂强度为10.12 cN/tex、断裂伸长率为1 065.52%；1#试样的断裂强度为5.95 cN/tex、断裂伸长率为654.39%；2#试样的断裂强度为2.86 cN/tex、断裂伸长率为609.51%。可见，1#和2#试样的断裂强度与断裂伸长率均低于48 dtex氨纶丝；2#试样的断裂强度明显低于1#试样，但断裂伸长率仅略低于1#试样。

2.3 弹性回复性能

将试样放置于上、下夹钳中央，先夹紧上夹钳；再利用纤维夹夹持试样下端，对试样施加(0.010±0.001)cN/dtex的预张力；确定夹持距离为2 mm，夹紧下夹钳，去除预加张力。设定拉伸速度为2 mm/min，则

式中： ∑l——回复30s时试样伸长量总和；L——伸直状态下试样长度；n——测试次数。

3种试样的弹性回复性能测试结果见图5。

注：图中弹性回复率值缩小了1/10图5 3种试样的弹性回复性能

图5中，48dtex氨纶丝的弹性回复率高达99.00%左右，1#和2#试样的弹性回复率都在85.00% 左右(其中1#试样的弹性回复率稍高于2#试样)，说明POE弹力丝在弹性回复性能方面与氨纶存在一定差距；在弹性损失方面，48dtex氨纶丝的弹性损失最小(不到1.00%)，而1#和2#试样的弹性损失高达12.00%～16.00%，其中1#试样的弹性损失较2#试样小。

此外，自制的POE弹力丝只经过初步加工，未进行后续的牵伸整理，因此在伸长率较大时，其弹性回复率达不到令人满意的程度，且容易出现纤维抽长、拉细、不回复的现象；但在小变形的情况下，其弹性回复率还是很可观的。

3 耐化学性能测试及分析

3.1 耐强酸性

将3种试样分别放入质量分数为98.0%的浓硫酸溶液中浸泡10 min，取出清洗并晾干，测试试样的拉伸断裂性能及弹性回复率。传统弹性纤维——氨纶的主要成分是聚氨基甲酸酯，可与酸反应，加之浓硫酸具有强氧化性，故氨纶经质量分数为98.0%的浓硫酸浸泡后会全部溶解。因此，图6和图7的测试结果中只体现了1#和2#试样。

注：图中断裂伸长率值缩小了1/10，断裂强度值扩大了10倍图6 试样经质量分数为98.0%的浓硫酸处理后的拉伸断裂性能

注：图中弹性回复率值缩小了1/10图7 试样经质量分数为98.0%的浓硫酸处理后的弹性回复性能

图6中，经质量分数为98.0%的浓硫酸处理后，1#试样的断裂强度为6.00 cN/tex、断裂伸长率为468.89%，2#试样的断裂强度为2.83 cN/tex、断裂伸长率为350.43%。未经辐照处理的POE弹力丝即1#试样的各项拉伸性能指标都优于经过辐照处理的POE弹力丝即2#试样。

图7中，经质量分数为98.0%的浓硫酸处理后，1#和2#试样的弹性回复率都保持在85.00%左右，弹性损失也在12.00%～16.00%的范围内。

对比图4～图7可以发现，无论是否经过辐照处理，POE弹力丝的断裂伸长率与酸处理之前相比都有所下降，但POE弹力丝的平均断裂强力和弹性回复率几乎不发生变化。这说明POE弹力丝整体表现出良好的耐强酸性能，较适合酸性环境的应用。

3.2 耐强碱性

将3种试样分别放入质量分数为40.0%的氢氧化钠溶液中浸泡30 min，取出清洗并晾干，测试试样的拉伸断裂性能及弹性回复率，结果见图8和图9。

注：图中断裂伸长率值缩小了1/10，断裂强度值扩大了10倍图8 试样经质量分数为40.0%的氢氧化钠溶液处理后的拉伸断裂性能

注：图中弹性回复率值缩小了1/10图9 试样经质量分数为40.0%的氢氧化钠溶液处理后的弹性回复性能

图8中，经质量分数为40.0%的氢氧化钠溶液处理后，48 dtex氨纶丝的断裂强度为10.34 cN/tex、断裂伸长率为554.17%；1#试样的断裂强度为5.17 cN/tex、 断裂伸长率为383.18%；2#试样的断裂强度为6.15 cN/tex、断裂伸长率为 955.50%。

图9中，48 dtex氨纶丝的弹性回复率最高(达96.69%)，1#和2#试样的弹性回复率均在85.00%～ 90.00%之间，且1#试样稍高于2#试样。

比较图4和图8可以发现，强碱处理后的48 dtex 氨纶丝和1#试样，与强碱处理前相比，两者的断裂强度几乎不变，但其断裂伸长率几乎都降低了一半；2#试样经强碱处理后，其拉伸断裂性能较强碱处理前大大改善，断裂强度从原先的2.86 cN/tex提升至6.15 cN/tex，断裂伸长率从原先的609.51%提升至955.50%。

比较图5和图9可以发现，48 dtex氨纶丝经强碱处理后，弹性损失从原先的0.86%增大到3.26%， 弹性回复率从原先的99.08%略微下降到96.69%； 而POE弹力丝(1#和2#试样)经强碱处理后，其弹性损失都有所减少，弹性回复率都有所增大。

可见，在强碱处理的条件下，氨纶丝的拉伸断裂性能及弹性回复性能均有所下降，而POE弹力丝的相关性能则有所提升。POE弹力丝的耐碱腐蚀性能在一定程度上优于氨纶丝，且辐照后的POE弹力丝即2#试样的耐碱腐蚀性能更加明显优于氨纶丝。

3.3 耐氯漂性

将3种试样分别放入质量分数为5.2%的次氯酸钠溶液中浸泡30 min，取出清洗并晾干，测量试样的拉伸断裂性能及弹性回复率，结果见图10和图11。

注：图中断裂伸长率值缩小了1/10，断裂强度值扩大了10倍图10 试样经质量分数为5.2%的次氯酸钠溶液处理后的拉伸断裂性能

注：图中弹性回复率值缩小了1/10图11 试样经质量分数为5.2%的次氯酸钠溶液处理后弹性回复性能

图10中，经质量分数为5.2%的次氯酸钠溶液处理后，48 dtex氨纶丝的断裂强度为10.52 cN/tex、断裂伸长率为613.81%；1#试样的断裂强度为5.24 cN/tex、断裂伸长率为417.70%；2#试样的断裂强度为5.06 cN/tex、断裂伸长率为662.82%。

图11中，经质量分数为5.2%的次氯酸钠溶液处理后，48 dtex氨纶丝的弹性回复率最高(达97.74%)，1#和2#试样的弹性回复率均在85.00%～ 90.00%之间，其中1#试样稍高于2#试样。

对比图4和图10发现，次氯酸钠处理后的48 dtex 氨纶丝和1#试样，分别与处理前相比，两者的断裂强度几乎未变，而其断裂伸长率都明显降低；2#试样经次氯酸钠处理后，其断裂强度从原先的2.86 cN/tex提升至5.06 cN/tex，断裂伸长率也较处理前不减反增。

对比图5和图11可以发现，48 dtex氨纶丝的弹性损失从次氯酸钠处理前的0.86%增大到2.21%，弹性回复率也从原先的99.08%下降到97.74%；而POE弹力丝(1#和2#试样)的弹性损失较次氯酸钠处理前都有所减少，弹性回复率都有所增大。

可见，在氯漂处理的条件下，48 dtex氨纶丝的性能有所下降，而POE弹力丝的性能有所提升。这说明POE弹力丝的耐氯漂性能在一定程度上优于氨纶丝，其中，辐照处理后的POE弹力丝的耐氯漂性能更加明显优于氨纶丝。

4 结语与展望

自制的新型POE弹性纤维是采用高科技、立体交联网络变性聚烯烃原料生产的一种特殊弹性纤维，其化学结构式为[(C2H4)x(C8H16)y]n，由乙烯和辛烯共聚而成。POE弹性纤维的原料聚烯烃的化学性能相当稳定，其主要由C—C和C—H单键组成，呈立体网状分子结构，如同正六面体碳结构的钻石一样稳定。POE弹性纤维能在常温条件下耐强酸、强碱的长时间腐蚀而不变性，所以它的耐化学性能相当稳定，且不会像氨纶一样易产生老化、断裂等。因此，POE弹性纤维有着抗强酸、强碱的优越性能，剧烈的染整处理也不会对它的弹性造成很大影响，其耐洗性能好。

150 kGy辐照前后的新型POE弹性纤维在强酸、强碱及氯漂条件下的耐化学性能都较好，因而其作为一种新型弹性纤维具有非常可观的优势。氨纶不耐强酸，而POE弹性纤维经过强酸、强碱或氯漂处理后仍能保持相对稳定的耐化学性能。新型POE弹性纤维不仅可满足人们对舒适性和耐洗涤性等方面的需求，还可应用于酸性环境中，部分代替传统弹性纤维——氨纶在弹性织物中的运用。

新型POE弹性纤维具有良好的弹性、弹性回复性和耐化学性能。含有POE弹性纤维的织物在后整理方面具有很大的优势，其对提高织物的功能具有很大帮助，市场前景广阔。

[1] 姚穆.纺织材料学[M].3版.北京:中国纺织出版社，1990：128-154

[2] 尹继亮.弹性纤维及其在服用织物中的应用[J].纺织导报，1999(6)：8-12.

[3] 沈凤娟，任信. 纺织面料中弹性纤维的种类及比较[J]. 中国科技博览，2010(23)：71.

[4] 黄庆，崔宁，崔华帅，等.国内外弹性纤维的现状与发展[J].纺织导报，2009(7)：60-64.

[5] CASEY P, CHEN H Y, POON B, et al.Polyolefin based crosslinked elastic fiber: A technical review of DOW XLATMelastic fiber technology[J]. Polymer Reviews, 2008,48(2)：302-316.

Research on chemical resistance of polyolefin elastic fibers

XieWanchen,GanLinli,ZhangShangyong

School of Textile Science and Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China

In order to research the chemical resistance of polyolefin(POE) elastic fibers, 39 dtex stretch POE yarns self-made by Wuhan Textile University were used. The mechanical properties and chemical resistance of the stretch POE yarns before and after 150 kGy irradiation treatment were tested, and the comparative analysis was done with those of the traditional elastic fibers, spandex. The results showed that the POE elastic fibers could keep relatively stable performance under the condition of strong acid, strong alkali and chlorine bleaching, and had good elastic resilience and excellent chemical resistance.

polyolefin elastic fiber, spandex, acid resistance, alkali resistance, chlorine bleaching resistance

2016-11-29

谢婉晨，女，1991年生，在读硕士研究生，主要研究方向为纤维增强复合材料

张尚勇，E-mail：313598106@qq.com

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1004-7093(2017)04-0028-05