PBT/PET并列复合长丝经时变化的研究

李 健 蔡学建 石文斌

1.黄石市城市发展投资集团有限公司 (中国) 2.黄石市城发检测科技有限公司 (中国) 3.广东杰恩纺织有限公司 (中国)

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是20世纪70年代发展起来的热塑性工程塑料，其纤维制品在20世纪70年代末由日本帝人公司首次推出。PBT纤维具有良好的弹性等力学性能。中国从20世纪80年代开始对PBT进行相关研究，包括PBT的合成、共混纺丝、复合纺丝技术等。目前，中国仪征石化集团、江苏和时利公司和福建永隆公司等都已形成了成熟的相关技术和产品[1-3]。PBT纤维的发展也迈入新的时期。

PBT大分子基本链节上的柔性部分较长，这导致PBT纤维的熔点和玻璃化温度较普通聚酯(PET)纤维低，纤维柔性和弹性相对较高。此外，PBT纤维具有聚酯纤维的优良染色特性[4-7]，采用分散染料对其进行常压沸染，所得成品色泽与色牢度均较好。纤维的差别化是聚酯纤维发展的重要方向，聚酯纤维技术的发展也经历了从低速到高速，从预取向丝(POY)到拉伸加捻丝(DT)、POY到假捻变形丝(DTY)再到全拉伸丝(FDY)，从切片纺丝到熔体直纺，从粗旦丝到细旦丝的过程，差别化处理技术日趋成熟。

PBT/PET并列复合长丝具备PBT与PET纤维各自的优点，易染色、手感柔软、弹性好，两组分的结构与性能差，使纤维可产生永久性的三维立体卷曲，增加了复合长丝的弹性。对PBT/PET并列复合POY进行假捻变形加工，可使复合长丝的卷缩性能进一步增强，这在开发弹性、蓬松面料等领域具有广阔的应用前景[8-10]。常规的单一PET成分的POY在制成后，通常需在一定温湿度下放置一段时间，以消除高速纺丝过程中大分子间的内应力，使纤维达到稳态，从而降低后续加工过程中条干不匀、加工张力波动大、断头率高等不良缺陷。PBT与PET相比，具有结晶速度快，熔点低，存在两相结构等特点。本文将PBT/PET并列复合POY放置在特定的温湿度环境中一定时间后，对其进行假捻变形加工，探讨加工前后复合长丝基础物理性能的经时变化，即探讨随着时间推移，复合长丝基础物理性能的变化情况。

1 试验部分

1.1 试验材料

纯PET组分的POY，规格为 150 dtex/72 f；PBT和PET质量比为50∶50的PBT/PET 并列复合POY，规格分别为150 dtex/48 f、146 dtex/24 f、98 dtex/48 f和 45 dtex/24 f。其中，PBT切片购自仪征化纤集团，上述各种类型长丝的卷取速度均为3 000 m/min。

1.2 设备与仪器

ATF-1500型假捻变形机(日本TMT机械株式会社)、Instron3300型电子万能试验机(美国Instron公司)、AL104型电子天平(瑞士梅特勒-托利多集团)、TS205型张力仪(瑞士DESAX公司)。

1.3 试验过程

将不同规格的POY纱卷放置在温度为20 ℃，相对湿度为65%的恒温恒湿室中180 d以上，在放置后的2、5、7、14、21、30、60、90、120、150和180 d，取出部分纱卷，一部分进行POY的基础物理性能测试，并对另一部分POY进行假捻变形加工，制备DTY。DTY的生产工艺流程与加工条件如下所述。

1.3.1 DTY生产工艺流程

DTY的生产工艺流程如下，其加工示意图如图1 所示。

FR1——第一罗拉；HT1——第一热箱；disk——假捻器(摩擦盘)；FR2——第二罗拉；HT2——第二热箱；FR3——第三罗拉；OIL——上油轮；WR——卷绕罗拉；OF2——定型超喂；OF2A、OF3——卷绕超喂图1 DTY加工示意图

1.3.2 DTY加工条件

DTY的原料特性与主要加工工艺参数如表1所示。

表1 DTY的加工原料特性与主要加工工艺参数

1.4 基本物理性能测试

参照GB/T 14343—2008《化学纤维长丝线密度试验方法》，对长丝的线密度进行测试。参照GB/T 14344—2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》，对长丝的强伸性能进行测试。参照FZ/T 01086—2000《纺织品纱线毛羽测定方法》，采用投影计数法测试长2 km的DTY上长度超过2 mm的毛羽的根数。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

对放置一定时间的不同规格的POY，以及由各规格POY加工成的DTY的基本物理性能进行测试，测试结果如表2～表6所示。

表2 规格为150 dtex/72 f的PET单组分POY假捻变形加工前后长丝经时变化的物理性能

续表

表3 规格为150 dtex/48 f的PBT/PET 并列复合POY假捻变形加工前后长丝经时变化的物理性能

续表

表4 规格为146 dtex/24 f的PBT/PET并列复合POY假捻变形加工前后长丝经时变化的物理性能

表5 规格为98 dtex/48 f的PBT/PET 并列复合POY假捻变形加工前后长丝经时变化的物理性能

表6 规格为45 dtex/24 f的PBT/PET 并列复合POY假捻变形加工前后长丝经时变化的物理性能

不同规格的POY假捻变形加工过程中的解捻张力(T2)与加捻张力(T1)之比如表7所示。

表7 不同规格POY假捻变形加工过程中的解捻张力与加捻张力之比

2.2 试验结果分析

——由表2可以看出，在温度为20 ℃，相对湿度为65%的条件下将长丝放置一定时间，随着放置时间的延长，纯PET组分POY的线密度略呈增大的趋势，放置5 d后基本趋于稳定，放置180 d与放置5 d相比，线密度增大率约为0.79%。放置一定时间后，纯PET组分POY的断裂强度略下降、断裂伸长率增大，放置180 d后断裂伸长率增加24.7%。这表明，随着放置时间的变化，POY的原丝性能会出现一定的变化，尤其是断裂伸长率会出现较大幅度的增加。

——由表2～表6可以看出，相比PET单成分POY，PBT/PET并列复合POY经时变化表现出的性能更稳定，且不同复合长丝线密度与不同单丝线密度的PBT/PET并列复合长丝的经时变化差异不是很明显。相对而言，线密度大的PBT/PET并列复合长丝趋于稳定的时间更短；单丝线密度相同时，复合长丝中单丝根数越多，其趋于稳定的时间越长。这是因为POY的制备过程伴随有长丝的拉伸，而这种拉伸属于冷拉伸，长丝虽产生一定的取向和结晶，但其大分子链间的分子内应力并不稳定，在一定温湿度条件下放置一段时间后，POY的内应力逐步减小或消除，大分子链或支链会因出现一定的回缩而趋于稳定，断裂伸长率也因此有一定的增加。但放置时间过久，受环境影响，包括POY本身的老化、表面氧化等影响，长丝的断裂强度、断裂伸长率又会出现一定程度的下降。相较于PET单组分POY而言，并列复合长丝中含有PBT时，因PBT结晶温度低，纺丝过程中能够快速结晶，故表现出更好的稳定性。

——由表2～表6还可以看出，将制得的PET单成分POY和PBT/PET(质量比为50/50)并列复合POY放置一定时间后再进行假捻变形加工，制得的DTY物理性能更稳定，这主要是因为相比PET单组分POY，PBT/PET并列复合POY经时变化表现出的性能更稳定。此外，由毛羽测试指标可以看出，在2 km长的测试范围内，所有规格DTY的毛羽根数均在3以内，从而可确保制得的DTY满足品质要求。

——由表7可以看出，不同规格POY假捻变形加工过程中的T2/T1均控制在0.650～1.000，满足POY假捻变形加工时对张力比的要求。

3 结论

——将制得的PET单组分POY和PBT/PET(质量比为50/50)并列复合POY放置一定时间后再进行假捻变形加工，可制得物理性能更稳定的DTY。

——由于PBT的结晶速度快，该成分的加入可使制成的PBT/PET并列复合POY趋于稳态的时间更短。不同规格POY经时变化所表现出的物理性能存在一定的差异，但不明显。相对而言，线密度大的PBT/PET并列复合长丝趋于稳定的时间更短；单丝线密度相同时，复合长丝横截面中单丝根数越多，其趋于稳定的时间越长。在试验设置的时间范围内，随着放置时间变化，PBT/PET并列复合POY与DTY的拉伸性能变化较小，状态较稳定，通常平衡2 d后长丝性能即趋于稳定。

本文仅考虑了在温度为20 ℃、相对湿度为65%的环境下POY与DTY加工前后基础物理性能的变化，其在温度梯度、湿度梯度变化及光照条件下的性能变化，还有待进一步探讨。