滌綸POY的結構與性能研究

陳 霞，任夕娟

（中國石化儀征化纖股份有限公司技術中心，江蘇儀征 211900）

分析測試

滌綸POY的結構與性能研究

陳 霞，任夕娟

（中國石化儀征化纖股份有限公司技術中心，江蘇儀征 211900）

對比分析了不同后加工性能滌綸POY絲的微觀結構及性能。滌綸POY絲的性能與其微觀結構密切相關，研究表明，纖維斷裂伸長率和沸水收縮率隨纖維結晶度的提高而減??；性能變異系數隨微觀結構不勻率的上升而增大。具有適宜分子質量分布的POY纖維，低溫結晶速度較慢，微觀結構不勻率較低，其后加工性能較優。

POY結構性能

常規滌綸預取向絲（POY）是生產滌綸拉伸變形絲（DTY）的中間產品，POY的性能與內在質量對DTY的產品質量有很大影響。關于POY質量影響因素的研究有不少報道［1］。由于滌綸POY絲的性能與其聚集態結構有關，因此研究滌綸POY絲的結構及性能關系，對于制取優質的POY絲是極為重要的。筆者收集了兩種后加工性能存在差異的滌綸POY纖維（255 dtex／48 f），對其結構與性能之間的關系進行了研究。

1 實 驗

1.1 樣品

根據后道應用，采集2種規格相同（255 dtex／48 f）而后加工性能存在差異的POY絲餅。

1.2 測試方法及儀器

1.2.1 分子質量及分子質量分布

日本島津LC-6A液相色譜儀配凝膠色譜柱，紫外檢測器。

1.2.2 密度測定

浙江德清MD-01型密度測定儀，在CCl4／C7H16體系的密度梯度管中，于（25±0.1）℃測定［2］，按下式計算結晶度。

式中，ρc為試樣全結晶時的密度；

ρa為試樣全無定形時的密度；

ρ為實測試樣的密度。

1.2.3 聲速測定

東華大學SOM-2聲速儀。以倍長法測定聲速，分別按下式計算聲速取向因子fs和聲模量Es［2］。

fs＝1-Cu2／C2

Es＝0.997C2

式中，Cu為無規取向時的聲速值，取1.35 km／s；

C為樣品實測聲速值。

1.2.4 雙折射

西德Leitz公司偏振光顯微鏡，光源546 nm，參照色那蒙法測定。

1.2.5 纖維玻璃化轉變

美國PE公司7系列動態熱機械儀（DMA），升溫速率為5℃／min。

1.2.6 結晶速度常數k［3］

美國PE公司7系列差示掃描量熱儀。纖維樣品剪碎后稱取約8 mg，分別以1.2，2.5，5.0，10，20，

40℃／min的升溫速度在氮氣氣氛下進行DSC測定，按下列公式處理數據：

式中，XT／Xt∞是溫度為T時的比結晶度；

k（T）為結晶速度常數；

n為Avrami指數；

Φ為升溫速度。

根據上述公式，以lg［-ln（1-XT／Xt∞）］對lgΦ作圖，由各直線的截距可求得樣品不同溫度下的結晶速度常數k。

1.2.7 條干不勻率

USTERⅡ-C型條干儀，參照GB／T14346-93。

1.2.8 沸水收縮率測定

參照GB6505-86測定。

2 結果與討論

2.1 分子質量分布

高聚物的分子質量和分子質量分布是高分子材料最基本和重要的結構參數之一，材料的許多性能都與其密切相關。根據DTY加工來看，2＃POY樣品的后加工性能優于1＃樣品，這兩個樣品分子質量及分布數據表明，1＃樣品的質均分子質量較大，分子質量分布較寬，其分子質量大于30 000和小于10 000的百分比較大，而20 000＞M＞10 000的百分比較小，見表1和圖1。據文獻報道［4］，在高速紡絲過程中，盡量降低應力與各種可能會引起結晶的因素，都有利于POY的后加工。因此，其分子質量分布要有一個“合理”的狀態，適當的中分子質量在紡絲中起著“潤滑”、“增塑”作用，對紡絲是有利的。

表1 POY樣品分子質量數據

圖1 POY分子質量分布柱形圖

2.2 結晶與取向

POY樣品的密度法結晶度、雙折射、聲速取向和玻璃化轉變溫度數據列于表2。由表中數據可知，兩個POY樣品的雙折射和聲速取向數據差別不大，說明兩者取向相當；1＃樣品的密度法結晶度略大，表現為其玻璃化轉變溫度較高；同時1＃樣品聲速和雙折射的標準偏差和不勻率較大，表明其內在結構存在著較大的差異。

2.3 非等溫結晶動力學研究

通過DSC不同速率的等速升溫曲線，可求得一定溫度范圍內的Avrami指數和結晶速度常數，依此來考察高分子材料的結晶性能具有實用意義。不同升溫速率下，POY樣品的冷結晶峰溫數據見表3，曲線見圖2。由此可見在各升溫速率下，1＃樣品的最大冷結晶峰溫均略低于2＃樣品，這說明1＃樣品較易于結晶。

表2 POY結晶取向數據

表3 POY冷結晶峰溫數據

圖2 POY不同升溫速率下的冷結晶曲線

根據DSC不同速率的等速升溫圖譜數據繪出纖維相對非晶分數隨溫度變化曲線，見圖3所示。

在某一溫度下，以lg［-ln（1-XT／Xt∞）］對lgΦ作圖得直線，由線性回歸方程截距可求出各溫度下纖維的結晶速度常數k，以結晶速度常數k對溫度作圖，見圖4所示。

由圖4可知，在較低溫度下，1＃樣品的結晶速度常數略大于2＃樣品，表明其結晶較快，這與上述冷結晶峰溫的結果相一致；隨著溫度升高，2＃樣品的結晶速度常數逐漸大于1＃樣品。這可能是因為，當溫度較低，分子鏈活動能力較小時，由于1＃樣品質均分子質量小于10 000的含量比例較大，在同等溫度下分子質量相對較小的大分子更易活動切入晶格，因此表現出其結晶速度較快；而隨著溫度的升高，分子鏈活動能力增強，且2＃樣品的平均質均分子質量較小，分子質量分布較窄，因此其結晶速度增加比1＃樣品快。

圖3 不同升溫速度下的結晶曲線

圖4 結晶速度常數k與溫度的關系

對于POY的后拉伸性能來說，纖維大分子之間沒有交聯點的纖維拉伸性能為最好。所以如果絲條在較低的溫度下結晶速度較快，大分子之間一旦形成了交聯點，在后拉伸時，必將使后紡拉伸應力及波動增大；同時，在拉伸變形過程中要首先使原有的結晶交聯點破壞后再重建新的結晶結構，這容易使結構的不勻性增大。由此造成1＃樣品內在結構存在較大的差異。這與上述1＃樣品聲速和雙折射的標準偏差和不勻率較大的現象相一致。

2.4 物理性能

這兩種POY絲的物理性能數據見表4。由此可見，1＃樣品的斷裂伸長率和沸水收縮率均較小，這與其結晶程度較大相吻合。由于POY拉伸到60%時，其自然拉伸區結束，此點是纖維由細頸拉伸轉換到均勻拉伸的轉變點，因此筆者以60%定伸強變異系數作為衡量POY質量的一個參數。由表4可知，1＃樣品的60%定伸強變異系數和沸水收縮變異系數均較大，這與該纖維取向結構的不勻率較大的情況相一致。

表4 POY絲的物理性能數據

3 結 論

a）滌綸POY的性能與其聚集態微觀結構密切相關。研究表明，纖維斷裂伸長率和沸水收縮率隨纖維結晶度的提高而減小；性能變異系數隨微觀結構不勻率的上升而增大。

b）2＃樣品具有適宜的分子質量分布，因此結晶速度較緩慢，微觀結構差異較小，其后加工性能較優。

［1］ 王延偉等.滌綸POY對DTY產品質量影響因素的探討［M］.鄭州，1999：10-11.

［2］ 陳稀等.化學纖維實驗教程［M］.北京：紡織工業出版社，1988：176-201.

［3］ 于伯齡等.實用熱分析［M］.北京：紡織工業出版社，1990：222

［4］ 王顯樓等.高速紡絲拉伸變形工藝與設備［M］.北京：紡織工業出版社：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

陳霞（1967-），女，江蘇興化人，主要從事理化測試分析工作。