一步法異染FDY與普通FDY的性能比較

孫西超，占海華，葉建華

(1.紹興文理學院紡織服裝學院，浙江紹興312000;2.紹興佳力纖化纖新材料有限公司，浙江紹興312000)

異染FDY在宏觀上呈現異染異收縮絲特性，其制備原理為采用不同的加工條件、或采用不同的高分子共混、或通過摻入添加劑對高分子改性等多種方式，經不均勻拉伸，改變纖維的高分子鏈之間的排列形式或復相結構，得到不同的聚集態結構。近年來，國內企業和研究者開發出紡絲－牽伸兩步法的生產工藝路線，并投入生產，但兩步法生產的異染FDY的可紡性差，產品成本高。有研究人員認為，一步法采用特殊的不均勻拉伸裝置和智能可編控制技術制備的異染FDY，其質量得到了改善，同時一步法提高了生產效率，降低了生產成本[1-3]。但對一步法異染FDY滌綸絲的紡絲工藝與性能的最新研究報道，相關文獻卻鮮有記載。異染FDY特有的粗節與細節使其后整理過程中具有顏色深淺交替自然特性，以形成各種獨特的條紋，滿足人們對面料多樣化與高檔化的個性需求，因此開發綜合性能優異的異染FDY，具有一定的現實意義。

本文以規格均為167 dtex/48f為例，對該類纖維的形態結構、取向性能、沸水收縮性能、熱性能和機械性能進行了測定，并與普通同規格的FDY作了對比分析，為開發設計新產品和進一步的研究工作提供一定的理論依據。

1 試驗

1.1 試驗材料與儀器

試驗材料:異染FDY，規格167 dtex/48f(紹興佳力纖化纖新材料有限公司);普通 FDY，規格167 dtex/48f(市場購得)。

試驗儀器:SNG-3000型掃描電鏡(韓國SECCo.，Ltd.)，SCY-Ⅲ型聲速取向測量儀(上海東華凱利化纖高科技有限公司)，CDR-4P型差式掃描量熱儀(上海圣科儀器設備有限公司)，YG021A-5型單紗強力儀(常州市第二紡織機械廠)，XQ-2型短纖維強伸儀(上海新纖儀器有限公司)。

1.2 性能測試

1.2.1 掃描電鏡(SEM)觀察

分別取適量的異染FDY和普通FDY，首先采用Y172型纖維切片器制作切片，其次利用MCM-100型濺射鍍膜儀對切片進行鍍膜，最后采用SEM對纖維進行形貌觀察。

1.2.2 聲速法取向因子測試

采用SCY-Ⅲ型聲速取向測量儀測定取向度，每個試樣分別測試5次，測定每個試樣在20 cm和40 cm處聲音傳播所需的時間，得到聲模量和聲波傳播速度，計算取向度[4]。

1.2.3 沸水收縮率的測試

參考國家標準沸水收縮率[5]，并依據GB/T 6505—2008《化學纖維長絲熱收縮率試驗方法》對異染FDY和普通FDY進行測試。每種試樣沸煮處理30min，測20次，取其平均值，粗細節處的沸水收縮率測量是將沸煮前后的粗細節分別量出記下，單獨計算其平均值。單紗沸煮前長度測量值為L1，沸煮后長度測量值為L2，計算沸水收縮率S，

1.2.4 差示掃描量熱儀(DSC)的測試

采用DSC測定異染FDY和普通FDY的熱行為[6]。升溫速率20℃/min，溫度為0～300℃，其結晶度(Xc)計算如下，

式中:ΔHm為試樣的熔融熱;ΔH∞為完全結晶PET熔融熱125.6 J/g，ECDP 纖維的 Δ H∞取 1 40 J/g[4]。

1.2.5 機械性能的測試

參考GB/T 14344—2008《化學纖維 長 絲拉伸性能試驗方法》及GB/T 14337—2008《化學纖維 短 纖維拉伸性能試驗方法》，對試樣進行機械性能測試[7]。

2 結果與討論

2.1 SEM對比分析

一步法異染FDY纖維與普通FDY纖維的截面如圖1所示。由圖1(a)可知，異染FDY纖維粗細不均，且分布無規律;圖1(b)中普通滌綸纖維粗細均勻。出現這種現象的原因是:一步法異染FDY纖維在牽伸過程中拉伸不足且不勻造成的[8]，即異染FDY纖維具有分布不均勻的粗節與細節這一特性。

圖1 FDY的縱向形態Fig.1 Longitudinal form of FDY

2.2 取向因子對比分析

從表1的測試數據可以看出，普通纖維的取向因子值比異染FDY纖維大。這是因為在不同的牽伸作用下，纖維中大分子鏈沿纖維軸向排列的有序性所致，即在加工過程中異染FDY纖維受到大小不一的牽伸力作用，普通FDY受到的外力則較為均勻。而聲速法測量的是高聚物中晶區和非晶區的平均取向度，本試驗條件下異染FDY纖維的取向度為3.51 km/s，略低于普通 FDY的取向度4.44 km/s，也表明異染FDY纖維具有一定取向度，滿足后續加工所需。

表1 實驗測試數據Tab.1 The experimental data

2.3 沸水收縮率對比分析

試驗數據表明:異染FDY長絲的沸水收縮率平均為27.03%，異染粗節處的沸水收縮率為20.1%，細節處為7.02%，而普通長絲的沸水收縮率平均為6.10%。可見，異染FDY長絲沸水收縮率大主要是未拉伸段的沸水收縮率所貢獻。沸水收縮率是大分子鏈卷縮的宏觀表現，取向度高的大分子因受熱后有一個回復到卷曲狀態的趨勢，這種趨勢隨著大分子取向的增加而增加，結晶區分子排列整齊，分子間作用力充分發揮，分子間作用力增大，對熱穩定。因而結晶在纖維中的作用好似網結點，限制了大分子的收縮，纖維的結晶度越高，則收縮率越低，纖維的熱收縮是由結晶和取向兩個因素決定的[9]。隨著纖維結晶度的升高而下降，由于未拉伸段纖維結晶度低而取向度相對較高，故沸水收縮率大。普通FDY收縮率由于經過充分拉伸和熱定型，纖維結晶度高，所以沸水收縮率低，而細節雖然進行拉伸但沒有充分的熱定型(這是生產異染纖維工藝的特殊需要)，因此細節的結晶度比普通FDY低，但比粗節高，其沸水收縮率處于兩者之間。異染FDY沸水收縮率表明了其熱性能和尺寸性能相對穩定，間接影響其染色性能，進而改善紗線和織物的外觀效應。

2.4 熱性能對比分析

DSC測試的數據如表2所示，其曲線如圖2所示。由圖2和表2可知，在本試驗條件下，異染FDY粗節的玻璃化溫度、結晶溫度和熔融溫度比細節都要小。這可以從試樣的分子結構來解釋:在玻璃化轉變溫度上，異染FDY粗節的玻璃化轉變溫度為76.00℃，細節的玻璃化轉變溫度為78.90℃，這是因為結晶度高的細節由玻璃態轉變到黏流態，大分子鏈端活動所需的能量較高，因此細節玻璃化溫度高;在結晶溫度上，細節的結晶度高，無定型區小，而大分子的結晶主要發生在無定型區，此時的大分子鏈段柔性比較弱，結晶溫度則比較高，即試驗測得細節的結晶溫度高于粗節的結晶溫度2℃左右;粗節和細節的熔融溫度分別為252.80℃和255.20℃，細節的熔融溫度高于粗節，結晶度高的細節分子間作用力強，需要更高的溫度才能使大分子鏈擺脫分子間力的束縛而熔融。此外，普通FDY的玻璃化溫度、結晶溫度和熔融溫度均比細節高，則表明普通FDY拉伸較充分，從而其內部的結晶和取向度都比異染FDY的細節高。綜上，異染FDY的玻璃化溫度、結晶溫度和熔融溫度相差不大，表明具有較好的熱性能。

表2 DSC實驗數據Tab.2 The experimental data of DSC ℃

圖2 FDY的DSC曲線Fig.2 DSCCurves of FDY

2.5 機械性能對比分析

普通FDY和異染FDY的拉伸試驗分別在單紗強力儀和短纖維強伸儀上進行，普通FDY試樣長度250mm，拉伸速度100 mm/min，異染FDY試樣長度20mm，拉伸速度40mm/min，測試次數均為20次，溫度20℃，濕度65%，結果如表3所示。

表3 機械性能試驗結果Tab.3 The result ofmechanical property test

從表3可以看出，異染FDY的斷裂強度比普通FDY小，而斷裂伸長率卻比普通 FDY要大;異染FDY粗節處的斷裂強度比細節處小，但斷裂伸長率則大很多，且與長絲一致，說明異染FDY的斷裂強度和斷裂伸長率主要是粗節處貢獻，其粗細不勻，總取向度下降，使得斷裂強力下降。總體上異染FDY雖具有一定的斷裂強度，但在生產過程中應嚴格控制張力，滿足紡織加工和服用性能。

3 結論

1)一步法異染FDY的粗細分布不均勻，且這種不均勻隨機分布，而普通FDY的粗細均勻。說明一步法異染FDY是一種不均勻的由粗節和細節組成的紗線。2)異染FDY纖維的聲速值、模量值和取向因子值略小于普通FDY纖維。水浴處理后的異染FDY的沸水收縮率大于普通FDY的沸水收縮率，有利于后道工序進行染色，改善紗線和織物的外觀。3)試驗材料的玻璃化溫度、結晶溫度和熔融溫度，普通FDY最大，異染FDY細節其次，異染FDY粗節最小，但3項溫度指標總體相差不大，即異染FDY在粗節和細節處熱性能穩定。4)異染FDY的斷裂伸長率大于普通FDY，其斷裂強力小于普通FDY的斷裂強力，即異染FDY粗節對其斷裂強度和斷裂伸長率影響較大，同時在生產過程中應合理控制張力。

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