新型液晶聚酯長絲

自杜邦公司開發(fā)出芳綸纖維以來，已有多家公司對聚芳酯纖維熔融紡的可能性進行了研究。液晶聚酯(LCP)纖維是一種由6-羥基-2-萘酸和羥基苯甲酸組成的聚合物，其采用Celanese技術制成，目前Kuraray公司已將其投入市場。LCP纖維是一種經(jīng)熔融紡絲和熱處理后獲得的結構穩(wěn)定的超強纖維，其具有優(yōu)異的性能，如較高的強度、模量、濕強度等。盡管LCP長絲紗具有優(yōu)良的特性，但其紡紗和熱處理工藝存在一定的門檻，因此只能被少數(shù)廠家生產(chǎn)。目前，東麗公司已經(jīng)成功開發(fā)出一種名為Siveras的新型LCP長絲紗，這種紗線基于與現(xiàn)有的LCP纖維不同的聚合物研發(fā)。東麗公司能夠同時生產(chǎn)LCP聚合物和纖維，Siveras是結合聚合物技術和原始紡絲工藝開發(fā)出的，因此其有望形成獨特的紗線性能。

與其他超強纖維相比，Siveras長絲紗的物理性能較優(yōu)，如圖1所示，其強度為3.3 GPa(24 cN/dtex)、模量為96.0 GPa(690 cN/dtex)，且具有良好的尺寸穩(wěn)定性。由圖2可知，在30%的斷裂載荷下[僅有UHMWPE(超高分子量聚乙烯)的斷裂載荷為20%]，該長絲紗的蠕變伸長率為其中最小。

圖1 Siveras的物理性能

圖2 Siveras的蠕變特性

此外，Siveras長絲紗還具有改善現(xiàn)有超強纖維性能的潛力。紡織企業(yè)使用超強纖維旨在獲得高強度的產(chǎn)品，然而，超強纖維成品常達不到預期的強度。以繩索為例，使用528根強力為0.4 kN的LCP纖維制成的繩索，其實際強力僅為46 kN，遠小于預期強力200 kN。超強纖維未達到預期強度的原因與其加工后的強度保持率有關。通常，隨著長絲模量的增大，合成纖維在加捻后的強度保持率趨于下降，但Siveras卻并非如此，如圖3所示。

圖3 捻度系數(shù)為80且經(jīng)加工的超強纖維的強度保持率

觀察不同纖維加捻后的形態(tài)后發(fā)現(xiàn)，普通超強纖維不會形成規(guī)則的扭曲狀，且拉伸的和松散的單絲在捻紗中發(fā)生混合[圖4(a)和圖4(b)]。這是因為當高模量紗線受加捻作用時，構成復絲的單根長絲在運動上會受到某些單根長絲張力的限制，因此，單絲間產(chǎn)生長度差異。當拉長捻紗時，應力只集中在被拉伸的單絲上，松散的長絲對捻紗的強力沒有貢獻，從而導致加工后的紗線易發(fā)生斷裂。

圖4 捻度系數(shù)為80時，加捻后超強纖維的形態(tài)對比

Siveras長絲紗在加捻后形成規(guī)則的形狀，采用Toray原始紡紗工藝，使得加捻紗中長絲有良好遷移能力[圖4(c)]。因此，模量較高的Siveras長絲在加捻后仍能保持較高的強度。如模量為690 cN/dtex的Siveras長絲在加捻后的強度保持率為86%，而模量為800 cN/dtex的HM型對位芳綸和模量為495 cN/dtex的LCP的強度保持率分別為48%和70%(圖3)。上述結果表明，通過使用新型纖維，可以用較少的纖維根數(shù)獲得與常規(guī)材料強度相同的高強度產(chǎn)品，或采用與常規(guī)材料相同根數(shù)的新型纖維從而獲得更高強度的產(chǎn)品。

Siveras長絲獨特的性能也在實際產(chǎn)品中得以證實。使用相同線密度的Siveras﹑現(xiàn)有的LCP和UHMWPE紗線分別制備了直徑為12 mm的繩索，三者的斷裂強力(紅色數(shù)字)和強度保持率如圖5所示。

由圖5可知，Siveras纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的強度。使用MIT測試設備對Siveras纖維的抗彎曲和疲勞性能進行測試，在0.88 cN/dtex負荷和270°彎曲角下，進行2 000次彎曲測試后的結果如圖6所示。由圖6可知，Siveras纖維的強度保持率高于其他超強纖維。因此，Siveras纖維可用于需反復彎曲的產(chǎn)品中。

圖5 應用于繩索的各超強纖維的強度和強度保持率

圖6 在0.88 cN/dtex載荷下反復彎曲后的強度保持率

Siveras纖維還具有其他優(yōu)良的性能，如良好的阻燃、耐熱、耐酸及減振性等。抗紫外線性能較差是包括Siveras在內(nèi)的LCP纖維面臨的最大挑戰(zhàn)。盡管開發(fā)商正在努力解決這一技術問題，但目前最好不要將此類產(chǎn)品暴露在紫外線下應用，或需以其他材料加以保護后應用。Siveras纖維的研發(fā)對于紡織品的開發(fā)和設計非常重要，因其性能獨特而有可能應用于各種工業(yè)領域。

Siveras為商標名。