結構參數對PTT織物記憶性能的影響

逯凱美，郭維敏

(西安工程大學紡織科學與工程學院，陜西西安 710048)

PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)是由對苯二甲酸(PTA)或對苯二甲酸二甲酯(DMT)與1，3－丙二醇(PDO)反應聚合而得的聚酯[1－2]。目前PTT主要作為纖維廣泛應用于服飾、地毯材料等[3－4]，具有突出的弧度、褶裥易塑形性以及優異的折痕回復性，受到國內外紡織市場的青睞[5－7]。秦麗等[8]選擇6類結構相近的織物，設計了織物弧度塑形性的主觀和客觀評價方法，以及力刺激復平性能的客觀試驗方法，發現兩者之間保持了較好的一致性。洪劍寒等[9]對4種PPT形狀記憶織物進行了折皺回復性能的測定，發現PTT織物的形變保持性主要受紗線參數和織物結構參數影響。現今，對于PTT織物的形狀記憶功能缺少行業認可的文字標準，無法定量衡量該性能的優劣[10]。為研究結構參數對PTT記憶性能的影響，將3種不同紗線進行可織性對比后，織制了27種不同規格織物，運用因素分析法對其結構參數與折皺回復角、抗彎剛度之間的關系進行分析，為衡量PTT織物的形狀記憶功能提供參考。

1 實驗材料與儀器

1.1 實驗材料

如表1所示，實驗所用3種長絲均為浙江紹興曉星化纖有限公司生產。

表1 3種長絲規格

對PTT單股長絲進行絡筒、合股加捻，制成3種線密度規格，分別為:8.33tex、16.12tex、24.09tex。

1.2 實驗儀器

Y731D抱合力機(常州紡儀廠)；HD021N＋型電子單紗強力機(南通宏大實驗儀器有限公司)；TGA SDTA851e熱重同步分析儀(美國梅特勒儀器公司)；場發射掃描電鏡(SEM)(美國FEI公司)；SGA598劍桿織機(江陰市通源紡機有限公司)；YG141數字式織物厚度儀(寧波紡織儀器廠)；YG541E型全自動激光織物折皺彈性測試儀(寧波紡織儀器廠)；YG821L型織物風格儀(萊州市電子儀器有限公司)。

2 紗線性能測試及分析

2.1 耐磨性

PTT與滌綸、錦綸長絲耐磨性測試結果如表2所示。

表2 PTT與滌綸、錦綸長絲耐磨性測試結果

根據紡織廠織造車間經驗，單紗耐磨次數在200次以上可滿足基本織造要求。雖然相比之下，PTT的耐磨性不如錦綸好，但從織造方面考慮，可滿足紗線的可織造性；PTT長絲的橫截面形狀為非圓形，屬于異形纖維，其織物耐磨性能優于圓形纖維所制成的織物；PTT長絲、錦綸、滌綸的斷裂功都相對較大，彈性回復能力也高，所以它們的耐磨性也十分優異。

2.2 斷裂強力及斷裂伸長率

在8.33tex下，對3種紗線的斷裂強力及斷裂伸長率進行測試，結果如表3所示。

表3 斷裂強力及斷裂伸長率測試結果

由表3可看出，在8.33tex的細度下，PTT長絲平均斷裂強度比PET長絲小，但比棉紗線大將近2倍；PTT長絲的伸長率最大，PET長絲居中，純棉紗線最差。

由纖維斷裂機理可知:PTT纖維大分子鏈中比PET多一個－CH2，容易發生螺旋結構受力形成曲折鏈，因此其延展性優于PET纖維；成熟的棉纖維大部分由纖維素組成，基本鏈節是葡萄糖剩基，結構式為氧六環，之間距離較短，大分子間羥基的作用較多，故纖維素大分子的柔曲性較差，屬于較僵硬的大分子，棉纖維比較剛硬，初始模量很高，回彈性有限，伸長率較低。

PTT長絲的橫截面內由27根長絲組成，每根復絲間有粘連點，存在較強的抱合力，纖維大分子間的聚合度較高，大分子鏈間不易產生滑移，使得PTT纖維的斷裂強力較大。

2.3 PTT紗線的場發射掃描電鏡(SEM)實驗

為了解PTT集束長絲間的連接形貌，在5000倍下對PTT長絲進行縱向和橫向觀察，電鏡圖如圖1、圖2所示。

圖1 PTT纖維縱向SEM圖

圖2 PTT纖維橫向SEM圖

從圖1中可明顯看出，PTT纖維的復絲中，單絲出現了斷裂情況，這是因為PTT集束長絲的單絲容易分開，所以在做SEM電鏡觀察樣品表面形貌時，復絲中的單絲會隨著外部的作用力而出現網絡點的破壞、撕裂、斷開。從圖1、圖2中可看出，PTT纖維由棱柱形單絲構成，在受到擠壓或外力作用時，截面由棱柱狀變化為近似圓形，每根單絲之間的摩擦力減小，導致纖維的拉伸斷裂強力減小，抱合力減小，長絲集束性較差。

PTT一般由十到一百多根極細的單絲并合成復絲，其復絲中的各個單絲間通過旋轉、扭合粘連網絡點，不但增強PTT長絲的集束性，還可提高屈曲強度和改善PTT織物手感。其網絡點不但影響PTT長絲的分絲性，也影響長絲的強力，網絡點之間連接較好時，長絲的集束性較好，在受到拉伸外力時，長絲截面內的部分單絲間就不容易產生分離、抽拔、斷裂。

2.4 紗線可織性分析

試織主要存在下列問題:

(1)由于PTT長絲為聚合化纖長絲，容易起靜電，經紗易粘灰塵、固體小顆粒，織造時造成經紗張力不勻，開口不清，形成布面疵點。

(2)PTT長絲為集束絲，容易分絲，影響織造。

(3)對PTT織物的織造問題，采用漿紗的方式來解決。

2.5 漿紗及退漿

在織造過程中，長絲承受多次不同程度的機械力作用，受到反復摩擦和拉伸，并且在摩擦過程中，長絲容易產生毛絲直至斷裂；在不損害PTT形狀記憶長絲性能和彈性下，為抑制長絲分絲，須進行漿紗，使毛羽貼服在長絲表面，形成一層均勻的漿膜，以提高長絲在織造過程中的耐磨性。此外，漿液也要浸透到長絲的內部，減少分絲，增強纖維之間的抱合力，增加漿膜與絲條間的粘附性。

(1)漿紗注意事項:上漿時要以浸透為主，兼顧被覆。漿紗工序除了要選擇性能好的設備以外，還需要考慮漿料的配方、調漿及上漿工藝。

(2)漿紗目的:減少長絲分絲，增強長絲的耐磨性及強力。

漿料配方:PVA 0588 8.5%，抗靜電劑0.2%，聚丙烯酸酯2.5%，滲透劑0.6%。

工藝參數:含固量10%，pH值7.5，黏度8，漿槽溫度(90±5)℃。

上漿后測試結果:PTT斷裂強力增強5.25%，斷裂伸長率增加1.7%。

退漿:對于以PVA為主，聚丙烯酸酯為輔的漿料，需采用 H2O2和 NaOH共同退漿，其效果較好，退漿率在81.5%左右。

3 實驗

3.1 組織設計

在研究織物記憶性能的影響因素時選用三原組織，即平紋(1/1)、斜紋(3/1右斜紋)和緞紋(8/3經面緞紋)，均在SGA598劍桿織機上織造。

3.2 織造參數

將線密度不同的PTT長絲織造為27種不同規格的織物，幅寬35cm，長度4m，厚度為0.21 mm～0.23 mm。經過堿退漿，用于實驗測試。具體規格如表4所示。

表4 織物規格參數表

3.3 測試方法與結果分析

3.3.1 測試方法

(1)織物折皺回復角測試

試用標準:GB/T 3819 1997《紡織品 織物折痕回復性的測定回復角法》。

折皺回復角分為急彈性回復角(急C)和緩彈性回復角(緩C)，回復角越大表示織物回復越接近變形之前的狀態，折皺凸形試樣的形狀及尺寸圖數據單位為mm，如圖3所示。

圖3 折皺彈性垂直法測試試樣尺寸數據

式中:Ej和Ew分別表示經緯向的急彈性回復角；

Dj和Dw分別表示經緯向的緩彈性回復角。

(2)織物抗彎剛度測試

抗彎剛度主要反映織物的活絡性、剛柔性、彈力保持性等能力。

計算公式:

試用標準:FZ/TO1054 1999《織物風格試驗方法》。

抗彎剛度的測試指標:Lp－活絡率(%)；SB－彎曲剛度(cN/mm)；SB1－彎曲剛度指數(c N/mm2)；PMax－最大抗彎力(cN)。

試樣尺寸:試樣尺寸:如圖4所示，單位為mm。

圖4 彎曲性試樣尺寸圖

3.3.2 測試結果與分析

27種PTT織物的緊度、折皺回復角、抗彎剛度性能測試結果如表5所示。

表5 27種PTT織物記憶性能的測試結果

由表5可看出:

(1)在其他參數不變的情況下，隨著PTT紗線線密度的增大，織物的折皺回復角基本逐漸變大，但變化的程度不是非常明顯，增大量很小。根據織物組織，其折皺回復性由大到小排列為平紋較大，斜紋較小，緞紋居中；活絡率為緞紋較大，平紋較小，斜紋居中。其主要原因是浮長線和交錯次數的影響。

(2)緊度和線密度一定時，織物的抗彎剛度由大到小排列為:斜紋＞平紋＞緞紋，活絡率:緞紋＞斜紋＞平紋，說明同一規格下，PTT織物的緞紋容易形成折皺；相對來說，斜紋抗彎剛度大，不容易變形，但活絡率趨中，變形回復性較小，導致斜紋在變形后，沒有較大的自由空間來回復，加上自身的結構力比緞紋大，所以變形不易回復，而緞紋抗彎剛度小，容易變形，且活絡率較大，織物較軟，織物在變形后，與原來形態相比，回復較難。

綜上所述，平紋織物的形狀回復性較好。

4 因素分析法

由SPSS19.0統計軟件[11]將表5的PTT記憶織物結構參數分別與急、緩彈性回復角、彎曲指數進行單相關性分析，如表6所示。

表6 結構參數與記憶性能的單相關系數

從表6可看出:結構參數、織物組織與形狀記憶性能6個表征之間的線性相關性是存在的，大小不同，即結構參數、織物組織對PTT形狀記憶織物記憶性能的影響是存在的，并且有一定差異。

顯著性系數在0～1之間，系數大于0.48，存在相關性。紗線線密度 N1與6個指標的系數在0.01～0.349之間，其中線密度對緩彈性回復角的影響為0.01最小，可以看出紗線線密度對PTT織物的記憶的影響是不顯著的。織物浮長線與記憶性能的相關系數在0.147～0.803之間，其中緩彈性回復角、活絡率、剛度指數、最大抗彎率的指數均大于0.48，所以織物組織浮長線對記憶性能的影響很大。

雖然PTT聚合物機理反映，織物的形變及形變回復一般是由固定相與可逆相在外界刺激發生轉變而導致的，但當PTT形狀記憶絲在噴成絲，并織成織物時，形變就不是簡單的兩相改變，也受纖維形態和紗線之間的摩擦力的影響。

5 結論

(1)將PTT紗線與各類紗線在耐磨性、斷裂強力及伸長率方面對比測試并觀察其SEM橫縱向圖片發現，PTT紗線的耐磨性、斷裂強力等性能雖然不是最優異的，但仍然滿足織造要求，經過漿紗和退漿后，將改善其織造方面的劣勢。

(2)線密度對PTT織物形狀記憶性能的影響不顯著；織物組織影響PTT形狀記憶面料的外觀效果，表面浮長會影響織物的飽滿程度和彈性，經過測試分析發現平紋的形狀記憶效果最佳；其他規格不變的情況下，隨著緊度的增加，記憶性能呈下降趨勢。

(3)優選出PTT織物的結構參數為:平紋，緊度65%，紗線線密度24tex，密度358×256根/10cm。