共混改性改善高低黏度PET 并列復(fù)合纖維性能的研究

林 海

（廣東省化學(xué)纖維研究所， 廣東 廣州510245）

0 前言

高低黏度PET 紡制并列復(fù)合纖維具有良好的可紡性及穩(wěn)定的卷曲性能， 主要原因是高低黏度PET 的熔點(diǎn)相近， 為254 ～257 ℃； 兩組分切片的單體成分及含量均相同， 分別為對(duì)苯二甲酸二甲酯 （PTA） 及乙二醇 （EG）； 兩組分的相容性好、 能紡制成形良好的并列復(fù)合纖維。復(fù)合纖維的高黏度PET 組分在復(fù)合纖維中形成高取向低結(jié)晶的結(jié)構(gòu)成為高收縮組分， 低黏度PET 組分在復(fù)合纖維中形成低取向高結(jié)晶的結(jié)構(gòu)成為低收縮組分； 兩組分的不同收縮率使復(fù)合纖維具有較穩(wěn)定的卷曲性能[1]。 本試驗(yàn)是在高低黏度PET 并列紡絲的基礎(chǔ)上對(duì)低黏度組分添加PBT 成分進(jìn)行改性， 以改善高低黏度PET 并列復(fù)合纖維的力學(xué)性能及卷曲性能。

1 試驗(yàn)

1. 1 原料

半消光高黏度PET 聚酯切片、 半消光低黏度PET 聚酯切片均為上海石油化工股份有限公司生產(chǎn)。高黏度PET 的特性黏度為0. 908 dL/g， 低黏度PET 的特性黏度為0.502 dL/g， 熔點(diǎn)均為257 ℃。

PBT 切片為無(wú)錫興盛新材料有限公司生產(chǎn)，PBT 的特性黏度為0. 998 dL/g， 熔點(diǎn)為225 ℃。

1. 2 紡絲工藝流程

1. 3 設(shè)備

蘇州帝達(dá)化纖設(shè)備有限公司的雙組分熔融紡絲機(jī)； 北京熱輥中心的牽伸熱輥； 日本帝仁公司的混料設(shè)備。

1. 4 紡絲牽伸工藝的選擇

本試驗(yàn)研究的目的是運(yùn)用目前成熟的雙組分熔融紡絲設(shè)備、 混料設(shè)備及紡絲工藝， 制備具有較好力學(xué)性能及卷曲性能的并列復(fù)合纖維。

PBT 切片經(jīng)干燥后在低黏度PET 組分的紡絲螺桿的入料口前與低黏度PET 混合， 低黏度PET 與PBT 切片的質(zhì)量比為85/15。 高黏度PET與低黏度PET 混合體的比例為50/50。

紡絲工藝的選取基本參照高低黏度PET 的紡絲工藝， 現(xiàn)將紡絲工藝參數(shù)列于表1 和表2。

表1 共混復(fù)合紡絲兩組分螺桿溫度表

表2 共混復(fù)合紡絲 （85 dtex/24 f） 工藝參數(shù)表

1. 5 低黏度PET 混料體系的選取

進(jìn)行復(fù)合紡絲加工的混合材料， 需具有適合熔融紡絲的流變性能， 結(jié)晶干燥符合常規(guī)紡絲的加工條件， 同時(shí)紡制的復(fù)合纖維的性能能體現(xiàn)出共混體的特點(diǎn)。 根據(jù)這一要求， 選擇低黏度PET/PBT 共混體， 要求共混體具有良好的結(jié)晶性能、 利于紡絲及牽伸的順利進(jìn)行， 故要求共混體結(jié)晶速度不能過(guò)快、 結(jié)晶量要適中，所以選取低黏度PET/PBT 的質(zhì)量比為85/15。

1. 6 測(cè)試

（1） 線密度的測(cè)試： 在YG086C 型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)上測(cè)試， 每個(gè)試樣測(cè)試三次計(jì)算平均值作為線密度值。

（2） 機(jī)械性能測(cè)試： 在YG023B - Ш 型單紗強(qiáng)力儀上對(duì)斷裂強(qiáng)度、 斷裂伸長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定。

（3） 濕熱收縮率測(cè)試： 根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T6505- 2008 《化學(xué)纖維- 長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法》，長(zhǎng)絲在100 ℃沸水中處理30 min 后測(cè)試。

（4） 卷曲性能測(cè)試： 根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T6506 -2001 《合成纖維變形絲卷縮性能測(cè)試方法》， 對(duì)樣品絲在不同熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行卷縮性能測(cè)試。

（5） 結(jié)晶度及晶區(qū)取向度測(cè)試： 利用日本理學(xué)D/max - rc 型X 衍射儀按照X 射線衍射法進(jìn)行測(cè)試。

（6） 取向度及聲速模量測(cè)試： 利用som - п型聲速儀按照聲速法進(jìn)行測(cè)試共混并列纖維的聲速模量及大分子鏈的取向度。

2 結(jié)果及討論

2. 1 并列復(fù)合纖維的物理指標(biāo)

低黏度組分經(jīng)混料改性的并列復(fù)合纖維在紡絲及牽伸定型過(guò)程很順利， 沒(méi)有出現(xiàn)毛絲、飄絲及斷頭現(xiàn)象， 說(shuō)明所選取的高低黏度聚酯、改性PBT 混料配比及復(fù)合比例適應(yīng)復(fù)合紡絲加工的工藝要求。 現(xiàn)將紡制的并列復(fù)合纖維所測(cè)試的物理指標(biāo)列于表3。 并列復(fù)合纖維的取向度、 結(jié)晶度及晶區(qū)取向度的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表3 共混改性并列復(fù)合纖維物理指標(biāo)

表3、 表4 中Y1 樣品為高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY， Y2 為在低黏度PET 組分經(jīng)PBT改性的并列復(fù)合纖維FDY。

表4 并列復(fù)合纖維的取向因子及結(jié)晶度

2. 1. 1 斷裂強(qiáng)度

從表3 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)PBT 改性低黏度PET 的并列復(fù)合纖維與不經(jīng)改性高低黏度PET并列復(fù)合纖維相比， 共混改性的高低黏度PET并列復(fù)合纖維FDY 的斷裂強(qiáng)度有一定程度的提高。 纖維強(qiáng)度受纖維取向度及結(jié)晶度的大小影響。 纖維的取向度可由聲速法來(lái)反映。 從表4的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY 與不經(jīng)改性高低黏度PET 并列復(fù)合纖維相比取向更大， 聲模量的變化更顯著。 這是由于共混改性體加入PBT 組分后低黏度PET 分子之間的作用力降低了， 有利于PET 分子在牽伸時(shí)產(chǎn)生有序排列； 同時(shí)PBT 分子柔性鏈較長(zhǎng)，在牽伸外力的作用下取向與結(jié)晶都較易。 所以經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY 的取向度及結(jié)晶都有所提高， 導(dǎo)致其斷裂強(qiáng)度得到提高。

2. 1. 2 斷裂伸長(zhǎng)

從表3 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET并列復(fù)合纖維FDY 的斷裂伸長(zhǎng)比不改性的小。這主要原因是經(jīng)改性后纖維的結(jié)晶度變大、 無(wú)定形區(qū)變小， 纖維的牽伸性能下降所致。

2. 1. 3 模量

纖維的模量是纖維抵抗外力作用的形變能力的反映， 取決于聚合物的分子結(jié)構(gòu)及分子間作用力。 纖維的模量由取向度及結(jié)晶度的大小決定。 從表4 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY 的模量及結(jié)晶度都比不經(jīng)改性的復(fù)合纖維大。 改性復(fù)合纖維的取向度及結(jié)晶度更高， 其模量也更高。

2. 1. 4 沸水收縮率

纖維的沸水收縮率是纖維在沸水的作用下有序結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的反映， 纖維無(wú)定形區(qū)越大，其沸水收縮率越大。 從表3 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY 的沸水收縮率比不經(jīng)改性的復(fù)合纖維小， 這是由于經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY 具有更高的結(jié)晶引起。

2. 1. 5 復(fù)合纖維的卷曲性能

復(fù)合纖維的卷曲是纖維的兩組分由于各自的取向及結(jié)晶的分子結(jié)構(gòu)差異而引起的熱收縮率差異所導(dǎo)致的， 復(fù)合纖維在一定的受熱處理及受力的條件下才會(huì)發(fā)生卷曲[2]。 當(dāng)兩組分比例為50 ∶50 時(shí)， 復(fù)合纖維的卷曲性能最好， 如圖1。 兩個(gè)樣品在180 ℃的熱處理30 min 條件下， 卷曲性能最好， 如圖2。 表5 為并列復(fù)合纖維的卷曲性能比較。 從表5 的數(shù)據(jù)可知， 經(jīng)改性的高低黏度PET 并列復(fù)合纖維FDY （Y2） 具有更好卷曲性， 主要因素是在高黏度組分收縮率不變的情況下， 低黏度組分經(jīng)改性后結(jié)晶度更高、 其收縮性變小， 兩組分收縮差異變大，導(dǎo)致其卷曲性更好。

圖1 復(fù)合比例對(duì)卷曲指標(biāo)的影響

圖2 熱處理溫度下纖維的卷曲性能

表5 并列復(fù)合纖維的卷曲性

3 結(jié)論

通過(guò)添加PBT 改性低黏度PET 與高黏度滌綸進(jìn)行并列復(fù)合紡絲的可紡性及復(fù)合纖維性能的研究， 得到了本試驗(yàn)條件下共混改性并列復(fù)合紡絲性能的一些結(jié)論， 現(xiàn)總結(jié)如下：

（1） 所選擇的改性共混體在并列復(fù)合紡絲加工具有良好的可紡性及后加工性能；

（2） 與不經(jīng)改性的并列復(fù)合纖維FDY 相比，共混改性的并列復(fù)合纖維的力學(xué)性能有一定程度的改善， 纖維的強(qiáng)度及模量都有提高；

（3） 與不經(jīng)改性的并列復(fù)合纖維FDY 相比，共混改性的并列復(fù)合纖維的伸長(zhǎng)及沸水收縮率略有降低；

（4） 共混改性的并列復(fù)合纖維FDY 的結(jié)晶度比不經(jīng)改性的并列復(fù)合纖維FDY 有所提高；

（5） 共混改性的并列復(fù)合纖維FDY 的卷曲收縮率及卷曲穩(wěn)定性比不經(jīng)改性的并列復(fù)合纖維FDY 有改善；