聚酯_改性高收縮聚酯復(fù)合纖維卷曲性能的研究

1、研 究 論 文F ib e r R e s e a r c h聚酯 / 改性高收縮聚酯復(fù)合纖維卷曲性能的研究孫宏 1,劉為民 2 ,來侃 1,孫潤軍 1(1.西安工程大學(xué),陜西 西安 710048 2.紹興興虹化纖工業(yè)有限公司,浙江 紹興 312000)摘要:對(duì)聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維的卷曲性能進(jìn)行了理論分析,并測試了不同組分比例以及不同熱處理方式、溫度、時(shí)間條件下的聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維的卷曲性能。結(jié)果表明: 對(duì)于圓形截面纖維, 50/50 組分比例有較好的潛在卷曲性; 而熱處理方式、溫度、時(shí)間均影響纖維卷曲性能, 因此, 利用該纖維進(jìn)行織物設(shè)計(jì)和染整加工應(yīng)充分考慮該性能特征。關(guān)鍵

2、字: 聚酯/改性高收縮聚酯; 復(fù)合纖維; 卷曲性; 卷曲模型中圖分類號(hào): TQ342.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1001- 7054 ( 2006)10- 0016- 04聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維是利用兩種具有不同熱力學(xué)性能的聚合物通過并列復(fù)合紡絲得到的。該纖維經(jīng)過染整加工過程中熱處理加工，形成類似羊毛的細(xì)而密的卷曲形態(tài)。因此，其生產(chǎn)可以采用 FDY 的工藝路線，從而省去假捻變形或空氣變形的卷曲生產(chǎn)工序，降低了生產(chǎn)成本。纖維所形成的這種卷曲的特點(diǎn)是受熱狀態(tài)下不同高聚物材料熱收縮率的不同導(dǎo)致纖維形態(tài)發(fā)生變化的結(jié)果，是一種永久性的卷曲，并具有很好的彈性回復(fù)性，這是通過一般機(jī)械加工方式產(chǎn)生

3、的卷曲所達(dá)不到的。利用此纖維可生產(chǎn)和設(shè)計(jì)具有一定彈性的織物，在服裝面料織物領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外已開展對(duì)新型聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維大量的研究工作。為了充分認(rèn)識(shí)和掌握該纖維的卷曲形成及其相關(guān)性能，本文對(duì)三種不同組分比例的復(fù)合纖維在不同熱處理?xiàng)l件下的卷曲性能進(jìn)行研究，為聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維的產(chǎn)品開發(fā)以及工廠實(shí)踐提供理論依據(jù)。1 卷曲形成分析收稿日期: 2006- 05- 09基金項(xiàng)目 :陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目資助 ,項(xiàng)目編號(hào) :復(fù)合纖維由聚酯 （1） 和改性高收縮聚酯 （2）兩種組分組成，組分 2 的收縮率 大于組分 1 的2收縮率 。當(dāng)復(fù)合纖維受熱發(fā)生收縮時(shí)

4、，組分 1 與1組分 2 同時(shí)產(chǎn)生收縮，由于組分 2 收縮率較大，會(huì)產(chǎn)生較大的收縮變形，這時(shí)組分 2 的收縮力遠(yuǎn)大于組分 1 的收縮力，會(huì)對(duì)組分 1 產(chǎn)生壓縮作用力 f2- 1，迫使組分 1 向組分 2 的方向產(chǎn)生彎曲。由于組分 1 具有一定的模量，為了抵抗這種變形，組分 1 會(huì)對(duì)組分 2 產(chǎn)生與彎曲力相反的拉伸作用力 f1- 2，使組分 2 的收縮減少，并使彎曲程度減小。實(shí)際上，這兩個(gè)力作用于同一個(gè)物體的兩側(cè)，而且方向相反，當(dāng)組分 1 中的壓縮作用力 f2- 1 和組分 2 中的拉伸作用力 f1- 2 相等時(shí)，復(fù)合纖維的收縮即達(dá)到平衡。這時(shí)，作用在其上的壓縮內(nèi)應(yīng)力和拉伸作用力形成一對(duì)大小相等

5、、方向相反的力偶，按力偶作用的方向，纖維產(chǎn)生縱向卷曲。英國的 M.J.Denton 1 1982 年對(duì)復(fù)合纖維卷曲過程進(jìn)行了理論研究。在假設(shè)復(fù)合纖維的曲率半徑大于纖維直徑，彎曲變形不會(huì)使纖維截面產(chǎn)生很大變形，兩種組分的彈性模量恒定的條件下，從幾何和力學(xué)角度出發(fā)建立評(píng)估和比較不同截面復(fù)合纖維自卷曲性的模型。表達(dá)式如下：05JK195。1=A1A0u1（1）作者簡介:孫宏 ( 1980) ,女, 陜西西安人, 西安工程大學(xué)紡織與R1m- 122A I + (m - 1) (A I -A I -A u )mm材料學(xué)院 2004 級(jí)研究生,專業(yè)為紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)。0 01 1P2 2p1116 合

6、成纖維 SFC 2006 No.10式中：1/R 為復(fù)合纖維的卷曲率；u1 為第 1 組分中心 Q 到整個(gè)橫截面中心 P 的距離 （見圖 1）； 為兩組分收縮率差值；m 為組分 1 和組分 2 的模量比；A0 為整個(gè)截面面積；I0 為整個(gè)截面對(duì)軸 T- T的慣性矩；A1、A2 分別為組分 1 和組分 2 的面積；I1p、I2p 分別為組分 1 和組分 2 所占截面積對(duì)軸 T- T 的慣性矩。從式 （1） 可以看出：影響復(fù)合纖維卷曲的主要因素有纖維截面形狀，兩種組分的力學(xué)模量，兩種組分收縮率差異以及組分分布。Denton 認(rèn)為模量比 m 的變化對(duì)復(fù)合纖維的卷曲率影響不大，所以當(dāng) m=1 時(shí)，方程

7、 （1） 可以簡1=A1u1（2）化為：RI0式 (2) 可以用來簡單預(yù)測復(fù)合纖維的潛在卷曲性。通過推導(dǎo)得出，對(duì)于具有平直界面的圓形截面復(fù)合纖維來說，卷曲形成的理想組分比為 50/50；而對(duì)于具有曲形界面的圓形截面復(fù)合纖維來說，卷曲形成的理想組分比為 60/40。圖 1 復(fù)合纖維的橫截面圖2 實(shí)驗(yàn)部分2.1試樣在相同的工藝條件下，通過并列復(fù)合紡絲得到三種比例的聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維，復(fù)合比分別為 40/60、50/50、60/40，規(guī)格 146 dtex/24f 的圓形截面的白色有光纖維。2.2實(shí)驗(yàn)處理?xiàng)l件和測試方法2.2.1 沸水處理在豎置量尺 (最小分度 1 mm，附有上夾持器)上量

8、取 1 m 長樣絲，預(yù)加張力為 0.02 cN/dtex。將量取的樣絲用紗布包好，放入 100 沸水中，分別處理5 min、10 min、15 min、20 min、30 min 后取出，自然干燥。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，放置 24 h 后進(jìn)行測試。2.2.2 干熱處理研 究 論 文F ib e r R e s e a r c h將量取的樣絲在無張力的條件下置于烘箱中，分別在 80 、100 、120 、140 、160 、 180 的條件下處理 30 min，然后在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，放置 24 h 后進(jìn)行測試。2.2.3 卷曲性能測定卷曲性能測定在常溫狀態(tài)下進(jìn)行。將熱處理后的纖維一端固定，另一端加以輕負(fù)荷

9、0.00176 cN/dtex 使纖維彎曲伸展，但仍有卷曲存在，30 s后測量纖維長度 L0；去除輕負(fù)荷，加重負(fù)荷 0.0883 cN/dtex，使纖維卷曲伸直，但不使纖維伸長，30 s后測定纖維的長度 L1；去除重負(fù)荷，待回復(fù) 2 min 后，再加上輕負(fù)荷后測得纖維的長度 L2。每個(gè)樣品連續(xù)測 30 次，測試完后，可按下式計(jì)算表征卷曲性能的各項(xiàng)指標(biāo)：卷曲率 (CP) = L1- L0 100 %L1卷曲彈性回復(fù)率 (CR) = L1- L2 100 % L1- L0殘留卷曲率 (CL) = L1- L2 100 % L1卷曲率表示卷曲后纖維的縮短程度，與卷曲數(shù)和卷曲波的深度有關(guān)；卷曲彈性回復(fù)

10、率是表示纖維受力后卷曲恢復(fù)的能力；殘留卷曲率表示卷曲的耐久牢度。3 結(jié)果與討論3.1組分比例、熱處理方式對(duì)卷曲性能的影響表 1 是聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維分別經(jīng)過 100 干熱 30 min 處理和沸水 30 min 處理后的卷曲性能測試結(jié)果。從表中可以看出：無論是經(jīng)過干熱條件處理，還是沸水處理，復(fù)合纖維卷曲率和殘留卷曲率數(shù)值性大小排序?yàn)椋?0/6060/4060/勢(shì)變得緩慢，在 160180 時(shí)數(shù)值趨于穩(wěn)定；另外，4050/50。 這說明非等比例復(fù)合纖維受力后纖維等比例組分復(fù)合纖維的卷曲率和殘留卷曲率指標(biāo)數(shù)的卷曲恢復(fù)能力好于等比例分布的纖維。值大于非等比例組分復(fù)合纖維的指標(biāo)，非等比例組3

11、.3 熱處理時(shí)間對(duì)卷曲性能的影響分復(fù)合纖維中 40/60 的相應(yīng)指標(biāo)數(shù)值最小。這與沸圖 57 是沸水處理不同時(shí)間后組分比為 40/水處理 30 min 后纖維的卷曲性能測試結(jié)果一致。60、50/50、60/40 復(fù)合纖維的卷曲性能測試結(jié)果?？梢缘贸觯喝N組分復(fù)合纖維卷曲率和殘留卷曲率規(guī)律為 50/5060/4040/60；而卷曲彈性回復(fù)率值的大小為 40/6060/4050/50。圖 2 卷曲率與熱處理溫度的關(guān)系圖 5 卷曲率與熱處理時(shí)間和關(guān)系從圖 5 和圖 6 中可以看出：隨著處理時(shí)間的增加，復(fù)合纖維的卷曲率和殘留卷曲率數(shù)值不斷變大，但在 15min 后，數(shù)值變化的速率比較緩慢。從圖 7 可

12、以看出：處理時(shí)間越長，卷曲彈性回復(fù)率數(shù)值隨著熱處理時(shí)間的增長而呈上升趨勢(shì)。40/60 的上升趨勢(shì)較大，而 50/50 和 60/40 在熱處理 20 min 后稍有下降。圖 3 殘留卷曲率與熱處理溫度的關(guān)系18 合成纖維 SFC 2006 No.10研 究 論 文F ib e r R e s e a r c h圖 6 殘留卷曲率與熱處理時(shí)間的關(guān)系圖 7 卷曲彈性回復(fù)率與熱處理時(shí)間的關(guān)系4 結(jié)論在研究中，本文對(duì)聚酯/改性高收縮聚酯復(fù)合纖維受熱處理而產(chǎn)生卷曲形態(tài)進(jìn)行了進(jìn)一步的理論分析，并對(duì)不同組分比例的復(fù)合纖維，在不同熱處理方式、熱處理溫度、熱處理時(shí)間進(jìn)行了測試。主要得出以下結(jié)論：1. 對(duì)于同一紡

13、絲速度，不同組分比例的復(fù)合纖維來講，在不同熱處理方式、熱處理溫度、熱處理時(shí)間下，組分比例為 50/50 的纖維卷曲度和卷曲耐久牢度優(yōu)于組分比例為 40/60 和 60/40 的纖維，組分比例為 40/60 纖維的卷曲彈性回復(fù)性好于其他兩種纖維。2. 不同的熱處理方式、熱處理溫度和熱處理時(shí)間會(huì)產(chǎn)生不同的卷曲效果。如沸水處理 30 min后纖維的卷曲率和殘留卷曲率優(yōu)于 100 干熱處理后纖維的卷曲率和殘留卷曲率，而干熱處理后纖維的彈性回復(fù)率比沸水處理后的效果稍好；隨著干熱處理溫度的升高，復(fù)合纖維卷曲率和殘留卷曲率值增大，在 160180 時(shí)數(shù)值趨于穩(wěn)定，而卷曲彈性回復(fù)率隨著溫度的升高卻不斷減小。參

14、考文獻(xiàn)1M J Denton. The Crimp Curvature of Bicomponent Fibers. Journal of Textile Institute,1982,73( 6) :253263.2 S P Rwei ,Y T Lin , et al. Study of Self - Crimp Polyester Fibers. Polymer Engineering and Science, 2005, 45(6):6.3姚穆等編.紡織材料學(xué).北京: 紡織工業(yè)出版社,1980.2.4趙書經(jīng)主編. 紡織材料實(shí)驗(yàn)教程 .北京: 中國紡織出版社, 1989.6.Study o

15、f Crimp Property of Polyester/Modified High Shrinkage Polyester Conjugated FiberSUN Hong1, LIU Wei- min2, LAI Kan1, SUN Run- jun1 （1. Xian Polytechnic University，Xian Shaanxi 710048;2. Xinghong Chemical Fiber Industry Co.Ltd., Shaoxing Zhejiang 312000 ）Abstract: The thesis analysis is made on the cr

16、imp property of polyester/modified high shrinkage polyester conjugated fiber. The crimp property of three kinds of conjugated fiber in different conditions such as heat processing ways, temperature and time is tested. The test results show the composite ratio of 50/50 has better potential crimp property for circle cross- sectional fiber. And all processing conditions will influence the crimp property.