滌綸POY的結(jié)構(gòu)與性能研究

陳 霞，任夕娟

（中國石化儀征化纖股份有限公司技術(shù)中心，江蘇儀征 211900）

分析測試

滌綸POY的結(jié)構(gòu)與性能研究

陳 霞，任夕娟

（中國石化儀征化纖股份有限公司技術(shù)中心，江蘇儀征 211900）

對比分析了不同后加工性能滌綸POY絲的微觀結(jié)構(gòu)及性能。滌綸POY絲的性能與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，研究表明，纖維斷裂伸長率和沸水收縮率隨纖維結(jié)晶度的提高而減??；性能變異系數(shù)隨微觀結(jié)構(gòu)不勻率的上升而增大。具有適宜分子質(zhì)量分布的POY纖維，低溫結(jié)晶速度較慢，微觀結(jié)構(gòu)不勻率較低，其后加工性能較優(yōu)。

POY結(jié)構(gòu)性能

常規(guī)滌綸預(yù)取向絲（POY）是生產(chǎn)滌綸拉伸變形絲（DTY）的中間產(chǎn)品，POY的性能與內(nèi)在質(zhì)量對DTY的產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。關(guān)于POY質(zhì)量影響因素的研究有不少報道［1］。由于滌綸POY絲的性能與其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此研究滌綸POY絲的結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系，對于制取優(yōu)質(zhì)的POY絲是極為重要的。筆者收集了兩種后加工性能存在差異的滌綸POY纖維（255 dtex／48 f），對其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品

根據(jù)后道應(yīng)用，采集2種規(guī)格相同（255 dtex／48 f）而后加工性能存在差異的POY絲餅。

1.2 測試方法及儀器

1.2.1 分子質(zhì)量及分子質(zhì)量分布

日本島津LC-6A液相色譜儀配凝膠色譜柱，紫外檢測器。

1.2.2 密度測定

浙江德清MD-01型密度測定儀，在CCl4／C7H16體系的密度梯度管中，于（25±0.1）℃測定［2］，按下式計算結(jié)晶度。

式中，ρc為試樣全結(jié)晶時的密度；

ρa(bǔ)為試樣全無定形時的密度；

ρ為實(shí)測試樣的密度。

1.2.3 聲速測定

東華大學(xué)SOM-2聲速儀。以倍長法測定聲速，分別按下式計算聲速取向因子fs和聲模量Es［2］。

fs＝1-Cu2／C2

Es＝0.997C2

式中，Cu為無規(guī)取向時的聲速值，取1.35 km／s；

C為樣品實(shí)測聲速值。

1.2.4 雙折射

西德Leitz公司偏振光顯微鏡，光源546 nm，參照色那蒙法測定。

1.2.5 纖維玻璃化轉(zhuǎn)變

美國PE公司7系列動態(tài)熱機(jī)械儀（DMA），升溫速率為5℃／min。

1.2.6 結(jié)晶速度常數(shù)k［3］

美國PE公司7系列差示掃描量熱儀。纖維樣品剪碎后稱取約8 mg，分別以1.2，2.5，5.0，10，20，

40℃／min的升溫速度在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行DSC測定，按下列公式處理數(shù)據(jù)：

式中，XT／Xt∞是溫度為T時的比結(jié)晶度；

k（T）為結(jié)晶速度常數(shù)；

n為Avrami指數(shù)；

Φ為升溫速度。

根據(jù)上述公式，以lg［-ln（1-XT／Xt∞）］對lgΦ作圖，由各直線的截距可求得樣品不同溫度下的結(jié)晶速度常數(shù)k。

1.2.7 條干不勻率

USTERⅡ-C型條干儀，參照GB／T14346-93。

1.2.8 沸水收縮率測定

參照GB6505-86測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子質(zhì)量分布

高聚物的分子質(zhì)量和分子質(zhì)量分布是高分子材料最基本和重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，材料的許多性能都與其密切相關(guān)。根據(jù)DTY加工來看，2＃POY樣品的后加工性能優(yōu)于1＃樣品，這兩個樣品分子質(zhì)量及分布數(shù)據(jù)表明，1＃樣品的質(zhì)均分子質(zhì)量較大，分子質(zhì)量分布較寬，其分子質(zhì)量大于30 000和小于10 000的百分比較大，而20 000＞M＞10 000的百分比較小，見表1和圖1。據(jù)文獻(xiàn)報道［4］，在高速紡絲過程中，盡量降低應(yīng)力與各種可能會引起結(jié)晶的因素，都有利于POY的后加工。因此，其分子質(zhì)量分布要有一個“合理”的狀態(tài)，適當(dāng)?shù)闹蟹肿淤|(zhì)量在紡絲中起著“潤滑”、“增塑”作用，對紡絲是有利的。

表1 POY樣品分子質(zhì)量數(shù)據(jù)

圖1 POY分子質(zhì)量分布柱形圖

2.2 結(jié)晶與取向

POY樣品的密度法結(jié)晶度、雙折射、聲速取向和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度數(shù)據(jù)列于表2。由表中數(shù)據(jù)可知，兩個POY樣品的雙折射和聲速取向數(shù)據(jù)差別不大，說明兩者取向相當(dāng)；1＃樣品的密度法結(jié)晶度略大，表現(xiàn)為其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高；同時1＃樣品聲速和雙折射的標(biāo)準(zhǔn)偏差和不勻率較大，表明其內(nèi)在結(jié)構(gòu)存在著較大的差異。

2.3 非等溫結(jié)晶動力學(xué)研究

通過DSC不同速率的等速升溫曲線，可求得一定溫度范圍內(nèi)的Avrami指數(shù)和結(jié)晶速度常數(shù)，依此來考察高分子材料的結(jié)晶性能具有實(shí)用意義。不同升溫速率下，POY樣品的冷結(jié)晶峰溫數(shù)據(jù)見表3，曲線見圖2。由此可見在各升溫速率下，1＃樣品的最大冷結(jié)晶峰溫均略低于2＃樣品，這說明1＃樣品較易于結(jié)晶。

表2 POY結(jié)晶取向數(shù)據(jù)

表3 POY冷結(jié)晶峰溫數(shù)據(jù)

圖2 POY不同升溫速率下的冷結(jié)晶曲線

根據(jù)DSC不同速率的等速升溫圖譜數(shù)據(jù)繪出纖維相對非晶分?jǐn)?shù)隨溫度變化曲線，見圖3所示。

在某一溫度下，以lg［-ln（1-XT／Xt∞）］對lgΦ作圖得直線，由線性回歸方程截距可求出各溫度下纖維的結(jié)晶速度常數(shù)k，以結(jié)晶速度常數(shù)k對溫度作圖，見圖4所示。

由圖4可知，在較低溫度下，1＃樣品的結(jié)晶速度常數(shù)略大于2＃樣品，表明其結(jié)晶較快，這與上述冷結(jié)晶峰溫的結(jié)果相一致；隨著溫度升高，2＃樣品的結(jié)晶速度常數(shù)逐漸大于1＃樣品。這可能是因?yàn)椋?dāng)溫度較低，分子鏈活動能力較小時，由于1＃樣品質(zhì)均分子質(zhì)量小于10 000的含量比例較大，在同等溫度下分子質(zhì)量相對較小的大分子更易活動切入晶格，因此表現(xiàn)出其結(jié)晶速度較快；而隨著溫度的升高，分子鏈活動能力增強(qiáng)，且2＃樣品的平均質(zhì)均分子質(zhì)量較小，分子質(zhì)量分布較窄，因此其結(jié)晶速度增加比1＃樣品快。

圖3 不同升溫速度下的結(jié)晶曲線

圖4 結(jié)晶速度常數(shù)k與溫度的關(guān)系

對于POY的后拉伸性能來說，纖維大分子之間沒有交聯(lián)點(diǎn)的纖維拉伸性能為最好。所以如果絲條在較低的溫度下結(jié)晶速度較快，大分子之間一旦形成了交聯(lián)點(diǎn)，在后拉伸時，必將使后紡拉伸應(yīng)力及波動增大；同時，在拉伸變形過程中要首先使原有的結(jié)晶交聯(lián)點(diǎn)破壞后再重建新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這容易使結(jié)構(gòu)的不勻性增大。由此造成1＃樣品內(nèi)在結(jié)構(gòu)存在較大的差異。這與上述1＃樣品聲速和雙折射的標(biāo)準(zhǔn)偏差和不勻率較大的現(xiàn)象相一致。

2.4 物理性能

這兩種POY絲的物理性能數(shù)據(jù)見表4。由此可見，1＃樣品的斷裂伸長率和沸水收縮率均較小，這與其結(jié)晶程度較大相吻合。由于POY拉伸到60%時，其自然拉伸區(qū)結(jié)束，此點(diǎn)是纖維由細(xì)頸拉伸轉(zhuǎn)換到均勻拉伸的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，因此筆者以60%定伸強(qiáng)變異系數(shù)作為衡量POY質(zhì)量的一個參數(shù)。由表4可知，1＃樣品的60%定伸強(qiáng)變異系數(shù)和沸水收縮變異系數(shù)均較大，這與該纖維取向結(jié)構(gòu)的不勻率較大的情況相一致。

表4 POY絲的物理性能數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

a）滌綸POY的性能與其聚集態(tài)微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。研究表明，纖維斷裂伸長率和沸水收縮率隨纖維結(jié)晶度的提高而減小；性能變異系數(shù)隨微觀結(jié)構(gòu)不勻率的上升而增大。

b）2＃樣品具有適宜的分子質(zhì)量分布，因此結(jié)晶速度較緩慢，微觀結(jié)構(gòu)差異較小，其后加工性能較優(yōu)。

［1］ 王延偉等.滌綸POY對DTY產(chǎn)品質(zhì)量影響因素的探討［M］.鄭州，1999：10-11.

［2］ 陳稀等.化學(xué)纖維實(shí)驗(yàn)教程［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1988：176-201.

［3］ 于伯齡等.實(shí)用熱分析［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1990：222

［4］ 王顯樓等.高速紡絲拉伸變形工藝與設(shè)備［M］.北京：紡織工業(yè)出版社：35

Study on the structure and properties of POY

Chen Xia，Ren Xijuan

（Sinopec Technical Center of Yizheng Chemical Fiber Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

The influence of the microstructure and property for POY filaments on post process was compared. The properties of PET POY were dependent on its microstructure.The break elongation，boiling water shrinkage and characteristic structure parameter decreased with the rising crystallinity of fibers；property variation coefficients increased with the degree of non-uniformity in microstructure.POY filaments demonstrated the excellent post process properties due to its even molecular distribution，slow crystallization rate，and low uniform microstructure.

POY；structure；properties

TQ340.7

：B

：1006-334X（2011）02-0052-04

2011-04-02

陳霞（1967-），女，江蘇興化人，主要從事理化測試分析工作。