熱定型對聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維抗張性能的影響

S. Vhanbatte, G. K. Goyal

D.K.T.E.紡織工程學(xué)院(印度)

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熱定型對聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維抗張性能的影響

S. Vhanbatte, G. K. Goyal

D.K.T.E.紡織工程學(xué)院(印度)

在合成纖維加工過程中,熱定型是實現(xiàn)纖維尺寸穩(wěn)定性的一個重要步驟。目前已嘗試對影響熱定型的條件進(jìn)行了評估，如溫度和張力對聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維(PTT)抗張性能的影響。發(fā)現(xiàn)熱定型過程中的應(yīng)力是一個重要的影響因素。這些發(fā)現(xiàn)對于設(shè)定能作為最終應(yīng)用使用的PTT的工藝條件十分有用。

聚對苯二甲酸丙二醇酯； 熱定型； 抗張性能

聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是一種由對苯二甲酸和1，3-丙二醇通過縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的芳香族聚酯，已有一些商業(yè)化產(chǎn)品，如Corterra(COS公司，德士古公司)、Solotex(旭化成公司，帝人公司)和Sorona(杜邦公司)等。由于在二醇結(jié)構(gòu)中有3個碳原子，聚合物鏈結(jié)構(gòu)呈鋸齒形，從而使PTT具有內(nèi)在彈性。高延伸度、膨松性和柔軟度使PTT適宜應(yīng)用于體育和時尚領(lǐng)域。

商業(yè)化的PTT合成絲具有良好的韌性和彈性，但其尺寸穩(wěn)定性差。因此，必須進(jìn)行熱定型加工，且熱定型與其結(jié)晶形態(tài)的改變密切相關(guān)。

1 試驗

試驗采用線密度為167 dtex的商業(yè)化PTT。為對絲束進(jìn)行熱定型加工，設(shè)計了一個能使試樣架在主軸上滑行的裝置，該裝置在所需的張力水平下能確保絲束一定的負(fù)荷和長度。整個組裝過程在烘箱中進(jìn)行。在130～170 ℃的溫度范圍內(nèi)，對原絲束和伸長(±5.0%)的絲束進(jìn)行熱定型加工(5 min)。

對原始的PTT絲束和熱定型后的PTT絲束的拉伸性能進(jìn)行評估，所得結(jié)果和討論如下。

2 結(jié)果與討論

采用萬能材料試驗機(UTM)進(jìn)行測試，夾距為500 mm，拉伸速率為300 mm/min。

2.1 材料的負(fù)荷-伸長行為

在逐漸增強的外力作用下，單根絲的性能可以由負(fù)荷-伸長曲線表示，曲線的終點即為其斷裂點。曲線的形狀能表現(xiàn)材料在負(fù)荷作用下的大部分性能。20組測試試樣的平均值如表1所示。

表1 試驗所用PTT試樣的拉伸性能

PTT試樣的負(fù)荷-伸長行為如圖1所示。由負(fù)荷-伸長曲線得到的評估數(shù)據(jù)如表2所示。通常易伸長的纖維的模量較低。曲線下方的區(qū)域表示拉伸至斷裂過程所做的功，稱作斷裂功。屈服點由梅瑞迪斯方法求得，且這個點的坐標(biāo)表示應(yīng)力和應(yīng)變，其值見表2。

圖1 PTT試樣的負(fù)荷-伸長曲線

初始模量/(N·tex-1)5．40斷裂功/J0．626斷裂比功/(mN·tex-1)74．474屈服應(yīng)變/%6．4屈服應(yīng)力/(mN·tex-1)71．7

對于PTT絲而言，在斷裂伸長率為6.4%時可觀察到屈服應(yīng)變。PTT的這種彈性可歸結(jié)于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2.2 熱定型處理

熱定型過程釋放了加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，同時，結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化使得材料的強度、拉伸性能、柔軟度和染色性能都發(fā)生了變化。

2.3 PTT熱定型絲斷裂時的拉伸性能

PTT熱定型絲的斷裂負(fù)荷和斷裂伸長的平均值如表3和表4所示，試驗結(jié)果明顯可見熱定型過程中張力比溫度更為重要。統(tǒng)計分析證明了這一事實，即張力對斷裂伸長率和相應(yīng)的斷裂負(fù)荷有重要影響，而熱定型溫度對其并無顯著影響。

對原長度的PTT絲和應(yīng)力作用下伸長2.5%和5.0%的PTT絲進(jìn)行熱定型，測試顯示出預(yù)期的趨勢。在PTT絲拉伸熱定型過程中，發(fā)現(xiàn)張力增加，斷裂負(fù)荷增加而斷裂伸長減小。

在松弛狀態(tài)下，聚合物分子的晶區(qū)和非晶區(qū)取向度低。但在張力作用下，由于運動受限制，分子會獲得新的取向結(jié)構(gòu)。然而，與松弛狀態(tài)相比較，拉伸5.0%后試樣再松弛熱定型，其伸長率更高，這可能是因為在松弛狀態(tài)下晶區(qū)發(fā)生了解取向。松弛熱定型材料比沒有松弛熱定型材料的斷裂負(fù)荷更低證明了這一結(jié)果。因此，尤其是為了達(dá)到產(chǎn)業(yè)用紡織品最終應(yīng)用的要求，謹(jǐn)慎設(shè)置熱定型參數(shù)是十分必要的。

表3 PTT熱定型絲的斷裂負(fù)荷 cN

表4 PTT熱定型絲的斷裂伸長 mm

初始的5個試樣的斷裂負(fù)荷和伸長是對每個試樣在不同溫度和張力作用下進(jìn)行熱定型后測得的。在一個特殊的張力水平下改變溫度得到斷裂點的結(jié)果如圖2所示，從圖2可以看出一般趨勢?？捎镁€性曲線來簡單地識別這些點。在松弛熱定型的情況下(張力為0)，伸長和相應(yīng)的負(fù)荷呈現(xiàn)出寬分布軌跡。這表明與松弛熱定型相比，拉伸熱定型的斷裂點分布區(qū)域減小了。

原長度、2.5%伸長和5.0%伸長的試樣熱定型斷裂點向伸長減小的方向移動。

圖2 不同溫度和張力下熱定型PTT絲斷裂時的負(fù)荷-伸長值

2.4 負(fù)荷-伸長曲線

與了解熱定型絲斷裂時的負(fù)荷及伸長一樣，了解負(fù)荷-伸長曲線之后的軌跡也十分重要的。因此，選擇在相同張力、不同溫度條件下進(jìn)行熱定型的試樣，測試不同條件的每個試樣的抗張性能，其結(jié)果如圖3所示。發(fā)現(xiàn)在任何一個設(shè)定的張力條件下，負(fù)荷-伸長曲線之后最初的軌跡都相似，說明其與熱定型的溫度無關(guān)。

在拉伸5.0%后再松弛熱定型，曲線傾向于x軸，表明在相同負(fù)荷值時的拉伸率減小。然而，在5.0%伸長狀態(tài)下熱定型，可以清楚地從曲線上看到屈服點消失了。因此，相對于常用的含PTT的材料在低應(yīng)力水平下的性能，張力在熱定型中有著至關(guān)重要的地位。

(a) 5.0%伸長后松弛熱定型

(b) 原長度

(c) 5.0%伸長下熱定型

圖3 在不同張力下PTT負(fù)荷-伸長曲線

3 結(jié)論

為了獲得尺寸穩(wěn)定性，熱定型是至關(guān)重要的加工工序，熱定型過程中的溫度和張力都必須根據(jù)最終應(yīng)用需求選擇。在原長度或在一定應(yīng)力下進(jìn)行熱定型時，斷裂負(fù)荷增大，但斷裂伸長減小。試樣經(jīng)5.0%

伸長后再松弛熱定型顯示出最佳的斷裂和伸長。發(fā)現(xiàn)150 ℃是最佳的熱定型溫度，高于150 ℃ 時，絲的強度下降。在低應(yīng)力水平時，熱定型絲的負(fù)荷-伸長曲線的最初軌跡取決于熱定型時的張力。因此，根據(jù)最終應(yīng)用選擇熱定型張力十分重要。

孫 虹 譯 王依民 校

Effect of heat setting on tensile properties of polytrimethylene terephthalate

ShirishkumarVhanbatte,GirrajK.Goyal

D.K.T.E.Society’sTextile&EngineeringInstitute,Ichalkaranji/India

Heat setting is an essential step in synthetic fiber processing to achieve dimensional stability. In the present work an attempt has been made to evaluate the effect of heat setting conditions such as temperature and tension on tensile properties of polytrimethylene terephthalate (PTT). Stress during heat setting was found to be an important factor. The findings are useful for setting process conditions of PTT as per end-user applications.

polytrimethylene terephthalte; heat setting; tensile property