滌綸單絲的張力熱定型工藝研究

張 燁,劉燕平,*

(1.教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心,上海201620;2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海201620)

經(jīng)編間隔織物是由雙針床經(jīng)編機(jī)生產(chǎn)的一種三明治結(jié)構(gòu),由兩個(gè)相互獨(dú)立的表面層及在中間起連接和支撐作用的間隔單絲組成,又稱三明治織物[1]。這種特殊的3D結(jié)構(gòu)賦予了間隔織物優(yōu)異的透氣[2]、透濕[3]和壓縮性能,廣泛應(yīng)用于服裝、汽車、醫(yī)療、復(fù)合材料、聲學(xué)、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域[4]。間隔單絲作為間隔織物結(jié)構(gòu)的承力單元,決定了間隔織物的抗壓縮性能。隨著人們對(duì)間隔織物研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)間隔絲的面密度、間隔單絲的直徑[5]影響間隔織物的透氣性,同時(shí)間隔絲(單絲或復(fù)絲)的類型[6-7]、直徑[8]及其排列[9-10]也影響間隔織物的壓縮性能,經(jīng)編間隔織物編織完成后需要進(jìn)行拉幅熱定型,才能獲得良好的抗壓縮性能。定型溫度和時(shí)間會(huì)使單絲的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而影響間隔織物成品的性能。目前,對(duì)間隔織物熱定型工藝的研究較少,本文選用了直徑為0.12 mm的滌綸單絲進(jìn)行張力熱定型研究,測(cè)試不同熱定型時(shí)間和溫度下張力熱定型后滌綸的力學(xué)性能和結(jié)晶度,以期對(duì)間隔織物的熱定型工藝提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器

SK 101系列數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(上海圣科儀器設(shè)備有限公司);XL-1A型紗線強(qiáng)伸度儀(上海新纖儀器有限公司);18 kW轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀(日本理學(xué)株式會(huì)社)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 張力熱定型

將直徑為0.12 mm的滌綸單絲纏繞在表面光滑的圓柱鐵棒上,并且兩端如圖1所示固定,然后將其置于數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行熱定型,熱定型溫度分別為180℃和200℃,熱定型時(shí)間依次為10、20、30 s和1、5和10 min。

圖1 滌綸單絲固定方式

1.2.2拉伸性能

在XL-1A型紗線強(qiáng)伸度儀(上海新纖維儀器有限公司)上測(cè)試經(jīng)過(guò)不同溫度和時(shí)間張力熱定型后的滌綸單絲的拉伸性能,得到單絲拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和初始模量。測(cè)試條件為:拉伸隔距500 mm,拉伸速度500 mm/min。

1.2.3結(jié)晶度

將滌綸單絲充分剪碎,呈細(xì)粉末狀,約0.2 g(大約一分錢硬幣的體積),在18 k W轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀(日本理學(xué)株式會(huì)社)進(jìn)行結(jié)晶度測(cè)試實(shí)驗(yàn),獲得單絲的X射線衍射曲線。然后使用Jade 6軟件對(duì)所得的曲線進(jìn)行平滑、去基底、分峰和擬合處理得到單絲的結(jié)晶度。測(cè)試條件為:掃描范圍5°～90°;掃描速度20°/min;銅靶功率40 k V/200 m A。

2 結(jié)果與分析

2.1 拉伸性能

圖2和圖3分別給出了滌綸單絲在180℃和200℃溫度下張力熱定型后的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線,可以看出,張力熱定型的定型時(shí)間和定型溫度對(duì)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)沒(méi)有明顯影響。定型溫度不變時(shí),隨著定型時(shí)間的增加,單絲張力熱定型后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線先高于定型前的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,隨后與之逐漸重合;定型時(shí)間一定時(shí),180℃張力熱定型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線明顯高于200℃的。為進(jìn)一步分析滌綸單絲張力熱定型后的拉伸性能,計(jì)算圖2和圖3中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,得到熱定型后單絲的初始模量,并進(jìn)行分析,見(jiàn)圖4。

圖2 張力熱定型溫度為180℃,經(jīng)過(guò)不同定型時(shí)間后滌綸單絲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3 張力熱定型溫度為200℃,經(jīng)過(guò)不同定型時(shí)間后滌綸單絲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖4 張力熱定型后滌綸單絲的初始模量

由圖4可以看出,當(dāng)張力熱定型溫度一致,定型時(shí)間低于10 s時(shí),大分子鏈段間的作用力迅速減弱處于內(nèi)應(yīng)力松弛階段,初始模量增加,隨后大分子在新的位置上重建、固定新的分子間鍵并且再結(jié)晶,初始模量繼續(xù)增加并在20 s時(shí)達(dá)到最大值,此后初始模量的減小可能與取向度的變化有關(guān);定型時(shí)間低于20 s時(shí),180℃和200℃張力熱定型均使滌綸單絲的初始模量增大,但二者無(wú)顯著差異;當(dāng)定型時(shí)間超過(guò)30 s后,定型時(shí)間一致,隨著定型溫度的增加,初始模量反而下降,這可能與非晶區(qū)取向、結(jié)晶度以及晶粒尺寸的變化有關(guān)。溫度為180℃、張力熱定型時(shí)間為20 s時(shí),滌綸單絲熱定型后的初始模量最大。采用此定型工藝,可以使間隔織物的抗壓縮性能達(dá)到最佳。

2.2 結(jié)晶度

圖5 張力熱定型后滌綸單絲的X射線衍射圖

圖5給出了張力熱定型后滌綸單絲的X射線衍射曲線圖,由圖5看出,熱定型溫度不變時(shí),10 s和5、10 min張力熱定型后的X射線衍射圖峰變窄、變高;熱定型時(shí)間為10 s時(shí),180℃的衍射圖結(jié)晶峰高度明顯大于200℃的結(jié)晶峰高度,30 s時(shí)則與之相反。

圖6給出了張力熱定型后滌綸單絲的結(jié)晶度變化,由圖6可以看出,張力熱定型使滌綸單絲的結(jié)晶度增加,導(dǎo)致定型后單絲初始模量先增加,但隨后初始模量的下降可能與取向度等有關(guān);1 min時(shí),180℃的結(jié)晶度大于200℃的,與初始模量的變化一致,30 s時(shí)180℃的結(jié)晶度小于200℃的,與初始模量變化相反。

圖6 張力熱定型后滌綸單絲的結(jié)晶度變化

3 結(jié)論

隨著張力熱定型時(shí)間的增加,滌綸單絲的初始模量先增加后下降;180℃熱定型后的初始模量大于200℃時(shí)的初始模量,滌綸單絲在180℃和20 s時(shí)張力熱定型后的初始模量最大。張力熱定型使滌綸單絲的結(jié)晶度增大,導(dǎo)致滌綸單絲初始模量的增加,但不能完全解釋單絲初始模量的變化,有待進(jìn)一步的深入研究。