淺談酯纖維的附生結(jié)晶法改善纖維的表面浸潤性

張凱

摘 要 制備了聚乙二醇（PET）/聚對苯二甲酸丁二醇酯（PET）/聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBA）和聚乙二醇（PEG）/聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBA）。用偏振光顯微鏡和原子力顯微鏡對兩種非均相復(fù)合體系的界面進(jìn)行了研究。用接觸角儀測量了滌綸織物的接觸角。結(jié)果表明，纖維的儲存溫度與結(jié)晶溫度相等，確定了附生體系的交叉結(jié)晶結(jié)構(gòu)。選擇合適的樹脂，二次結(jié)晶可以改善滌綸織物的表面連通性，其目的是改善PET纖維復(fù)合材料的內(nèi)部界面結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 酯纖維;附生結(jié)晶法;纖維表面;浸潤性

前言

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的分子結(jié)構(gòu)很小，極性官能團(tuán)對PET超細(xì)纖維合成革的透水性和透氣性有影響，而且PET纖維很難與其他樹脂形成強(qiáng)的相互作用，獲得了良好的結(jié)合界面。結(jié)果表明，樹脂在纖維表面的共晶化后，纖維與樹脂的界面明顯改善。為了改善PET纖維的表面性能，人們試圖改善PET纖維的表面性能[1]。

1實(shí)驗(yàn)部分

（1）原材料：聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBA）：來自巴斯夫股份有限公司，含量為3.5x104 g/mol;聚乙二醇（PEG）：采購分子量：1500g/mol;聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維：采購自益智化纖，規(guī)格：DTY 100D/36F。

（2）附生體系的制備：首先將PBA溶液澆鑄膜加熱至100攝氏度，保持5min，消除熱歷史，然后以50c/min的速率將PBA薄膜冷卻至50c或30C，并立即施加張力使PET纖維或織物與過冷PBA片緊密接觸，在不同溫度下觀察到結(jié)晶后50℃和30℃時的晶體結(jié)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。

（3）測試方法采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察奧林巴斯BX51纖維及其附屬系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。納米鏡AFM測試Ⅱ是基于多模式AFM（數(shù)字儀器）的輕敲模式。掃描速度為0.8hz～1.8see，TESP硅探針共振頻率為300khz。10L液滴在同一樣品表面上的接觸角是由中國數(shù)據(jù)物理公司的接觸角測量裝置測得的，因?yàn)榻佑|角是應(yīng)用的五個不同測量點(diǎn)的平均值。

2結(jié)果分析

2.1 PET纖維/PBA和PET纖維/PEG附生體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)

不同溫度（A：50℃;B：30℃）下PBA在PET纖維中的附生晶體結(jié)構(gòu)會有所不同，當(dāng)結(jié)晶溫度較高時，PBA在遠(yuǎn)離PET纖維的地方形成大球體，但在纖維附近有明顯的附生晶體，即PBA在垂直于纖維長軸方向上形成厚度約為100 m的橫向晶體結(jié)構(gòu)。PBA的晶體結(jié)構(gòu)與晨溫體系不同。結(jié)果表明，結(jié)晶溫度對附生層厚度的影響較大。附生層厚度隨結(jié)晶溫度的升高而增大。

PET纖維在PBA中熔化后，由于PET纖維尺寸PBA具有很強(qiáng)的芯誘導(dǎo)能力，PBA區(qū)域的核密度很低，遠(yuǎn)離纖維生長。當(dāng)球狀體在晶體中生長到一定長度時，該區(qū)域的球狀體核開始遠(yuǎn)離纖維而成像。晶體生長之前，螺旋線的碰撞停止了生長。高溫下附生層的晶體結(jié)構(gòu)相似，說明結(jié)晶溫度對附生晶體的晶體結(jié)構(gòu)沒有影響，而只影響附生層的厚度[2]。

此外，附生晶體的形成可能是由于纖維引入引起的非均勻成核或剪切作用。為了研究PBA對PET纖維表面的影響，研究了剪切應(yīng)力對PBA結(jié)晶的影響。將樣品加熱至熔點(diǎn)，去除其上存在的原子核，然后以50c/min的速率冷卻至等溫結(jié)晶。從中可以看出，熔融再結(jié)晶基本上不會減少PET纖維的形核。PBA基體引起的晶體結(jié)構(gòu)PBA PET纖維完全非均勻成核。它在纖維誘導(dǎo)剪切過程中產(chǎn)生的表晶陰影不明顯，這與誘導(dǎo)附生結(jié)晶誘導(dǎo)pet纖維差異有關(guān)。

為了更仔細(xì)地研究PBA在PET纖維上的表觀形成，采用原子力顯微鏡（AFM）研究了PBA的晶體結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)離PET纖維的地方?jīng)]有PBA晶片，其生長方向與球晶相同。晶圓的類型主要是垂直的“邊緣”晶圓，但在某些領(lǐng)域“邊緣”晶圓變成了“扁平”晶圓。在靠近PET纖維的區(qū)域，如圖4所示，PBA占主導(dǎo)地位，“邊緣”晶圓形成平行陣列，未觀察到晶圓扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移應(yīng)。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PBA）在聚對苯二甲酸乙二醇酯（pet）纖維核中密度較高，晶型為“側(cè)”晶圓片，垂直于pet平行纖維的生長方向。由于晶圓的生長速率是相同的。

2.2 如果用PET纖維作為增強(qiáng)材料

PBA或PEG-PET纖維在材料表面的附著力對制備具有良好表面相容性的PET纖維復(fù)合材料具有重要意義。纖維很難與樹脂基體形成強(qiáng)的相互作用和良好的附著力。界面使復(fù)合材料在小載荷下沿纖維的橫向運(yùn)動，導(dǎo)致復(fù)合材料的失效。但是，在PET纖維表面涂覆樹脂層，可使其與PBA或PEG具有良好的相容性，纖維表面與基體樹脂的界面相容性提高。路徑高黏合強(qiáng)度“交叉”之間的聚酯纖維泡沫和PBA。因此，“結(jié)晶”可以改善內(nèi)部PET纖維復(fù)合材料的界面[3]。

3結(jié)束語

PET纖維對PBA有很強(qiáng)的芯誘導(dǎo)能力，但Peg在垂直于PET纖維的軸向上有很差的核能力，PBA晶片彼此平行，沿生長方向生長，沒有晶圓扭轉(zhuǎn);聚乙二醇晶片取向不良，存在晶片扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。溫度是PBA在體內(nèi)和附生系統(tǒng)中的形態(tài)，是決定其狀態(tài)結(jié)構(gòu)的決定性因素。PEG處理后，在較高的溫度下可以得到較厚的結(jié)晶，顯著提高了PBA和PET纖維的親水性，特別是PEG的作用效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 王海軍，趙庭山，石寶，等.聚酯纖維的附生結(jié)晶法改善纖維的表面浸潤性[J].高分子材料科學(xué)與工程，2012，28（10）：39-42.

[2] 王海軍，趙庭山，石寶，等.聚酯纖維的附生結(jié)晶法改善纖維的表面浸潤性[J].期刊，2016，28（10）：39-42.

[3] 趙軍，李軒.153型浸潤劑在中堿玻璃纖維經(jīng)紗生產(chǎn)上的應(yīng)用研究[J].玻璃纖維，2018，284（6）：20-24.