热处理对PTT纤维结构和力学性能的影响.pdf

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1、第2 7 卷第1 1 期 2 0 0 6 年1 1 月 纺织学报 J 0 哪a lo fT 奄x t i l eR e s e 唧h V 0 1 2 7N o 1 1 N o v 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) “一0 0 3 2 0 5 热处理对P T T 纤维结构和力学性能的影响 殷瑛，郑今欢，张玲玲，陈维国 ( 浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，浙江杭州3 1 0 0 1 8 ) 摘 要 通过S E M 观察及对拉伸曲线和弹性回复率等性能的测定，研究了热处理温度和拉伸张力对I y I I 纤维结构 和力学性能的影响。结果

2、表明：在1 2 0 一1 4 0 相对较低的温度进行拉伸处理时，P T l 纤维结构容易受到损伤，并导 致其抗变形能力和回弹性能下降；而在1 印左右进行适当的拉伸热处理，则有利于形成更完善的内部结构，提高 其抗变形能力、强力及回弹性能；在1 6 0 左右对P I - I 纤维织物进行热定型加工，能最大限度地维持并优化唧纤 维的高回弹性能。 关键词P r r 纤维；热处理；拉伸；结构；力学性能 中图分类号：r 0 3 2 3 4 l文献标识码：A E f f e c to fh e a tt r e a t m e n t so ns t n l c t u r ea I l dI m c h

3、a l l i c a lp r o p e r t i e so fP T Tf i b e r s Y I NY i n g ，Z H E N GJ i n - h u a n ，Z H A N G “n g l i n g ，C H E NW e i - g u o ( 7 k 巧z 舶D n 咖叫旷A 幽肌d7 锄如肘毗嘞矗口柑胁咖五n g 呦r ，胁n 括打y 驴尉“删如n ， Z 姆咖i 一如硒) e 搿妙，日啦洳l ，2 h 咖愕3 1 0 0 1 8 ，C 五知) A b s 舡撇tT h ee 】王乩t so ft e m p e m t u r e 朋dt e n s i

4、o no fh e a tt r e a t m e n t s 伽t h e8 t m c t u r ea n dm e c h a n i c a lp m p e r t i e s o fP 1 ：- I 6 b e r sw e r ei n v e s t i g a t e dt h m u g hS E Mo b s e n r a t i o n ，舭l dt e s t i n go fm et e n s i l ea n dt h er a t eo fr e s i l i e n t e I a s t i c i t yr e c o v e r y T h e

5、r e s u l t so ft h ee x p e 矗l e n ts h o wm a t 捌1 1 9a t1 2 0 1 4 0 诮1 ld a m a g et h es t m c t u r e o fP r rf i b e r sa I l dr e s u l ti nad r o pi nd e f o I l a t i o nr e s i s t a n c ea n ds t r e t c hr e c o v e r y ，w h i l ep r o p e rd r a w i n ga tt h e t e n l p e r 砒u r ea b o

6、 u t1 6 0 w i i 唧m v e 山ei n t e m a ls t m c t u r ；eo fP I Tf i b e r sa n de n h a I l c et h ed e f 0 珊a t i o n r e s i s t 蛐c e ，s t r e n g t la n ds t r e t c hr e c o v e r y T h eh e a t s e t t i n go fP 盯f a b r i c sa tt h et e m p e r a t u r ea b o u t1 6 0 c a n I m i n t a i na l l

7、do p t i r n i z eh i 小e l a s t i c i t vo fP 1 盯胁e r S K e yw m d sP r T 矗b e r ；h e a tt 糟a t m e n t ；d r a 诵n g ；8 t n l c t u r e ；m e c h a n i c a lp m p e n y P I T I ( 聚对苯二甲酸丙二醇酯) 纤维是近几年来 逐步产业化的新型聚酯纤维，可以用作服用纤维、地 毯材料等，由于其具有优异的回弹性、染色性，良好 的化学稳定性，耐酸碱、耐水及耐光性等优点u 2 。，加 之1 9 9 5 年美国D u P o n t 公司

8、推出了低成本合成P D O ( 1 ，3 丙二醇) 的方法以后，P T r 纤维的发展越来越 受关注。 在染整加工过程中，织物将经受各种松弛或紧 张状态下的湿热和干热处理，其中包括对合成纤维 的热定型处理，这会使纤维结构和性能发生变化。 目前关于P T T 纤维在各种热处理条件下结构和性能 变化方面的研究报道较少，m 纤维织物的染整加 工工艺及应用缺乏理论指导，影响了P 1 T r 这一新型 纺织纤维的发展。本文分析了热处理条件对聊1 纤 维结构及力学性能影响的变化规律，并探讨了P ，I T I 纤维织物的最佳热定型工艺条件。 1 实验部分 1 1 实验材料 十字形P T r ：1 6 7d

9、t e x 4 8f ，吸湿透湿纤维；圆形 I y I r ：1 1 1 d t e x 4 8f ；十字形P E T ：l “d t e x 4 8f ，吸湿透 湿纤维。P T T 、P E T 平纹织物，经退浆前处理后 待用。 收稿日期：2 0 0 6 一0 1 2 4 修回日期：2 0 0 6 一0 3 1 3 基金项目：浙江省自然科学基金资助项目( Y 4 0 4 3 8 7 ) ；浙江省科技厅重大攻关项目( 2 0 0 5 C 1 1 0 2 8 0 3 ) 作者简介：殷瑛( 1 9 8 3 一) ，女，硕士生。主要研究方向为新型纤维结构及其染整工艺。 万方数据 PDF Waterm

10、ark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l l 期殷瑛等：热处理对阳纤维结构和力学性能的影响【3 3 】 1 2 测试方法 1 2 1 热处理 采用定型烘干机R 一3 ( 瑞比染色试机有限公司) 进行不同温度和张力条件下的干热处理。 1 2 2 扫描电镜( S E M ) 分析 用J S M 5 6 1 0 L V 型扫描电镜( 日本J E O L 公司) 观 察经过干热处理1l T l i n 后m 纱线的截面形貌。 1 2 3 纱线性能测试 在恒温恒湿条件下( 温度2 0 ，湿度

11、6 5 ) 平衡 2 4h ，采用Y G 0 6 1 F 型电子单纱强力机测试。强力测 试参数：实验长度2 5 0m m ，拉伸速度2 5 0m I l l ，I I l i n 。弹 性测试参数：实验长度2 5 0m m ，拉伸速度 2 5 0m m ，l I l i n ，定伸长值5 0 姗，预加张力1 0 0c N ，定长 停置ls ，始位停置2 0 0s 。 1 2 4 织物前处理及热处理工艺 前处理工艺：N 钆c O ，2g ，L ，净洗剂2g ，L ，浴比 l ：2 0 ，温度1 0 0 ，时间2 0r n i n 。热定型处理采用D K 5 E 型针状焙烘拉幅试样机对织物进行干态

12、热定型 处理。 1 2 5 织物拉伸性能测试 采用P C ，Y G 0 6 5 型电子织物弹力仪测定织物定 伸长负荷及回弹率。拉伸回弹性能测试参数：实验 长度1 0 0m m ，拉伸速度1 0 0 1 I I l l I l i n ，定伸长值1 0m m ， 预加张力lN ，定长停置1 0s ，始位停置3 0s 。织物缩 水尺寸稳定性测试：将定型后的织物在6 0 、浴比 为l ：5 0 的水浴中处理3 0I I l i n ，自然晾干后测其经纬 长度的变化，并计算其面积收缩率。 2 结果分析 2 1 P ，I T 纤维的扫描电镜分析 观察了十字形和圆形肿纤维原样及干热处理 温度分别为1 2

13、0 、1 4 0 、1 6 0 ，分别拉伸1 0 和2 0 的纤维截面，部分S E M 照片见图l 。 由图1 可知，经过1 2 0 、1 4 0 干热拉伸1 0 的 m 纤维，其纵向表面均有裂缝产生。分析了经 1 2 0 、1 4 0 、1 6 0 干热拉伸1 0 和2 0 的各种m 纤 维电镜照片，总体上1 2 0 拉伸热处理的照片出现 表面裂缝的几率高于1 4 0 ，拉伸2 0 时出现裂缝 的几率更高，而1 6 0 拉伸1 0 和2 0 的照片没有 出现表面有裂缝的现象，表明在较低温度下拉伸以 及拉伸倍数较大时，m 纤维相对容易受到损伤。 这主要是由于在较高的拉伸张力作用下，纤维会产 (

14、 a ) 圆形P T T ( 原样，3o o O )( b ) 十字形P T T ( 原样，20 0 0 ) ( c ) 圆形m ( 1 2 0 拉伸l 蝴，( d ) 十字形P T T ( 1 4 0 拉伸1 0 2O )2o o O ) ( c ) 圆形m ( 1 拉伸l 似，( f ) 十字形m T ( 1 6 0 拉伸1 0 30 0 0 )2O o o ) 图1干热处理前后P T T 纤维的艇M 照片 生较大的内应力，而热处理温度较低时，纤维大分子 链段的热运动并不剧烈，应力容易集中到内部结构 薄弱的环节，使该部位分子链之间的作用力被破坏， 从而发生局部集中变形，甚至导致宏观上出现沿

15、纤 维纵向的表面裂缝。这种纵向裂缝的产生将严重影 响纤维的强力。而热处理温度较高时，P T l l 纤维大 分子链段的热运动较剧烈，随着链段的运动，纤维将 及时沿着应力方向调整分子链段排列状态，不至于 产生这种明显的裂缝。 比较图1 ( a ) 、( b ) 与图1 ( e ) 、( f ) 可发现，经过 1 6 0 拉伸1 0 后的纤维表面没有出现裂缝，但纤 维内部微结构发生了明显的变化，晶区之间的空隙 尺寸有所增大。文献 2 认为，P T T 的r 。为2 2 8 ， r 。为5 5 ，是一种低熔点易结晶聚酯。因此在 1 6 0 处理时，一部分妨碍链段运动的相对不稳定、 不完善的小晶体熔化

16、，释放出的链段可随外加张力 的作用丽运动，并将沿着张力方向再参与到相对较 稳定的结晶中去，纤维内晶粒数减少丽晶粒尺寸变 大，晶粒之间的空隙也增大，内部结构更趋完善。这 种大空隙的形成在一定程度上将为染色等加工带来 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【3 4 】 纺织学报第2 7 卷 便利。可见干热拉伸时的温度和张力对P T T 纤维结 构有很大的影响。研究中还发现用液氮冷却的方法 脆断m 和P E T 纤维时，P E T 纤维容易脆性断裂，而 脆断P

17、 I I 纤维较困难，往往重复多次实验，才能得到 一个断裂面较平整的样品。这主要是由于肿大分 子链的柔性好于P E T 大分子链，模量低于P E T 纤 维旧1 ，因此抗冲击强度高于P E T 纤维。 2 2P T T 与P E T 纤维常规力学性能分析 十字形、圆形m 纤维和十字形P E T 纤维的基 本力学性能( 弹性回复率为定伸长2 0 条件下所 测) 见表1 。可以看出，十字形、圆形P T r 纤维的断 裂伸长率和弹性回复率高于P E T 纤维，而初始模 量、断裂强度、屈服应力低于P E T 纤维。 表1 十字形P 1 陌、圆形P 1 陌和十字形P E T 力学性能比较 P E T 的

18、晶胞参数( 纤维周期) 为1 0 7 7n m ，而完 全伸直的P E T 大分子链的等同周期计算值为 1 0 9n m 旧。，即P E T 的结晶单元在c 轴上的长度是分 子链完全展开时的9 8 8 ；另据研究表明，P T r 晶体 中一O C H 2 一C H 2 一C H 2 一O 一单元是一种能量最 低的反式一旁式一旁式一反式构象，即大分子链在晶区 呈“z ”字形构象，P T r 的结晶单元在C 轴上的长度则 是分子链完全展开时的7 5 【4 删。因此P T r 纤维在 外力作用时容易发生键角的改变和单键的旋转，容 易产生较大的伸长，并呈现优良的拉伸可逆性，而且 初始模量较低。 常规P

19、 T r 纤维的双折射率n 为0 0 6 0 0 8 ， P E T 纤维的双折射率n 为0 0 9 8 O 1 8 3 “ o ，说明 P T r 纤维的取向度比P E T 纤维低，这是其断裂强度 低于P E T 纤维的主要原因，但是作为纺织用纤维， m 、纤维的强度是足够的。 2 3 P T T 纤维的拉伸曲线分析 十字形P r r 纤维纱线在拉伸1 0 状态下分别做 1 2 0 、1 4 0 、1 6 0 、1 8 0 、2 0 0 处理l1 1 1 i n 的拉伸实验。每 种处理条件下进行3 次拉伸实验，3 个重复样品的 实验结果重现性较好，取3 次结果的平均值作图2 。 可以看出，在

20、实验范围内，热处理温度对十字形P ，I I 纤维负荷与伸长关系曲线存在一定的影响。在 1 2 0 、1 4 0 的较低温度下拉伸处理P T T 纤维纱线 后，尽管其断裂强力比未处理的原样稍有下降，但初 始模量、屈服点比原样低，即抗变形能力有所下降， 这意味着较低温度的拉伸处理使纤维内部微观结构 受到了损伤；而热处理温度为1 6 0 、1 8 0 时，其初始 模量、屈服点和断裂强力都高于原样，这是由于 曩 疆 图2 热处理温度对十字形P T T 负荷与伸长曲线的影响 1 6 0 、1 8 0 时拉伸1 0 的热处理有助于纤维内部产 生较大而完整的晶体，使纤维内部结构更趋完善，这 种完善的结构将有

21、利于限制纤维内无定形区分子链 的松弛，使纤维具有更高的抗变形能力和变形回复 能力，从而改善其力学性能，但与1 6 0c C 拉伸热处理 后的P T r 纤维相比，1 8 0 拉伸热处理后纤维缺乏 柔软手感；温度继续提高到2 0 0 时，断裂强力明显 下降，手感变得僵硬，纱线中有些部分已经黏结成 块，这主要是因为P T T 纤维的熔点在2 3 0 左右， 2 0 0 的温度对于唧纤维来说已经达到其软化温 度范围，此时即使有外加张力，链段仍将发生显著的 解取向，甚至破坏原有稳定的晶体结构，导致力学性 能恶化。以上实验结果与电镜观察结果也相吻合。 2 4 热处理后P T T 纤维的回弹性能分析 将十

22、字形、圆形P T T 纤维纱线在拉伸1 0 和 2 0 状态下分别经1 2 0 、1 4 0 、1 6 0 、1 8 0 热处理1I I l i n 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 1 期殷瑛等：热处理对P 1 T 纤维结构和力学性能的影响【3 5 】 后，测定其定伸长2 0 下的弹性回复率，结果如表2 所示。 由表2 可知，经过1 2 0 、1 4 0 的拉伸热处理，十 字形、圆形P T T 纤维定伸长2 0 下的弹性回复率有 所下降或变化

23、不明显，而经1 6 0 、1 8 0 的拉伸热处 理后，其弹性回复率提高较明显；对于十字形纤 维，在1 2 0 、1 4 0 条件下热处理，拉伸2 0 时的弹性 回复率低于拉伸1 0 时的弹性回复率，而在1 6 0 、 1 8 0 条件下热处理，拉伸2 0 时的弹性回复率高 于拉伸1 0 时的弹性回复率。 表2 热处理条件对P 1 r r 纤维回弹性能的影响 以上结果也说明在1 6 0 、1 8 0 条件下施加适当 的张力有利于形成更完善的肿纤维内部结构，这 种完善的结构将赋予纤维更高的抗变形能力和变形 回复能力，从而提高其回弹性能；而在1 2 0 、1 4 0c C 等 较低温度下热处理时，

24、P T T 纤维大分子的热运动尚 不够活跃，施加的张力越大内部结构受到损伤的几 率越大，越容易发生不可逆形变，弹性回复率越低。 结合热处理温度对P T r 纤维拉伸曲线以及温度 对m 纤维手感、光泽等的影响分析，P T r 纤维制品 的热定型温度宜控制在1 6 0 1 7 0 左右，在相对较 低的温度下热处理时，应避免施加太大的张力。 2 5 热定型对拉伸回弹性及尺寸稳定性影响 对哪和P E T 织物进行不同温度和时间的热 定型处理，然后测定其经向在定伸长l o 下的弹性 回复率以及织物缩水率( 面积) ，结果见表3 。 由表3 可知：P T T 织物的拉伸回弹性能明显优 于相应热定型条件下的

25、P E T 织物；1 3 0 、1 4 0 条件 下热定型时，P T T 和P E T 织物的弹性回复率比未热 定型时还略有下降，这与热处理条件对纱线回弹性 的影响是一致的；1 5 0 1 7 0 条件下热定型时，P T T 和P E T 织物的弹性回复率均略高于未热定型织物， P r r 织物在1 6 0 时、P E T 织物在1 7 0 时提高尤其 明显。表明在1 6 0 时对P T T 织物进行适当的张力 热定型能最大限度地维持并优化P T T 纤维的高回弹 性能。 另外，相同热定型条件下P E T 织物的耐水尺寸 稳定性高于哪织物，随着热定型温度的提高，P T T 和P E T 织物的

26、耐水尺寸稳定性也不断提高，同样温 度下，定型时问越长，尺寸稳定性越高。综合考虑对 回弹性能及尺寸稳定性的影响，P T T 纤维织物适合 在1 6 0 左右进行热定型加工，时间以4 0s 为宜。 表3P r r 和P E T 织物的弹性回复率和缩水率 3结论 1 ) 与P E T 纤维相比，P T r 纤维的柔韧性和回弹 性更高，而断裂强度、刚性更低。 2 ) 热处理的温度和张力对m 纤维结构和力学 性能有一定的影响，在1 2 0 1 4 0 相对较低的温度 进行拉伸处理时，P 丌纤维结构容易受到损伤，导致 抗变形能力和回弹性下降；而在1 6 0c C 左右进行适 当的拉伸热处理，则有利于形成更

27、完善的内部结构， 提高其抗变形能力、强力和回弹性能。 ( 下转第4 7 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 1 期邓炳耀等：沉积铝纳米结构薄膜非织造布的制备和导电性【4 7 】 ( 上接第3 5 页) 3 ) 在1 6 0 左右对m 纤维织物进行热定型加 工，能最大限度地维持并优化m 纤维的高回弹 性能。 参考文献： 2 3 陈克权，马嘉萍，杨菲m 长丝瞬时拉伸回弹性能研 究 J 合成纤维工业，2 0 0 3 ，2 6 ( 1 ) ：7 1

28、 0 方雪娟哪纤维结构、性能与应用 J 上海毛麻科 技，2 0 0 5 ，( 1 ) ：3 6 3 8 高绪珊，吴大诚纤维应用物理学 M 北京：中国纺 4 5 6 7 织出版社，2 0 0 1 1 4 3 王兴良，辛长征，黄象安m 纤维结构与性能的研究 现状 J 产业用纺织品，2 0 0 2 ，( 9 ) ：1 4 D 柚d u m dSP ，P e r e zS ，R e v o lJF ，e ta 1 n ec w s t a l 栅c 岫o fp o l y ( t e t m m e t h y I e n et e r e p h m a l 砒e ) b yx r a ya n d

29、 e l e c t r o nd 瓶t i o n J P o l y m e r ，1 9 7 9 ，2 0 ( 4 ) ：4 1 9 4 2 6 J a k e w a y sR ，W a r dIM ，W i l d i n gMA ，e ta 1 C r y s t a l d e f o m l a t i o ni na m m a t i cp o l y e s t e r s J J o 啪a lo fP o l y m e r S c i e n c e ，1 9 7 5 ，1 3 ：7 9 9 8 1 3 徐冉丹新型聚酯唧纤维的结构和性能 J 国外丝 绸，2 0 0 2 ，( 6 ) ：2 5 2 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark