碱处理对PTT纤维形态结构和力学性能的影响.pdf

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1、第2 7 卷第1 2 期 2 0 0 6 年1 2 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e a I h V 0 1 2 7N o 1 2 D e c 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 6 ) 1 2 0 0 4 4 0 4 碱处理对P T T 纤维形态结构和力学性能的影响 郑今欢，殷瑛，关艳锋，邵建中 ( 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 观察及失重率、拉伸曲线和弹性回复率等指标的测定，研究了碱处理对P r r 、P E T 等纤维形态结 构特征

2、和力学性能的影响。结果表明：高温碱处理可使P r r 纤维表面出现明显的微坑穴。对其力学性能的损伤比 室温碱处理明显增大；在室温下，P E T 纤维的耐碱性优于P I - r 纤维；高温下，P r r 纤维的耐碱性优于P E T 纤维；在合 适的温度和浓度下，P r r 纤维可以安全地经受碱液的作用，能维持良好的力学性能。 关键词碱处理；P I r 纤维；形态结构；力学性能；P E T 纤维 中图分类号：T 0 3 4 2 2文献标识码：A E f f b c to fa l k a Ht r e a t m e n to nm o r p h o l O g i 翰ls t r I l c

3、t u r ea n d m e c h a I l i c a lp r o p e r t i e so fP T T 肋e r Z H E N GJ i n h u a n ，Y I NY i n g ，G U A NY a J l f e n g ，S H A 0J i a n - z h o n g ( 研上舶o r 咖，yD ，A 幽口，黜dz f 泷I f 眦砌豇n 以讹啦埘昭死曲加幻冒y ，肘打协啊矿鼠k 讲f D ，l ， 孙咖昭& i z 胁跏觇r 5 毋，舰昭洳“，历咖昭3 1 0 0 1 8 。m 池) A b s t r a c tT h i sp a p e rs

4、t u d i e dt h ee f 亿c to fa l k a l it r e a t m e n to nm o r p h o l o 甜c a ls t m c t u r e 肌dm e c h a n i c a l p m p e r t i e so f 兀T ，P E T 助e rt h r o u g I ls E M ，l o s so fw e i 曲t ，t e n s i l ec u n r ea n dr e s i l i e n t e l a s t i c i t yr e c o v e r ) r T h e e x p e r i m e n

5、 tr e s u l t ss h o wt h a th i g h t e m p e r a t u r ea l k a l it r e a t m e n tc a nr n a k es u d a c eo fP 兀f i b e rd i s s 0 1 v et of o ma l o to fm i c m h o l e s ，a I l db r i n ga b o u tm u c hm o r el o s s o fm e c h a n i c a lp m p e r t i e st h 粕m o m t e m p e r a t u r ea l

6、k a l i t r e a t m e n t A l k a l ir e s i s t a I l c eo fP E T6 b e ri ss u p e r i o rt ot l l a to f 王y r rf i b e ri nr o o m t e m p e m t u r e ，b u ti nh i 出 t e m p e m t u r ea l k a l ir e s i s t a n c eo fI y I Tf i b e ri ss u p e r i o rt ot h a t o fP E Tf i b e r T h r o u g ha l

7、k a l it r e a t m e mi n a p p r o p r i a t et e m p e r a t u r ea 五dc o n c e n t r a t i o n ，王T rf i b e rc a nm a i n t a i nh i g hm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s K e yw o r d s a l k a l it r e a t m e n t ；P 】- rf i b e r ；m o 印h o l o 舀c a ls t r u c t u r e ；m e c h a n i c a lp r

8、 o p e r t y ；P E Tf i b e r 对聚对苯二甲酸丙二醇酯( P T r ) 纤维结构与性 能的研究已有一些报道【l q l ，但有关染整加工过程 中化学药剂对其结构和力学性能影响规律的研究尚 显薄弱，生产实践缺乏理论的指导，产品质量无法得 到有效保证，影响了P T T 纤维在纺织行业的推广应 用。在P I I 纤维与棉、P E T 纤维等混纺织物的染整 加工过程中。需要进行碱退浆、碱丝光、碱减量等加 工处理来改善织物的外观和性能，因此只有掌握碱 处理对P T r 纤维结构和性能的影响规律，才能设计 和开发出适合于含纤维织物的染整加工工艺。 本文采用不同温度和质量浓度的N

9、 a O H 处理 聊、P E T 等纤维，探讨了碱处理对P I - I 纤维形态结 构特征和力学性能的影响。 1实验部分 1 1 材料 十字形m 纤维，1 6 7d t e x ，4 8f ，吸湿透湿纤维； 圆形P T T 纤维，1 1 1d t e x 4 8f ；十字形P E T 纤维， 1 1 1d t e x 辟8f ，吸湿透湿纤维；P E T P A 复合纤维， 1 7 8d t e 】【7 2f ( 7 7 P E T ，2 3 P A ) 。 收稿日期：2 0 0 6 0 2 2 l 修回日期：2 0 0 6 0 5 一1 7 基金项目：浙江省自然科学基金资助项目( Y 4 0

10、 4 3 8 7 ) ；浙江省科技厅重大攻关项目( 2 0 0 5 C l l 0 2 8 尬) 作者简介：郑今欢( 1 9 6 8 一) ，女。副教授。主要从事新型纺织纤维的结构和纺织品染整加工理论的教学与科研。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期郑今欢等：碱处理对m 纤维形态结构和力学性能的影响 【4 5 】 1 2 碱处理工艺 碱处理配方及工艺A ：N a 0 H 质量浓度分别为 2 0 、4 0 、8 0 、1 2 0 、2 4

11、0 、3 6 0g ，L ；温度为室温2 3 5 ；时 间为6 01 1 1 i n ；浴比为l ：3 0 。 碱处理配方及工艺B ：0 H 质量浓度分别为 2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、1 2 0g ，L ；温度为1 0 0 ；时间为6 01 1 1 i n ； 浴比为1 ：3 0 。 上述碱处理液用数显恒温水浴锅加热至设计温 度，对圆形及十字形P I I 纤维、P E T 纤维、P E T ，P A 复 合纤维进行碱处理。 1 3 形态结构与性能测试 形态结构：应用J S M 5 6 l O L V 扫描电镜观察碱处 理前后P T r 纤维的形态结构特征。 断裂强度及拉伸曲线：在

12、恒温恒湿室( 温度 2 0 ，相对湿度6 5 ) 平衡2 4h 后，采用Y G 0 6 1 F 型 电子单纱强力机测试。测试参数：实验长度 2 5 0I n I n 。拉伸速度2 5 0 删1 l ，I I l i n 。 回弹性：在恒温恒湿室( 温度2 0c c ，湿度6 5 ) 平衡2 4h 后，采用Y G 0 6 l F 型电子单纱强力机测试。 测试参数：实验长度2 5 0 咖，拉伸速度2 5 0m I l l I I l i n ， 定伸长值5 0 咖，预加张力l oc N ，定长停置ls ，初始 位停置2 0 0s 。 2 实验结果与讨论 2 1 对P T T 纤维形态结构的影响 应

13、用扫描电镜观察了十字形和圆形肿纤维原 样及不同条件碱处理后纤维的表面结构特征，部分 结果见图1 、2 。可以看出，未经碱处理的圆形和十字 形P T r 纤维表面都很光洁。在室温下处理lh ， N a o H 质量浓度即使达到3 6 0g ，L ，纤维表面也还是 比较光洁。而在l o oa C 条件下处理，N a O H 质量浓度 达到1 2 0 L 时，圆形和十字形m 纤维表面均出现 了非常明显的凹凸不平的斑痕和坑穴，表面还黏附 有即将剥离下来的微细组分。这主要是由于碱液温 度较高时，碱液中的0 H 一具有更高的扩散能力和催 化酯键水解的能力，使纤维表面结构较疏松的非结 晶区域和结晶有缺陷区域

14、的大分子链首先被碱水解 而溶蚀下来，结果产生这种不规则的凹坑。纤维表 面的这些坑穴对改善唧纤维的透气性、染色性以 及光泽是有利的，这也意味着可以通过控制合适的 工艺条件对阿纤维织物进行碱减量改性处理，以 ( a ) 原样( l O )( b ) 1 2 0g ，L 。2 3 5 ， 6 0 m i n 处理( 30 0 0 ) ( c ) 1 2 0g 儿，1 0 0 。6 0m i n( d ) 1 2 0g 几，1 0 0 6 0m i n 处理( x 3 0 0 0 )处理( 1 00 0 0 ) 图l圆形胛T 纤维经N a o H 处理前后表面结构特征 ( a ) 原样( 10 0 0

15、 ) ( c ) 3 6 0g 几。2 3 5 ，6 0m i n 处理( 30 ) ( b ) 1 2 0g L ，2 3 5 ，6 0 i n 处理( 30 0 0 ) ( d ) 1 2 0g 几，1 0 0 ，6 0m i 丑 处理( 3 0 0 0 ) 图2 十字形P 1 旧纤维经N a o H 处理前后表面结构特征 获得柔软且光泽柔和的特殊风格纺织品。 2 2对P T T 、P E T 等纤维断裂强度的影响 经不同条件碱处理后m 、P E T 和P E T P A 复合 纤维纱线的断裂强度见表l 、2 。 从表l 可见，室温下用N a 0 H 处理lh ，4 种纤维 的失重率均较小

16、，即使N a O H 质量浓度高达3 6 0 L ， 失重率也未超过3 ，但强度损失率相对较大：几乎 都超过相应的失重率。主要是因为m 、P E T 等聚 酯纤维和P A ( 聚酰胺) 纤维在碱作用下发生碱水解 反应，导致聚酯或聚酰胺大分子发生断裂，当大分子 被水解至一定程度后，部分分子量较低的水解产物 将溶落到碱液中，引起失重。而在室温条件下，碱的 催化水解能力相对较低，4 种纤维的质量损失都不 大。尽管溶落下来的分子链段不多，但是那些经过 碱水解的残留分子链承受外力作用的能力将下 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDF

17、WatermarkR to remove the watermark 【4 6 】纺织学报。第2 7 卷 降，因此断裂强度的损失比质量损失更大一些。从 超分子结构、热性能方面分析，由于P I - I 纤维结晶 度、晶区密度、取向度、t 都比P E T 纤维低哺1 ，在低 温条件下P E T 纤维的碱水解主要发生在纤维的外 表面H 。，P I I 纤维的碱水解相对较容易发生在其纤 维内部的无定形区和结晶区表面，因此，比较各种碱 处理后的纤维，在失重率相近的情况下，P I - r 纤维的 强度损失率最大，P E T P A 复合纤维其次，P E T 纤维 最小，也就是说在室温下，P E T 纤维的

18、耐碱性优于 I y I _ 1 纤维。 由表2 可见，l o o 条件下碱处理lh ，4 种纤维 的失重率和强度损失率都远远超过室温下碱处理纤 维的，且都随碱浓度增加而增大。其中P E T P A 复 合纤维经1 2 0g LN a O H 处理lh 后已严重脆损，无法 测试其强度，这主要是因为聚酰胺耐碱性相对较差 的缘故。1 0 0 条件下碱处理，P E T 纤维的失重率 和强度损失率比P T r 纤维还大。文献 8 认为，P E T 纤维在碱性溶液中容易形成酯键的离子化形式。 m 纤维由于3 个亚甲基所引起的z 字形结构以及 比P E T 含有的2 个亚甲基具有更大的疏水性，在碱 液中不容

19、易形成酯键的离子化形式，可能主要以酯 键的非离子化形式来水解，而非离子化形式的酯键 在与O H 一结合后，水分子的进一步作用就比离子化 形式的酯键要慢。即酯键的离子化形式比酯键的非 离子化形式更容易被水解，也就是说P E T 比P T r 具 有更大的碱水解反应能力。而在1 0 0 高温下进行 的碱处理，由于已经超过了P 1 1 和P E T 纤维的t ， P E T 纤维结构致密的优势也难以显现。因此对P E T 纤维的损伤反而比P T r 纤维大，即P T T 纤维的耐碱 性优于P E T 纤维。 2 3 对P T T 纤维拉伸曲线的影响 圆形P T T 纤维在室温和1 0 0 条件下经N

20、 a O H 处理1 h 后的拉伸曲线如图3 所示。可以看出，圆形 哪纤维在室温和1 0 0 条件下碱处理1h 后，断裂 强力、断裂伸长和初始模量均随N a O H 质量浓度的 提高而下降，1 0 0 处理后下降程度明显大于室温。 1 0 0 、1 2 0g ，LN a O H 处理lh 后，P T r 纤维的强力几 乎只有原样的l ，3 ，断裂伸长也不到原样的一半，说 明高温高浓度的碱会损伤P I I I 纤维，导致力学性能 的恶化。相对来说，初始模量的下降程度没有断裂 强力、断裂伸长的下降程度那么大。 从图3 也可看出，室温下或高温低浓度碱处理 条件对m 纤维力学性能影响不大，表明P r

21、r 纤维 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期 郑今欢等：碱处理对I y I T 纤维形态结构和力学性能的影响【4 7 】 专 、 棹 瞩 Z 之 枨 伸长，衄 ( a ) 室温处理 伸长，m m O ) 1 0 0 处理 图3 室温和1 条件下N a O H 处理后 圆形P r r 纤维的拉伸曲线 具有一定的耐碱性。在合适的温度和浓度下，P r r 纤维是可以安全地经受碱液作用的，能满足一般染 整加工对纤维耐碱性的要求。 2 4 对P ，

22、I T 纤维回弹性能的影响 测试经不同温度和质量浓度N a O H 处理后十字 形和圆形哪纤维纱线的弹性回复率，结果见表3 。 表3N a O H 处理后P 1 1 纤维的弹性回复率 a o H 质量浓度，忤形器嚣弼帷删器嚣弹性 ( g L - ) 2 3 5 1 0 0 2 3 5 l o o 注：未经碱处理的十字形P r r 纤维弹性回复率为7 9 8 6 ，圆形 P r r 纤维为7 1 3 l 。 由表3 可见。P T r 纤维在室温下经不同质量浓 度N a 0 H 处理后还保持有良好的弹性回复率。而 1 0 0 条件下，当N a o H 质量浓度低于6 0 L 时，弹 性保留率仍然较

23、高，基本上可以达到8 0 以上；当 N a 0 H 质量浓度超过8 0g ，L 以后，弹性回复率将明显 降低，尤其是十字形P I I 纤维的下降幅度更大一些。 可能是由于十字形纤维的比表面积大于圆形纤维 与碱液的接触面积也更大，因此水解反应程度也大 一些。表2 中相同碱浓度下十字形和圆形哪纤维 的失重率差异也体现了这一点。 3结论 1 ) 1 0 0 高温下碱处理可使哪纤维表面溶蚀 出明显的微坑穴，因此可以通过制定合适的碱处理 条件，对P r r 纤维织物进行表面改性处理，以获得柔 软且光泽柔和的特殊风格纺织品。 2 ) 1 0 0 高温下，碱对P I f I 、P E T 纤维结构和力 学性

24、能的损伤比室温明显增大。 3 ) 在室温下，P E T 纤维的耐碱性优于哪纤维； 1 0 0 高温下，唧纤维的耐碱性优于P E T 纤维。 4 ) 在室温下碱处理，m 纤维能保持良好的弹 性回复率；l o o 高温下碱处理，当N a 0 H 质量浓度 超过8 0 L 以后，弹性回复率将明显降低。 5 ) 在适当的温度和质量浓度下，P T r 纤维可以 安全地经受碱液的作用，并能维持良好的力学性能。 参考文献： 1 2 3 4 】 5 6 7 8 王兴良，辛长征，黄象安P r r 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 叶胜荣，边界。封麟先化纤新材

25、料二肿的合成、 性能及应用 J 纺织学报，2 0 0 0 ，2 l ( 6 ) ：3 7 5 3 7 8 方雪娟P I I 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 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 一l o D a n d u r a n dSP 。P e r e z S R e v o lJF 。e ta I T h ec r y s t a l s t r u c t u r eo fp o l y ( e t r a m e t h ) l e n et e

26、r e p h t h a l a t e ) b yx _ r a ya n d e l e c t m nd i f f r a c t i o n J P 0 l y m e r 1 9 7 9 。2 0 ( 4 ) ：4 1 9 4 2 6 徐冉丹新型聚酯P 1 T 纤维的结构和性能 J 。国外丝 绸，2 0 0 2 ，( 6 ) ：2 5 2 7 王菊生。孙铠染整工艺原理( 第一册) M 北京：中 国纺织出版社。1 9 9 7 2 0 6 胡韵。朱亚伟，陆佳荚P T r 和P E T 纤维碱减量的差 异 J 四川丝绸。2 0 0 5 ，( 2 ) ：2 4 2 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark