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1、研 究 论 文F ib e r R e s e a r c h聚酯 / 改性高收缩聚酯复合纤维卷曲性能的研究孙宏 1,刘为民 2 ,来侃 1,孙润军 1(1.西安工程大学,陕西 西安 710048 2.绍兴兴虹化纤工业有限公司,浙江 绍兴 312000)摘要:对聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维的卷曲性能进行了理论分析,并测试了不同组分比例以及不同热处理方式、温度、时间条件下的聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维的卷曲性能。结果表明: 对于圆形截面纤维, 50/50 组分比例有较好的潜在卷曲性; 而热处理方式、温度、时间均影响纤维卷曲性能, 因此, 利用该纤维进行织物设计和染整加工应充分考虑该性能特征。关键
2、字: 聚酯/改性高收缩聚酯; 复合纤维; 卷曲性; 卷曲模型中图分类号: TQ342.21文献标识码: A文章编号: 1001- 7054 ( 2006)10- 0016- 04聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维是利用两种具有不同热力学性能的聚合物通过并列复合纺丝得到的。该纤维经过染整加工过程中热处理加工，形成类似羊毛的细而密的卷曲形态。因此，其生产可以采用 FDY 的工艺路线，从而省去假捻变形或空气变形的卷曲生产工序，降低了生产成本。纤维所形成的这种卷曲的特点是受热状态下不同高聚物材料热收缩率的不同导致纤维形态发生变化的结果，是一种永久性的卷曲，并具有很好的弹性回复性，这是通过一般机械加工方式产生
3、的卷曲所达不到的。利用此纤维可生产和设计具有一定弹性的织物，在服装面料织物领域具有十分广阔的应用前景。目前，国内外已开展对新型聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维大量的研究工作。为了充分认识和掌握该纤维的卷曲形成及其相关性能，本文对三种不同组分比例的复合纤维在不同热处理条件下的卷曲性能进行研究，为聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维的产品开发以及工厂实践提供理论依据。1 卷曲形成分析收稿日期: 2006- 05- 09基金项目 :陕西省教育厅专项科研计划项目资助 ,项目编号 :复合纤维由聚酯 （1） 和改性高收缩聚酯 （2）两种组分组成，组分 2 的收缩率 大于组分 1 的2收缩率 。当复合纤维受热发生收缩时
4、，组分 1 与1组分 2 同时产生收缩，由于组分 2 收缩率较大，会产生较大的收缩变形，这时组分 2 的收缩力远大于组分 1 的收缩力，会对组分 1 产生压缩作用力 f2- 1，迫使组分 1 向组分 2 的方向产生弯曲。由于组分 1 具有一定的模量，为了抵抗这种变形，组分 1 会对组分 2 产生与弯曲力相反的拉伸作用力 f1- 2，使组分 2 的收缩减少，并使弯曲程度减小。实际上，这两个力作用于同一个物体的两侧，而且方向相反，当组分 1 中的压缩作用力 f2- 1 和组分 2 中的拉伸作用力 f1- 2 相等时，复合纤维的收缩即达到平衡。这时，作用在其上的压缩内应力和拉伸作用力形成一对大小相等
5、、方向相反的力偶，按力偶作用的方向，纤维产生纵向卷曲。英国的 M.J.Denton 1 1982 年对复合纤维卷曲过程进行了理论研究。在假设复合纤维的曲率半径大于纤维直径，弯曲变形不会使纤维截面产生很大变形，两种组分的弹性模量恒定的条件下，从几何和力学角度出发建立评估和比较不同截面复合纤维自卷曲性的模型。表达式如下：05JK195。1=A1A0u1（1）作者简介:孙宏 ( 1980) ,女, 陕西西安人, 西安工程大学纺织与R1m- 122A I + (m - 1) (A I -A I -A u )mm材料学院 2004 级研究生,专业为纺织材料与纺织品设计。0 01 1P2 2p1116 合
6、成纤维 SFC 2006 No.10式中：1/R 为复合纤维的卷曲率；u1 为第 1 组分中心 Q 到整个横截面中心 P 的距离 （见图 1）； 为两组分收缩率差值；m 为组分 1 和组分 2 的模量比；A0 为整个截面面积；I0 为整个截面对轴 T- T的惯性矩；A1、A2 分别为组分 1 和组分 2 的面积；I1p、I2p 分别为组分 1 和组分 2 所占截面积对轴 T- T 的惯性矩。从式 （1） 可以看出：影响复合纤维卷曲的主要因素有纤维截面形状，两种组分的力学模量，两种组分收缩率差异以及组分分布。Denton 认为模量比 m 的变化对复合纤维的卷曲率影响不大，所以当 m=1 时，方程
7、 （1） 可以简1=A1u1（2）化为：RI0式 (2) 可以用来简单预测复合纤维的潜在卷曲性。通过推导得出，对于具有平直界面的圆形截面复合纤维来说，卷曲形成的理想组分比为 50/50；而对于具有曲形界面的圆形截面复合纤维来说，卷曲形成的理想组分比为 60/40。图 1 复合纤维的横截面图2 实验部分2.1试样在相同的工艺条件下，通过并列复合纺丝得到三种比例的聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维，复合比分别为 40/60、50/50、60/40，规格 146 dtex/24f 的圆形截面的白色有光纤维。2.2实验处理条件和测试方法2.2.1 沸水处理在竖置量尺 (最小分度 1 mm，附有上夹持器)上量
8、取 1 m 长样丝，预加张力为 0.02 cN/dtex。将量取的样丝用纱布包好，放入 100 沸水中，分别处理5 min、10 min、15 min、20 min、30 min 后取出，自然干燥。在标准状态下，放置 24 h 后进行测试。2.2.2 干热处理研 究 论 文F ib e r R e s e a r c h将量取的样丝在无张力的条件下置于烘箱中，分别在 80 、100 、120 、140 、160 、 180 的条件下处理 30 min，然后在标准状态下，放置 24 h 后进行测试。2.2.3 卷曲性能测定卷曲性能测定在常温状态下进行。将热处理后的纤维一端固定，另一端加以轻负荷
9、0.00176 cN/dtex 使纤维弯曲伸展，但仍有卷曲存在，30 s后测量纤维长度 L0；去除轻负荷，加重负荷 0.0883 cN/dtex，使纤维卷曲伸直，但不使纤维伸长，30 s后测定纤维的长度 L1；去除重负荷，待回复 2 min 后，再加上轻负荷后测得纤维的长度 L2。每个样品连续测 30 次，测试完后，可按下式计算表征卷曲性能的各项指标：卷曲率 (CP) = L1- L0 100 %L1卷曲弹性回复率 (CR) = L1- L2 100 % L1- L0残留卷曲率 (CL) = L1- L2 100 % L1卷曲率表示卷曲后纤维的缩短程度，与卷曲数和卷曲波的深度有关；卷曲弹性回复
10、率是表示纤维受力后卷曲恢复的能力；残留卷曲率表示卷曲的耐久牢度。3 结果与讨论3.1组分比例、热处理方式对卷曲性能的影响表 1 是聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维分别经过 100 干热 30 min 处理和沸水 30 min 处理后的卷曲性能测试结果。从表中可以看出：无论是经过干热条件处理，还是沸水处理，复合纤维卷曲率和残留卷曲率数值性大小排序为：40/6060/4060/势变得缓慢，在 160180 时数值趋于稳定；另外，4050/50。 这说明非等比例复合纤维受力后纤维等比例组分复合纤维的卷曲率和残留卷曲率指标数的卷曲恢复能力好于等比例分布的纤维。值大于非等比例组分复合纤维的指标，非等比例组3
11、.3 热处理时间对卷曲性能的影响分复合纤维中 40/60 的相应指标数值最小。这与沸图 57 是沸水处理不同时间后组分比为 40/水处理 30 min 后纤维的卷曲性能测试结果一致。60、50/50、60/40 复合纤维的卷曲性能测试结果。可以得出：三种组分复合纤维卷曲率和残留卷曲率规律为 50/5060/4040/60；而卷曲弹性回复率值的大小为 40/6060/4050/50。图 2 卷曲率与热处理温度的关系图 5 卷曲率与热处理时间和关系从图 5 和图 6 中可以看出：随着处理时间的增加，复合纤维的卷曲率和残留卷曲率数值不断变大，但在 15min 后，数值变化的速率比较缓慢。从图 7 可
12、以看出：处理时间越长，卷曲弹性回复率数值随着热处理时间的增长而呈上升趋势。40/60 的上升趋势较大，而 50/50 和 60/40 在热处理 20 min 后稍有下降。图 3 残留卷曲率与热处理温度的关系18 合成纤维 SFC 2006 No.10研 究 论 文F ib e r R e s e a r c h图 6 残留卷曲率与热处理时间的关系图 7 卷曲弹性回复率与热处理时间的关系4 结论在研究中，本文对聚酯/改性高收缩聚酯复合纤维受热处理而产生卷曲形态进行了进一步的理论分析，并对不同组分比例的复合纤维，在不同热处理方式、热处理温度、热处理时间进行了测试。主要得出以下结论：1. 对于同一纺
13、丝速度，不同组分比例的复合纤维来讲，在不同热处理方式、热处理温度、热处理时间下，组分比例为 50/50 的纤维卷曲度和卷曲耐久牢度优于组分比例为 40/60 和 60/40 的纤维，组分比例为 40/60 纤维的卷曲弹性回复性好于其他两种纤维。2. 不同的热处理方式、热处理温度和热处理时间会产生不同的卷曲效果。如沸水处理 30 min后纤维的卷曲率和残留卷曲率优于 100 干热处理后纤维的卷曲率和残留卷曲率，而干热处理后纤维的弹性回复率比沸水处理后的效果稍好；随着干热处理温度的升高，复合纤维卷曲率和残留卷曲率值增大，在 160180 时数值趋于稳定，而卷曲弹性回复率随着温度的升高却不断减小。参
14、考文献1M J Denton. The Crimp Curvature of Bicomponent Fibers. Journal of Textile Institute,1982,73( 6) :253263.2 S P Rwei ,Y T Lin , et al. Study of Self - Crimp Polyester Fibers. Polymer Engineering and Science, 2005, 45(6):6.3姚穆等编.纺织材料学.北京: 纺织工业出版社,1980.2.4赵书经主编. 纺织材料实验教程 .北京: 中国纺织出版社, 1989.6.Study o
15、f Crimp Property of Polyester/Modified High Shrinkage Polyester Conjugated FiberSUN Hong1, LIU Wei- min2, LAI Kan1, SUN Run- jun1 （1. Xian Polytechnic University，Xian Shaanxi 710048;2. Xinghong Chemical Fiber Industry Co.Ltd., Shaoxing Zhejiang 312000 ）Abstract: The thesis analysis is made on the cr
16、imp property of polyester/modified high shrinkage polyester conjugated fiber. The crimp property of three kinds of conjugated fiber in different conditions such as heat processing ways, temperature and time is tested. The test results show the composite ratio of 50/50 has better potential crimp prop
17、erty for circle cross- sectional fiber. And all processing conditions will influence the crimp property. Therefore, the special property of conjugated fiber should be considered in the fabric designing and dyeing.Key words : polyester/modified high shrinkage polyester, conjugated fiber, crimp property, crimp model!欢迎订阅 合成纤维, 邮发代号: 4-238!合成纤维 S FC 2006 No.10 19