涤纶POY/FDY仿棉异收缩混纤丝的性能研究

2014-08-05王学利俞建勇黄莉茜孙德荣

合成纤维工业 2014年1期

樊娟，王学利，俞建勇，黄莉茜，孙德荣，叶静

(1.东华大学纺织学院，上海201620;2.东华大学现代纺织研究院，上海201620;3.徐州斯尔克差别化纤维科技有限公司，江苏徐州221400)

近年来，国内棉花供应不足，大量从国外进口，仿棉产品应运而生。目前市场上的仿棉产品主要是仿棉聚酯短纤维［1－2］，这些产品能体现一定的柔软、蓬松的特性。但涤纶长丝相关产品开发得相对较少，异收缩混纤丝中潜在不同收缩率的纤维产生不同的收缩行为，具有蓬松、柔软的特点，并且在仿真产品的开发中有着广泛的应用基础，具有广阔的仿棉应用前景。

1 实验

1.1 试样

一步法涤纶预取向丝(POY)/全拉伸丝(FDY)仿棉异收缩混纤丝试样的规格为88 dtex/49f，POY/FDY混纤比为65/35，POY组分和FDY组分所用原料见表1，其中PET为常规聚酯切片，FXFM为自制的仿棉聚酯切片，试样均由江苏斯尔克差别化纤维科技有限公司提供;182 dtex棉纱，由江苏大生集团有限公司提供。

表1 混纤丝试样的组成Tab.1 Composition of combined filament yarn

1.2 分析与测试

强伸性能:参照GB/T 14344—2008，用莱州市电子仪器有限公司YG061型电子单纱强力仪测试单纱的拉伸性能，测量20次后取平均值。

差示扫描量热(DSC)分析:使用美国TA公司生产的Q20差示扫描量热仪进行测试。

声速取向:采用上海东华凯利化纤高科技有限公司生产的SCY-Ш型声速取向仪连续记录10个长度(L)(40 cm和20 cm各5次)纤维内声速(C)的传播时间，得到纤维试样声速取向因子(fs)、声速模量(Es)。

沸水收缩率(S):参照GB/T 6505—2008，将试样在沸水中处理30 min，100℃烘干，计算得到试样S。

吸湿动力学:将纤维在温度为(105±3)℃烘干至恒重，在恒温恒湿室(温度(20±2)℃，相对湿度(65±2)%进行吸湿。绘制纤维的回潮率随时间变化的曲线，初步得到吸湿动力学。

光泽:利用德塔颜色商贸上海有限公司的Datacolor 650可见光光分度计对纱线进行光泽测试。用与法线成60°角的平行入射光射在试样上，在60°和30°的位置分别接受正反射光和漫反射光，测得光强度，用对比光泽度计算两个光强度的比值表示为光泽度。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

从表2可以看出:1#试样的断裂强度明显大于2#试样和3#试样的断裂强度，断裂伸长率要低于1#试样和2#试样;在FDY原料均为FXFM时，3#试样的断裂强度略高于2#试样的断裂强度，说明POY的性能对异收缩混纤丝的断裂强度有一定作用。这是由于加入第三、四单体改性的FXFM，改善了PET原有的直链结构，分子间的作用力降低，使仿棉混纤丝的断裂强度与PET纤维相比有所下降，而断裂伸长率有所增加。与棉纱相比，仿棉混纤丝的断裂强度与棉纱相近，断裂伸长率比棉大。仿棉异收缩混纤丝初始模量只有普通PET异收缩混纤丝的40% ～50%，仍然高于棉纱。

表2 试样力学性能Tab.2 Mechanical properties of samples

2.2 热性能

从图1可见，1#和3#的DSC曲线中在熔融区有2个峰，第一个熔融峰为其中的FXFM熔融峰，第二个熔融为PET熔融峰;而2#的DSC曲线中的FDY组分和POY组分均为FXFM，所以只有2个熔融峰，熔融完全温度比1#和3#低。

图1 试样的DSC曲线Fig.1 DSC curves of samples

从表3可以看到，FXFM由于第三单体和第四单体的加入，熔点(Tm)比PET降低了10～15℃。仿棉混纤丝的玻璃化转变温度(Tg)与其中的POY组分接近，比PET的Tg降低了10℃左右，这是由于分子链的柔顺性是决定Tg变化的重要因素，主链的柔顺性越好，Tg越低。说明改性后大分子链的运动能力加强，柔顺性变好。分子链的柔性也与熔融熵(△S)相关，柔性分子链对应于较大的熔融熵［3］。比较3个试样的熔融热焓(Hf)可以看出改性后的 FXFM的 Hf要比PET小。

表3 试样的DSC分析结果Tab.3 DSC analysis results of samples

2.3 取向与S

从表4可以看出，试样的fs和S由大到小依次为1#，2#，3#，说明在相同的工艺条件下，改性后的FXFM的取向度要低于PET。这是由于改性后大分子链的规整度不及PET，柔性链段虽然在外力作用下易于取向但是取向度总体还是下降。

表4 试样的fs与STab.4 fsand S of samples

从表2和表4可见，仿棉异收缩混纤丝的断裂强度、初始模量变化与取向度呈相同的趋势。断裂强度和初始模量取决于高聚物的化学结构和分子间相互作用力的大小，纤维的取向度越高，其模量也越大，反之，纤维的取向度越低，其模量也越小。改性后FXFM大分子链的规整度下降，分子间的作用力减小，取向度降低，刚性下降，断裂强度和初始模量减小。

2.4 纱线的吸湿曲线

从图2还可看出，仿棉混纤丝的回潮率较PET纤维得到了很大的改善，但还是比棉纤维低，且随着混纤丝中FXFM所占比例的增加，3#，1#，2#的回潮率逐步提高，MM的吸湿回潮率接近0.8%。因此，仿棉异收缩混纤丝与PET纤维相比具有较好的亲水性能，一方面由于FXFM中有更多的羟基单体接入PET分子链，亲水基团与水结合，直接吸水能力提高;另一方面改性后破坏了PET大分子原有的规整度，分子间的间隙变大，纤维内部的微小间隙中形成微毛细水，间接吸水能力增强。

图2 试样的吸湿曲线Fig.2 Moisture absorption curves of samples

从图2可以看出，仿棉混纤丝吸湿达到平衡的时间与PET相似，只需很短的时间即可，说明仿棉混纤丝的动态实时调控能力较强。

2.5 仿棉混纤丝的光泽

从图3可见:在不同波长范围内，3种仿棉混纤丝中2#的反射率最小，1#和3#的不同波长的反射率接近，但都大于棉纱，特别是波长较小时，仿棉混纤丝的反射率明显大于棉纱。

图3 不同波长下试样的反射率Fig.3 Reflectivity of samples at different wavelengths

反射率越大，反射光越强，光泽度值高，说明3种仿棉混纤丝的光泽度比棉大，还不如棉柔和。仿棉混纤丝在后加工过程中受到热处理产生异收缩，收缩大的 POY组分形成芯纱，收缩率小的FDY浮在表面形成细小的毛圈，破坏长丝平行排列的结构，在混纤丝内部形成多级反射光，这些内部反射光在外表面发生光的干涉，减少外表面的反射率，增强漫反射。要使仿棉混纤丝终端产品像棉一样有光泽，还需结合织物的结构、后处理工艺获得，主要以降低对低波长光线的反射为主。