紫外辐照聚酯纤维的概述

2018-02-15闫民杰许瑞陈莉梁振江

西部皮革 2018年24期

闫民杰,许瑞，陈莉，梁振江

(1.天津工业大学纺织学院，天津 300387;2.天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387)

1 前言

聚酯纤维自从世界的工业化以来，就因为它优秀的各项性能，例如高模量、回弹性好、耐光性好、耐磨性好、耐热性好等，被用于工业布、土工格栅、帘子布、广告灯箱布等增强材料，但是其制品的服役环境均存在紫外线的辐照破坏作用[1]。紫外线是指阳光中波长10～400 nm的光线，具有较高的能量，老化破坏能力强，对高分子材料的老化损伤程度的贡献值达到90%。聚酯纤维虽具有优秀的力学等性能，但耐紫外老化的能力存在一定的不足，当遇到紫外线辐照时会发生不同化学反应，造成小分子挥发和断链等现象既化学降解，这些现象会使得聚酯纤维及其相关制品的表观形貌、热稳定性、力学性能以及服役寿命等的降低或减短[2]。本文主要通过对聚酯纤维的分子量分布、红外光谱、热稳定性、粘度等的表述，对紫外辐照老化聚酯纤维的性能影响进行了概述。

2 紫外辐照聚酯纤维的性能分析

2.1 紫外辐照对聚酯纤维表观形貌的影响

周颖等[3]人发现未经过紫外射线辐射过的聚酯纤维形状基本都是的圆柱形,外表面比较的平整和光滑,存在极少数浅的或窄小的痕迹,而经过紫外辐射处理后聚酯纤维的横截面形貌变得十分不规则,类似锯齿形状。由于受到受紫外辐射时间长短的不同的影响，表面还出现了凹凸不平的裂痕或沟壑,这表明受紫外辐射处理后的聚酯纤维表面层变的非常脆,即使发生微小的弯曲或变形都可能引起纤维的断裂。紫外辐射处理后聚酯纤维的外表层，相比于未紫外辐射处理的纤维样品在纵向显露出因皱褶而凹陷的特征,凹陷深度随着紫外辐射时间的不断延长而不断的加深。这种凹陷现象出现的的原因，可能是多种方面作用的结果，很多研究发现,紫外辐射作用导致高聚物的分子运动剧烈，错综复杂的的分子链的断裂或小分子挥发,进而使分子链长度缩短,有利于分子支链或短链的定向排列和结晶,从而使得结晶度得到提高,结晶度具有高于非晶区的密度，使得聚酯纤维表面出现凹凸不平。

2.2 聚酯纤维的分子量变化

分子量的降低是反映高聚物紫外光降解程度最主要的指标之一，王华印[4]发现纤维纤维样品的分子量大小会随着紫外辐射时间增长，而呈现下降的趋势，开始下降的速度较快，一段时间后不断趋于平缓。这是紫外辐照的初始阶段，聚合物的长链发生断裂，成为短链，链长度下降的越多，高分子材料的聚合度下降越快，随时间的增加，链断裂主要是的中、小分子的键，发生相互连接，此时分子链长度下降速率变慢，故聚合度下降的速度变慢。

2.3 聚酯纤维红外光谱分析

聚酯纤维经过紫外辐射处理后，一个新的能量吸收峰在3290 cm- 1 处出现，并且吸收强度随着紫外辐射处理时间的增长而增长，结合3290 cm - 1 是羧基(-COOH)和羟基(-OH)的伸缩振动，进而推断出随着紫外辐射时间的增加，聚酯纤维表面羧基的含量也会增加。众所周知，羧基是生色基团，羧基数量的增加，说明了紫外辐照促使聚酯纤维表面发生化学反应，出现降解。

2.4 聚酯纤维拉伸性能测试分析

聚酯纤维的拉伸强度变化曲线分为两个不同的区域：线性区，应力、应变基本上成线性关系；屈服区，应力上升缓慢，伸长变形增加较快直至纤维断裂。与没有紫外线辐射处理的聚酯纤维相对比，紫外辐射处理后的聚酯纤维的线性区域没有明显的变化；而在屈服区差别较为明显，在这个区域明显减小。聚酯纤维在受到4 小时的紫外线辐射后，拉伸曲线变化经过屈服点出现断裂，是紫外辐射处理带来的后果。