含沟槽异形PET丝性能研究

李茂明，张仕阳，孙青梅，眭建华

(1.吴江福华织造有限公司，江苏 苏州 215028；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215006；3.同济大学，上海 200092)

异形PET纤维是指经一定的几何形状(非圆型)的喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的聚酯纤维。异形截面PET纤维主要是利用物理或化学改性的方法，设计制成异形丝孔，经纺丝牵伸制得[1-2]。其中十字形、Y形、C-O形、U形等异形截面PET纤维纵向具有一条或多条沟槽，理论上径向沟槽形成毛细效应，使纤维获得较好的导通功能，从而实现吸湿、排汗和透气特性[3]。近年来，化纤面料市场追崇面料在穿着中的热湿舒适功能。所谓热湿舒适功能，是指在不同的气候条件下人体的舒适感觉，取决于人体产生的热量和向周围环境散发的热量之间的平衡。剧烈运动时人体会排出液体汗，这些汗液应迅速脱离皮肤，否则会产生积热，不利于人体健康，这就要求织物具有优良的吸收汗液、快速导出到面料外层并迅速蒸发的功能[4]。因而含沟槽异形PET纤维所具有的导通气流和传输蒸发水分的特性得到了重视。为更好地开发新产品，本文对公司新近使用的几种含沟槽异形PET纤维进行了形态与性能的研究。

1 试验

1.1 试验材料

试验选用83.3 dtex/36F五连环形截面、 166.7 dtex/72F U形截面、83.3 dtex/36F 三叶形截面、166.7 dtex/72F十字形截面和83.3 dtex/36F扁平形截面等5种异形PET丝，单根纤维的线密度均为2.31 dtex。

1.2 试验内容与方法

(1)纤维形态分析

试验采用JCM6000型台式电镜，摄取样品纤维横截面和纵向SEM图，对纤维形态加以分析，测算纤维当量直径d值和相对径向异形度DR值。

当量直径指的是异形或非圆形截面纤维按照等面积的原则等效为圆形截面后计算出来的直径，是评价异形截面纤维性能的一个重要参数[4]。将异形纤维的横截面面积等效为圆形纤维的横截面面积，用公式(1)计算等效后的圆形纤维的直径，即为异形截面纤维的当量直径D。

(1)

式中：S为纤维截面面积，μm2。

纤维的异形度也称纤维相对径向异形度，是指异形截面凹凸曲折的尺度，也是指偏离圆形截面的程度。DR值越大表明截面轮廓越曲折，DR值越小则形状与圆形越接近。DR可由公式(2)计算得到。

(2)

式中：R为纤维截面外接圆半径，μm；r为纤维内切圆半径，μm[5]。

(2)丝线拉伸试验

试样在标准大气下的条件下平衡24 h，按照标准GB/T 14344-2008化学纤维长丝拉伸性能试验方法，采用Instron3365万能材料试验机，预加张力(0.15±0.03) cN/dtex，夹持距离500 mm，拉伸速度200 mm/min。计算平均断裂强度F值(cN/dtex)、断裂伸长率ε值(%)，样品数30，取平均值。

(3)回潮率测定

按照标准GB/T6503-2008化学纤维回潮率试验方法，采用箱外冷称法。试样在标准大气环境下平衡24 h，用BSA224S电子天平称重，后将试样放在HD101A-2 电热鼓风烘箱中，在烘干温度为(105±3)℃的条件下烘干至恒重，称重并计算回潮率W值(%)。

(4)丝线热收缩试验

参照标准GB/T6505-2008化学纤维长丝热收缩率试验方法测定。剪取丝长L1=100 cm，松弛状态下置于沸水中煮沸20 min，取出在电热鼓风烘箱中(50 ℃条件下)烘干，之后在标准大气条件下平衡24 h，测量其长度L2(cm)，样品数40，取平均值，再计算沸水收缩率EW值(%)。

(5)丝线表面浸润性试验

可用动态接触角表征丝线浸润性。动态接触角不仅可以衡量平衡时的丝线浸润性，还可以时刻反映每个瞬间丝线的表面润湿情况[6]。

试验采用DCAT动态接触角测量仪测取丝线样品动态接触角，试验温度为26 ℃，设置液流速度为1 mm/s，选用试验液为超纯水。将10根50 mm长的样品丝线合并并略加搓捻，使其呈柱状样品束，上端用双面胶粘接固定以防松散，并夹持悬垂于测试台，夹持长度1 mm。打开开关使超纯水缓缓上升逐渐浸没丝线下端，浸没长度为2～3 mm，然后关闭开关使超纯水缓缓退出。测量丝线从接触液面到离开液面过程中的动态接触角，分为前进接触角和后退接触角。

2 结果与讨论

2.1 纤维SEM图

异形截面PET纤维的横截面SEM图和径向SEM图分别如图1、图2所示。

图1 PET异形纤维截面SEM图

图2 PET异形纤维径向SEM图

五连环形纤维的截面由5个近似圆形并排连接状，形似毛毛虫，凹凸曲折程度不是很大，纵向平直无卷曲，有8道连续的沟槽；U形纤维的截面类似于英文字母大写的“U”或“C”，纤维截面中间有一个很深的凹槽，凹凸曲折程度较大，纵向略微卷曲，有1道深浅不一的连续沟槽；三叶形纤维的截面类似于英文字母大写的“Y”，凹凸曲折程度不大，纵向有卷曲，有3道深浅基本一致的连续沟槽；十字形纤维截面有不规则的4个凹槽，凹凸曲折程度很大，纵向比较平直，有4道深浅基本一致的连续沟槽；扁平形纤维的截面呈一字形扁平状，外围平滑无曲折，纵向没有沟槽，表面平整光滑。

2.2 纤维异形程度

纤维当量直径

表1 异形PET纤维异形程度

(1)四种含沟槽异形纤维的当量直径均小于无沟槽的扁平纤维，截面凹凸曲折程度大的纤维，其当量直径又更小一些。

(2)四种含沟槽异形纤维的相对径向异形度均明显大于无沟槽的扁平纤维，截面凹凸曲折程度大的纤维，其异形度也更大一些。

2.3 丝线物理性能

表2为异形PET纤维的拉伸断裂强度、断裂伸长、回潮率及沸水收缩率。

表2 异形PET丝线物理性能指标

从表2可以看出：

(1)五种异形PET丝的拉伸断裂强度值在3.10 ～3.80 cN/dtex范围，相差不大，且与普通PET丝的强度范围2.60～5.70 cN/dtex相一致[7]。

(2)除五连环形PET丝的断裂伸长在15%以下，其他四种异形丝的断裂伸长基本都在20%～25%。

(3)五种异形PET丝的回潮率均在2.20%～3.10%范围，前四种含沟槽丝回潮率略高于无沟槽的扁平丝，但总体情况与普通PET回潮率小于3.00%相一致[7]，说明含沟槽异形丝对空气中的水分子并无特别好的吸收性能。

(4)四种含沟槽异形丝的沸水收缩率明显低于无沟槽的扁平丝，而截面凹凸曲折程度大的纤维，其沸水收缩率值更小；纤维纵向沟槽数与沸水收缩率无明显关联。

2.4 丝线动态接触角

不同截面形状的PET异形丝的动态接触角的测量结果如表3所示：

表3 丝线的动态接触角

从表中可以看出：前进接触角均大于后退接触角；含沟槽异形丝的动态接触角均在60°以下，并明显小于无沟槽的扁平丝；截面凹凸曲折程度大的异形丝则动态接触角又明显小；纤维纵向沟槽数与动态接触角无明显关联。

3 结论

(1)纤维的异形及其异形程度大小对丝线的拉伸断裂强度、回潮率等影响不大；除五连环形丝，其他异形丝的拉伸伸长特性与普通丝线相差不大；含沟槽异形丝的沸水收缩率及动态接触角与无沟槽的丝线有明显差别。

(2)含沟槽异形纤维的截面曲折异形程度对丝线的沸水收缩率及动态接触角的影响较大，而沟槽数则基本无影响。即纤维异形度对纤维性能影响的贡献优于纤维沟槽数量。