结构参数对PTT织物记忆性能的影响

2019-09-13逯凯美郭维敏

纺织科学与工程学报 2019年3期

逯凯美，郭维敏

(西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西西安 710048)

PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)是由对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)与1，3－丙二醇(PDO)反应聚合而得的聚酯[1－2]。目前PTT主要作为纤维广泛应用于服饰、地毯材料等[3－4]，具有突出的弧度、褶裥易塑形性以及优异的折痕回复性，受到国内外纺织市场的青睐[5－7]。秦丽等[8]选择6类结构相近的织物，设计了织物弧度塑形性的主观和客观评价方法，以及力刺激复平性能的客观试验方法，发现两者之间保持了较好的一致性。洪剑寒等[9]对4种PPT形状记忆织物进行了折皱回复性能的测定，发现PTT织物的形变保持性主要受纱线参数和织物结构参数影响。现今，对于PTT织物的形状记忆功能缺少行业认可的文字标准，无法定量衡量该性能的优劣[10]。为研究结构参数对PTT记忆性能的影响，将3种不同纱线进行可织性对比后，织制了27种不同规格织物，运用因素分析法对其结构参数与折皱回复角、抗弯刚度之间的关系进行分析，为衡量PTT织物的形状记忆功能提供参考。

1 实验材料与仪器

1.1 实验材料

如表1所示，实验所用3种长丝均为浙江绍兴晓星化纤有限公司生产。

表1 3种长丝规格

对PTT单股长丝进行络筒、合股加捻，制成3种线密度规格，分别为:8.33tex、16.12tex、24.09tex。

1.2 实验仪器

Y731D抱合力机(常州纺仪厂)；HD021N＋型电子单纱强力机(南通宏大实验仪器有限公司)；TGA SDTA851e热重同步分析仪(美国梅特勒仪器公司)；场发射扫描电镜(SEM)(美国FEI公司)；SGA598剑杆织机(江阴市通源纺机有限公司)；YG141数字式织物厚度仪(宁波纺织仪器厂)；YG541E型全自动激光织物折皱弹性测试仪(宁波纺织仪器厂)；YG821L型织物风格仪(莱州市电子仪器有限公司)。

2 纱线性能测试及分析

2.1 耐磨性

PTT与涤纶、锦纶长丝耐磨性测试结果如表2所示。

表2 PTT与涤纶、锦纶长丝耐磨性测试结果

根据纺织厂织造车间经验，单纱耐磨次数在200次以上可满足基本织造要求。虽然相比之下，PTT的耐磨性不如锦纶好，但从织造方面考虑，可满足纱线的可织造性；PTT长丝的横截面形状为非圆形，属于异形纤维，其织物耐磨性能优于圆形纤维所制成的织物；PTT长丝、锦纶、涤纶的断裂功都相对较大，弹性回复能力也高，所以它们的耐磨性也十分优异。

2.2 断裂强力及断裂伸长率

在8.33tex下，对3种纱线的断裂强力及断裂伸长率进行测试，结果如表3所示。

表3 断裂强力及断裂伸长率测试结果

由表3可看出，在8.33tex的细度下，PTT长丝平均断裂强度比PET长丝小，但比棉纱线大将近2倍；PTT长丝的伸长率最大，PET长丝居中，纯棉纱线最差。

由纤维断裂机理可知:PTT纤维大分子链中比PET多一个－CH2，容易发生螺旋结构受力形成曲折链，因此其延展性优于PET纤维；成熟的棉纤维大部分由纤维素组成，基本链节是葡萄糖剩基，结构式为氧六环，之间距离较短，大分子间羟基的作用较多，故纤维素大分子的柔曲性较差，属于较僵硬的大分子，棉纤维比较刚硬，初始模量很高，回弹性有限，伸长率较低。

PTT长丝的横截面内由27根长丝组成，每根复丝间有粘连点，存在较强的抱合力，纤维大分子间的聚合度较高，大分子链间不易产生滑移，使得PTT纤维的断裂强力较大。

2.3 PTT纱线的场发射扫描电镜(SEM)实验

为了解PTT集束长丝间的连接形貌，在5000倍下对PTT长丝进行纵向和横向观察，电镜图如图1、图2所示。

图1 PTT纤维纵向SEM图

图2 PTT纤维横向SEM图

从图1中可明显看出，PTT纤维的复丝中，单丝出现了断裂情况，这是因为PTT集束长丝的单丝容易分开，所以在做SEM电镜观察样品表面形貌时，复丝中的单丝会随着外部的作用力而出现网络点的破坏、撕裂、断开。从图1、图2中可看出，PTT纤维由棱柱形单丝构成，在受到挤压或外力作用时，截面由棱柱状变化为近似圆形，每根单丝之间的摩擦力减小，导致纤维的拉伸断裂强力减小，抱合力减小，长丝集束性较差。

PTT一般由十到一百多根极细的单丝并合成复丝，其复丝中的各个单丝间通过旋转、扭合粘连网络点，不但增强PTT长丝的集束性，还可提高屈曲强度和改善PTT织物手感。其网络点不但影响PTT长丝的分丝性，也影响长丝的强力，网络点之间连接较好时，长丝的集束性较好，在受到拉伸外力时，长丝截面内的部分单丝间就不容易产生分离、抽拔、断裂。

2.4 纱线可织性分析

试织主要存在下列问题:

(1)由于PTT长丝为聚合化纤长丝，容易起静电，经纱易粘灰尘、固体小颗粒，织造时造成经纱张力不匀，开口不清，形成布面疵点。

(2)PTT长丝为集束丝，容易分丝，影响织造。

(3)对PTT织物的织造问题，采用浆纱的方式来解决。

2.5 浆纱及退浆

在织造过程中，长丝承受多次不同程度的机械力作用，受到反复摩擦和拉伸，并且在摩擦过程中，长丝容易产生毛丝直至断裂；在不损害PTT形状记忆长丝性能和弹性下，为抑制长丝分丝，须进行浆纱，使毛羽贴服在长丝表面，形成一层均匀的浆膜，以提高长丝在织造过程中的耐磨性。此外，浆液也要浸透到长丝的内部，减少分丝，增强纤维之间的抱合力，增加浆膜与丝条间的粘附性。

(1)浆纱注意事项:上浆时要以浸透为主，兼顾被覆。浆纱工序除了要选择性能好的设备以外，还需要考虑浆料的配方、调浆及上浆工艺。

(2)浆纱目的:减少长丝分丝，增强长丝的耐磨性及强力。

浆料配方:PVA 0588 8.5%，抗静电剂0.2%，聚丙烯酸酯2.5%，渗透剂0.6%。

工艺参数:含固量10%，pH值7.5，黏度8，浆槽温度(90±5)℃。

上浆后测试结果:PTT断裂强力增强5.25%，断裂伸长率增加1.7%。

退浆:对于以PVA为主，聚丙烯酸酯为辅的浆料，需采用 H2O2和 NaOH共同退浆，其效果较好，退浆率在81.5%左右。

3 实验

3.1 组织设计

在研究织物记忆性能的影响因素时选用三原组织，即平纹(1/1)、斜纹(3/1右斜纹)和缎纹(8/3经面缎纹)，均在SGA598剑杆织机上织造。

3.2 织造参数

将线密度不同的PTT长丝织造为27种不同规格的织物，幅宽35cm，长度4m，厚度为0.21 mm～0.23 mm。经过碱退浆，用于实验测试。具体规格如表4所示。

表4 织物规格参数表

3.3 测试方法与结果分析

3.3.1 测试方法

(1)织物折皱回复角测试

试用标准:GB/T 3819 1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》。

折皱回复角分为急弹性回复角(急C)和缓弹性回复角(缓C)，回复角越大表示织物回复越接近变形之前的状态，折皱凸形试样的形状及尺寸图数据单位为mm，如图3所示。

图3 折皱弹性垂直法测试试样尺寸数据

式中:Ej和Ew分别表示经纬向的急弹性回复角；

Dj和Dw分别表示经纬向的缓弹性回复角。

(2)织物抗弯刚度测试

抗弯刚度主要反映织物的活络性、刚柔性、弹力保持性等能力。

计算公式:

试用标准:FZ/TO1054 1999《织物风格试验方法》。

抗弯刚度的测试指标:Lp－活络率(%)；SB－弯曲刚度(cN/mm)；SB1－弯曲刚度指数(c N/mm2)；PMax－最大抗弯力(cN)。

试样尺寸:试样尺寸:如图4所示，单位为mm。

图4 弯曲性试样尺寸图

3.3.2 测试结果与分析

27种PTT织物的紧度、折皱回复角、抗弯刚度性能测试结果如表5所示。

表5 27种PTT织物记忆性能的测试结果

由表5可看出:

(1)在其他参数不变的情况下，随着PTT纱线线密度的增大，织物的折皱回复角基本逐渐变大，但变化的程度不是非常明显，增大量很小。根据织物组织，其折皱回复性由大到小排列为平纹较大，斜纹较小，缎纹居中；活络率为缎纹较大，平纹较小，斜纹居中。其主要原因是浮长线和交错次数的影响。

(2)紧度和线密度一定时，织物的抗弯刚度由大到小排列为:斜纹＞平纹＞缎纹，活络率:缎纹＞斜纹＞平纹，说明同一规格下，PTT织物的缎纹容易形成折皱；相对来说，斜纹抗弯刚度大，不容易变形，但活络率趋中，变形回复性较小，导致斜纹在变形后，没有较大的自由空间来回复，加上自身的结构力比缎纹大，所以变形不易回复，而缎纹抗弯刚度小，容易变形，且活络率较大，织物较软，织物在变形后，与原来形态相比，回复较难。

综上所述，平纹织物的形状回复性较好。

4 因素分析法

由SPSS19.0统计软件[11]将表5的PTT记忆织物结构参数分别与急、缓弹性回复角、弯曲指数进行单相关性分析，如表6所示。

表6 结构参数与记忆性能的单相关系数

从表6可看出:结构参数、织物组织与形状记忆性能6个表征之间的线性相关性是存在的，大小不同，即结构参数、织物组织对PTT形状记忆织物记忆性能的影响是存在的，并且有一定差异。

显著性系数在0～1之间，系数大于0.48，存在相关性。纱线线密度 N1与6个指标的系数在0.01～0.349之间，其中线密度对缓弹性回复角的影响为0.01最小，可以看出纱线线密度对PTT织物的记忆的影响是不显著的。织物浮长线与记忆性能的相关系数在0.147～0.803之间，其中缓弹性回复角、活络率、刚度指数、最大抗弯率的指数均大于0.48，所以织物组织浮长线对记忆性能的影响很大。

虽然PTT聚合物机理反映，织物的形变及形变回复一般是由固定相与可逆相在外界刺激发生转变而导致的，但当PTT形状记忆丝在喷成丝，并织成织物时，形变就不是简单的两相改变，也受纤维形态和纱线之间的摩擦力的影响。