纺丝后处理对PET全拉伸丝性能的影响

K. Pawar， R. Turukmane

SVKM’S NMIMS (印度)

若纺丝制得的纤维弹性差(拉伸后无法回复)，且在低牵伸应力作用下也会发生塑性形变，这些纤维不适用于包括服装在内的任何应用。由于聚酯(PET)长丝中的聚合物分子链是部分折叠的，在受热和一定的牵伸应力作用下，它们将很容易被牵伸。纺织纤维的应力-应变曲线显示，当纤维受到的应力达一定值时，纤维将发生显著变形而应力变化较小，直到所有分子链都伸展开并形成一种改善的(更具弹性的)聚合物网络结构。在该变化区域内，聚合物分子链呈现出新的已伸展构象，并且当应力去除后，也不会回复到其原始状态。这一区域称为纤维的自然拉伸区，所对应的纤维的延展特性称为纤维固有拉伸比(NDR)。为了使纤维力学性能更稳定并且其抵抗变形能力随应变增加而增大，必须消除纤维的这一拉伸易变形区域。在纺丝后整理工艺中，牵伸是一道非常重要的工序，可在此工序中消除纤维的自然拉伸区。当纤维牵伸比超过其NDR时，聚合物分子链形成具有沿牵伸方向(纤维轴向)伸展构象的弹性网络结构。相对于初生纤维，这种纤维具有更高的屈服点、强度、初始模量和可回复性。

1 材料与方法

纯对苯二甲酸(PTA)呈细粉末状，相对分子质量为166，溶沸点为425 ℃(受压状态)。乙二醇(EG)呈无色液体状态，相对分子质量为62，溶沸点为190 ℃(受压状态)。其他原料包括二甘醇、三氧化二锑(催化剂)、二氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、纺丝整理剂、氮气、陶氏液体(联苯和二苯醚的混合物)。

高速PET全拉伸丝(FDY)纺丝：采用配备有蒸汽室的巴马格纺丝设备制备高速PET FDY，纺丝速度为3 000～6 500 m/min。

2 结果与讨论

牵伸会对纤维结构产生显著影响。因为牵伸过程中产生的高应力，会使纤维取向度增大，同时纤维结晶度发生变化，并且有可能出现晶型转变。纤维结构形态也可能会发生从微原纤状转变为原纤状的变化，纤维无定型区和结晶区也将同步变化。图1所示为牵伸力对不同规格PET纤维强度和伸长率的影响。

图1 牵伸力与温度对不同规格PET纤维强度和伸长率的影响

由图1可以看出，随着牵伸力的增大，纤维强度提高，从185 cN/dex增大至2.58 cN/tex，纤维伸长率则逐渐降低。

聚合物分子链的取向还可能会随结晶区的变化而变化。然而，纤维的结晶度并非总随着牵伸力的增大而增大。在具有低结晶度的半结晶热塑性聚合物中，取向度通常随结晶度的增大而增大，如，在高牵伸比细颈牵伸条件下的PET预取向丝。但若聚合物就其结晶度而言已经处于平衡状态，如湿纺纤维，则由于分子链的高度活动性，纤维结晶度已在凝固浴中得到充分提升，因而纤维牵伸过程中其结晶度不会进一步提高。或者，在低温下以非常慢的速率牵伸的材料(流动变形)，其不会发生热结晶，则结晶度的变化也可以忽略不计。如，在冷浴中以缓慢的速率牵伸无定形PET。在另一些情况下，随着牵伸的进行，纤维结晶度也可能降低。如，初始纤维有较高的结晶度，施加牵伸应力后，将导致一些小的不完善的微晶发生变形或破裂，则可能出现纤维结晶度降低的情况。如，在高温下强行牵伸完全结晶的PET，可能会因牵伸而导致其结晶度降低。

3 结语

纺丝后处理工艺是决定牵伸丝分子取向和结晶程度的重要工序，可使长丝具备一定的物理、力学和热性能，从而决定它们的最终用途。预牵伸材料中的分子取向程度和结晶度同等重要，低结晶度的材料非常容易牵伸，可通过施加较高的牵伸力获得强度更高的纤维。同时，该情况下纤维的结晶度也得以提高。当材料的初始结晶度较高时，牵伸过程通常会导致其结晶度下降。