涤纶POY收缩动力学研究

【10200年10月涤纶POY收缩动力学研究汪进玉王华平张玉梅王学利(仪征化纤股份公司产品技术开发中心胥浦,211900)(东华大学(中国石油辽阳石化分公司)摘要:采用线性粘弹模型屮的四元件模型对涤纶预取向纤维(POY)的等温收缩过程动力学进行了研究。试验结果友明其收缩可用此模型进行很好地述。得到POY纤维的特征弛豫时间r1、r2,特征平衡收S、S,收缩活化能拉伸粘度等特征参数关键词:聚酯纤维预取向丝收缩动力学研究中图法分类号:TS102.52预取向丝(POY)是涤纶纤维中一个十分重要的其简化模型如图1-b所示。对于实验条件中的恒定产品,采用收缩动力学力法研究PY纤维的收缩随应力下的收缩行为,根据线性粘弹型可推导出其形时间的变化关系,可以获得涤纶POY热收缩的一系变方程如下所示具有一定物理意义的动力学参数。对差别化纤维[1-e/r2]+E2ne的开发和POY纤维的后加工、染幣等T艺条件的选择具有重要的意义。(1)纤维的收缩(t)认为是某时刻t的形变与初始形变E(t=0)时的负差,即1.1实验样品△e(t)=-[e(t)-c(0)]涤纶POY纤维,仪征化纤公司涤纶五厂样品=-m+(em-(a/上2)[1-e"](2)规格:170dtex/48f;物理指标:断裂强度2.56cNdex,断裂伸长128%对于特定条件下的收缩,由于(20-a/E2)项为常1.2等温收缩曲线测试数项,方程(2)可以简化为采用SSI型收缩一声速联合测试仪,测试△st)=-m+Aet+B(B为常数)(3)FOY纤维在不同恒定温度、不同外应力、各时刻纤维的收缩率。加热器长度35cm,加热器温度控制精对于实际的纤维收缩过程中包括多个不同的收度0℃,长度测试精度1.Omm纤维的收缩率按缩单元的粘弹松弛过程纤维的收缩动力学方程可下式计算以用方程(4)进行描述△e(t)=-t+A1e"1+A2e"+…式中:L为纤维收缩前原长度(加热器中纤维长度)(cm);△L为温度T时纤维长度变化值(cm)+A, n+B式中:A1、A2、…;An为各组成单元对总收缩的贡2涤纶纤维的收缩动力学理论基础献;r1、z2…;rn为各组成单元的特征弛豫时间。2.1涤纶纤维2.2涤纶等温收缩动力学处理的收缩动力学方将不同等温收缩条件(不同的温度和外加张应力)下的纤维收缩后剩余相对长度,即(1-S)对相利用线性粘应的收缩时间作图,实验结果所得到的数据可以用弹模型可以对纤E2E2n2双指数函数很好地进行拟合,其结果如图2所示。维的热收缩行为其拟合方程为:作出比较好的描[1-S(t)]=(1-S0)+Sa,e"1+Se述,线性粘弹模(5)型由若干粘弹元En式中:S(t)为t时刻的收缩率;1-S(t)为t时刻的件( Kelvin剩余中国煤化工s);So、S、SViogt)组成1T1、r2H出NAA凵意义:Sn为t→如图1a所示,图1线性粘弹模型示意图时的50以理解为纤维的最纺织学报第十二卷第五期283【1终剩余相对长度;Sa、S为相应的收缩过程对总收成。文献[2]中表明非晶区分子链的解取向过程是缩率的贡献值,x1、r2为相应收缩过程的特征弛豫个快速过程,是纤维收缩的主要原因。据Preorse等提出的三相结构模型,在纤维中除无定型相和晶相外,还存在一个介于晶相和非晶相之间的0=1.3MPa0=1.7MPa中间相结构,POY纤维在该温度下晶相和中间相的变化缓慢4是产生慢速收缩的原因。比较不同实0=2.3MPa0=2.7MPa验条件下的SSn的值可以发现除了温度较低(T0=3.4MPa=78℃)和张力较大(a=2.4MPa)时,S/S的值都小于1,这表明纤维总的收缩中主要是快速收缩部分的贡献,但是低收缩温度和高外应力情况下,慢速收缩的贡献大约为快速收缩的15-2倍,这可能与纤维在低温时分子链段热运动困难,不易发生解取向作用及在较高张应力时发生的诱导结晶有关。随着收缩温度的提高,S0、S2值增加,表明随着收缩温度的提髙,纤维的大分子链段的活动能力增图2不同外应力下等温收缩双指数拟合曲线(T=87℃)强,原来在较低的温度下不能发生热运动而解取向根据收缩动力学原理其最终的收缩结果是各个的结构单元也开始活动发生解取向,导致收缩率的结构单元的收缩结果和纤维在外加应力作用下的负进一步增加。温度的升高对晶区的作用较复杂,可的收缩(伸长)共同作用的结果当纤维在较低的温度能随着温度的升高纤维中大分子链的有序程序降或外应力较小时发生收缩,粘性拉伸对总的收缩影响低相对有序的折叠链的含量减少,不利于新的晶粒较小,所以在方程(4)中可以忽略(-a/v)t项;在的形成和晶片的增厚及结晶的完整程度增加,导致实验中温度小于90℃时纤维在受热过程中观察不S的值随温度增加而减小。到伸长现象其结果可以用双指数函数进行很好的拟合:当纤维在较高的温度(T大于90℃)和较大的张应力(a大于24MPa)作用下时,随着温度的升高导致粘高的急剧下降,方程(4)中的粘性流动项(-σ/)的影响成为主导因素纤维的收编动力学方程B°以用粘性流动项的关系来进行描述Ae(t)3.涤纶POY纤维等温收缩动力学研究根据线性粘弹模型的方程对所得实验数据进行30⊥0.002760.002800002840.00288双指数拟合,其结果的各项参数列于附表中。涤纶I/T(K.)POY的收缩是由特征弛豫时间为x1的收缩和特征池豫时间为x2的收缩两个部分组成,x2大约是z1图3POY纤维平衡收缩率对温度倒数作图的10~87倍,说明纤维的收缩是由特征池豫时间较将不同温度下t→∞时的纤维最终收缩率拟合短的快速收缩和特征弛豫时间长得多的慢速收缩构参数S0的对数InS对温度T(K)的倒数作图,如附表涤纶POY纤维的收缩动力学参数d外=1.3MP=1.6Mad外=2.4MPo 5, s t t2 $/5 T2/t So sS T, t? S/S t2/r, Sa S, 5 t1 I2 S, /S T2/ So S. S, t1 r2$/5, t2/ty詨84!15656.7421.72.13814.023.841.24901.711.93.5.9248t3.72.417.31991650.8.3341.417133130.%10.1319.58t5.320.115.2L9180.769.541.52417.50.561480.73843.222918书5.5胡.64.91.214.50.124647.140.36.80855.00.1768.839.335.3CHaan?a3?36I.812中国煤化工416314CNMHGIO.71530.14.80.1812.6【12】·2842001年10月△E为表观收缩活化能,R为理想气体常数。从直0=2.7MPa线的斜率求出涤纶POY在实验温度范围内的表观收缩活化能平均值为62KJ/mol,与粘流活化能基本致POY纤维在T>90℃时的收缩率随时间减小呈直线关系,如图4所示。实验中根据直线斜率得到在90℃和100℃时拉伸粘度v的平均值为3.3×107Pa.s和3.3×10na.s,较室温时(1012Pa.s)有很大下降。[1]何曼君等:《高分子物理》.上海:复已大学出版社,191.351图4POY纤维在90t时不同应力下收缩率随时间变化曲线[2, Wilson M P w., Polymcr, 1974.15: 277图3所示。图中InS0-1/T有较好的线性关系,与[3]D.C. Prevorsek,G.A.ipk,P. J. target,A.C. Reimshuesscl文献S]的论点一致,直线符合1nS=AB/T的41RJ缪尔斯:《结品高聚物的性质)北泉:科学出版科,94关系,直线的斜率包含活化能的含义,B=△E/R,5]张树均:《改性纤维与特种纤维》北京:中国石化出板社,95““““电事一“国““定时发上接第5页)喂入,必需添超喂设备,一般只有在较特殊情况应减少3:毛涤短纤维纱发生扭结时,捻度会相应用。在实际生产中,对二者采用不同并纱张力已可减少,这也可从图1看出,毛涤短纤维纱由于捻度的消除“扭辫纱”。减少,与涤长丝相比,显得膨松的多;(5)从并捻复合线扭辫的分布来看,“小扭辫”的分布是随机的,即△4结论值大小有累积作用。累积到一定程度,均会产生扭1.对于低负荷下不同强伸特性的长丝与短纤纱辫因此,从理论上说,任何二种不同低负荷下的拉纺制并捻复合线,只要并线后自由态下两纱线存在伸特性的纱线并捻时,均可能会造成不对称结构合长度差值△,加捻成纱为不对称结构,严重的会产生股纱,严重时造成小扭辫;(6)只有整二者的张力“扭辫纱”。大小.才能有效的消除扭辫纱。在生产实践中对长2.对于低负荷下,不同强伸特性的长丝与短纤丝纱和短纤维纱采用不同的张力,也说明该公式是纱纺制并捻复合线生产中采用不等并纱张力,可有正确的效地消除“扭辫纱”。张力的大小可根据二纱线的线由于S=:,代人上述关系式即有密度、模量、与导纱件的包角a1、a2等计算得出。lae +uN P2ElniealP1E2Nu」吴雄英:毛涤复合纱线的加工结构、力学性能及其织物中国式中N1、Nm2为两种纱线的线密度,p、P2分别2期大#博土论 ral mechanics of Toru Sretch Y为两种纱线的密度The Mechanism of Snarl Formation, J. Text. Inst,, 1966, 57441-460因此,要消除扭辫纱,实践中可采取:(1)施加不[3」1.w. S Hearle and A.E.Yem, The Mechanics of Torque Stretch同的张力,张力大小,由上面的方程简单计算得出;Yams: A Correction, J. Text. Inst. 1973, 64: 601-606「4]冷计到的其太论》京:纺织工业出版社(2)对于E·S值较小的可采取超喂的方式。中国煤化工很明显,上述方法(2)中要使长丝以积极的方式5北京;中国纺织工业CNMHG