聚醚酯纤维的加工工艺与结构性能的关系

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聚醚酯纤维作为热塑性弹性纤维的一种,具有众多优点,然而和已经商业化的聚氨酯纤维相比,其回弹性尚有待提高。众所周知,纤维的力学性能与形态结构密切相关,其化学组成、纺丝工艺和后处理过程对其形态结构都有较大的影响。本文主要研究了软硬段(硬段为PBT,软段为PTMG)比例、纺丝速度、热拉伸和热处理对纤维弹性、回弹性的影响,并讨论了引起纤维性能变化的结构因素。本文选取不同软硬段含量的聚醚酯切片进行熔融纺丝,通过对制备的纤维进行力学性能、沸水收缩率测试研究化学组成对纤维性能的影响,结合广角X射线散射(WAXS)、小角X射线散射(SAXS)、双折射和声速取向研究化学组成对聚醚酯纤维形态结构的影响。发现在当硬段质量分数为40%(PBT40)时,纤维的回弹性和断裂伸长率远优于其他纤维样品,主要原因是结晶的硬段形成的晶粒尺寸较大,且纤维中软硬段的相分离程度较高。根据研究结果,选取聚醚酯切片PBT40,研究了纺丝速度对其性能和形态结构的影响。结果发现,对于卷绕丝,随着纺丝速度的提高,纤维的断裂强度和弹性回复率增大,主要是由于结晶度和取向度增加引起的,但纤维的断裂伸长率大大降低、沸水收缩率大大增加。在上述研究中发现,直接卷绕得到的聚醚酯纤维,回弹性不高,沸水收缩率较大。因此本文设计了不同的热处理工艺,即应力存在下的连续紧张热处理和松弛热处理。选取聚醚酯切片PBT40,500m/min纺速下制备聚醚酯卷绕丝,详细研究了两种热处理方式对纤维结构性能的影响。结果表明,松弛热处理后,纤维的结晶尺寸和相分离程度增加,而纤维分子链的取向程度较小,导致纤维的回弹性和断裂伸长率增加,断裂强度和沸水收缩率减小。在100℃紧张连续热处理条件下,聚醚酯纤维中的硬段更易结晶,形成较为完善的结晶结构和更高的取向,有利于提高纤维的性能,同时降低了纤维的沸水收缩率。基于上述热处理的研究结果,进一步研究了连续热处理过程中热拉伸倍数对纤维结构和性能的影响。将熔融纺丝制备的聚醚酯卷绕丝,进行不同倍数的热拉伸和热定型。研究结果表明,当拉伸倍数增加时,纤维的分子链取向明显增加,结晶度和软硬段相分离程度增加,同时形成的片晶尺寸增加,获得的纤维的断裂强度和回弹性明显提升,而断裂伸长率降低。当拉伸倍数为3.0增加至3.5倍时纤维回弹性不再变化,约为89%。
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