PTT與PET纖維的性能比較

PTT與PET纖維的性能比較孫西超;周婷;奚柏君;屠建宏;王雪飛【摘要】為進(jìn)一步優(yōu)化PTT的紡絲工藝和改善PTT的質(zhì)量提供理論依據(jù)，設(shè)計了不同規(guī)格的PTT與PET,系統(tǒng)地分析了PTT與PET的形貌、拉伸性能、不同定伸長的回彈性能、熱性能及不同溫度下的沸水收縮性?結(jié)果表明:PTT纖維具有良好的外觀形貌、斷裂伸長率和彈性回復(fù)率；PTT纖維的玻璃化溫度為48乜熔融溫度為230乜起始裂解溫度為350乜半壽溫度為410^;PTT纖維表現(xiàn)相對較大的沸水收縮率?因此PTT纖維在加工和服用過程中具有良好的彈性回復(fù)率、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性，符合熔融紡絲的要求.期刊名稱】《輕紡工業(yè)與技術(shù)》年(卷),期】2016(045)004【總頁數(shù)】4頁(P31-33,18)【關(guān)鍵詞】PTT纖維;形貌;機(jī)械性能;彈性回復(fù)率;熱性能;沸水收縮率【作者】孫西超;周婷;奚柏君;屠建宏;王雪飛【作者單位】紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院,浙江紹興312000;紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院,浙江紹興312000;紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院,浙江紹興312000;貴州順利達(dá)紡織科技有限公司,貴州安順561200;貴州順利達(dá)紡織科技有限公司,貴州安順561200正文語種】中文【中圖分類】TS102.52近年來，聚對苯二甲酸丙二酯（PTT）纖維的開發(fā)與應(yīng)用引起人們的關(guān)注［1~3］。國內(nèi)外研究工作的重點(diǎn)集中在PTT分子鏈構(gòu)象、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和染色等方面，并已取得一定成果［4~5］。但有關(guān)PTT性能與應(yīng)用的分析研究報道鮮有記載，PTT纖維模量較低，對形狀保持能力好，織物手感柔軟，呈現(xiàn)出平滑細(xì)致的觸感，采用PTT長短纖維交織或者不同材質(zhì)纖維與PTT纖維混紡生產(chǎn)出的紡織面料，顯出特殊的外觀效應(yīng)［6~7］,因此開發(fā)綜合性能優(yōu)異的PTT，具有一定的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)以規(guī)格為1.2dtex的PTT短纖維為例，對其形態(tài)結(jié)構(gòu)、拉伸性能、不同定伸長值的回彈性能、熱性能及不同溫度下的沸水收縮性能進(jìn)行了測定，并與同規(guī)格的PET做了比較分析，為PTT纖維進(jìn)一步的研究與開發(fā)工作提供一定的理論依據(jù)。實驗原材料試驗材料：PTT規(guī)格1.2dtex，長度為38mm（貴州順利達(dá)紡織科技有限公司）；PET規(guī)格1.2dtex，長度為38mm（貴州順利達(dá)紡織科技有限公司）。實驗設(shè)備SNG-3000型掃描電鏡（韓國SECCO.LTD）、XQ-2型短纖維強(qiáng)伸儀（上海新纖儀器有限公司）、DiamondDSC型差式掃描量熱儀（鉑金埃爾默公司）、TG/DTA6300型差動熱量分析儀（鉑金埃爾默公司）、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇市億通電子有限公司）、DZG-6050型電熱真空干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司生產(chǎn)）。性能測試1.3.1掃描電鏡（SEM）測試采用Y172型纖維切片器將PTT和PET制作切片，接著利用MCM-100型濺射鍍膜儀對切片進(jìn)行鍍膜，最后觀察纖維的形貌。機(jī)械性能的測試參考GB/T14337-2008《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗方法》，試樣的夾持距離20mm，拉伸速度40mm/min，測試20次，結(jié)果取平均值，將試樣在溫度20工、相對濕度65%的環(huán)境中處理24h，對試樣進(jìn)行機(jī)械性能測試［8］。纖維定長拉伸回彈性［9］測試有效夾持距離10mm，拉伸速度10mm/min，預(yù)加張力為0.2cN，定伸長率為5%、10%、15%和20%，拉伸一次，計算彈性回復(fù)率。熱性能的測試采用差式掃描量熱儀（DSC）和TG/DTA6300型差動熱量分析儀測定PTT和PET的熱行為［10］。DSC在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫速率20°C/min,溫度為0~650°C;在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，TG/DTA升溫速率10C/min,溫度0~650°C。沸水收縮率的測試依據(jù)GB/T6505《化纖羊毛短纖維熱收縮率》測試并計算沸水收縮率［11］,處理溫度分別為60°C、70°C、80°C、90°C和100°C。SEM對比分析圖1中a和b分別表示PTT纖維和PET纖維縱截面形貌圖。由圖中可以看出：PTT纖維與PET纖維外觀效果相近，粗細(xì)均勻，毛羽很少，表面較為光滑，即PTT纖維具有良好的整體外觀效果。機(jī)械性能對比分析表1為機(jī)械性能測試結(jié)果，從表1中可知，PTT的斷裂強(qiáng)力比PET略小，其斷裂伸長率比PET大。造成這一現(xiàn)象的主要原因是PTT纖維的結(jié)晶單元在C軸上的長度僅為分子鏈完全展開時的75%，而PET達(dá)到了98%，故PTT在外力作用下易發(fā)生較大的變形，其參與拉伸的結(jié)晶單元少，則PTT斷裂強(qiáng)力比PET的小。在生產(chǎn)加工過程中應(yīng)充分考慮其良好的斷裂伸長率，嚴(yán)格控制張力，以滿足PTT的后道加工和設(shè)計。拉伸回彈性能對比分析圖2為PTT與PET定伸長拉伸回復(fù)率，由圖2可知，在同一試樣條件下，PTT纖維的彈性回復(fù)率始終大于PET纖維，PTT與PET纖維隨著定伸長率的增加，纖維的彈性回復(fù)率下降，當(dāng)定伸長為20%時，PTT的彈性回復(fù)率明顯高于PET纖維。這可能是因為PET化學(xué)結(jié)構(gòu)中有偶數(shù)個亞甲基單元，PTT在對苯二甲酸單元之間存在3個亞甲基，而奇數(shù)個亞甲基單元會在大分子鏈之間產(chǎn)生奇碳效應(yīng)，即相鄰近的碳基以空間1200錯開排列，PTT大分子鏈形成螺旋狀排列，在一定外力作用范圍，這種構(gòu)象轉(zhuǎn)變具有良好的可逆性[6],賦予PTT纖維良好的回復(fù)性。隨著定伸長值的增加，纖維塑性變形率增加，故纖維的彈性回復(fù)率減少，當(dāng)定伸長值達(dá)到20%時，由于PTT的這種特殊結(jié)構(gòu)，與PET纖維相比，PTT仍具有良好的彈性回復(fù)率，因此在實際應(yīng)用過程中應(yīng)考慮其這一優(yōu)良特性。熱性能對比分析圖3中a、b所示分別為PTT和PET的TG和DSC曲線。從PTT和PET的TG曲線圖中可以看出，PTT和PET起始裂解的的溫度分別為350工和385工，當(dāng)質(zhì)量減少一半時，其半壽溫度分別為410工和450°C,當(dāng)溫度分別達(dá)到450°C和540工時，樣品基本裂解完畢。從TG曲線分析可以看到，PTT的起始分解溫度僅比PET低25C左右，當(dāng)質(zhì)量損失50%時，PTT的半壽溫度達(dá)到了410C,可知PTT在紡絲條件下具有較好的熱穩(wěn)定性，符合熔融紡絲的溫度要求。由a、b中DSC曲線可看到，PTT的玻璃化溫度和熔融溫度分別為48C和230C左右，PET的玻璃化溫度和熔融溫度則為80C和270C左右，即PTT纖維的玻璃化溫度和熔融溫度均比PET纖維小，但總體幅度不大，即玻璃化溫度低的PTT纖維可常壓染色[12],DSC測試結(jié)果表明PTT纖維也具有良好的熱穩(wěn)定性，與TG測試結(jié)果吻沸水收縮率對比分析表2為沸水收縮率測試結(jié)果，由表2可以看出，隨著溫度的增加，PTT纖維和PET纖維的沸水收縮率均提高，在溫度相同時，PTT纖維的沸水收縮率比PET纖維高。沸水收縮率是反映纖維材料在受沸水處理后有序結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，沸水收縮率越小，纖維的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好。由熱性能可知，PTT和PET的玻璃化溫度分別在48°C和80°C左右，因此纖維在玻璃化溫度左右時，其大分子鏈尚未完全克服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘，沸水收縮率較小。但當(dāng)溫度大于纖維的玻璃化溫度時，纖維的解取向度提高，分子間的束縛逐漸減少，大分子鏈發(fā)生滑移和卷曲，則沸水收縮率增大。PTT表現(xiàn)相對較大的沸水收縮率，這主要是由其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定的。綜上所述，PTT纖維在加工和服用過程中的染色、洗滌等熱濕處理時，應(yīng)考慮其尺寸穩(wěn)定性。PTT纖維粗細(xì)均勻、表面光滑且毛羽少。PTT纖維的斷裂強(qiáng)力比PET纖維小，其斷裂伸長率大于PET纖維，因此在后道加工和設(shè)計中應(yīng)充分考慮PTT纖維良好的斷裂伸長率，嚴(yán)格控制張力。PTT與PET纖維隨著定伸長率的增加，纖維的彈性回復(fù)率下降，但PTT纖維的彈性回復(fù)率比PET纖維大，當(dāng)定伸長為20%時，PTT的彈性回復(fù)率明顯高于PET纖維，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)考慮這一優(yōu)良特性。3.3從熱性能試驗中可知：PTT的起始分解溫度為350C左右，當(dāng)質(zhì)量損失50%時，PTT的半壽溫度達(dá)到了410C,PTT的玻璃化溫度和熔融溫度分別為48C和230C左右，也就是說玻璃化溫度低的PTT纖維可常壓染色，且具有良好的熱穩(wěn)定性，符合熔融紡絲的溫度要求。3.4隨著處理溫度的增加，PTT纖維和PET纖維的沸水收縮率均提高，且PTT表現(xiàn)相對較大的沸水收縮率，因此PTT纖維在加工和服用過程中的染色、洗滌等熱濕處理時，應(yīng)考慮其尺寸穩(wěn)定性。相關(guān)文獻(xiàn)】謝定章?記憶面料開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)[J]?上海紡織科技，2009,37(8):28-30.WANGFumei，ZHAOLihuan，QINLi，etal.PropertyofPTTshapememoryfabricandtheapplicationonclothing[J].JournalofXI'anPolytechnicUniversity.2009，(2):507-512.MNishikawaK.，WakatsukiN.，Takeda.Thermomechanicalexperimentandanalysisonshaperecoverypropertiesofshapememorypolymerinfluencedbyfiberreinforcement[J].JMater，2010，(45):3957-3960.KwanHanYoon，YoungJinJeong，etal.EffectofHeat-treatmentonStretchofPolyWovenFabric[J].FibersandPolymers，2003，4(2):644-650.[5]劉岳新等聲速儀在PAN基碳纖維制備過程中的應(yīng)用[J]?紡織學(xué)報，2005，26(4):7-9.[6]蘇旭中等?形狀記憶纖維的發(fā)展與應(yīng)用[J]?紡織導(dǎo)報，2012,(10):70-71.[7]李桂梅，趙立環(huán)，王府梅.PTT形狀記憶織物的特點(diǎn)及在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用[J]?紡織導(dǎo)報,2013,(10):82-86.[8]魏賽男,崔淑玲.紡絲工藝及截面形狀對異形纖維性能的影響[J].毛紡科技,2005,(11):43-46.[9]吳惠英.PTT纖維的性能測試與分析[J]?棉紡織技術(shù)，2008,36(2):92-95.[10]湯