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PET/PTT双组分网络复合丝及其织物弹性研究

聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维是继氨纶之后的弹性纤维,且性能优于氨纶,解决了氨纶的不易染色、弹性过剩、尺寸不稳定等问题,但其价格昂贵。涤纶(PET)纤维具有断裂强度和弹性模量高、热定形优异等优良性能,但其弹性不如PTT纤维[1]。PET/PTT双组分复合纤维就是针对以上不足而开发的产品,最早有美国杜邦开发的T400,之后有国产的CM800,韩国的X55等。本研究以常规的83.3 dtex(75D)PET纤维和83.3 dtex(75 D)PTT纤维为原料,采用网络加工方法纺制PET/PTT双组分网络复合丝,并将其织成织物,对复合比例及复合方法与PET/PTT网络复合丝的力学性能及其织物弹性的关系进行探讨,并将其与已有的CM800、T400进行对比,为PET/PTT双组分复合纤维的产业化及市场化提供理论指导及试验依据。


1 试 验
1.1 试验材料
PET长丝(绍兴九州化纤有限公司),83.3 dtex/72
根;PTT长丝(绍兴九州化纤有限公司),83.3 dtex/72根;
T400(上海英威达有限公司),166.7 dtex(150 D)/68根,
PET/PTT组分比50/50;CM800(海宁新高纤维有限公司),166.7 dtex(150 D)/64根,PET/PTT组分比50/50。

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1.2 试验方法
1.2.1 网络复合丝的纺制
在HKV-101络筒机上进行网络前的准备,按照表1中的复合方案在AGEN-983型高速并网机上对长丝原料进行轻网网络加工,喷嘴空气压力0.1 MPa。
1.2.2 织物的试织
经纬纱采用组分和复合方法相同的7种复合丝,经密360根/10 cm,纬密300根/10 cm,二上二下斜纹组织。在ASL-2000型自动织样机上试制7块布样。将每块布样平均分成2份,其中1份放入100 ℃的沸水中进行10 min的湿热处理,捞出自然晾干。按表1的顺序,对应所得织物中未做处理布样编号依次为A,B,C,D,E,F,G,湿热处理的布样编号为A1,B1,C1,D1,E1,F1,G1。
1.3 网络复合丝力学性能测试
采用美国Instron电子万能材料试验机,根据GB/T14344-2003《合成纤维长丝及变形丝断裂强力和断裂伸长试验方法》测定断裂强力及伸长。测试前,在温度为(20±2)℃,相对湿度为(65±3)%的恒温恒湿室对试样调湿24 h[2]。
1.4 织物弹性测试
采用Y G 0 6 5型电子织物强力仪,根据F Z / T01034-2008《纺织品 机织物拉伸弹性试验方法》测定织物弹性回复及塑性变形。测试前,在温度为(20±2)℃,相对湿度为(65±3)%的恒温恒湿室对布样调湿24 h。

2 结果与讨论
2.1 PET/PTT网络复合丝力学性能
图1中5种复合比例的PET/PTT双组分网络丝,纤度均为333.3 dtex,试验条件相同,具有可比性。随着PET比例的增加,即PTT比例的减少,双组分网络复合丝的断裂强力及断裂强度不断增加,而其断裂伸长及断裂伸长率则不断减少。100 %PET网络丝具有最大的断裂强力及强度,分别为1 103.11 cN和13.29 cN/dtex,而100 %PTT网络丝拥有最大的断裂伸长及伸长率。PET/PTT 50/50网络复合丝两方面性能都较好,与PET/PTT 25/75及PET/PTT 75/25网络复合丝各自较为突出的性能接近。
从图1中可以看出,PET/PTT网络复合丝一个明显的特征是拥有两个屈服点A、B,这与刘晶[3]的分析一致,而拐点C则可能是网络丝的网络结合点破裂的地方。
2.png/从图2可以得出,在PTT比例为50 %~75 %及0~25 %时,复合丝断裂强度降低迅速,即PET比例在25 %~50 %及75 %~100 %时复合丝强力明显提高。复合丝的断裂伸长率在PTT比例为0~50 %及75 %~100 %时增加明显。故可根据织物性能要求,选择适当复合比例的纱线,组分比为50/50时复合丝力学性能优良。

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从图3拟合曲线及回归方程的相关系数均大于0.97,得出拟合符合网络复合丝中PTT与复合丝的断裂强度及伸长率的关系,能较好地反映变化趋势。
对复合比例为50/50,不同复合方式的PET/PTT复合丝的断裂强力及伸长率作对比分析。由图4得出,直接复合纺丝形成的T400双组分纤维断裂强力优于网络形成的PET/PTT 50/50复合丝,也优于国产的CM800。采用网络方式对长丝进行复合,由于两组分的伸长率不同及组分混和没有双组分纺丝法均匀,造成复丝中单丝断裂不同时的概率大。但网络复合也有自身的优点,比如工艺简单方便,成本低,复合丝中PTT组分的性能可以更好发挥,弹性更好等。
从断裂强力和断裂伸长率[4]看来, PET/PTT 75/25网络复合丝与CM800纤维非常接近;PET/PTT 75/25网络复合丝的断裂强力比T400纤维的相应值略低9.5 %,断裂伸长率优于T400纤维。可见,常规PET、PTT纤维采用网络工艺进行复合加工的方法可以在一定程度上代替双组分复合纺丝工艺,降低了设备投入及生产成本。试验中所得PET/PTT网络复合丝,其最佳比例为75/25。

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2.2 复合丝织物弹性
由于14块布样的经纬密相同,组织均为二上二下斜纹,故织物组织结构的影响可不考虑。分析并探讨网络丝复合比例及复合方法对织物弹性的影响。
由图5知,未经湿热处理的PET/PTT网络复合丝织物的弹性回复率呈先增大后减小的趋势,其中100 %PTT网络丝织物的弹性回复率最小,为17.5 %;PET/PTT 75/25 复合丝织物的弹性回复率最大,为59.17 %。而湿热处理后,织物的弹性回复率呈先减小后增大的趋势;除了100 %PTT 网络丝织物,其余试样的弹性回复率发生明显变化;PET/PTT 25/75网络复合丝织物的弹回复率最小,为32.5 %,100 %PET织物的弹性回复率则达到了70.8 %,弹性最好,打破了PTT比例越高弹性越好的传统观点,而PET/PTT 25/75网络丝织物的热稳定性最好。
网络复合加工纱线的交络部在织造过程中会部分解散或全部解散,由于采用轻网加工,织造完成交络结全部解体,布面效果好,但应避免织造未完成交络结就完全解体而造成长丝断头致使织造无法正常进行[4]。网络结是由长丝中单纤维相互弯曲、纠缠而构成,其解体必须使复丝中单纤维产生滑移并伸直,张力增大过程,一方面单纤维产生伸直的趋势,促使网络结解体,另一方面单纤维间的摩擦力随着张力增加而增加,阻碍网络结的解体。而张力差是影响交络强度的主要因子,张力差增加,交络强度减少较多。所以网络结解体的条件是要有一定张力差且张力不能太大。由图5可以看出,由于PET/PTT 25/75及75/25两组分弹性不一样,拉伸及织造时张力差较其他网络丝大。
设Y为弹性回复率,X为复合丝中PTT所占百分比,对不同复合比例与湿热处理前后PET/PTT双组分网络复合织物弹性的关系进行二项式拟合,拟合曲线见图6。其回归方程为:

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可以看出相关系数均大于0.95,拟合度较好,拟合曲线符合湿热处理前后不同比例PET/PTT网络复合织物的弹性的趋势,可以通过这个曲线来计算湿热处理前后不同比例PET/PTT双组分复合丝的弹性,也可根据其选择适合弹性的纱线进行织造,为生产实践做指导。
图7为不同复合方式的PET/PTT双组分复合丝织物的弹性回复率比较。湿热处理前,CM800纤维织物的弹性回复率达85 %,优于T400纤维织物和PET/PTT50/50网络复合丝织物的弹性回复率。经湿热处理后,各种PET/PTT复合织物的弹性回复率均有所下降。PET/PTT 50/50网络复合丝织物、T400纤维织物、CM800纤维织物的弹性回复率分别为38.33 %、43.33 %、30 %。这可能是因为织物受热后,纤维的螺旋卷曲结构收缩,使得织物的厚度增加,紧度增大,从而使织物的弹性回复率减小。在织物弹性方面,T400纤维织物在湿热前后都拥有较好的弹性回复率。

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3 结 论
1)通过对不同复合比例的网络复合丝及不同负荷方法的复合丝进行对比分析,得出网络复合加工成PET/PTT双组分复合丝可以使复合丝兼具PET纤维和PTT纤维两者的优点,采用网络复合可以在一定程度上代替双组分复合纺丝工艺;
2)对湿热前后网络复合丝织物弹性性能进行对比分析,湿热处理使织物的弹性反而降低,为了得到较好的弹性,可以省去湿热处理;
3)对不同复合方法的双组分复合丝织物进行对比,得出网络复合丝织物弹性较好,与CM800纤维织物和T400纤维织物不差上下。