（纺织材料与纺织品设计专业论文）ptt纤维及其纱线力学性能的研究.pdf

p t t 纤维及其纱线力学性能的研究 摘要 聚酯新品种p t t 作为一种新型的纺织材料，具有优良的弹性及其它性能， 应用前景很好。但是到目前大部分研究都注重p t t 纤维加工探索、结构和性能 表征，在纺织工艺及其产品性能和后整理方面，实质性的研究较少。因此，为了 给实际生产和其它理论研究提供一个理论基础，本课题以p t t 纤维及其纱线为 主要研究对象，系统分析了p t t 纤维、纱线的力学性能和各种因素对纱线力学 性能的影响，并研究了纤维和纱线经过热处理后性能的变化睛况，得出如下结论： 1 、p t t 纤维的强度不如p e t ，但断裂伸长却远高于普通p e t 纤维，与高收 缩p e t 相近拉伸模量也比p e t 小，尤其是纤维的初始模量小，说明p t t 具有 良好的延伸性和柔软性；p t t 纤维具有优良的弹性回复性能，尤其是小变形下的 反复拉伸回复性能优异；用三元件力学模型可以较好地模拟纤维的应力松弛曲 线，结果表明p t t 纤维的弹性特征显著。 2 、对于p t t 纤维与棉纤维的混纺纱线，毛羽和条干均匀度不是很好。另外， 由于p t t 纤维不同于p e t 纤维的特性，纺纱过程中出现很多问题，纱线容易断 头、纺纱张；| 丁难以控制等。 3 、对于纱线的强伸性能，纱线的捻度、结构和纺纱工艺等对其有一定影响， 但影响程度j f 大，p t t 纤维混纺纱线的强伸性能主要取决于纤维之间的混纺比和 混纺纤维的性能，随着纱线中p t t 纤维含量的增多，纱线的强度先是降低，后 增大，而伸长则是随着p t t 的增加呈上升趋势；理论研究表明捻度对纱线的强 伸性能贡献较弱，p t t 纱线的强伸性能主要取决于纤维之间的摩擦滑移和纤维的 强伸性能，但由于较多弱节的作用，纱线的强伸性较纤维下降很多；在与它纤维 的混纺纱线中，由于p t t 纤维的摩擦系数大，纤维容易抱合，p t t 纤维在纱线 截面内有轻微向内转移的趋势。 4 、在p t t 与棉纤维的混纺纱线中，p t t 纤维的比例越大，纱线的弹性回复 性越好，尤其是5 0 5 0 以后，纱线的弹性回复性能变化缓慢，显示出较好的回弹 性能；s i r o s p u n 复合纱的回弹性要优于普通环锭纺纱：不同捻度对纱线弹性回复 性的影响不明显；p t t 在与不同纤维混纺时，混纺纤维的伸长大、回弹好则纱线 的弹性回复性能也较好；用四元件模型可以较好地模型p t t 纱线在定负荷作用 下的变形，纱线表现出较好的弹性特征。 5 、经过热处理，p t t 纤维和p e t 纤维的强度和伸长都要降低，但p t t 的降 幅明显大于p e t ，纤维的拉伸回弹性能也有所减弱，说明湿热情况下温度对纤维 的影响p t t 要大于p e t ，p t t 纾维的耐湿热性能较差。 6 、p t t 纱线经过湿热和干热处理后都要发生热收缩，且温度越高，纱线的 热收缩变形越大；纱线经过热处理后强度降低，但断裂伸长增大，主要是由于热 处理过程纱线处于松弛状态，导致纱线产生热收缩造成的；热处理对纱线弹性回 复性能的影响也是干热大于湿热，处理后回弹性能降低，表明p t t 纱线的弹性 主要是由p t t 纤维提供的，对p t t 制品的后整理必须注意温度的影响。 关键词：p t t ，纤维，纱线，强伸性能，弹性回复，热处理 s t u d y0 nm e c h a n i c a lp r o p e r t yo f p t tf i b e ra n dy a r n s a b s t r a c t a sam e m b e ro ft h et e r e p h t h a l i cp o l y e s t e rf a m i l ya n dan e wt e x t i l em a t e r i a l p t t h a sg o o d e l a s t i c i t ya n d o t h e rp r o p e r t i e s ，w h i c hm a k e si th a sw i d ea p p l y i n g f o r e g r o u n d s of a rm o s ts t u d yw o r kh a sb e e n e m p h a s i z e do n p t t f i b e gs u c h a si t sm a n u f a c t u r i n g c r a f ta n di n t e r i o rs t r u c t u r e l i t t l ew o r kh a sb e e nd o n eo np t t y a r n sa n do t h e rf i n a l p r o d u c t s i n o r d e rt o p r o v i d e at h e o r e t i cb a s i st o m a n u f a c t u r i n gc r a f t a n do t h e r t h e o r i e s ，t h ea r t i c l es t u d i e ds y s t e m i c a l l yt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp t tf i b e ra n d i t sy a r n s ，i nw h i c ht h ei n f l u e n c eo fh e a tt r e a t m e n to ni th a sa l s ob e e na n a l y z e d t h e c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 p t tf i b e rh a sl o w e rb r e a k i n gs t r e n g t h , l o w e ri n i t i a lm o d u l u sa n d h i g h e r b r e a k i n ge l o n g a t i o nt h a np e tf i b e r , w h o s eb r e a k i n ge l o n g a t i o ni s s i m i l a rt oh i g h s h r i n k i n gp e rf i b e r ，a n da l lt h e s ei n d i c a t et h a tp t t f i b e rh a sg o o d e x t e n s i b i l i t ya n d s o f t n e s s p t 7 ff i b e rh a sa l s o s u p e r i o r i t y o ne l a s t i c r e c o v e r y , e s p e c i a l l y f o rl o w e l o n g a t i o n ，t h r e e c o m p o n e n t - m o d e lh a db e e nw e l l u s e dt os i m u l a t et h e r e l a x i n g c u r v eo f f i b e r s ，t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tp t tf i b e rh a sg o o d e l a s t i c i t y 2 t h eh a l r i n e s sa n de v e n n e s so fp t ty a m sb l e n d e dw i t l lc o t t o nf i b e r sa r en o t g o o d o w i n gt ot h ed i f f e r e n tp r o p e r t i e sb e t w e e np t t f i b e ra n dp e tf i b e r ，m a n y p r o b l e m so c c u ri ns p i n n i n gp r o c e s s ，f o re x a m p l e ，t h ey a m sb r e a ke a s i l ya n di t i s d i f f i c u l tt oc o n t r o lt h es p i n n i n gt e n s i o n 3 t h et w i s ta n ds t r u c t u r eh a v es o m ew e a ke f f e c to nt e n s i l ep r o p e r t yo fp t t y a m s t h et e n s i l ep r o p e r t yo fp t ty a r n sm a i n l yd e p e n d so nb l e n d i n gr a t i oa n dt h e p r o p e r t i e so fb l e n d e df i b e r s f o rb l e n d e dy a m s ，a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e b l e n d i n gr a t i oo fp t t f i b e rt h eb r e a k i n gt e n a c i t yf i r s t l yr i s e sa n dl a t e rd e c l i n e s ，b u t t h eb r e a k i n ge l o n g a t i o na l w a y sr i s e s t h e o r e t i c a ls t u d yi n d i c a t e st h a tt h ei n f l u e n c eo f t w i s to nm e c h a n i c a lp r o p e r t yi sv e r yw e a k ，a n dt h em e c h a n i c a l p r o p e r t yo f t h ey a r ni s m a i n l yd e p e n d e do nt h es l i p p a g ea n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo ft h ef i b e r f o rt h e r e a r eal o to fw e a ka r e a si np t t y a m s ，t h et e n s i l ep r o p e r t yo f p t t y a r n si sl o w e rt h a n t h a to fp t tf i b e r d u et o l a r g e f i i c t i o n a lc o e f f i c i e n t p t tf i b e rh a sa l s o g o o d m i g r a t i o n t r e n di ny a m s 4 i nb h m d e d y a r n s ，t h ee l a s t i cr e c o v e r yb e c o m e sl a r g e rw i t ht h ei n c r e a s i n go f t h er a t i oo fp t tf i b e rt oc o t t o nf i b e r , e s p e c i a l l yw h e nt h er a t i oe x c e e d s5 0 5 0 t h e e l a s t i cr e c o v a 了o f s i r o s p u ny a r n si sa l s ob e t t e rt h a nt h a to f f i n g - s p u ny a m s t h et w i s t h a sl i t t l ei n f l u e n c eo dt h ee l a s t i cr e c o v e r yo f p t t y a r n s t h ee l a s t i c i t yr e c o v e r yo f t h e y a r ne s p e c i a l l yu n d e r s m a l le l o n g a t i o ni sm a i n l yd e t e r m i n e db yt h e e l a s t i c i t yr e c o v e r y o ft h ef i b e r f o u r - c o m p o n e n t m o d e lc a r lb ew e l lu s e dt os i m u l a t et h ee l o n g a t i o nc u r v e o fy a r nu n d e ra l li n v a r i a b l el o a d ，t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tp t ty a r n sh a v eg o o d e l a s t i c i t y 5 a f t e rh e a tt r e a t m e n ti nw e tc i r c u m s t a n c e ，t h et e n s i l e p r o p e r t y a n de l a s t i c r e c o v e r yo f b o t hp t tf i b e ra n dp e tf i b e rd e c r e a s e ，a n dt h ec h a n g eo fp t tf i b e ri s m o r eo b v i o u st h a nt h a to fp e tf i b e r t h i sr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ee f f e c to f t e m p e r a t u r eg np t t f i b e ri sm o r eo b v i o u s ，a n dt h a ti st h et h e r m a ls t a b i l i t yo fp t ti s n o tg o o d 6 h e a tt r e a t m e n tm a k e sp t t y a m ss h r i n k e da n dl o w e r si t sb r e a k i n gi n t e n s i t y a n de l a s t i c i t y h o w e v e rt h el a s tb r e a k i n ge l o n g a t i o no fp t t y a mi n c r e a s e sa f t e rh e a t t r e a t m e n tf o rt h et h e r m a ls h r i n k a g e t h ee f f e c to fh e a tt r e a t m e n ti nd r yc i r c u m s t a n c e i sa l s ob i g g e rt h a ni ti nw e tc i r c u m s t a n c e 6 h e a tt r e a t m e n tm a d et h ep t t y a m s t os h r i n k t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r ei s t h eg r e a t e rt h es h r i n k a g ei s t h eb r e a k i n gs t r e n g t ho fp t t y a r n sd e c r e a s e sa f t e rt h e h e a tt r e a t m e n t b u ti t s b r e a k i n ge l o n g a t i o n i n c r e a s e sf o rt h e s h r i n k a g eo fy a m s h a p p e n e dd u r i n gt h eh e a tt r e a t m e n tp r o c e s s y i n gl i u ( f i b e rs c i e n c ea n dt e x t i l e sd e s i g n ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rj i a n y o n gy u k e yw o r d s ：p t t , f i b e r , y a m ，t e n s i l ep r o p e r t y , e l a s t i cr e c o v e r y , h e a tt r e a t m e n t 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：1 数 日期：j ”s 年1 月j 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 盘- 颖 指导教师签名 日期：2o 吐年j 月右日 ( 瘩：；5 东华大学硕上学位论文 第一章前言 第一章前言 1 1p t t 简介 在合成纤维中，聚酯纤维具有较高的强度和一定的弹性，以其优良的性能和 低廉的价格成为合成纤维工业的第一大品种，其中p e t 纤维和p b t 纤维早已经 被大量工业化生产和广泛应用，p t t 纤维兼具二者的优点，是一种由新型的改性 聚酯树脂制成的纤维，目前的应用还不是很广泛，但其具有良好的市场前景。 1 1 1p t t 的合成与制各 p t t 即聚对苯二甲酸丙二醇酯( p o l y t r i m e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t e ) ，是一种芳族 聚合物，是由1 ，3 丙二醇( p d o ) 和对苯二甲酸( p t a ) 经缩聚制成。1 ，3 丙 二醇是合成p t t 的主要单体，目前能实现工业化生产的主要有美国s h e l l 公司的 环氧乙烷法( e o ) 、德国d e g u s s a 公司的丙醛法和杜邦公司的生物酶催化法 1 】。p t t 的合成与p e t 、p b t 传统的合成方法相似，p t t 的制备可由酯交换一缩聚法( d m t 法) 和直接酯化一缩聚法( p t a 法) 两种方法合成扪。反应分两步进行：第一步为酯 交换或酯化反应，第二步为缩聚反应。 d m t 法中，d m t 和p d o 以l ：2 5 m o l 的比例加入反应器中，在一定浓度 的钛、钴、锌催化剂作用下进行酯交换，生成对苯二甲酸丙二酯( b h p t ) ，反应 初始温度为1 4 0 c ，当d m t 完全溶解后开始搅拌，将温度升高至2 2 0 。c 至酯交 换结束。在催化剂和稳定剂作用下进行缩聚反应，反应温度为2 7 0 。c ，真空度小 于1 0p a ，脱除过量的p d o 并生成p t t 和相应的副产物，然后通过精馏方法除 去副产物。 p t a 法中，p t a 和p d o 以小于1 ：1 ，5 的比例加入反应器中，在一定温度( 2 6 0 2 7 0 y ! ) 和反应时间( 1 0 0 1 4 0 m i n ) 下进行酯化反应，酯化反应结束后在3 0 4 5 m i n 内降压，在钛及锑催化剂作用下进行缩聚反应，温度从2 7 0 。c 降至2 6 0 。| c ，反应 时间一般需要1 6 0 2 1 0 m i n ，最后生成p t t 和副产物，副产物通过精馏方法除去。 p t t 纤维的制各过程与p e t 和p b t 基本相似，并可采用常规纺丝设备。 1 1 2p t t 的发展历史 早在1 9 4 1 年，美国c a l i c op r i n t e r sa s s 公司的w h i n f i e l d 和d i c k s o n 就利用 p d o 和p t a 或d m t ，在乙醚中成功地合成了p t t 4 i 。p t t 和p b t 几乎是同时 东华大学硕士! 芋位论文 第一章前言 出现的，p b r r 已成功应用于商业化生产，然而p t t 却保持长时间沉默，这主要 是由于p t t 原料之一1 ，3 丙二醇单体( p d o ) 价格昂贵，无法工业化生产，从 而使p t t 的生产和应用受到了限制1 3 j 。 s h e l l 公司在6 0 年代开发出丙烯醛水合路线，后来采用了连续化环氧乙烷氢 甲醛化路线，实现了p d o 产业化，使p t t 产业化生产得以实现，s h e l l 公司于 1 9 9 6 年5 月向市场推出商品名为“c o r t e r r a ”的产品，紧随其后，d u p o n t 和 g e n e n c o r 公司用生物工程法也开发成功p t t ，使p t t 纤维作为新型聚酯纤维进 入了国际纺织品市场2 ，”。 p t t 纤维综合了p e t 纤维的刚性和p b t 纤维的柔性，兼有二者优点，作为 弹性( s p a n d e x 或e l a s t a n e ) 或亚弹性纤维，在性价比上要优于目前最常用的聚 氨酯弹性纤维( l y c r a ) ，所以从经济上和性能上考虑，p t t 有较大的研究与利用 价值。 1 1 3p t t 的发展现状 p t t 生产主要集中于壳牌和杜邦两家公司，1 9 9 9 年的数据显示，壳牌公司 的p t t 生产能力为2 1 万怕，杜邦公司能力为2 3 万如。壳牌和杜邦两家公司 公司对p t t 均有扩张计划口1 。作为开发p t t 纤维先导者的壳牌、杜邦两公司今 后发展p t t 纤维的动向引人注目，其发展如何将对今后世界p t t 纤维的发展有 很大的影响h 。 继壳牌、杜邦之后，亚欧一些化纤企业积极加入p t t 纤维的开发和生产， 如日本、中国台湾省、韩国、意大利、西班牙、墨西哥等；尤其是亚洲曰、台、 韩企业更加活跃。日本是一个极善于将科技转化为生产能力的国家，在p t t 的 开发和应用中也不甘落后。日本旭化成工业公司成功申请了8 0 多个与p t t 生产 制各和工艺技术有关的专利，开发生产了命名为“索罗”( s o l o ) 的p t t 纤维， 生产规模为1 0 0 0 t a 。据报道，该公司生产的这种p t t 纤维柔软性和弹性都很好， 伸缩后能1 0 0 恢复原形，目前正在开发内衣、外衣和运动服等各方面的应用【6 1 。 同时，东丽、帝人等也在致力于p t t 纤维的研究与开发。在中国台湾省，华隆 公司1 9 9 6 年从壳牌接受许可开始开发p t t 纤维，远东纺织与杜邦公司缔结了关 于p t t 纤维生产和聚合物“s o r o n a ”供给的合作协议，正在推进产业化【4 i 。在韩 国，p t t 纤维的生产为韩国化纤业界的重点产品项目。韩国已有s k 化学、 东华大学硕士学位论文 第一章前言 h a l l k b o o k 合成和h y u o s u n g 公司等三家公司开始工业化生产p t t 纤维4 s o 我国华源、翔鹭、海天等企业也与壳牌和杜邦密切合作，积极研制与开发 p t t 纤维，并在后道纺织产品市场拓展方面取得可喜进展【9 1 。 1 , 2p t t 纤维的特点 1 2 1p t t 纤维的分子链结构f 1 8 1 p t t 纤维分子结构的重复单元为： oo 。一些占一。一c h ：c h ：c h ：， p t t 在对苯二甲酸单元之间存在着3 个亚甲基，与p e t 和p b t 化学结构中 的偶数个亚甲基单元相比，这种化学结构中的奇数个亚甲基单元会产生“奇碳效 应”u o ，使苯环不能与3 个亚甲基处于同一平面，同时，临近两个碳基的斥力不 能呈1 8 0 0 平i 酊排列，只能以空间1 2 0 。错开排列，使得p t t 大分子链形成螺旋状 排列【1 2 1 。这种螺旋状结构就像弹簧一样，在外力作用下伸长，当外力去除后又恢 复原状。 p 耵 p t tp 日t 飘 莲 霉 爹爹 立 图1 - 1各纤维的分子链结构 p t t 和p e t 及p b t 纤维大分子的链结构如图1 一l 所示1 5 ，2 9 1 ，由图中可以看 出，p e t 纤维的聚合物链基本上是全伸展构型，p e t 结晶单元在c 轴上的长度 是分子链完全展开时的9 8 ，全拉伸纤维的伸长不大( 大约为6 ) ，初始模量 高2 9 1 。p b t 结晶单元在c 轴上的长度则是分子链完全展开时的8 8 9 6 ，p b t 东华大学硕上学位论文 第一章前言 纤维在外力作用下会发生构象转变，估计构型变化的范围为l o 1 2 。对于 p t t 而言，其结晶单元在c 轴上的长度则是分子链完全展开时的7 5 ，至今只发 现一种构象，而且这种构象允许芳环对于基本晶格的c 轴产生倾斜角，使聚合物 链形成明显的z 形旧”1 。正是由于这种结构，p t t 纤维表现出易形变、易回 复的特点【1 1 1 。 1 2 2p t t 纤维的拉伸回弹性 p t t 纤维的突出优点是优异的拉伸回弹性能，当p t t 纤维拉伸直到2 0 时， 仍能完全回复。p e t 、p b t 和p t t 纤维的拉伸回复性研究表明，p e t 、p b t 和 p t t 的回复性大小顺序递增，即：p e t p b t 0 1 曩o5 蚓 n 05 1 01 52 02 53 0 时间( s ) ( a ) 1 0 定伸长( b ) 2 0 定伸长 图2 - 6 各纤维的应力松弛对比曲线 p t t 纤维在不同伸长条件下的应力松弛曲线如图2 7 所示。从图中可以看出， 从定伸长1 0 变化到2 0 ，p t t 纤维的应力变化不大，在应力松弛过程中，都 表现为开始时应力稍微降低，以后随时问变化不明显，近似呈一条平滑直线，证 明了p t t 纤维具有优异的弹性特征。 图2 7p t t 纤维的不同伸长应力松弛曲线 2 5 纤维应力松弛的模型拟合 2 5 1 应力松弛模型 为了能更直观、形象地描述p t t 及p e t 纤维的粘弹性特征，借助于三元件 力学模型分析两种纤维的粘弹性本质口。一9 1 。典型的三元件力学模型如图2 - 8 所 玎i 。 e 1 丫1 e 2 图2 8 粘弹性力学模型 4 东华大学硕士学位论文第二章p 丌纤维力学性能的研究 三元件模型由二二个虎克弹簧和一个牛顿粘壶组成，它被经常用来描述高聚物 的粘弹性现象，能较好的描述在小变形条件下纺织纤维及其制品的粘弹性力学性 能。在图2 - 8 所示的三元件模型中，弹簧e 1 、e 2 为虎克型的( e l 、e 2 为弹性模 量) ，粘性流：动单元是牛顿型的( r l 为牛顿粘滞系数) 。 根据图2 - 8 中各元件的排列配置和变形关系，三元件模型的本构关系式为： “盯以+ 毛1 o - = ( e l + e 2 ) d s d t + e 1 e 2 占r l ( 2 - 5 ) 当应力松弛试验时，应变为常数氏，以s = 岛代入本构方程( 2 5 ) ，并由初 始条件：时间t = 0 时，初始应力为c r 0 = ( 晶+ e 2 ) ，可解得模型的应力松弛方程 式： 仃( r ) = e 2 + e 1 。如p 一5 1 ” ( 2 6 ) 并可求得松弛时间f 为： f = r e 。 ( 2 7 ) 2 5 2 应力松弛模型的实验拟合 根据实验所测数据，利用式( 2 6 ) ，用最小二乘法求得方程拟合参数，并采 用残差平方和说明拟合的优劣程度，结果如表2 - 5 所示，相应拟合程序见附录1 。 在1 0 应变条件下，应用三元件模型拟合p t t 和p e t 纤维的典型应力松弛曲线， 如图2 - 9 和2 ，一1 0 所示，其中+ 为实测点。 表2 - 5 三元件模型的拟合参数 fe ，r 残差平方和 纤维种类 ( ) ( c n d t e x )( c n d t e x )( c n s d t e x )( s )( c n d t e x ) ) o1 0 7 6 37 4 8 5 15 7 2 9 i5 3 2 3 00 0 0 8 2 p t t 1 50 8 3 0 04 1 1 8 l4 4 1 4 75 3 1 8 90 0 0 7 8 2 00 6 2 5 83 5 0 7 23 6 2 3 05 7 8 9 4o 0 1 0 0 【o2 3 6 9 32 2 2 6 9 41 1 1 8 2 04 7 1 9 50 0 2 3 7 p e ti _ 53 3 3 1 92 4 9 1 7 l1 3 6 5 6 74 0 9 8 8o 0 5 1 8 ：1 04 0 7 8 02 1 2 0 8 41 5 4 6 0 83 7 9 1 30 0 6 9 0 从表2 - 5 的残差平方和以及图2 - 9 、图2 1 0 可以看出，p t t 纤维和p e t 纤维 在各应变下的应力松弛曲线可以用三元件模型来表达。由表2 5 看出，在相同应 变下，采用三元件模型模拟纤维的应力松弛时，p e t 纤维虎克弹簧的弹性模量 e l 、e 2 高于p t t ，同时粘滞系数口也高于p t t ，这表明p e t 纤维与p t t 纤维相 比，在同样外力作用下变形小，弹性模量高，粘性特征明显【1 23 6 1 。 东华大学硕士学位论文 第二二章p t t 纤维力学性能的研究 应力松弛时间r 是代表材料粘弹比例的参数，r 越大，材料的弹性表现越显 著。在相同初应变下，p t t 纤维的松弛时间与均大于p e t 纤维，表明p t t 纤维 的弹性明显优于p e t 纤维，图2 - 9 、图2 1 0 也都表明p t t 纤维比p e t 纤维的应 力松弛慢得多。 图2 - 91 0 应变下p t t 纤维的拟合松弛曲线 图2 1 01 0 应变下p e t 纤维的拟合松弛曲线 2 6 本章小结 本章研究了p t t 纤维的强伸性、弹性回复性以及粘弹性等力学性能，并与 普通p e t 纤维和高收缩p e t 纤维进行了对比，结果发现，p t t 纤维的强度不如 p e t ，但断裂伸长却远高于普通p e t 纤维，接近高收缩p e t 纤维：p t t 纤维具 有优异的弹性回复性能；蠕变和应力松弛也表明p t t 纤维的弹性特征显著，用 三元件力学模型模拟两种纤维的应力松弛行为效果较好。 东o # 人学硕卜 位论文 第三章p t t 纤维成纱工岂及质量 1 ) f 究 第三章p t t 纤维成纱工艺及质量研究 经实验可知，p t t 纤维的断裂强度大约为3 2 7 c n d t e x ，虽比p e t 纤维小， 但仍可以单独成纱也可以与棉、羊毛或其他短纤维混纺成纱，尤其是p t t 纤 维优良的延伸和弹性回复性能，更加拓展了其在纱线方面的应用领域。本章主要 对p t t 纤维：纯纺及与棉混纺的成纱工艺进行研究，并对纱线品质进行分析评价。 3 1 纺纱工艺 3 1 1 纺纱原料 纺纱原料：p t t 纤维( 1 6 7 d t e x x 3 8 m m ) ， 棉纤维( 3 2 9 ) 3 1 2 成纱参数 纺纱品种：p t t 棉( 1 0 0 0 、7 0 3 0 、5 0 5 0 、3 0 7 0 、0 1 0 0 ) 纱线支数：3 z 、1 7 8 纱线结构：环锭纺纱、s i r o s p u n 复合纱 纱线特数制捻系数：2 8 0 ( 只有p t t 纯纺纱线) 、3 2 0 、3 6 0 、4 0 0 3 1 3 纺纱工艺 纺纱工艺流型2 4 ，3 5 1 为：原料前处理一梳棉一并条一粗纱一细纱一络简 纺纱过程采用小量试纺进行，对p 1 广r 和棉纤维采用并条混合法，实验中所 用的p t t 条子定量都是1 9 4 4 9 5 m ，为了满足不同混纺比的需要，同时又实现纤 维最大程度的混合均匀，对棉条的定量加以改变和采用不同的并条数，相应的工 艺方案如表：；一l 所示。 表3 - 1 并条工序 纱线品种并合数 p t t 条子定最( g 5 m )棉条定量( 5 m )并条定量( g s m ) 纯p t tj 道六并六并1 9 4 41 9 4 4 p t t 7 0 ，c 3 0一二道七并七并1 9 4 42 0 81 9 6 p t t 5 0 c 5 0二二道八并六并1 9 4 42 02 2 1 p t t 3 0 c 7 0一道六并七并1 9 4 42 2 71 9 6 纯棉二道六并六并2 01 8 5 东华人学坝十一学位论文 第二二章p t l 纤维成纱f 艺及质量研究 纺制细纱采用跟涤棉纺纱相似的f ：艺，但由j 二p t t 纤维的弹性，纺纱时前 后罗拉的隔距要加以改变。 3 1 4 成纱问题 1 、纺纱过程的细纱工序中，纱线容易断头，尤其是p t t 和棉纤维混纺和锭 子转速增大时，断头率明显增多，造成此现象的原因是多方面的，并条和粗纱过 程造成的半制品结构不匀是其中个方面，此外细纱的工艺条件也有一定影响。 2 、在络筒工序中，断头现象严重，筒子成型较困难，筒子头端有的纱线会 发生弹性皱曲，如果络筒太大筒子不容易拔出，最终只能做成小筒管。究其原因， 一是成纱条干不匀太大，导致断头严重；二则，由于所成p t t 纱线弹性较高， 在成筒过程中，当有张力时，纱线被拉长，而当缠绕在筒子上后，纱线由于弹性 回缩，缠绕非常紧密，甚至使筒管发生变形，导致当络筒太大时由于纱线收缩产 生压力而无法取下筒管的现象，这中现象又随着混纺纱线中p t t 含量的增多而 变得更加明显。 3 、p t t 纯纺及混纺纱线毛羽偏多，条干不匀严重，而且强力偏低。一方面 是由于纤维混和不均匀所致；另一方面是由于p t t 纤维本身具有较大的弹性， 在纺纱过程中，p t t 纤维受力后，会发生较大的拉伸变形，而在外力撤除后，纤 维会发生回缩，而且具有较大的缓弹性，使其受力无法像普通非弹性纤维那样容 易被控制，所以其： 艺条件应该与普通的非弹性纤维不同，而对此还有待进一步 研究。 4 、通过后面研究发现，实际纺出的混纺纱线中，p t t 弹性纤维的优势没有 很好地体现出来。p t t 纤维具有很好的弹性，本实验也证明当一次拉伸1 0 时 p t t 短纤维的弹性回复率为9 8 ，因此一般认为如果用p t t 纤维和其它纤维进 行混纺，可以大大提高纱线的弹性，但经过研究发现，实事并非如此，纱线的弹 性与纤维相比具有很大的差距。 3 2 成纱质量 成纱质量即纺纱最终产品的性能是对纤维可纺性及纺纱工艺的综合衡量， 纱线性能的测试与分析对于考察与改善纤维可纺性及纺纱工艺合理性有着重要 意义，同时，纱线性能的测试与分析对后道织造工序也很有帮助。 3 2 1 实验 1 8 东华人学倾j 茸! 位玲文 第一章p t t 纤维成纱t 艺及质量研究 3 2 1 1 实验样品 第一组：自纺p r l r c ( 1 0 0 0 、7 0 3 0 、5 0 5 0 、3 0 7 0 ) ，捻系数为2 8 0 ( 仅纯 p t t 纱) 、3 2 0 、3 6 0 、4 0 0 ，细度均为3 2 5 ： 第二：组：自纺p t t 5 0 c 5 0 混纺纱，结构有环锭纱和s i r o s p u n 纱，细度为3 2 5 和1 7 5 两种 第三组：纯p 7 i t 纱线，3 2 8 为自纺，3 0 5 为其它厂家纱线： 第四组：不同混纺纱线( p e t c 、p t t 竹、p t t r 、p t t w 、p t t r w ) 。 3 2 1 2 拉伸实验 实验仪器：x l 一1 纱线强伸度仪； 测试条件：隔距为5 0 0 m m ，拉伸速度为5 0 0 m m m i n ，预加张力为9 c n ，试 样根数为3 0 。 3 2 1 3 纱线均匀度实验 实验仪器：u s t e r 条干均匀度仪； 3 2 1 4 纱线毛羽实验 实验仪器：y g l 7 2 型纱线毛羽测试仪； 测试条件：测试速度为3 0 m r a i n ，片段长度取为1 0 m ，试验次数为1 0 次1 管。 3 2 1 5 纱线内纤维径向分布实验 实验仪器：y 1 7 2 型哈氏切片器、x s p 一1 6 a 型光学显微镜、c h 一2 型显微 摄影仪( 日本o l y m p u s 公司) ； 测试方法：先用蓝色染料染p t t 纤维，再用红色染料染其它混纺纤维，将 纤维用哈氏切片器做好切片试样，采用c h 一2 型显微摄影仪对纤维横截面进行 观察拍照，放大倍数为4 0 0 倍。 3 2 2 纱线强伸性能 短纤纱的拉伸特性通常受两方面因素的影响：一是纤维的性能，如长度、线 密度、强伸性能、表面摩擦性能等：二是纱线的结构，如捻度、纱的线密度、纺 纱工艺或纤维在纱中的排列形态、条干均匀度等，影响因素复杂【2 3 】，下面就不同 方面对纱线的强伸性能分别进行讨论。 1 9 东华人学硕jt 孝位硷史第二章p t t 纤维成纱_ 1 艺及质量酬究 3 2 2l 纱线混纺比的影响 为r 研究p r t 纤维在纱线中的不ir d j 含量对纱线强伸性能的影响，实验中纺 了五种不同比例的p t t 与棉纤维的混纺纱线，纱线强伸性能的实验结果见表3 2 。 表3 - 2 纱线强伸性能测试 品种捻系数 断裂强度( c n d t e x )强度c v ( ) 断裂伸长( ) 伸长c v ( ) ：z 8 01 2 9 1 4 _ 3 12 7 598 9 3 2 0 1 3 799 82 8 08 4 2 纯p t t ：3 6 01 4 3 l o 0 02 8 588 3 1 0 0 141 1 5 42 6 696 l 。3 2 0 l7 1 32 l81 3 6 3 p t l y c 3 6 01 0 71 0 5 12 4 3j 4 6 9 7 0 ，3 0 4 0 0l0 81 0 5 02 1 32 4 5 3 3 2 008 36 2 87 31 5 9 4 p t t ，c 3 6 00 b 8 6 1 l7 32 1 0 0 5 0 5 0 4 0 0o 96 3 l7 01 8 6 2 3 2 0 12 l1 9 7 26 o1 5 4 0 p t t c ；6 01 3 58 8 56 58 4 4 3 0 ，7 0 4 0 0i 49 5 05 8 1 0 3 3 ：3 2 0l3 57 6 34 66 7 2 纯棉 3 6 0 l _ 5 47 0 2 6 2l o 3 6 1 4 0 01 6 67 6 05 19 0 6 图3 - 1 给出了捻系数3 2 0 和3 6 0 时不同混纺比的p t t 与棉纤维混纺纱线的强 伸性能。 ( a ) 3 2 0 图3 - 1 p t t c 混纺纱线强伸性能 ( b ) 3 6 0 从图3 一 可以看出，在p t t 与棉纤维的混纺纱线中，p t t 的含量不同，纱 线的断裂强度和断裂伸长都不相同。随着p t t 含量的增加，混纺纱线的强度首 先降低，在5 0 1 5 0 时达到最小值，之后又逐渐增大，整体上纱线混纺后的强度不 衮华人学硕士学位论文第三章p f i 纤维成纱丁芝及质量酬究 如纯纺纱线。混纺纱线的断裂伸长随着p t t 纤维含量的增加咂逐渐变大，p t t 含量低于5 0 时纱线的断裂伸长变化不明显，维持在5 - 7 之问，说明p t t 含量 较小时其对纱线的延伸性页献1 i 大，但当p t t 的含量超过5 0 j 舌，纱线的断裂 伸长显著增大，如捻系数3 6 0 时p t t 7 0 c 3 0 纱线的断裂伸长为2 4 3 ，纯p t t 纱线甚至达到了2 8 5 ，可见p t t 纤维的含量越高，纱线的伸长越大，延伸性能 越好。 3 2 2 2 纱线捻度的影响 图3 - 2 给出了不同纱线捻系数即纱线捻度对p t t 纯纺纱和p t t 5 0 c 5 0 混纺 纱线强伸性能的影响。 a ) 纯p t t 纱线( b ) p t t ，c ：5 0 1 5 0 削3 - 2 不i 司捻系数时p t t 纯纺纱线的强伸性能 加捻的作用使纱线中纤维间产生向心压力，外层纤维压向内层，纤维间摩擦 阻力增加，断裂时滑脱纤维的根数减少1 。从图3 2 可以看出，随着捻系数即捻 度的增大，p t t 纯纺纱线的强度和伸长先是逐渐增大，接近3 6 0 时达到最大值， 之后两者都降低，因此在捻系数3 6 0 时p t t 纯纺具有较好的强伸性能。但对p t t 与棉