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探究纺丝速度对超纤结构和性能的影响

出自:http://www.sdmicrofiber.com 发布时间:2013年12月1日

与常规纤维相似,超纤的结构和性能也随其在制造过程中工艺条件的不同而发生变化。例如,超纤的密度、取向度、结晶 度以及晶粒尺寸等均会随着纺丝速度的变化而改变;与此同时,纤维的强度、伸长率及染色性能等又会随着结构的变化而改变。纺丝速度对纤维结构和性能的影响主要有以下几个方面。

(1)纤维大分子的取向度随纺丝速度的提高而提高。当纺丝速度超过6000m/min后,取向度变化趋缓;在同一纺丝速度条件下, 所纺制的纤维愈细,纤维的取向度愈高,这是由于超纤的大比表面积导致纤维与空气之间的摩擦力加大的必然结果。

(2)纤维的结晶性能随纺丝速度的提高而变化。纺丝速度在3000~5000m/min范围内时, 伸直链大分子所占比例随纺丝速度的 提高而有所增加,可达到3.5%左右;当纺丝速度超过5000m/min后,伸直链大分子所占比例不再增加。

(3)纤维的密度、结晶度、晶粒尺寸等随纺丝速度的提高而改变。伴随纺丝速度提高带来纤维大分子取向度的提高,而取向度的 提高又诱导大分子结晶,密度不断提高。 DSC(差示扫描量热测定法)的分析数据表明,当纺丝速度提高 时,冷结晶峰温度向低温方向移动,且冷结晶峰强度也减小,表明随取向度提高发生了诱导结晶过程,使纤维易于结晶并已经产生了部 分结晶。与此同时,熔融峰温度随纺丝速度的提高而升高,熔融峰面积随纺丝速度的提高而加大。在3000m7min纺丝速度下,所纺初 生纤维愈细,丝条的比表面积愈大,丝条与空气间的摩擦阻力愈大,导致取向度及结晶度的提高程度也愈大,因而冷结晶峰向低温方向 的移动程度加大, 且熔融峰的峰形也更加尖锐。纺丝速度为 4000In/min时,熔融峰上出现肩形,肩形部的峰值位置与低速纺时 纤维熔融峰的位置一致, 表明结晶的不完善性。纺丝速度为 5000m/min时, 结晶峰已经消失, 说明结晶已趋完善。

(4)纺丝速度提高, 动态粘弹谱图上t驴的峰值高度愈加变小,表明纤维大分子结构中无定形区比例减小;与此同时,表征玻璃化转变温度的tg6峰值所在的温度也向高温方向移动,纺丝速度愈高,t驴峰值所在的温度也愈高,这是由于大分子的取向与结晶牵制了无定形区大分子链段的运动能力所致。但是,当纺丝速度超过5000m/min后, 玻璃化转变温度又呈下降趋势, 这是由于过高的纺丝速度使纤维内部出现了孔洞,给大分子链段的运动提 供了方便。

(5)在低于5000m/min的纺丝速度下,随纺丝速度的提高,纤维中的自由体积减小,纤维上染率下降; 纺丝速度为5000m/min时, 纤维上染率降至最低值; 当纺丝速度超过5000m/min后,由于纤维中的自由体积又开始增加,纤维的上染率又有提高。这与(5)中动态粘弹谱的分析结果有非常一致的对应关系。

(6)随纺丝速度的提高,纤维的断裂强度升高, 断裂伸长率下降,但当纺丝速度超过5000m/min后, 纤维内部孔洞的出现导致纤 维断裂强度迅速下降, 断裂伸长率也呈下降趋势。 应当指出的是,纺丝速度与超纤结构、性能的关系与纺制常规线密度的纤维有极相似的规律性。不同的是,在纺制超纤时出现结构与性能变化时的纺丝速度要比纺制常规线密度纤维时偏低。这是由于超纤的低线密度、大比表面积的特殊性在纺丝过程中赋予纤维大的摩擦阻力的必然结果。

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