【10200年10月滌綸POY收縮動(dòng)力學(xué)研究汪進(jìn)玉王華平張玉梅王學(xué)利(儀征化纖股份公司產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)中心胥浦,211900)(東華大學(xué)(中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司)摘要:采用線性粘彈模型屮的四元件模型對(duì)滌綸預(yù)取向纖維(POY)的等溫收縮過(guò)程動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果友明其收縮可用此模型進(jìn)行很好地述。得到POY纖維的特征弛豫時(shí)間r1、r2,特征平衡收S、S,收縮活化能拉伸粘度等特征參數(shù)關(guān)鍵詞:聚酯纖維預(yù)取向絲收縮動(dòng)力學(xué)研究中圖法分類(lèi)號(hào):TS102.52預(yù)取向絲(POY)是滌綸纖維中一個(gè)十分重要的其簡(jiǎn)化模型如圖1-b所示。對(duì)于實(shí)驗(yàn)條件中的恒定產(chǎn)品,采用收縮動(dòng)力學(xué)力法研究PY纖維的收縮隨應(yīng)力下的收縮行為,根據(jù)線性粘彈型可推導(dǎo)出其形時(shí)間的變化關(guān)系,可以獲得滌綸POY熱收縮的一系變方程如下所示具有一定物理意義的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。對(duì)差別化纖維[1-e/r2]+E2ne的開(kāi)發(fā)和POY纖維的后加工、染幣等T藝條件的選擇具有重要的意義。(1)纖維的收縮(t)認(rèn)為是某時(shí)刻t的形變與初始形變E(t=0)時(shí)的負(fù)差,即1.1實(shí)驗(yàn)樣品△e(t)=-[e(t)-c(0)]滌綸POY纖維,儀征化纖公司滌綸五廠樣品=-m+(em-(a/上2)[1-e"](2)規(guī)格:170dtex/48f;物理指標(biāo):斷裂強(qiáng)度2.56cNdex,斷裂伸長(zhǎng)128%對(duì)于特定條件下的收縮,由于(20-a/E2)項(xiàng)為常1.2等溫收縮曲線測(cè)試數(shù)項(xiàng),方程(2)可以簡(jiǎn)化為采用SSI型收縮一聲速聯(lián)合測(cè)試儀,測(cè)試△st)=-m+Aet+B(B為常數(shù))(3)FOY纖維在不同恒定溫度、不同外應(yīng)力、各時(shí)刻纖維的收縮率。加熱器長(zhǎng)度35cm,加熱器溫度控制精對(duì)于實(shí)際的纖維收縮過(guò)程中包括多個(gè)不同的收度0℃,長(zhǎng)度測(cè)試精度1.Omm纖維的收縮率按縮單元的粘彈松弛過(guò)程纖維的收縮動(dòng)力學(xué)方程可下式計(jì)算以用方程(4)進(jìn)行描述△e(t)=-t+A1e"1+A2e"+…式中:L為纖維收縮前原長(zhǎng)度(加熱器中纖維長(zhǎng)度)(cm);△L為溫度T時(shí)纖維長(zhǎng)度變化值(cm)+A, n+B式中:A1、A2、…;An為各組成單元對(duì)總收縮的貢2滌綸纖維的收縮動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)獻(xiàn);r1、z2…;rn為各組成單元的特征弛豫時(shí)間。2.1滌綸纖維2.2滌綸等溫收縮動(dòng)力學(xué)處理的收縮動(dòng)力學(xué)方將不同等溫收縮條件(不同的溫度和外加張應(yīng)力)下的纖維收縮后剩余相對(duì)長(zhǎng)度,即(1-S)對(duì)相利用線性粘應(yīng)的收縮時(shí)間作圖,實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的數(shù)據(jù)可以用彈模型可以對(duì)纖E2E2n2雙指數(shù)函數(shù)很好地進(jìn)行擬合,其結(jié)果如圖2所示。維的熱收縮行為其擬合方程為:作出比較好的描[1-S(t)]=(1-S0)+Sa,e"1+Se述,線性粘彈模(5)型由若干粘彈元En式中:S(t)為t時(shí)刻的收縮率;1-S(t)為t時(shí)刻的件( Kelvin剩余中國(guó)煤化工s);So、S、SViogt)組成1T1、r2H出NAA凵意義:Sn為t→如圖1a所示,圖1線性粘彈模型示意圖時(shí)的50以理解為纖維的最紡織學(xué)報(bào)第十二卷第五期283【1終剩余相對(duì)長(zhǎng)度;Sa、S為相應(yīng)的收縮過(guò)程對(duì)總收成。文獻(xiàn)[2]中表明非晶區(qū)分子鏈的解取向過(guò)程是縮率的貢獻(xiàn)值,x1、r2為相應(yīng)收縮過(guò)程的特征弛豫個(gè)快速過(guò)程,是纖維收縮的主要原因。據(jù)Preorse等提出的三相結(jié)構(gòu)模型,在纖維中除無(wú)定型相和晶相外,還存在一個(gè)介于晶相和非晶相之間的0=1.3MPa0=1.7MPa中間相結(jié)構(gòu),POY纖維在該溫度下晶相和中間相的變化緩慢4是產(chǎn)生慢速收縮的原因。比較不同實(shí)0=2.3MPa0=2.7MPa驗(yàn)條件下的SSn的值可以發(fā)現(xiàn)除了溫度較低(T0=3.4MPa=78℃)和張力較大(a=2.4MPa)時(shí),S/S的值都小于1,這表明纖維總的收縮中主要是快速收縮部分的貢獻(xiàn),但是低收縮溫度和高外應(yīng)力情況下,慢速收縮的貢獻(xiàn)大約為快速收縮的15-2倍,這可能與纖維在低溫時(shí)分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)困難,不易發(fā)生解取向作用及在較高張應(yīng)力時(shí)發(fā)生的誘導(dǎo)結(jié)晶有關(guān)。隨著收縮溫度的提高,S0、S2值增加,表明隨著收縮溫度的提髙,纖維的大分子鏈段的活動(dòng)能力增圖2不同外應(yīng)力下等溫收縮雙指數(shù)擬合曲線(T=87℃)強(qiáng),原來(lái)在較低的溫度下不能發(fā)生熱運(yùn)動(dòng)而解取向根據(jù)收縮動(dòng)力學(xué)原理其最終的收縮結(jié)果是各個(gè)的結(jié)構(gòu)單元也開(kāi)始活動(dòng)發(fā)生解取向,導(dǎo)致收縮率的結(jié)構(gòu)單元的收縮結(jié)果和纖維在外加應(yīng)力作用下的負(fù)進(jìn)一步增加。溫度的升高對(duì)晶區(qū)的作用較復(fù)雜,可的收縮(伸長(zhǎng))共同作用的結(jié)果當(dāng)纖維在較低的溫度能隨著溫度的升高纖維中大分子鏈的有序程序降或外應(yīng)力較小時(shí)發(fā)生收縮,粘性拉伸對(duì)總的收縮影響低相對(duì)有序的折疊鏈的含量減少,不利于新的晶粒較小,所以在方程(4)中可以忽略(-a/v)t項(xiàng);在的形成和晶片的增厚及結(jié)晶的完整程度增加,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中溫度小于90℃時(shí)纖維在受熱過(guò)程中觀察不S的值隨溫度增加而減小。到伸長(zhǎng)現(xiàn)象其結(jié)果可以用雙指數(shù)函數(shù)進(jìn)行很好的擬合:當(dāng)纖維在較高的溫度(T大于90℃)和較大的張應(yīng)力(a大于24MPa)作用下時(shí),隨著溫度的升高導(dǎo)致粘高的急劇下降,方程(4)中的粘性流動(dòng)項(xiàng)(-σ/)的影響成為主導(dǎo)因素纖維的收編動(dòng)力學(xué)方程B°以用粘性流動(dòng)項(xiàng)的關(guān)系來(lái)進(jìn)行描述Ae(t)3.滌綸POY纖維等溫收縮動(dòng)力學(xué)研究根據(jù)線性粘彈模型的方程對(duì)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行30⊥0.002760.002800002840.00288雙指數(shù)擬合,其結(jié)果的各項(xiàng)參數(shù)列于附表中。滌綸I/T(K.)POY的收縮是由特征弛豫時(shí)間為x1的收縮和特征池豫時(shí)間為x2的收縮兩個(gè)部分組成,x2大約是z1圖3POY纖維平衡收縮率對(duì)溫度倒數(shù)作圖的10~87倍,說(shuō)明纖維的收縮是由特征池豫時(shí)間較將不同溫度下t→∞時(shí)的纖維最終收縮率擬合短的快速收縮和特征弛豫時(shí)間長(zhǎng)得多的慢速收縮構(gòu)參數(shù)S0的對(duì)數(shù)InS對(duì)溫度T(K)的倒數(shù)作圖,如附表滌綸POY纖維的收縮動(dòng)力學(xué)參數(shù)d外=1.3MP=1.6Mad外=2.4MPo 5, s t t2 $/5 T2/t So sS T, t? S/S t2/r, Sa S, 5 t1 I2 S, /S T2/ So S. S, t1 r2$/5, t2/ty詨84!15656.7421.72.13814.023.841.24901.711.93.5.9248t3.72.417.31991650.8.3341.417133130.%10.1319.58t5.320.115.2L9180.769.541.52417.50.561480.73843.222918書(shū)5.5胡.64.91.214.50.124647.140.36.80855.00.1768.839.335.3CHaan?a3?36I.812中國(guó)煤化工416314CNMHGIO.71530.14.80.1812.6【12】·2842001年10月△E為表觀收縮活化能,R為理想氣體常數(shù)。從直0=2.7MPa線的斜率求出滌綸POY在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的表觀收縮活化能平均值為62KJ/mol,與粘流活化能基本致POY纖維在T>90℃時(shí)的收縮率隨時(shí)間減小呈直線關(guān)系,如圖4所示。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)直線斜率得到在90℃和100℃時(shí)拉伸粘度v的平均值為3.3×107Pa.s和3.3×10na.s,較室溫時(shí)(1012Pa.s)有很大下降。[1]何曼君等:《高分子物理》.上海:復(fù)已大學(xué)出版社,191.351圖4POY纖維在90t時(shí)不同應(yīng)力下收縮率隨時(shí)間變化曲線[2, Wilson M P w., Polymcr, 1974.15: 277圖3所示。圖中InS0-1/T有較好的線性關(guān)系,與[3]D.C. Prevorsek,G.A.ipk,P. J. target,A.C. Reimshuesscl文獻(xiàn)S]的論點(diǎn)一致,直線符合1nS=AB/T的41RJ繆爾斯:《結(jié)品高聚物的性質(zhì))北泉:科學(xué)出版科,94關(guān)系,直線的斜率包含活化能的含義,B=△E/R,5]張樹(shù)均:《改性纖維與特種纖維》北京:中國(guó)石化出板社,95““““電事一“國(guó)““定時(shí)發(fā)上接第5頁(yè))喂入,必需添超喂設(shè)備,一般只有在較特殊情況應(yīng)減少3:毛滌短纖維紗發(fā)生扭結(jié)時(shí),捻度會(huì)相應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中,對(duì)二者采用不同并紗張力已可減少,這也可從圖1看出,毛滌短纖維紗由于捻度的消除“扭辮紗”。減少,與滌長(zhǎng)絲相比,顯得膨松的多;(5)從并捻復(fù)合線扭辮的分布來(lái)看,“小扭辮”的分布是隨機(jī)的,即△4結(jié)論值大小有累積作用。累積到一定程度,均會(huì)產(chǎn)生扭1.對(duì)于低負(fù)荷下不同強(qiáng)伸特性的長(zhǎng)絲與短纖紗辮因此,從理論上說(shuō),任何二種不同低負(fù)荷下的拉紡制并捻復(fù)合線,只要并線后自由態(tài)下兩紗線存在伸特性的紗線并捻時(shí),均可能會(huì)造成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)合長(zhǎng)度差值△,加捻成紗為不對(duì)稱結(jié)構(gòu),嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生股紗,嚴(yán)重時(shí)造成小扭辮;(6)只有整二者的張力“扭辮紗”。大小.才能有效的消除扭辮紗。在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)長(zhǎng)2.對(duì)于低負(fù)荷下,不同強(qiáng)伸特性的長(zhǎng)絲與短纖絲紗和短纖維紗采用不同的張力,也說(shuō)明該公式是紗紡制并捻復(fù)合線生產(chǎn)中采用不等并紗張力,可有正確的效地消除“扭辮紗”。張力的大小可根據(jù)二紗線的線由于S=:,代人上述關(guān)系式即有密度、模量、與導(dǎo)紗件的包角a1、a2等計(jì)算得出。lae +uN P2ElniealP1E2Nu」吳雄英:毛滌復(fù)合紗線的加工結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及其織物中國(guó)式中N1、Nm2為兩種紗線的線密度,p、P2分別2期大#博土論 ral mechanics of Toru Sretch Y為兩種紗線的密度The Mechanism of Snarl Formation, J. Text. Inst,, 1966, 57441-460因此,要消除扭辮紗,實(shí)踐中可采取:(1)施加不[3」1.w. S Hearle and A.E.Yem, The Mechanics of Torque Stretch同的張力,張力大小,由上面的方程簡(jiǎn)單計(jì)算得出;Yams: A Correction, J. Text. Inst. 1973, 64: 601-606「4]冷計(jì)到的其太論》京:紡織工業(yè)出版社(2)對(duì)于E·S值較小的可采取超喂的方式。中國(guó)煤化工很明顯,上述方法(2)中要使長(zhǎng)絲以積極的方式5北京;中國(guó)紡織工業(yè)CNMHG