一步法PET异收缩混纤复合丝构造机理与成纱工艺研究

摘要

本文以一步法牵伸丝(FDY)纺丝设备为平台，以高速纺丝过程高分子结构形成理论为指导，研究了一步法异收缩混纤丝(bi-shrinkageyarns简称BSY)的纺纱机理并优化了工艺技术。BSY由丝高收缩组分（低结晶的预取向丝）和低收缩组分（具有较高结晶与取向的拉伸丝）经混纤加工而成，高收缩组分与低收缩组分各自经纺丝组件、冷却吹风，在一个特定的集束点合并成一束丝再卷绕成型。异收缩混纤丝中两组分各自的超分子结构、物理力学性能及在混纤复合纱中所占的比例决定了整束混纤丝的结构和性能，特别是其中组分间的沸水收缩率差异对整束混纤丝的力学性能和蓬松度有很大的影响。
　　 本论文着重研究一步法异收缩混纤丝的纺丝与成纱工艺流程与技术参数对混纤丝结构性能的影响，进一步解析该类混纤丝收缩差的调控机理，以此为基础优化一步法异收缩混纤丝的纺丝成纱工艺。
　　 在经过改造的一步法全牵伸丝(FDY)机上，在3000m/min卷绕速度下，以拉伸倍数、拉伸温度、定型温度等工艺参数为变量，通过优化实验方案制得所需样品。利用电子单纱强力仪，测试了样品的强度、断裂伸长率、模量等力学性能指标；利用三维视频显微镜、声速取向测试仪、差热分析仪等仪器观察了BSY的形态、测试了结晶度、声速取向因子、沸水收缩率、声速模量等指标，综合分析一步法纺丝成纱工艺参数与混纤丝结构性能之关系，发现：
　　 (1)第二辊速度V2固定在2950m/min，第一辊速度V1速度从650m/min增大到950m/min，结晶度逐渐降低；从650m/min增大到740m/min的过程中，BSY的取向度升高，V1继续增大后，后牵伸倍数减小，FDY取向度开始降低，并引起BSY的取向度相应降低，混纤丝强度呈下降趋势，初始模量明显降低，纤维断裂伸长率增大；BSY的沸水收缩率逐渐升高。
　　 (2)其它条件不变，第一辊温度H1从80℃升高到95℃，BSY的结晶度逐步升高，取向度降低；BSY的强度、初始模量逐渐增大，断裂伸长率逐渐降低。BSY的沸水收缩率先从80℃时的25.30％，增大到85℃时的29.05％，到95℃后略有降低。
　　 (3)在100℃～120℃的范围内，随着第二辊温度H2的升高，BSY的结晶度升高，取向度先升高后降低，BSY的断裂强度逐渐降低，但是降幅不明显，BSY的沸水收缩率逐渐降低，到120℃时，剧减到29.5％。H2从100℃升高到115℃断裂伸长率逐渐降低，初始模量增大；115℃升高到120℃，断裂伸长率增大，初始模量降低。
　　 (4)经过优化的工艺为：第一辊速度V1速度为740～900m/min、温度H1为85℃，第二辊温度H2为110℃，卷绕头速度3000m/min。一步法单螺杆熔融异板纺丝法能够纺制高品质的BSY丝。用此工艺得到的BSY丝在初始模量、断裂强度、断裂伸长率、沸水收缩率及双组分沸水收缩差等方面的综合物理力学性能较好。
　　 (5)一步法PET异收缩混纤复合丝的拉伸断裂过程都具有双峰特性。异收缩混纤中两个组分的断裂过程不同步，FDY组分先断裂，POY组分后断裂，沸水处理前后异收缩混纤拉伸过程不同。
　　 (6)经沸水处理后，PET异收缩混纤复合丝的强度没有明显的变化，主要由FDY组分决定；断裂伸长率急剧增大；初始模量剧减，主要由POY组分体现。