高特PET-PBT共混单丝的结构与性能

2024年3月11日发(作者：曹冲称象)

高特PET-PBT共混单丝的结构与性能

马海燕;刘兆峰;张军;马海军

【摘 要】采用一定比例的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)对聚对苯二甲酸乙二醇酯

(PET)进行共混改性纺制大直径单丝,通过对共混单丝的力学性能、扫描电子显微镜

及热性能分析,研究了共混比例、后拉伸工艺对共混物的相容性和拉伸强度的影响.

结果表明:通过PET-PBT共混,提高了单丝的勾结强度;液体冷却温度、拉伸倍率及

拉伸温度是影响共混单丝力学性能的主要因素.

【期刊名称】《功能高分子学报》

【年(卷),期】2011(024)002

【总页数】5页(P176-180)

【关键词】单丝;共混;结构;力学性能

【作 者】马海燕;刘兆峰;张军;马海军

【作者单位】东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海200051;南通大学化学

化工学院,江苏南通226000;东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海200051;

南通大学化学化工学院,江苏南通226000;南通大学化学化工学院,江苏南通

226000

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ341

高特单丝一般指大于60 dtex的单根聚合物纤维。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)单丝

具有力学性能良好、耐酸、抗霉菌等优点,高特PET单丝主要用于织造高速运行的

造纸成型网及其他高性能输送带,但因刚性较大、吸湿性低及回弹性不理想等缺陷,

影响了它的使用[1-5]。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有柔韧、吸湿、耐磨等特点,

但是稳定性较差,且价格较高。国内关于PET、PBT的研究大多集中在PET、PBT

的相容性和相态结构方面,对共混单丝的成形工艺研究较少。本文通过PET、PBT

共混纺制大直径单丝,以提高高特单丝的综合性能,特别是提高单丝的韧性[6-10]。

主要研究了PET-PBT共混比例、液体冷却温度、后拉伸温度及拉伸倍率对共混单

丝结构与性能的影响。

PET切片:Tg=67°C,Tm=260°C,无锡三房巷有限公司;PBT切

片:Tg=25°C,Tm=228°C,南通星辰合成材料有限公司。

Φ30 mm单丝拉伸机组:南通大学,拉伸工艺流程如下:

差示扫描量热仪:200F3型,德国耐驰仪器制造有限公司,温度范围:室温～400°C;升

温速率:10°C/min;参比物:石英砂;测试气氛:氮气,氮气流量20 mL/min。

扫描电子显微镜:S-550型,日本日立公司,将初生纤维置于液氮中,在超低温冷却状态

下折断制得横向断口。用离子溅射仪处理纤维样品,在纤维表面镀一层金属膜后,通

过扫描电镜观察其截面和表面形态。

电子强力仪:GY061型,莱州市仪器有限公司,量程:130 N,拉伸速率:100 cm/min,试

样定长:250 mm。

由图1可以看出,PET-PBT共混体系只出现1个熔融峰,这说明PET和PBT具有良

好的相容性。同时共混单丝的熔点发生了改变,随着PBT粒子的含量的增加,共混单

丝的熔点下降,这可能是由于PBT与PET的结晶速率不一样,PBT结晶较快,其微晶

会起到成核剂的作用,诱导PET结晶,同时会破坏PET原有的结晶形态,从而导致共

混体系的熔点下降。

由图2可以看出,在PET-PBT共混体系中,随着PBT含量的增加,共混体系的结构会

出现分层现象,这是因为PET、PBT在非晶区虽然是相容的,但是在结晶区两相之间

的相容性并不好,同时共混体系中晶区与非晶区之间的不相容加剧了分层现象。

PBT含量越高,共混体系的分层现象越明显。

由表1可以看出,在PET中加入一定量的PBT后,PET单丝的韧性显著增强,这主要

表现为单丝的勾结强度和断裂伸长得到了提高。这是因为PBT本身具有良好的柔

韧性,所以在PET中加入一定量的PBT后,能够有效地改善PET单丝的韧性,但是

PBT、PET在晶区是不相容体系,PBT含量的增加导致了PET单丝拉伸强度的下降。

由表2可以看出,PET-PBT共混单丝的力学性能随着冷却水温的升高而提高,这是因

为冷却温度会影响共混初生丝的结晶方式,同时由于PET具有较高的玻璃化温度

(67°C),因此冷却水温不宜偏低,但是过高的冷却温度也会导致共混单丝力学性能的

下降,纺丝最佳冷却温度为75°C。

纺丝成型后得到的初生丝结构不完善,物理力学性能较差,表现为伸长大、强度低、

尺寸稳定性差,不能直接用于纺织加工,必须经过一系列后加工[11-14],后加工主要

的工序是拉伸和热定型,纺丝后拉伸目的是为了提高单丝的断裂强度、耐磨性和对

各种不同形变的疲劳强度,降低其断裂伸长率。

由表3可以看出,采用二级拉伸方式时,共混单丝的拉伸强度、勾结强度随着总拉伸

倍率的提高而显著增强。这是因为随着拉伸倍率提高,共混单丝的大分子排列从无

序趋向有序,提高了单丝的取向度和规整度,同时使共混单丝的结晶度增加,从而提高

了共混单丝的力学性能。但是当拉伸倍率过高时,会导致大分子链的滑移,使单丝的

力学性能下降。

初生丝的应力-应变曲线对温度非常敏感[15],特别是在Tg附近,在适当的温度和拉

伸速率下,几乎都能出现细颈拉伸。一般认为在Tg以上拉伸就不会出现细颈。Tg

具有速率依赖性,所以在初生丝拉伸时,有必要适当地提高拉伸温度到Tg以上,其中,

二级热风拉伸温度应比一级热水拉伸温度高[16]。

由图3可以看出,拉伸温度对PET-PBT共混单丝的力学性能影响较大。随着拉伸温

度的提高,共混单丝的拉伸强度增强,这是因为拉伸温度过低时,拉伸应力大,允许的最

大拉伸倍数小,单丝强力低且会使单丝泛白,出现结构上的分层。随着拉伸温度的提

高,共混单丝的结晶度增加,取向度提高,从而提高了共混单丝的力学性能,但是拉伸温

度过高时,分子的过度热运动会破坏共混单丝原有的规整结构,导致共混单丝力学性

能下降。

(1)PBT的加入能有效改善PET单丝的韧性和勾结强度,但是PET单丝的拉伸强度

会出现一定程度的下降。

(2)液体冷却温度是影响共混单丝力学性能的重要因素,最佳纺丝冷却水温为75°C。

(3)拉伸工艺特别是拉伸倍率、拉伸温度均会影响共混单丝的力学性能。PET-PBT

共混单丝的最佳拉伸倍率为4.5。1级拉伸最佳温度为95°C,2级拉伸最佳温度为

180°C。

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