锦氨复合弹性长丝力学性能及可染性分析.pdf

PDF下载22合成纤维SyntheticFiberinChina2023年第52 卷第7 期锦氨复合弹性长丝力学性能及可染性分析方虹天，岳高升，袁贝，徐朱宏，曹晨笑中纺院(浙江)技术研究院有限公司，浙江绍兴312000摘要：对自主开发的锦氨复合弹性丝的力学性能和染色性能进行了研究，采用扫描电镜对锦氨复合弹性丝的横截面和纵向结构进行了分析，测试比较了锦氨复合弹性丝和锦包覆丝的弹性性能和染色性能。试验表明：锦氨复合弹性丝经沸水处理后，形成弹簧状螺旋线，产生弹性，弹性回复性能接近锦氨包覆丝；锦氨复合弹性丝具有更好的色牢度和染色均匀性。关键词：锦氨复合丝弹性；力学性能；染色性能中图分类号：TQ342.1:TQ342.76文献标志码：B文章编号：10 0 1-7 0 54(2 0 2 3)0 7-2 2-0 4锦氨产品目前主要是以锦纶对氨纶包覆加工成氨纶包覆丝为主。生产时，首先要将高速纺制成的合成纤维预取向丝在加弹机上加工成拉伸变形丝(DTY)，然后将DTY与另一种合成纤维在机械包覆设备或空气包覆设备上进行复合交络，国内多数生产厂家均采用这种两步后加工法制备合成纤维包覆丝-2。该生产方法存在加工工序复杂、工艺流程长、加工速度低、能耗高、效率低、生产成本高、产品质量差等诸多缺点3-4，制得的产品易出现染色不匀、弹性差、易缩水、质量不稳定等问题15-0 。为弥补锦氨包覆纱的不足，本项目通过复合纺丝工艺，将聚酰胺和聚氨酯两种原料熔融复合，纺丝成具有皮芯结构的锦氨复合弹性丝。本文主要研究了锦氨复合弹性丝的微观结构和力学性能，特别是弹性性能，以期为后续开发弹力织物及织物弹性性能的研究提供理论参考。1试验1.1材料与仪器线密度为2 2 dtex/2f的锦氨复合弹性丝，对比弹力丝为2 0 12 锦氨包覆丝（氨纶丝2 2 dtex，锦纶6拉伸变形丝13.2 dtex)。收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 9修回日期：2 0 2 3-0 5-2 3基金项目：绍兴市科技计划项目(2 0 2 0 B31002)。作者简介：方虹天(19 8 1一），男，汉族，硕士，高级工程师，主要从事纺织新材料应用研究。韩国SEC有限公司SNG3000扫描电子显微镜，温州方圆仪器有限公司YGO026MG万能强力仪、SW-12耐洗色牢度测试仪、YG571C型色牢度仪、YG611型日晒气候色牢度测试仪。1.2测试1.2.1横截面和纵向结构通过扫描电子显微镜观察纤维的横截面和纵向结构。1.2.2沸水收缩率根据GB/T6505一2 0 0 8 化学纤维长丝热收缩率试验方法测试纤维煮沸前后的长度，沸水收缩率公式见式(1)。沸水收缩率=(lo-l)/lo100%(1)式中：l为试验前纤维的原长度；l为经沸水处理后纤维的长度1.2.3力学性能将待测纤维放在恒温恒湿室2 4h，在万能强力仪上进行力学性能测试，夹持距离2 50 mm，拉伸速度2 50 mm/min，预加张力0.5cN/tex，测2 0 次，取平均值。1.2.4弹性性能将待测纤维恒温恒湿2 4h，在万能强力仪上进行定伸长和定负荷测试，夹持距离2 50 mm，拉伸速度2 50 mm/min，预加张力0.5cN/tex，测2 0 次，取平均值。定伸长弹性测试：以试样长度的5%、10%、15%、2 5%作为定伸长，停顿时间为30 s，回复时2023,52(7)23方虹天，岳高升.锦氨复合弹性长丝力学性能及可染性分析间为12 0 s。定负荷弹性测试：以试样平均断裂强力的20%、35%、50%、6 5%作为试验中的牵引负荷，停顿时间为30 s，回复时间为12 0 s。1.2.5染色性能染色工艺：酸性染料质量分数为1%，浴比为1：10，用醋酸调节染液pH值为4 5。染浴配制完毕后，将染浴升温至50，将锦氨复合弹性丝挤干后投入染浴中染色。染浴以1 2 K/min的速度升温至10 0，保温处理1h；然后加入氨水固色，pH值控制在8 9，染浴降温至8 5，处理15 2 0 min；染色完毕自然冷却后，取出丝线，皂煮(浴比1：2 0，皂片质量浓度2 g/L，碳酸钠质量浓度2 g/L，9 5处理10 min)；最后水洗，8 0 烘干。色牢度：将染色后的丝线织成袜带，分别参照CB/T3921.31997纺织品色牢度试验耐洗色牢度、GB/T39201998纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度、GB/T84301998纺织品色牢度试验耐人造气候色牢度要求进行耐洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐日晒色牢度测试。2结果与讨论2.1横截面和纵向结构分析锦氨复合弹性丝的横截面和纵向结构如图1所示。由图1可知：锦氨复合弹性丝的横截面呈偏心皮芯圆形，以锦纶为皮层、氨纶为芯层，且皮和芯的两圆基本内切，即锦氨复合弹性丝中氨纶部分基本不裸露在纤维表面；从纵向结构看，弹性丝表面光滑，与常规锦纶长丝无差别。U380015.0kV5.Emml图1锦氨复合弹性丝的横截面(a)和纵向结构(b)(放大10 0 0 倍)2.2沸水收缩性能分析表1是锦氨复合弹性丝与2 0 12 锦氨包覆丝在不同预加张力条件下测得的沸水收缩率，图2 是锦氨复合弹性丝沸水处理前后照片，图3是锦氨包覆丝沸水处理前后照片。表1纤维的沸水收缩率项目预加张力/cN沸水收缩率/%0.154.40.342.8锦氨复合弹性丝0.534.80.825.80.125.70.322.2锦氨包覆丝0.520.40.821.6(a)沸水处理前(b)沸水处理后图2 锦氨复合弹性丝沸水处理前后照片(a)沸水处理前(b)沸水处理后图3锦氨包覆丝沸水处理前后照片从表1可以看出，随预加张力增加，锦氨复合弹性丝的收缩率降低，说明通过沸水处理后锦氨复合弹性丝形成弹性。由图2 可知：沸水处理前，锦氨复合弹性丝无卷曲形态；沸水处理后，锦氨复合弹性丝发生收缩，形成弹簧状螺旋线，丝线形成弹性。由图3可知，锦氨包覆丝沸水处理前后丝线形态未发生明显变化，且不同预加张力下沸水收缩率基本在2 0%2 6%之间，说明沸水处理后的收缩率是丝线本身固有的收缩性能。2.3力学性能分析从表2 可以看出，锦氨复合弹性丝的断裂强度略好于锦氨包覆丝的，但锦氨包覆丝的断裂伸长率明显优于锦氨复合弹性丝的表2 纤维的力学性能断裂强度/断裂伸长项目断裂强力/cN(cNdtex)率/%锦氨复合弹性丝66.53.0243锦氨包覆丝65.32.582072.4弹性性能分析2.4.1定伸长弹性从表3可以看出：锦氨复合弹性丝的弹性回复率随定伸长长度的增加而逐步降低；锦氨包覆丝在定伸长长度小于2 5%(6 2.5mm)时，弹性性能几乎无24合成纤维SyntheticFiberinChina2023年第52 卷第7 期损失。这是因为锦氨包覆丝中氨纶自由度相比锦氨复合弹性丝中的氨纶自由度更高，其氨纶受约束力更小，更容易弹性回复。当锦氨复合弹性丝经沸水处理后，发现其弹性回复性能得到明显改善：在定伸长长度5%(12.5mm)时，弹性回复率为10 0%，在定伸长长度15%(37.5mm)时，弹性回复率仍达到95.6%，具有较好的弹性回复性能。而锦氨复合弹性丝在未经沸水处理时，随定伸长长度增加，其弹性回复性明显下降，定伸长长度2 5%(6 2.5mm)时，弹性回复率为46.5%，不到定伸长长度5%(12.5mm)时的弹性回复率的一半。表3不同定伸长下纤维的弹性性能定伸长长度/弹性变形塑性变形弹性回复项目mm率/%率/%率/%12.598.51.598.5锦氨复合弹25.085.414.685.4性丝37.577.922.177.962.546.553.546.512.5100.00100.0锦氨复合弹25.097.82.297.8性丝(沸水37.595.64.495.6处理）62.587.4.12.687.412.5100.00100.025.0100.00100.0锦氨包覆丝37.599.70.399.762.598.91.198.92.4.2定负荷弹性从表4可以看出，锦氨复合弹性丝的弹性回复率随定负荷的增加而逐步降低：定负荷为13.3cN时，弹性回复率达9 8.2%；定负荷为43.2 cN时，弹力回复率已降至7 6.5%。经沸水处理后，锦氨复合弹性丝的定负荷弹性回复率显著改善，在定负荷小于50%平均断裂强力下，其弹性回复性与锦氨包覆丝的相当，弹性性能几乎无损失；在定负荷为平均断裂强力的6 5%下，经沸水处理后的锦氨复合弹性丝的定负荷弹性回复率略有下降，为9 5.8%，而锦氨包覆丝在定负荷为平均断裂强力的6 5%下，仍具有很好的弹性回复率，弹性回复基本无损失。2.5染色性能分析从表5可以看出，锦氨复合弹性丝比锦氨包覆丝在耐洗色牢度沾色性能、耐湿摩擦性能及耐日晒色牢度性能上表现更好。主要是因为锦氨包覆丝部分裸露的氨纶染色性能不好，造成耐洗沾色和耐湿表4不同定负荷下纤维的弹性性能弹性变形塑性变形弹性回复项目定负荷/cN率/%率/%率/%13.398.21.898.2锦氨复合弹23.397.52.597.5性丝33.388.711.388.743.276.523.576.513.3100.00100.0锦氨复合弹23.3100.00100.0性丝（沸水33.398.71.398.7处理）43.295.84.295.813.1100.00100.022.9100.00100.0锦氨包覆丝32.799.80.299.842.4100.00100.0摩擦性能明显下降。从染色均匀性上看，锦氨包覆丝经皂洗后有部分露白现象，而锦氨复合弹性丝不存在这个问题表5纤维的色牢度耐洗色牢度/级耐摩擦色牢度/级耐日晒色染色均项目变色沾色干摩擦湿摩擦牢度/级匀性锦氨复合444344好弹性丝锦氨包覆较差434334丝(露白)3结语(1)22dtex/2f锦氨复合弹性丝横截面呈偏心皮芯圆形，以聚酰胺为皮层、聚氨酯为芯层，且皮和芯的两圆基本内切。经沸水处理后，锦氨复合弹性丝形成弹簧状螺旋线，使纤维产生弹性。(2)定伸长和定负荷弹性测试表明：2 2 dtex/2f锦氨复合弹性丝在沸水处理前，其弹性回复率随变量(定伸长长度或定负荷负重)增加而显著下降；经沸水处理后，锦氨复合弹性丝的弹性性能明显提高，接近2 0 12 锦氨包覆丝的弹性回复性。(3)22dtex/2f的锦氨复合弹性丝比2 0 12 锦氨包覆丝具有更好的耐洗色牢度沾色性能、耐湿摩擦色牢度性能及耐日晒色牢度性能，尤其在染色均匀性上，不存在锦氨包覆丝经皂洗后的露白现象，参考文献刘海婷，白秀娥，赵广兵，等。一步法锦纶氨纶包覆丝的包覆工艺LULLI2023,52(7)25方虹天，岳高升.锦氨复合弹性长丝力学性能及可染性分析及性能研究J.现代丝绸科学与技术,2 0 16,31(4):12 1-12 3.2张长乐，蔡韵梅.弹力包芯纱弹性与包覆效果的研究.棉纺织技术,2 0 0 0(9):5-9.3毛亚军，刘文华，姚玉元，等一步法锦/空气包覆纱的染色性能J.合成纤维,2 0 13,42(1):2 1-2 4.4罗锦，王慷，徐广标，等.纺织弹性纤维弹性机理及其发展动态纺织科技进展,2 0 0 9(2):1-4,7.5黄庆，崔宁，崔华帅，等.国内外弹性纤维的现状与发展J.纺织导报,2 0 0 9(7):6 0-6 4.6肖海英，肖红，施帽梧，等.三种弹性纤维的力学性能及应用特点J.合成纤维,2 0 0 8,37(12):2 4-2 8.Analyzing of Mechanical Properties and Dyeability of Polyamide-Polyurethane Composite ElasticFilamentsFANG Hong-tian,YUE Gao-sheng,YUAN Bei,XU Zhu-hong,CAO Chen-xiaoChina Textile Academy(Zhejiang)Technology Research Institute Co.,Ltd.,Shaoxing 312000,Zhejiang,ChinalAbstract:The mechanical properties and dyeing properties of the self-developed polyamide-polyurethanecomposite elastic filaments were studied.The cross-section and longitudinal structure of the polyamide-polyurethane composite elastic filaments were analyzed by scanning electron microscope.The elastic proper-ties and dyeing properties of the polyamide-polyurethane composite elastic filaments and the polyamide-polyurethane coated filaments were compared.The experiment shows that the polyamide-polyurethane com-posite elastic filaments form spring-like helix after being treated with boiling water,which produces elastici-ty,and its elastic recovery performance is close to the polyamide-polyurethane coated filaments.The polyam-ide-polyurethane composite elastic filaments have better color fastness and dyeing uniformity.Key words:polyamide-polyurethane composite filaments,elastic property,mechanical property,dyeingoronertv日上接第17 页Solvent Spinning Technology of Corn Straw PulpMA Sheng-dong2,HOU Zhe-sheng-2*,CUI Shi-qiang,ZHANG Yu-mei,ZHANG Su-feng,MA Yun-hais(1.Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,Jilin,China;2.Jilin Province Straw MaterializationEngineering Research Center,Jilin 132022,Jilin,China;3.Key Laboratory for Modification of ChemicalFibers and Polymer Materials,College of Material Science and Engineering,Donghua University,Shanghai201620,China;4.College of Bioresources Chemical and Materials Engineering,Shaanxi University ofScience and Technology,Xian 710016,Shaanxi,China;5.College of Biological and AgriculturalEngineering,Jilin University,Changchun 130025,Jilin,China)Abstract:In order to explore the application of corn straw,the corn straw pulp was prepared from corn strawstalk bark powder by anaerobic cooking method,and then the corn straw pulp was dissolved with N-methyl-morpholine N-oxide(NMMO)as solvent to produce spinning solution,finally,the spinning liquid was spuninto corn straw Lyocell fiber.The spinning solution was tested by rheometer.The results showed that thespinning solution was pseudoplastic non-Newtonian fluid.The mechanical properties,structure and appar-ent morphology of corn straw Lyocell fiber were characterized by strength extensimeter,X-ray diffractome-ter and scanning electron microscope,and compared with traditional wood pulp Lyocell fiber.The resultsshow that the tensile strength of corn straw Lyocell fiber reaches the industry standard,but the elongation atbreak is lower than the industry standard.The crystallinity of corn straw Lyocell fiber is 5.4%lower thanthat of wood pulp Lyocell fiber.The corn straw Lyocell fiber has smooth surface,no grooves and other de-fects,its appearance is basically the same as that of wood pulp Lyocell fiber.Key words:corn straw pulp,NMMO solvent,spinning,Lyocell fiber