几种涤纶长丝的力学性能对比分析.pdf

第 35 卷 第 2 期2023 年 6 月河南工程学院学报(自然科学版)JOURNAL OF HENAN UNIVERSITY OF ENGINEERING(NATURAL SCIENCE EDITION)Vol.35,No.2Jun.2023 几种涤纶长丝的力学性能对比分析 张海霞(河南工程学院 纺织工程学院,河南 郑州 450007)摘 要:对凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的基本结构和力学性能进行测试与分析,结果表明:吸湿排汗涤纶丝纵向表面有明显沟槽,凉爽涤纶丝、防紫外线涤纶丝与普通涤纶丝相似,纵向光滑且平直;结晶度大的纤维一般强度较大,变形能力较小;4 种涤纶长丝中,普通涤纶丝的拉伸断裂强度、勾接强度和打结强度最大,然后依次是防紫外线涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝,断裂伸长率排序相反;同种纤维的勾接强度大于其打结强度,且均小于其拉伸断裂强度;凉爽涤纶丝的耐磨性能最好,然后依次是吸湿排汗涤纶丝、普通涤纶丝、防紫外线涤纶丝;几种涤纶长丝的力学性能均能满足纺织加工的需要。关键词:凉爽涤纶丝;吸湿排汗涤纶丝;防紫外线涤纶丝;普通涤纶丝;力学性能 中图分类号:TS102.5 文献标志码:A 文章编号:1674-330X(2023)02-0001-04Comparative analysis of mechanical properties of several polyester filamentsZHANG Haixia(College of Textile Engineering,Henan University of Engineering,Zhengzhou 450007,China)Abstract:The basic structure and mechanical properties of cool polyester filament,wicking polyester filament,anti-UV polyester filament and ordinary polyester filament were tested and analyzed.The results show that there are obvious grooves on the longitudinal surface of wicking polyester filament,and the cool and anti-UV polyester filament are similar to ordinary polyester filament,which are smooth and straight in longitudinal direction.The fiber with greater crystallinity generally has greater tenacity and less deformation ability.Among the four kinds of polyester filament,the tensile breaking tenacity,loop tenacity and knotting tenacity of ordinary polyester filament are the largest,and the rest are anti-UV polyester filament,wicking polyester filament,and cool polyester filament,and the order of elongation at break is opposite.The loop tenacity of the same fiber is greater than the knot tenacity,and less than the tensile breaking tenacity.The wear-resistant performance of cool polyester filament is the best,and the rest are wicking polyester filament,ordinary polyester filament,and anti-UV polyester filament.The mechanical properties of several polyester filaments can meet the needs of textile processing.Keywords:cool polyester filament;wicking polyester filament;anti-UV polyester filament;ordinary polyester filament;mechanical property收稿日期:2022-08-23基金项目:河南省高等学校重点科研项目(19A540002)作者简介:张海霞(1971),女,河南郑州人,教授,博士,主要研究方向为功能性纺织材料。随着生活环境与健康观念的改变,人们对纺织品功能化的要求也越来越高,兼具功能性和舒适性的服装面料已成为国内外研究的热点1-2。凉爽涤纶丝是以涤纶为载体融入纳米云母颗粒开发的新型降温散热纤维,其导热性优于普通纤维,且具有较强的吸湿性和吸附性,化学性能稳定,是一种具有天然冰凉效果的新型功能性纤维3-4。吸湿排汗涤纶丝表面一般有微细粗糙的沟槽,利用纤维的毛细效应可使汗液经芯吸、扩散、传输等作用迅速迁移至织物表面并挥发,从而达到吸湿快干的功效5-6。防紫外线涤纶丝因为在纤维里添加了纳米级紫外线屏蔽剂而对紫外线具有一定的防御作用,加工的产品经反复洗涤和日晒后仍具有良好的防紫外线效果,是一种无污染、无伤害的功能性纤维7-8。本研究主要测试分析凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的基本结构与主要力学性能,以期为进一步开发具有优良耐久性的凉爽型吸湿透气防紫外线多功能纺织品提供理论参考。河南工程学院学报(自然科学版)2023 年1 1 试验1.1 试样试验用 4 种涤纶长丝分别为凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝,细度均为8.3 tex(75D/72F)。1.2 试验仪器与试验条件纤维的纵向形态:采用 Sigma 500 型扫描电子显微镜测试。纤维的结晶度:采用D8 ADVANCE 型X 射线衍射仪测试,陶瓷X 光管(Cu 靶),角度770,最小步长0.000 1。纤维的拉伸性能:采用 YG061 型电子单纱强力试验仪测试,隔距 500 mm,拉伸速度 500 mm/min,预加张力 0.5 cN/tex,试验 30 次。纤维的耐弯性能:分别测试纤维的勾接强力和打结强力,试验仪器、试验条件与纤维拉伸性能测试相同。计算勾接强度、打结强度、勾接强度率和打结强度率:勾接强度为勾接强力与 2 倍纤维线密度的比值;打结强度为打结强力与纤维线密度的比值;勾接强度率为勾接强度与拉伸断裂强度的百分比;打结强度率为打结强度与拉伸断裂强度的百分比。纤维的耐磨性能:采用 Y731D 型抱合力机测试,磨辊往复 120 次/min,往复行程 90 mm,砝码重 10 N,绕丝根数 20。每摩擦 10 次关闭电源,观察长丝被摩擦部分的开裂状态,记录开裂 6 mm 及以上的长丝根数,直到 20 根长丝全部开裂为止,每种涤纶长丝测试 10 次。2 2 结果与分析2.1 纤维的纵向形态凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的纵向形态如图 1 所示。图 1 4 种涤纶长丝的纵向形态Fig.1 Longitudinal morphology of the four polyester filaments由图 1 可知,吸湿排汗涤纶丝纵向表面有明显沟槽,使得它的比表面积增大、表面能增加、吸湿能力增强,同时利用毛细管效应能把皮肤表面散发的湿气和汗液快速传导至外层纤维,达到吸湿排汗的效果。凉爽涤纶丝、防紫外线涤纶丝与普通涤纶丝相似,纵向表面光滑且平直。2.2 纤维的结晶度凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的 X 射线衍射图如图 2 所示。图 2 4 种涤纶长丝的 X 射线衍射图Fig.2 X-ray diffraction patterns of the four polyester filaments根据 X 射线衍射图中峰的尖锐程度和衍射强度可分析物质的结晶度,峰越尖锐、衍射强度越大说明结2第 2 期张海霞:几种涤纶长丝的力学性能对比分析晶度越大。利用 JADE 软件,首先对图谱进行平滑处理,然后进行全谱拟合,得出非晶峰的强度,再手动拟合直至峰上面对应的曲线比较平缓,最后导出拟合报告,得到 4 种涤纶长丝的结晶度,见表 1。表 1 4 种涤纶长丝的结晶度Tab.1 Crystallinity of the four polyester filaments%试样凉爽涤纶丝吸湿排汗涤纶丝防紫外线涤纶丝普通涤纶丝结晶度1.581.820.542.05 由表 1 可知,4 种涤纶长丝的结晶度由大到小依次为普通涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝、防紫外线涤纶丝。结晶度为结晶区占整根纤维的百分比,结晶区中大分子间由于侧吸引力形成许多固定连接点,分子排列规整性好,分子间结合力强,能够承受较大外力,受力时变形较小、坚固稳定;无定形区中大分子侧吸引力形成的固定连接点很少,受外力作用时容易滑移而产生较大的变形,且由于大分子呈随机弯曲状态,外力只作用于少数大分子上,故承受外力的能力不足。结晶度相同时,结晶结构的分布对纤维性质也有影响,一般以结晶颗粒小且分布均匀为宜。2.3 纤维的拉伸性能凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的拉伸性能测试结果如表 2 所示。表 2 4 种涤纶长丝的拉伸性能Tab.2 Tensile properties of the four polyester filaments试样断裂强力/cN断裂强度/(cNtex-1)断裂伸长率/%断裂功/mJ凉爽涤纶丝276.1633.2620.83184.69吸湿排汗涤纶丝293.9335.4118.44168.24防紫外线涤纶丝298.8036.0015.05138.76普通涤纶丝319.3338.4614.46134.80 由表 2 可知,4 种涤纶长丝的断裂强度由大到小依次是普通涤纶丝、防紫外线涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝,断裂伸长率排序与此相反。4 种涤纶长丝中,凉爽涤纶丝虽然断裂强度最小,但其断裂伸长率最高,所以断裂功排在首位,说明其韧性相对最好,抵抗拉伸外力破坏的能力较强。影响纤维拉伸性能的因素可分为内因和外因两个方面,在环境温湿度和仪器测试条件等外因保持不变的情况下,主要是内因(纤维结构)在起作用。纤维的结晶度越大,则纤维中排列规整的区域越大,由于结晶区是高强高模的区域,所以该区域增大则纤维的断裂强度会不同程度增大,而断裂伸长率会降低。同时,拉伸性能还取决于晶粒的大小与分布,当晶粒较大或结晶区为连续相时,纤维强度会明显增大,纤维变脆9。从表 1 中的结晶度数据可知,普通涤纶丝结晶度最大,然后依次为吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝、防紫外线涤纶丝,故普通涤纶丝断裂强度大于其他涤纶丝,而断裂伸长率排序与断裂强度相反;防紫外线涤纶丝结晶度最小,但其断裂强度却不是最小,可见除了结晶度,还有其他结构因素会影响纤维的拉伸性能。拉伸性能好的纤维,在生产过程中可以承受较大的张力,降低断头率,从而减少劳动用工、降低设备能耗、提高织机效率,同时提高产品质量。4 种涤纶长丝的拉伸性能均能满足纺织加工需要。2.4 纤维的耐弯性能凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的耐弯性能测试结果如表 3 所示。表 3 4 种涤纶长丝的耐弯性能Tab.3 Bending resistance of the four polyester filaments试样勾接强力/cN勾接强度/(cNtex-1)勾接强度率/%打结强力/cN打结强度/(cNtex-1)打结强度率/%凉爽涤纶丝522.0731.4594.56247.5629.8289.66吸湿排汗涤纶丝555.2733.4594.46265.4631.9790.29防紫外线涤纶丝573.2034.5395.92271.7032.7390.92普通涤纶丝629.1437.9098.54290.9035.0491.11 在实际生产中,纤维的耐弯曲性能常用勾接强度或打结强度来反映。由表 3 可知,4 种涤纶长丝的勾接强度和打结强度由大到小均依次是普通涤纶丝、防紫外线涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝,与拉伸强度排序一致。勾接强度或打结强度大的纤维,耐弯曲性能较好,不易弯折损坏。表 3 中的勾接强度率高于打3河南工程学院学报(自然科学版)2023 年结强度率,且两者均小于 100%,说明纤维的勾接强度和打结强度均小于其拉伸断裂强度。主要原因是纤维在勾接和打结处产生弯曲变形,弯曲边缘的纤维已因高曲率的弯曲而受损伤甚至弯折,这会引起内应力不均和断裂不同时,导致勾接强度和打结强度小于其拉伸断裂强度。2.5 纤维的耐磨性能凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝在相同的试验条件下,不同摩擦次数时的劈裂根数测试结果如表 4 所示。表 4 4 种涤纶长丝的劈裂根数Tab.4 Number of split roots of the four polyester filaments试样劈裂根数 摩擦 10 次摩擦 20 次摩擦 30 次摩擦 40 次摩擦 50 次摩擦 60 次摩擦 70 次摩擦 80 次凉爽涤纶丝5.612.315.717.118.619.719.920.0吸湿排汗涤纶丝7.213.516.618.519.219.720.0防紫外线涤纶丝8.916.118.319.320.0普通涤纶丝8.214.217.118.719.320.0 涤纶长丝在受到磨料往复摩擦时,表面丝束直接与磨料接触,表面丝束受到磨损后,磨料深入长丝表层,在磨料的切割和摩擦作用下,丝束开始分散劈裂,使长丝结构解体和破坏。在相同的摩擦次数条件下,劈裂 6 mm 及以上的涤纶长丝根数越多,说明其耐磨性能越差。由表 4 可知,4 种涤纶长丝中耐磨性能最好的是凉爽涤纶丝,然后依次是吸湿排汗涤纶丝、普通涤纶丝和防紫外线涤纶丝。涤纶长丝的耐磨性能越好,织造时损坏就越少,既可以减少织造时的断头率,提高生产效率,使织造顺利进行,又可以减少织物布面的庛点;涤纶长丝的耐磨性能越差,织造时断头率越高,生产效率越低,同时产生的毛丝较多,影响产品质量。3 3 结论对凉爽涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、防紫外线涤纶丝、普通涤纶丝的纵向形态、结晶度、拉伸性能、耐弯性能、耐磨性能进行测试与分析,得出以下结论:(1)吸湿排汗涤纶丝纵向表面有明显沟槽,凉爽涤纶丝、防紫外线涤纶丝与普通涤纶丝相似,纵向表面光滑且平直。(2)普通涤纶丝的结晶度最大,然后依次为吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝、防紫外线涤纶丝。其他条件相同时,结晶度大的纤维一般强度较大、变形能力较小。(3)4 种涤纶长丝中,断裂强度最大的是普通涤纶丝,然后依次是防紫外线涤纶丝、吸湿排汗涤纶丝、凉爽涤纶丝,断裂伸长率排序与断裂强度相反。凉爽涤纶丝断裂功较大,抵抗拉伸外力破坏的能力较强。4 种涤纶长丝的拉伸性能均能满足纺织加工需要。(4)4 种涤纶长丝勾接强度和打结强度排序均与拉伸断裂强度一致,同种纤维的勾接强度大于其打结强度,且均小于其拉伸断裂强度。勾接强度或打结强度大的纤维,在生产和使用过程中不易弯折或被破坏。(5)在相同摩擦次数条件下,涤纶长丝劈裂 6 mm 及以上的根数越少,说明其耐磨性能越好。4 种涤纶长丝中耐磨性能最好的是凉爽涤纶丝,然后依次是吸湿排汗涤纶丝、普通涤纶丝和防紫外线涤纶丝。参考文献:1 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