仿柞蚕丝聚酯纤维的形态结构和性能.pdf

第2 7 卷第1 1 期 2 0 0 6 年1 1 月 纺织学报 J o 唧_ I a lo fT e 姬I eR e 呲h V 0 1 2 7 N o v N o 1 1 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 6 ) 1 1 0 0 9 4 0 3 仿柞蚕丝聚酯纤维的形态结构和性能 管新海，白秀娥 ( 苏州大学材料工程学院，江苏苏州2 1 5 0 2 1 ) 摘 要 采用熔融纺丝法将改性聚酯切片制成具有与柞蚕丝相似截面形态和结构性能的仿柞蚕丝聚酯纤维，分别 探讨了仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝纤维的截面形态和结构性能。研究结果表明：仿柞蚕丝聚酯纤维与柞蚕丝纤维 具有相似的扁平状截面形态，其截面形态的均匀性较好；仿柞蚕丝聚酯纤维的取向因子、弹性形变、回弹率、柔量、 功系数、断裂强度和断裂伸长率都比柞蚕丝纤维的大，而其纤维的声模量和塑性形变比柞蚕丝的塑性形变小；随着 定伸长率的增加，仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝的弹性形变和回弹率都明显下降，但其塑性伸长有所增加。 关键词柞蚕丝；改性聚酯纤维；截面形态；取向结构；性能 中闰分类号：髑1 0 2 6 3文献标识码：A C o I l f 置g I l r a t i o na n dp r o p e n i e so ft l 地t l 塔s a l ls n k - l i k ep o l y e s t e r 肋e r G U A NX i 小h a i B A IX i u e ( S c 砌o Z 旷M 砒蒯E 画， 增，S D o c 伽昕渤e 糟毋，S 醌b “，施r 诊u2 1 5 0 2 1 ，醌i ) A b s 仃戢tT h em s s a hs i l k - l i k ep o l y e s t e r 砧e rw 鹪p r e p a r e dt l l o u 曲l e l ts p i n n i n gw i 血m o d i f i e dp o l y e s t e r c h i p s n ec r o s ss e c t i o n s ，c o l l f i g I l r a t i o n s 肌dp r o p e n i e s0 ft h em s s a l ls i 恢- l i k ep 0 1 y e s t e rf i b e ra I l dt h et u s s a I l s i l kw e r ei n v e s t i g a t e dr e s p e c t i v e l y T h er e s u l t 8s h o w e dt h a tt l l et u s s a hs i l k l i k ep 0 1 y e s t e rf i b e ri s s i 盎l a rt o t u s s a hs i l ki nn a tc r o s ss e c t i o n a ls h a p e ，h o w e v e r ，i t ss h 印eu n i f b 珈_ l i t yi sm u c hb e t t e r C o m p a r e d 试山t h e t u s s a hs i l k ，t l l et u s s a hs i l k ·l i k ep o l 弦s t e r 矧b e rh a sb e t t e ro 矗e n t a t i o nf a c t o r ，e l a s t i cd e f 豳a t i o n ，r e s i l i e n c y ， c o 唧l i a n c e ，c o e 伍c i e n t0 fw o r I 【，b r e a k i n gs t r e n g t ha n dt h er a t eo fb r e a k i n ge l o n g a t i o nb u t1 0 w e rs o n i cm o d u l u s 舳dp l a s t i cd e f o m a t i o n W 1 l e n 出ec o n s t a r I te l o n g a t i o n 掰t ei n c 地鹊e s ，b o t ht h ee l a s t i cd e f o n r l a t i o na n dt h e r e s i l i e n c yo ft h et w of i b e r sd e e r e a s es i 鼬i 矗c a n t l y ，w h i l e 血e i rp l a s t i cd e f o 彻a t i o nd s e st os o m ee x t e n t K e yw o r d st u s s a hs i l k ；I n o d i f i e dp o l y e s t e rf i b e r ；c m s ss e c t i o n a Is h 印e ；o r i e n t a t i o ns t m c t u r e ；p m p e r t y 柞蚕丝纤维质地滑爽，吸湿性好，穿着舒适，其 丝织品具有天然浅黄色彩和珠宝般的光泽。本文着 重研究仿柞蚕丝聚酯纤维形态和取向结构中大分子 的排列程度，探讨不同的纤维形态结构对其模量、弹 性特征以及力学性能的影响。 通过对仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝纤维在功 能、性能等方面的比较与分析，揭示其结构与性能的 内在联系和变化规律，从而使仿柞蚕丝聚酯纤维在 功能、性能等方面更接近于天然纤维材料的自然属 性，最终达到改善仿柞蚕丝聚酯纤维服用性能的目 的，为仿柞蚕丝聚酯纤维的工业化生产提供理论 依据。 1实验部分 1 1 材料 仿柞蚕丝聚酯纤维( 扁形) 5 5 6d t e x 1 2f ；改性 聚酯纤维( 圆形) 5 5 6d t e x 1 2f ；柞蚕丝纤维3 8d t e x 。 1 2 实验方法 1 2 1形态观察 用日本S 5 2 0 型扫描式电子显微镜在放大倍数 为10 0 0 倍时观察仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝纤维 的横截面微观形态。 收稿日期：2 0 0 6 0 l 一1 6修回日期：2 0 0 6 0 5 一1 6 作者简介：管新海( 1 9 5 5 一) ，男，副教授。主要研究领域为高分子材料和新纤维材料的研究与开发等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第1 1 期管新海等：仿柞蚕丝聚酯纤维的形态结构和性能 【9 5 】 1 - 2 2 纤维模量和取向度的测定 用S C Y 型声速取向测定仪在常温条件下分 别测定每个试样在2 0c m 和4 0c m 处声速传播所需时 间，然后计算其声速模量和取向因子。 1 2 3 当量扁平度的测定 用x P B 型透反射两用偏光显微镜测定丝纤维 横截面的当量宽与长的比值D 。，并用下式计算丝纤 维的横截面当量扁平度心 ： 当量扁平度= ( 1 一D 。) ×1 0 0 1 2 4 丝纤维弹性和力学性能测定 用Y G 0 0 3 型单纤维强力仪和Y G ( B ) 0 2 1 D x 型 台式电子单纱强力机测定纤维定伸长值分别为 2 、5 、8 、1 0 时的弹性特征和强伸度。试样长 度为l Om m ，拉伸速度为1 0 删商n 。 2 结果与讨论 2 1 丝纤维的形态结构 图1 为仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝的截面形 态。可见柞蚕丝纤维的横截面呈明显的不均匀和不 规则的扁平状引，其长度约为宽度的4 5 倍；仿柞 蚕丝聚酯纤维与柞蚕丝纤维具有相似的扁平状截面 形态，但其截面形状的均匀性较好。 ( a ) 仿柞蚕丝聚醅纤维( b ) 柞蚕丝 图l 纤维截面形态( ×10 ) 2 2 丝纤维的取向态结构 仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝纤维都具有各向异 性的特点。根据莫斯力( m o o s e l y ) 理论H 。，可通过声 波在纤维中的传播速度来计算纤维中分子链的取向 程度。经测试得到仿柞蚕丝聚酯纤维的声速值为 3 1 5k “s ，取向因子为O 8 1 63 ；柞蚕丝纤维的声速 值为3 1 8k l l l s ，取向因子为0 7 8 93 。 可见在相同实验条件下，仿柞蚕丝聚酯纤维和 柞蚕丝纤维中声波的传播速度不同但相差不大，由 于仿柞蚕丝聚酯纤维在无规取向时的声速值要小于 柞蚕丝纤维在无规取向时的声速值 5 ，致使仿柞蚕 丝聚酯纤维的取向因子要大于柞蚕丝纤维的取向因 子，这主要是由两者的成形加工过程不同所致。因 为柞蚕丝纤维是一种天然生物蛋白质高分子纤维材 料，大分子是由氨基酸组成，但由于大分子含有侧链 和多缠结分子链，侧基大，使多肽链倾于弯曲。从丝 纤维的聚集态结构看，不易沿纤维轴有序排列，从而 使柞蚕丝纤维大分子有序排列程度和分子结构致密 性下降，柞蚕丝纤维的取向度较小。而仿柞蚕丝聚 酯纤维中含有苯环与酯基相连的基团，其刚性较大， 在纺丝加工过程中，使得纤维材料内分子结构沿纤 维轴向有序排列，因此规整性要好于柞蚕丝纤维，仿 柞蚕丝聚酯纤维的取向度比柞蚕丝纤维的取向 度高。 2 3 丝纤维的声模量和柔量 用声速法测定的仿柞蚕丝聚酯纤维的模量是一 种动态弹性模量，它表征丝纤维抵抗外力作用时变 形的难易程度，是反映材料劲度以及韧性的基本表 征量。表l 为不同丝纤维的当量扁平度、声模量和 柔量。 表l 不同丝纤维的当量扁平度、声模量和柔量 由表l 可知：由于仿柞蚕丝聚酯纤维的几何截 面形态比柞蚕丝纤维具有较大的当量扁平度，以致 仿柞蚕丝聚酯纤维的声模量比柞蚕丝纤维的声模 量小，而仿柞蚕丝聚酯纤维的柔量比柞蚕丝纤维的 柔量大；仿柞蚕丝聚酯纤维的声模量比横截面呈圆 形形态的改性聚酯纤维的声模量要小得多，由纤维 模量与纤维柔量的反比关系拍。可知，仿柞蚕丝聚酯 纤维的柔量要比改性聚酯纤维的大。这说明虽然声 模量和柔量主要取决于纤维材料本身的化学结构和 分子有序排列程度，但还与其纤维加工成形的几何 形态有关，因此具有几何横截面形态的仿柞蚕丝聚 酯纤维具有比圆形横截面形态改性聚酯纤维更小的 声模量和更好的柔性。 2 4 丝纤维的弹性特征 丝纤维的弹性特征表征纤维的变形回复能力， 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 【9 6 】纺织学报第2 7 卷 它对纺织制品的耐磨性、抗折皱性、手感和尺寸稳定 性等有很大的影响。表2 给出了仿柞蚕丝聚酯纤维 和柞蚕丝纤维在相同实验条件下的弹性形变、塑性 形变和回弹率的变化值。 表2 不同丝纤维的弹性特征 由表2 可知，当纤维定伸长为2 、5 、8 、 1 0 时，仿柞蚕丝聚酯纤维的弹性形变和回弹率都 比柞蚕丝纤维的大，而其塑性形变比柞蚕丝的塑性 形变小。这表明仿柞蚕丝聚酯纤维的弹性回复比柞 蚕丝纤维的弹性回复好。随着纤维定伸长值从2 增加到1 0 时，仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝的弹性 形变分别从8 3 和5 7 下降至4 6 和3 5 ，其回弹 率分别从9 3 和8 4 下降至7 2 和6 9 ，但塑性形 变却有所增加；而仿柞蚕丝聚酯纤维弹性形变和回 弹率下降的程度都明显大于柞蚕丝纤维，这说明仿 柞蚕丝聚酯纤维的变形回复能力受纤维伸长变化的 影响较大。 仿柞蚕丝聚酯纤维在纺丝成形过程中纤维内的大分 子沿纤维轴有序排列，使仿柞蚕丝聚酯纤维具有较 好的力学性能。虽然柞蚕丝纤维是一种天然生物高 分子材料，具有高分子材料各向异性的特征，但由于 柞蚕丝纤维的非晶区较大，且大分子又具有较庞大 的侧链和多缠结分子链，有些分子的链段因受链问 交链的作用而发生较大曲折，不易沿纤维轴有序排 列，取向度相对较小，从而使柞蚕丝纤维的断裂强度 和断裂伸长率较低。从表3 还可看出，仿柞蚕丝聚 酯纤维的功系数亦比柞蚕丝纤维功系数大，这表明 在相同实验条件下，仿柞蚕丝聚酯纤维的韧性要比 柞蚕丝纤维好。 3结论 1 ) 仿柞蚕丝聚酯纤维与柞蚕丝纤维具有相似的 扁平状截面形态。柞蚕丝纤维具有较为明显的不均 匀和不规则的截面形态特征。 2 ) 仿柞蚕丝聚酯纤维的弹性形变和回弹率要比 柞蚕丝的大，而其塑性形变却比柞蚕丝的小。随定 伸长率的增加，仿柞蚕丝聚酯纤维和柞蚕丝纤维的 弹性形变和回弹率都明显下降，而其塑性伸长有所 增加。 3 ) 仿柞蚕丝聚酯纤维的取向因子、柔量、功系 数、断裂强度和断裂伸长率都比柞蚕丝纤维的大，但 其声模量比柞蚕丝的小，从而使其具有较好的柔 韧性。 2 5 仿柞蚕丝聚酯纤维的力学性能 参考文献： 由于仿柞蚕丝聚酯纤维与柞蚕丝具有相似截面 形态和结构，从而使仿柞蚕丝聚酯纤维在功能、性能 等方面更接近于天然柞蚕丝纤维。表3 为不同丝纤 维的强伸度和功系数值。 表3 不同丝纤维的强伸度和功系数值 纤维种类 ( 祭等) 嗽长功系数( c N ·d t e x “)翠， 仿柞蚕丝聚酯纤维 3 3 52 4 3 lo 8 1 43 柞蚕丝 3 2 62 2 9 3 O ”75 从表3 可看出，仿柞蚕丝聚酯纤维的断裂强度 和断裂伸长率都比柞蚕丝纤维的大。其主要原因是 陈稀，黄象安化学纤维实验教程 M 北京：纺织工 业出版社，1 9 8 8 2 0 1 2 1 1 李允成，徐心华涤纶长丝生产 M 第2 版北京： 中国纺织出版社，1 9 9 8 5 0 6 5 1 0 李栋高，蒋惠钧丝绸材料学 M 北京：中国纺织出 版社，1 9 9 4 3 5 5 3 6 5 赵华山，吴大诚，姜胶东，等高分子物理学 M 北 京：纺织工业出版社，1 9 8 2 2 3 0 一2 4 8 管新海改性柞蚕丝纤维的形态结构和性能研究 J 丝 绸，2 0 a 1 5 ，( 5 ) ：2 4 2 8 管新海，宋柯，毛羽平，等涤纶三叶异形长丝结构性 能研究 J 苏州丝绸工学院学报，1 9 9 5 ，8 ( 2 ) ： 4 5 4 9 1j 1j l 2 3 4 5 6 rI r； 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark