新型纳米级聚酯纤维.pdf
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1、纤 维 与 纱 线 新型纳米级聚酯纤维 M. Kamiyama,M. Numata 帝人纤维公司纤维研究开发部 (日本) Y. Ohkoshi 信州大学 (日本) 摘 要: 用多种纺丝技术, 研究了从微米到纳米级的纤维结构控制。纳米级纤维结构 控制的重要性可用两种方法阐明。其一是给出改善物理性质的模型或基本原 理, 例如结晶尺寸或分子取向。这个方法是为了连接宏观性质和纳米结构, 对 于聚合物设计和纤维结构极为重要。另一方法关注纳米纤维本身, 研究将指 出纳米纤维具有哪些新的卓越性质。 关键词: 纳米纤维, 聚酯, 结构, 性能 图 1 超细纤维的制造工艺 直径为 10 nm 的聚酯纳米纤 维仅
2、由 200 个高分子链组成。另 一方面, 常规的聚酯纤维由非常大 量的高分子链组成 (20 m 直径的 纤维由 8. 7 亿个高分子链组成) 。 为了把纳米纤维推向新市场, 关于 纳米纤维独特性质的评价方法是 非常必要的。 1 回顾和目标 众所周知, 用于非织造布的纳 米生产技术有熔喷纺丝、 闪蒸纺 丝、 纺粘法和静电纺丝 (图 1) 。新 的静电纺丝法正在迅速迈向生产 阶段, 两种互不溶混的聚合物进行 共混纺丝, 广泛地用于生产非织造 产品, 特别是人造革应用。这些技 术对于生产 10 300 nm 的纳米纤 6 国际纺织导报 2006 年第 6 期 PDF Watermark Remove
3、r DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤 维 与 纱 线 图 2 聚酯纳米纤维截面 图 3 截面对伸长行为的影响 维具有相当的潜力, 然而, 这些仅 限于由短纤维生产的非织造布和 组合。其重点是生产纳米级纤维, 因此纤维结构形成过程似乎并不 理想, 导致力学性质相对不足。 海岛型复合纺丝技术开发于 上世纪 80 年代, 但仍然是微米级 的, 必须用化学溶剂溶解海聚合 物。 因此, 决定把研制目标确定为 长丝型纳米纤维, 具有均匀的直 径、 高强度、 在纤维制造和应用中 容易加工, 而且生产工艺生态友 好
4、, 可用水溶解。 2 喷丝板设计技术 帝人公司聚酯纳米纤维由大 量的海岛复合纤维生产。图 2a 为 纳 米 纤 维 的 截 面 , 其 直 径 为 85 nm, 一根长丝中约有 1 000 个 岛。图 2b 为微米纤维。 必须把喷丝板设计成能使所 有的岛都是均匀的。最初, 在研究 的初期阶段, 只有非共轴截面图 3a, 海和岛之间的位置不够。如应 力应变曲线所示, 当海区断裂时, 扩散到整个截面, 导致纤维在较小 的伸长下断裂。随着研究的进展, 调整了喷丝板设计, 最终得到了理 想的截面图 3b。此时, 断裂伸长 提高到以前的 2 倍。拉伸伸长显 示 2 个阶段, 首先海区部分地断 裂, 稍稍
5、显示屈服点, 然后岛区顺 序地伸长到整个纤维的断裂点。 所以由这种截面可获得高拉伸比。 3 海区聚合物的溶解技术 第二个课题是用碱溶液把纳 米纤维岛从海基体中分离出来。 海区聚合物的溶解速度必须比岛 区聚合物的溶解速度快得多。如 果海区聚合物溶解的速度不够快, 纤维中心的海区聚合物仍保持未 溶解状态, 就不能完全分离纳米纤 维。首先, 观察了 25 个海岛用碱 溶液溶解的行为, 发现从纤维表面 到中心呈碱溶解的进行同心圆 (或 者如图 4 所示, 像葱头剥皮) 。根 据这种分离行为, 用模拟法估计碱 溶解海区聚合物所必需的速度。 例如表 1 中, 直径为500 nm 的300 个岛分布于 1
6、根纤维的 10 个圆圈 内, 为了完全分离又不损伤岛区, 估计海区聚合物必需的溶解速度 要比岛区聚合物的溶解速度快 1 000倍。 4 纤维性质 为了使纤维变细和产生高强 度, 没有海保护的皮芯效应, 高拉 伸比和高拉伸张力对于纺丝和拉 7 国际纺织导报 2006 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤 维 与 纱 线 图 4 海岛复合纤维中海区聚合物用碱溶液的溶解行为 表 1 估计所需海区聚合物溶解速度的模拟 海/ 岛溶解速度比复合长丝中心的海聚
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