PP／PET合金纤维的制备及其力学性能研究

第３期（２００６）　金山油化纤　ＰＰ／ＰＥＴ合金纤维的制备及其力学性能研究　郭林锋骆唐文王依民　（东华大学化学纤维研究所，上海２０００５１）　摘要：在聚丙烯（ＰＰ）与聚苯对二甲酸乙二酯（ＰＥＴ）共混体系中添加增容剂ＰＰ—ｇ—ＡＡ，用扫描电镜对共混挤出物　的断面进行观察，结果发现：增容剂的加人大大改善了ＰＰ与ＰＥＴ两相的相容性，增容剂的最佳添加量为ＰＥＴ质量的５０％。　用ＰＰ／ＰＥＴ共混物制备了合金纤维，观察了纤维断面形貌，并测试了这种合金纤维的力学性能，发现ＰＰ／ＰＥＴ／ＰＰ—ｇ一从　质量比为９０：１０：５时，合金纤维的力学性能最好。　关键词：聚丙烯（ＰＰ）聚酯（ＰＥＴ）共混增容剂相容性合金纤维　聚丙烯（ＰＰ）具有许多优异的性能：质轻，无　毒，电绝缘性能、化学稳定性好，易加工成型…，　因而用途很广。但ＰＰ的一些缺点限制了其应用　领域的进一步扩大，比如，由于ＰＰ分子链中甲基　持２　ｈ使其预结晶，然后在１２０　ｏＣ下干燥２４　ｈ以　上。　将ＰＰ置于真空转鼓烘箱内，于１２０　ｏＣ干燥　１２　ｈ。　（一ＣＨ　）的存在，分子链柔性下降，结晶度高，晶　粒粗大，成型加工时收缩率高，产品脆性大、韧性　差　。特别是由于模量较低，限制了ＰＰ纤维在　服装和产业用品领域中的应用。　选用增容剂ＰＰ—ｇ—ＡＡ，通过共混提高ＰＰ　与聚对苯二甲酸乙二酯（ＰＥＴ）的相容性，并用共　混粒料制备了合金纤维。力学性能测试表明：　ＰＥＴ的质量分数低于２０％时，合金纤维的强度、　ＰＰ／ＰＥＴ共混粒料与ＰＥＴ的干燥条件相同。　１．２．２共混物及合金纤维的制备　用ＤＡＣＡ双螺杆挤出仪将干燥的ＰＥＴ、ＰＰ及　ＰＰ—ｇ—ＡＡ按不同的配比挤出，制备共混挤出　物。　选择合适的配比及最佳的共混条件，用双螺　杆共混挤出机进行共混和造粒。ｍ（ＰＰ）／ｍ　（ＰＥＴ）／ｍ（ＰＰ—ｇ—ＡＡ）分另０为９０：１０：０、８０：１０：　５、８０：２０：１０和７０：３０：３０。　模量均有较大的提高，伸长率也大大降低。　将干燥后的共混粒料用复合纺丝机（日本　１　实验部分　１．１主要原料　ＡＢＥ公司生产，螺杆规格为０２５　ｍｍ×２　ｍｍ）纺　丝。　１．２．３　断面形态观察　ＰＥＴ切片，上海联吉合纤有限公司生产，特性　黏度［叼］为０．６５；　ＰＰ，上海石化股份有限公司生产，纺丝级，熔　将共混挤出物浸入液氮中，保温３０　ｍｉｎ后加　以脆性断裂，对断面进行真空镀金，然后在ＸＬ一　３０ＥＳＥＭ—ＴＭＰ扫描电子显微镜下进行观察。　体流动速率为ｌ６　ｇ／１０ｍｉｎ；　ＰＰ—ｇ—ＡＡ，沈阳金维斯橡塑科技有限公司　生产，接枝率为３％。　１．２实验　１．２．１原料干燥　将ＰＰ／ＰＥＴ合金纤维放人质量分数为３０％的　收稿日期：２００６一ｏ６—２Ｏ。　作者简介：郭林锋，女，１９８１年出生，毕业于郑州大学材料科　学与工程学院，现为东华大学材料科学与工程学院在读硕士　研究生．从事有关ＰＰ／ＰＥＴ共混及其合金纤维的研究工作，　将ＰＥＴ置于真空转鼓烘箱内，在９０℃下保　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２５卷　热（８０～８５　０Ｃ）ＮａＯＨ浓溶液中，浸泡２０　ｍｉｎ后漂　洗至中性，烘干。对合金纤维表面镀金后用扫描　电镜（ＳＥＭ）观察分散相ＰＥＴ水解后纤维表面形　态的变化。　１．２．４　力学性能测试　加，分散相粒径减少，提高了共混物中分散相形态　结构的稳定性。使用增容剂可以得到优良的“海　一岛”两相分散结构、分散相纤维化以及分散相　层化的两相结构，因此赋予共混体特殊性能　ｊ。　增容剂在分散相ＰＥＴ和基体ＰＰ问充当“粘　结物”　，因此当ＰＥＴ含量增加时，应适当增加增　容剂的添加量。　图１所示为４个挤出共混物样品（样品中ＰＰ　与ＰＥＴ的质量比均为９０：１０）的断面形态。图１　中ａ图所示的样品中没有添加增容剂，ｂ、ｃ、ｄ图　所示的样品中增容剂的添加量分别为２．５％、５％　用万能测试仪（ＤＸＬＬ一２００００Ａ）对合金纤维　进行力学性能测试。　２结果与讨论　２．１共混挤出物断面形态分析　增容剂分布于ＰＰ和ＰＥＴ两种聚合物的界面　上，起着表面活性剂的作用　，使界面层厚度增　和７．５％。共混条件为：温度２８５　０Ｃ，螺杆转速　１５０　ｒ／ｍｉｎ，停留时间１５　ｍｉｎ。　图１　增容剂的添加量对共混挤出物断面形态的影响　从图１可以看出，未添加增容剂时，ＰＰ与　ＰＥＴ为完全不相容体系，球状ＰＥＴ分散相粒子分　与ＰＥＴ的相容性得到改善，面且分散相尺寸也大　大降低；加入７．５％的增容剂后，分散相尺寸又有　所增大，可能是因为低分子质量的增容剂增多又　导致增容剂本身凝聚在一起，形成了不规则的　“分散相”。由此可见，随着增容剂增加，两相的　相容性越来越好，分散相尺寸变小，分布也越来越　散在基体ＰＰ内，分散相与基体间有明显的孔洞　和缝隙；加入２．５％的增容剂后，ＰＰ与ＰＥＴ的相　容性大大改善，孔洞和缝隙明显减少，不过分散相　尺寸仍然比较大；加入５％的增容剂后，不仅使ＰＰ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期（２００６）　郭林锋等．ＰＰ／ＰＥＴ合金纤维的制备及其力学性能研究　均匀；当增容剂的添加量增加到５％时，体系的相　容性和分散相的尺寸均达到最佳状态。在本实验　条件下，增容剂的最佳添加量为５％，即占ＰＥＴ质　量的５０％。　实验所用的共混设备为微型双螺杆共混仪，　虽然得到的共混物的分散相尺寸及其分布都远远　不及出自大型双螺杆共混仪的共混物，但实验所　反映的共混规律对于用大型共混仪进行的共混具　有指导意义，而且采用微型双螺杆共混仪对共混　体系进行研究的方法省时、省力，还大大节省了原　料，降低了研究成本。研究发现，将使用微型双螺　杆共混仪所得到的共混规律应用于大型双螺杆共　混仪时，分散相的尺寸在０．１～２　ｍ范围内，表　明ＰＰ／ＰＥＴ共混体系的质量达到了纺丝要求。　２．２合金纤维的表面形态　图２为经热ＮａＯＨ溶液处理后的合金纤维的　表面性态，ＰＥＴ被碱溶液溶解掉后留下的槽痕清　晰可见，说明分散相ＰＥＴ原位成纤　Ｊ。这些成纤　的ＰＥＴ分散相会使合金纤维的力学性能，特别是　模量大大提高。　图２在热碱溶液中处理后的合金纤维的表面形态　２．３合金纤维的力学性能　组成不同的ＰＰ／ＰＥＴ／ＰＰ—ｇ—ＡＡ合金纤维　的力学性能如表１所示。　表１不同组成的合金纤维的力学性能　由表１可以看出，增容后合金纤维的伸长率　下降，这是因为分散相ＰＥＴ在纺丝后原位成纤，　充当ＰＰ的骨架材料，从而导致纤维的伸长率下　降。除了ｍ（ＰＰ）／ｍ（ＰＥＴ）／ｍ（ＰＰ—ｇ—ＡＡ）为７０　：３０：３０的合金纤维外，其他合金纤维的强度和模　量均得到较大的提高。ｍ（ＰＰ）／ｍ（ＰＥＴ）／ｍ（ＰＰ　—ｇ—ＡＡ）为７０：３０：３０的合金纤维各项性能下降　是低分子质量相容剂的添加量过多所致。另外，　ｍ（ＰＰ）／ｍ（ＰＥＴ）／ｍ（ＰＰ—ｇ—ＡＡ）为９０：１０：５的　合金纤维的强度和模量最大，而伸长率也较大，是　一种高韧性的纤维。　３　结论　ａ．增容剂ＰＰ—ｇ—ＡＡ对ＰＰ／ＰＥＴ共混体系　有着良好的增容作用，随着增容剂加入量的增加，　两相的相容性越来越好，分散相尺寸越来越小，分　布也更加均匀。增容剂添加量有一最佳值，在本　实验条件下为ＰＥＴ质量的５０％。　ｂ．合金纤维经热ＮａＯＨ溶液处理后，ＰＥＴ被　碱溶液溶解掉后在纤维表面留下的细长形槽痕清　晰可见，说明分散相ＰＥＴ原位成纤　，这些成纤　的ＰＥＴ分散相会使合金纤维的力学性能，特别是　模量大大提高。　Ｃ．增容后合金纤维的强度和模量有较大的　提高，伸长率也有一定程度的降低，其中质量比为　９０：１０：５的合金纤维的强度和模量最大，而伸长率　也较大，是一种高韧性的纤维。　参考文献　１　欧阳万均．ＰＰ／ＰＥＴ共混体系及其相容剂的研究，中山大学硕　士学位论文，２００１　２赵敏，高俊刚，邓奎林，等．改性聚丙烯新材料．北京：化学工业　出版社，２００２．４　３李忠明，杨鸣波，黄锐，冯建民．高分子材料科学与工程，２００３，　１９（２），１６～ｌ９　４　Ｌｉ，Ｚ．Ｍ．，Ｙａｎｇ，Ｍ．Ｂ．ｅｔ　ａ１．Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）／ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｍｉｅｍｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｏｒｍｅｄ　ｖｉａ　ｓｌｉｔ—ｄｉｅ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｏｔ—ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ．２００２，３７（１３）：２　１８５～２　１９７　５　Ｊａｎｉｋ，Ｊ．，Ｌｅｎａｒｔ，Ｓ．ｅｔ　ａ１．Ｐｏｌｙｍｅｒ　ｂｌｅｎｄｓ　ＰＥＴ／ＰＥ—ＬＤ　ａｎｄ　ＰＥＴ／　ＰＰ　ｗｉｔｈ　ａ　ｎｅｗ　ｅｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ　Ｐｏｌｉｍｅｒｙ．Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，２００４，４９（６）：　４３２～４４１　６　Ｌｉ，Ｚ．Ｍ．，Ｙａｎｇ，Ｍ．Ｂ．ｅｔ　ａ１．Ｉｎ—ｓｉｔｕ　ｍｉｅｍｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＥＴ　ａｎｄ　ＰＥ　ｖｉａ　ｓｌｉｔ　ｄｉｅ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｏｔ　ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ：ｉｎｆｌｕ—　ｅｎｅｅｓ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｔ　ａ　ｉｆｘｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．２Ｏ０３，４３（３）：６１５－６２８　（下转第３４页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

・３４・　表２原料Ｈ：的质量指标　项目　指标　≥９５　≤１０　≤２０　≤１．０　≤０．５　金山油化纤　第２５卷　约费用１　６００万元以上。按设计要求，催化剂的　更换频次为２～３次／年，处理倍数为１万倍，即１　ｋｇ催化剂生产１０　ｔ　ＰＴＡ。国内ＰＴＡ装置催化剂　处理倍数一般为２～３万倍，而本装置一批催化剂　就使用了３年零４个月，处理倍数达到了５．９８万　倍，累计生产ＰＴＡ　１　０７６　ｋｔ，钯碳催化剂在应用水　平在国内处于领先地位。　参考文献　纯度，％　ＣＯ／ｍＬ．ｍ一　Ｃ０＋ＣＯ２／ｍＬ・ｍ一　硫化物／ｍｇ・ｋｇ　氯化物／ｍｇ・ｋｇ　表３去离子水的质量指标　项目　铜／ｍｇ・ｋｇ　指标　≤０．２　～１郭增山．钯一碳催化剂损坏的原因．聚酯工业，２００１，１４（４）：ｌ　３　铁／ｍｇ・ｋｇ　ＳＯ４　一／　ｇ・ｋｇ一　≤０．５　≤３０　２卢晓飞．延长Ｐｄ／Ｃ使用寿命的途径．聚酯工业，２００２，１５（１）：　３０～３３　３陈筱金．Ｐｄ／Ｃ催化剂失活原因分析与改进措施．化学反应工　４效果　采取上述措施后取得了明显的效果，生产成　本降低，为企业至少节约了１．５批钯碳催化剂，节　程与工艺，２００２，ｌ８（３７）：２７５～２７８　４张永福．对苯二甲酸精制用催化剂（Ｐｄ／Ｃ）微型分析研究．催　化学报，１９８９，１０（３）：２３７～２４３　５　丁国富．延长ＰＴＡ装置钯碳催化剂使用寿命的技术措施．聚酯　工业，１９９５（３）：２４～２７　Ｃａｕｓｅｓ　ｆｏｒ　Ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｄ－－Ｃ　Ｃａｔａｌｙｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　Ｍｅｎｇ　Ｘｉｎ　（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｓ　Ｄｉｖ￣ｉｏｎ，ＳＩＮＯＰＥＣ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．２００５４０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｆｏｒ　ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｄ—Ｃ　ｃａｔａｌｙｓｔ，ｔｈｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉ￣ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｃａｔａｌｙｓｔ　ｗａｓ　ｐｒｏ－　ｌｏｎｇｅｄ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｌｉｋｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｆｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｎｇ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｎ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｔｅｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃａｔａ—　ｌｙｓｔ．Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｃａｔａｌｙｓｔ　ｒｅａｃｈｅｄ　５９，８００，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ａ，Ｐｄ—Ｃ　ｃａｔａｌｙｓｔ，ａｃｔｉｖｉｔｙ，ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ　（上接第１３页）　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＰ／ＰＥＴ　Ａｌｌｏｙ　Ｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｉｔｓ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　Ｇｕｏ　Ｌｉｎｆｅｎｇ　Ｌｕｏ　Ｔａｎｇｗｅｎ　Ｗａｎｇ　Ｙｉｍｉｎｇ　（Ｓｙｎｔｅｔｈｃｉ　Ｆｉｂｅｒｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００５　１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＰＰ—ｇ—ＡＡ　ｗａｓ　ｓｅｒｖｅｄ　ａｓ　ａ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｌｅｎｄｓ　ｏｆ　ＰＰ／ＰＥＴ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ＳＥＭ　ｐｉｃｔｕｒｅｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ　ｏｆ　ＰＰ—ｇ—ＡＡ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｃ０ｍｐａｔｉｂｉｌｉｚａｔｉ０ｎ　０ｆ　ＰＰ／ＰＥＴ　ｂｌｅｎｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ　ｉｓ　５０％（ｂｙ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ＰＥＴ）．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ＰＰ／ＰＥＴ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｉ－　ｂｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ，ｆｉｂｅｒ　ｂｒｏｋｅｎ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ＳＥＭ　ａｎｄ　ｆｉｂｅｒ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｍｅａｓ－　ｕｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　ＰＰ／ＰＥＴ／ＰＰ—ｇ—ＡＡ　ｏｆ　９０／１　０／５　ｈａｓ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＰ，ＰＥＴ，ｂｌｅｎｄｓ，ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ，ｃ０ｍｐａｔｉｂｉｌｉｚａｔｉ０ｎ，ａｌｌｏｙ　ｆｉｂｅｒ