牵伸定型工艺对FDY结构性能的影响

万方数据第２２卷第１期合　　　　　　成技术及应用Ｖｏｌ．　２２　　Ｎｏ．１２００７年３月　　ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＭａｒ．　　２００７牵伸定型工艺对ＦＤＹ结构性能的影响蒋　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　鹏’，罗红梅２（１，江苏仪化宇辉化纤有限公司，江苏仪征２１１９００；２．瑞士上海立达集团切粒机部，上海２０００６２摘　　　　要：牵伸是影响ＦＤＹ纤维性能最重要的过程。通过试验不同的牵伸条件，研究了牵伸对纤维强度、伸长以及沸水收缩率的影响，并分析了不同牵伸条件下纤维的结晶度和取向度的差异，以及对纤维力学性能的影响。　　　　关健词：ＦＤＹ；牵伸定型；结构；性能中图分类号：ＴＱ３　　　　４２．２１文献标识码：Ｂ文章编号：１００６－３３４Ｘ（２００７）０１－００５４－０３　　　　ＦＤＹ又称为全拉伸丝，其特点在于纺丝一拉伸纤维的温度上升，从而保证了纤维的牵伸。一步完成，所以与ＰＯＹ的生产相比，ＦＤＹ增加了牵表１　　　　　　　　　　　　ＧＲ，温度对纤维结构性能的影响伸定型工序。在牵伸和定型过程中，纤维的取向和ＧＲ，温度结晶发生变化，结构得到进一步完善。因而对于／℃　　／ｃＮ　强度伸长，沸水收缩取向度结晶＂　ｄｔｅｘ一Ｉ％　　率，％　　凡　　度，％ｓＦＤＹ生产，牵伸和定型是一个非常重要的过程，牵伸ｎ吕４０１２６．５　　　　　　　７．３０．８２０２５ｎ两月ｊ４０３２６．３　　　　　　　７．２０．８１０２４和定型工艺条件的选择直接影响到ＦＤＹ产品的机７ｎ己４０２２６．５　　　　　　　７．１０．８００２５械性能指标，许多特异性纤维都是通过改变不同的７，‘４０５２６．４　　　　　　　７．４０．８１０２５牵伸条件来实现的。笔者主要研究不同牵伸定型条６『、口４以２６．６　　　　　　　７．２０．８００２６件下ＦＤＹ纤维的结晶取向结构的变化，以及对纤维注：ＧＲ，　　　　，ＧＲＺ速度保持不变，ＧＲＺ温度不变强伸、沸水收缩率指标的影响，为ＦＤＹ差别化品种２．２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＧＲ。速度对ＦＤＹ结构性能的影响开发提供了一定的理论依据。　　　　随着ＧＲ；速度的提高，纤维取向度基本上呈现１试验下降趋势，如表２所示。当ＧＲ，速度达到２　５００　ｍ／ｍｉｎ以上时变化趋势变得不明显了。有文献指１．１原料出川，冷拉伸过程相当于将纺丝过程中形成的网络　　　　仪化公司３单元半消光切片，粘度：０．６４５　ｄＵ　ｇ，拉直。当纺丝速度达到２　５００　ｍ／ｍｉｎ，纺丝过程中张熔点２６１℃。力显著增加，初生纤维的取向度明显增加〔２－３］，虽然１．２仪器与设备热辊牵伸倍率比较低，但由于纺丝过程中纤维在外牵伸机：　　　　Ｄｉｅｎｅｓ公司，￥１９０双辊型；力的作用下已经有了一定的取向度，纤维的分子结卷绕机：　　　　Ｂａｒｍａｇ公司，ＣＷ６Ｒ－９００型；构也比较规整，最终纤维的取向度变化不明显。强伸仪：　　　　德国产，ＦＰＡ　Ｍ型；表２　　　　　　　　　　　　ＧＲＺ速度对纤维结构性能的影响Ｘ一射线衍射仪：　　　　ＲＩＧＡＫＵ公司Ｄ／ＭＡＸ－ＲＣ型；ＧＲ，速度强度　　伸长，沸水收缩取向度结晶差示扫描量热仪：美国产，Ｐｅ　　　　ｒｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ　ＤＳＣ－７／ｍ　＂ｍｉ　ｎ一Ｉ／ｃＮ　＂　ｄｔｅｘ一Ｉ％　　率，％　　Ｆｓ　　度，％型。１　２００　　　　　　４．０６１８．３７３０８８０．２８１　５００　　　　　　４．１５２６．４７．００８５０．２７２结果与讨论２０００　　　　　　　４．０３３２．０６．８０８００．２５２　５００　　　　　　３．８３３８．０５．４０７５０．３５２．１　ＧＲ，温度对ＦＤＹ结构性能的影响３　１００　　　　　　３．３０４４．１４．６０７４０．３８ＧＲ：温度对ＦＤＹ产品的结构和性能没有明显　　　　注：ＧＲ：速度保持不变，ＧＲ，，　ＧＲ２温度不变的影响，这与许多文献的研究不同，如表１所示。笔该试验中纤维断裂强度和断裂伸长指标以及纤者认为绝热拉伸理论可以很好地解释拉伸温度在收稿日期：２００７－０３一１１　　　　Ｔｓ亦可以正常牵伸的现象。由于拉伸速率较大，纤作者简介：蒋鹏（１　　　　９７４一），男，江苏启东人，工程师，长期从事化维在形变点产生的热量来不及传递到环境中，这样，纤生产工艺管理及市场开发工作。第１期蒋鹏．牵伸定型工艺对ＦＤＹ结构性能影响的研究万方数据维取向度随ＧＲＩ速度变化情况相同：随着ＧＲＩ速度的增加，纤维的断裂强度和断裂伸长率基本上呈线性关系。试验中ＧＲＩ速度在１２００　ｍ／ｍｉｎ时，过高的牵伸倍率使纤维受到一定的损伤，导致纤维强度下降。纤维的沸水收缩率指标与纤维的结晶度和牵伸　　　　倍率相关。该实验中在ＧＲ；速度较低时纤维的结晶度变化不大，当ＧＲＩ速度超过２　５００ｍ／ｍｉｎ时纤维结晶度大幅增加，其原因可能是ＧＲｌ速度快，纺程上纤维受到的张力比较大，较高的张力作用，使初生纤维的取向度较高，结构较规整，而较高的取向和张力条件诱导产生一定的结晶，虽然热辊拉伸倍率较低，最终纤维仍然产生较高的结晶度。与之对应，随着ＧＲ；速度的增加，纤维沸水收缩率不断降低。２．３定型温度对ＦＤＹ结构性能的影响随着定型温度的增加，纤维的取向度并没有显　　　　著的变化，如表３所示。文献〔’一“〕指出涤纶在紧张热定型条件下双折射率随定型温度的增加保持不变或略微增加。对于ＦＤＹ工艺路线，纤维在热辊上的定型是在一定的张力条件下进行的，因而纤维的热定型属于紧张热定型，所以纤维的取向变化不大，表２中纤维的断裂强度和断裂伸长随着定型温度的提高变化不大也证实了这一情况。定型温度对纤维结晶度的影响比较明显，　　　　涤纶纤维分子结晶的速率与温度有关，随着温度的提高结晶速率相应增加。该实验中纤维结晶度随定型温度的提高显著提高，沸水收缩率的变化关系与结晶度也呈现出良好的线性关系。表３　　　　　　　　　ＧＲｓ温度对纤维结构和性能的影响定型温度强度　　伸长沸水收结晶度／℃　　　　／ｃＮ　＂　ｄｔｅｘ一ｔ，％率率，％．％　　９２　　　　　　　　　　３．９２　　　　　　　３０．８　　　　３０．７　　　　０．８８　　　　　　　　２２０２３甲９００．８７２４ｌ２３．９１２２．３０．８５２７２２３．９５１１．５２８３２３．９７２９１４２　　　　　　　　３．９６　　　　　　２８．４　　　　　７．１　　　　　０．８５　　　　　　　　３２注．　　　　ＧＲＺ，ＧＲ：速度不变，ＧＲ，温度不变２．４　　　　　　　　ＧＲＺ速度对ＦＤＹ结构性能的影响　　　　在ＦＤＹ工艺拉伸路线中，纤维的拉伸可以分为两个过程，即纺丝过程中拉伸过程和热辊拉伸过程，两个过程合在一起构成纤维的总拉伸过程，如表４所示。在保持热辊拉伸倍率不变的情况下，随着ＧＲＺ速度的增加，纤维总的拉伸倍率是不断增加的。表４　　ＧＲ：速度对结构和性能的影响ＧＲ，速度／ｍ　ｎ一ｔＧＲ：速度强度／／ｃＮ＂伸长，沸水收取向度结晶＂　ｍｉ／ｍ　＂ｍｉ　ｎ一Ｉｄｔｅｘ一Ｉ％　　缩率，％凡度，％１　３１０３８加３．３１　　　　　３５．８　　　　８．００．７８２３１　　　４１４４　１００３．５６　　　　　２９．６　　　　７．８０．８３２５１　　　５１７４４００４．１３　　　　　２６．７　　　　７．３０．８５１　　　　　６２１　　　　　　４　７００　　　　　　４．１２　　　　　２３．３　　　　７．０　　　　０．８６　　　　３０注：　　　　ＧＲ，，ＧＲＺ温度不变　　　　拉伸速度对纤维结构的影响体现在两方面：一方面是当拉伸速度增加时，由于粘弹效用会使纤维的取向增加；另一方面是随着拉伸速度的提高，纤维的温度也会提高，这使纤维的松弛时间缩短，有效地使纤维取向降低，同时纤维的结晶度增加川。在该实验中对纤维拉伸速度的试验，是在保证拉伸倍数不变的条件下进行的，因而在拉伸速度增加的同时，纤维的ＧＲ１速度（即纺丝速度）也相应增加，随着纺丝速度的增加特别是对于矩形截面，喷头拉伸应力和纺程张力都显著增加，初生纤维的取向度也相应提高，这又使纤维在拉伸过程中拉伸应力增加，进一步导致纤维的取向和结晶的增加。综合以上各个因素，随着纤维拉伸速度的增加，纤维的取向和结晶都有一定的增加。与纤维的结构变化一致，纤维的断裂强度和断　　　　裂伸长率随拉伸速度的变化也符合这一现象，随着拉伸倍率的增加，纤维的沸水收缩率指标逐渐减小，也说明纤维的结晶度逐渐增大。２．５纤维结构与性能之间的关系文献〔　　　　１，３〕指出聚合物纤维的断裂伸长和断裂强度指标直接与纤维的平均取向度有关，如图１所示。从图１中可以看出，该实验的结果也与之相符，随着ＦＤＹ纤维取向度的增加，纤维的断裂伸长率不断降低，断裂强度增加。理论上认为，对于同种聚合物纤维的取向度增加，是由于纤维的分子链伸直程度的增加造成的，而分子链伸直程度越高，纤维的延展性也相应越低，表现为纤维的断裂伸长率降低，断裂强度增加，这与试验的结果也相符。咤　甲Ｊ００减３　Ｐ４ｏｏ．纸苍３．００湘、侧一苍２．００沐事．麟鑫０．７２　０．７４　０．７６　０．７８　０．８０　０．８２　０．８４　０．８６　０．８８取向度Ｆｓ．．卜强度￣劝－伸长图１纤维取向与机械性能的关系合成技术及应用第２２卷３结论ａ）　　　　　ＧＲＩ温度对纤维性能和结构影响不明显。　　　　ｂ）在保持ＧＲ：速度不变的条件下，改变ＧＲ；速度，当ＧＲＩ速度较低时纤维的结晶度变化不明显，而取向度基本上表现为单调增加，纤维的强度降低，加，纤维的结晶度和取向度都单调增加，这是由于拉伸速度增加以及纺丝速度增加协同作用的结果。纤维的断裂伸长率随拉伸速度的增加单调减少，断裂强度基本上单调增加。　　　　ｅ）纤维取向度与纤维的断裂强度和断裂伸长率相关，随着取向度的增加，纤维的断裂强度增加，万方数据断裂伸长率增加。纤维的沸水收缩率在ＧＲ，速度断裂伸长率降低。较低的条件下随ＧＲＩ速度的变化不明显，而当ＧＲＩ速度达到２　５００　ｍ／ｍｉｎ时其数值明显减小。参考文献：。）随着定型温度的提高，　　　　纤维的取向度没有明１沈新元，吴向东．高分子材料加工原理【Ｍ］．北京：中国纺织出版显的变化，纤维的结晶度则随着定型温度的提高而社，　　２０００．２６５，　２７６，２７８，２８５增加，纤维的断裂强度和断裂伸长率没有显著的变２董纪震，罗鸿烈．合成纤维生产工艺学（上册）［Ｍ］．第二版．北化，沸水收缩率随定型温度的提高迅速减小。　　京：中国纺织出版社，１９９３．２０３，４３３，４７７，４８８，４６７，５０６，５１０，４５８３郭大生，王文科．聚醋纤维科学与应用〔Ｍ］．北京：中国纺织出版ｄ）拉伸速度的试验表明，随着拉伸速度的增　　　　社，　　　　２００１．２９３Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ＦＤＹａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｂｙ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓＪｉａｎｇ　Ｐｅｎｇｌ，Ａｌｉｃｅ　Ｌｕｏ（Ｉ．　Ｋｚｈｅｎｇ　Ｕｎｉｆｉｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｚｈｅｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１１９００，　Ｃｈｉｎａ；２．　Ｒｉｅｔｅｒ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｓｅｒｖｉｃｅ＆Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　Ｃｅｎｔｒｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６２，　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ　　　　ｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｙａｍ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｗｏ　ＧＲ，ｗｈｉｃｈ　ａｆｅｃｔｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＦＤＹ　ｍｏｓｔ，ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，　ｔｈｅ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，　ｃｙｒｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ－ｔｈｅ　ｔｅｎａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ，　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅＢＷＳ　ｅｔｃ，　ｏｆ　ｙａｒｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙ　　　　　ｗｏｒｄｓ：　ＦＤＹ；　ｄｒａｗｉｎｇ；　ｐｒｏｐｅｔｒｉｅｓ（上接第４４页）Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｒｉｃｉｎｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ　　　　　　　　　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｅｌｆ　ｃｒｉｍｐ　ｆｉｂｅｒｓＷａｎｇ　Ｚｈｅｎｇｇｕｉｉ，Ｙａｎｇ　Ｆｅｎｇｃｈｕｎｉ，Ｚｈｕ　Ｘｉｎｓｈｅｎ犷，Ｃｈｅｎｇ　Ｊｉａｇｉｚ（１．　　　　　　　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｈｅｎｇｙｉ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３１１２０９，Ｃｈｉｎａ；２．　Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｉｓｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｅｌｆ　ｃｒｉｍｐ　ｆｉｂｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌ－ｙｓｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ　ａｎｄ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｅｒｓｅａｒｃｈ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｃｏｍｅ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｔｏ　ｆａｃｅ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｓ．Ｋｅ　　　　ｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｅｌｆ　ｃｒｉｍｐ　ｆｉｂｅｒ；ｔｈｅ　ｓｅｌｆ　ｃｒｉｍｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ