弹性聚酯PTT纤维性能测试研究

弹性聚酯PTT纤维性能测试研究
吴惠英
【摘要】对比分析了PTT、PA、PTT/PET、PTT/PBT以及高收缩PET等5种纤维的拉伸、回弹、卷曲性能及沸水收缩性.实验表明,PTT纤维具有优良的弹性回复率,PTT/PET、PTT/PBT纤维的的卷曲性和沸水收缩性能更为优异,因此在今后PTT 纤维的研究中可以尝试对其结构改进以更好发挥其性能优势.
【期刊名称】《现代丝绸科学与技术》
【年(卷),期】2008(023)001
【总页数】3页(P6-8)
【关键词】PTT纤维;弹性回复率;卷曲性;沸水收缩性
【作者】吴惠英
【作者单位】苏州经贸职业技术学院,江苏,苏州,215009
【正文语种】中文
【中图分类】TS1
本研究采用XD-1纤维细度仪、Perkin-Elmer DSC热分析仪，分别对PTT、PA、PTT/PET、PTT/PBT(共混丝)以及高收缩PET纤维进行了线密度、玻璃化温度(Tg)的测试，重点对纤维的拉伸性能、定伸长反复拉伸回弹性能、卷曲性以及沸水收缩率等性能指标进行测试分析，为进一步对PTT纤维的开发及应用提供理论基础。

1 试样和测试方法
1.1 试样
试样规格参数见表1。

表1 试样规格试样PTTPAPTT/PETPTT/PBT高收缩PET线密度
/dtex1．392．622．932．722．11Tg/℃59．954．848．849．155．7
1.2 测试方法
1.2.1 纤维拉伸性能测试
采用XQ-1纤维强伸度仪进行测试，预加张力0.2 cN，有效夹持距离为10 mm，夹持器下降速度为10 mm/min，测试样品根数为10。

1.2.2 定伸长反复拉伸回弹性测试
采用Instron 5500全数字式电子万能试验机进行测试。

预加张力0.2 cN，有效夹持距离10 mm，反复拉伸次数10次，夹持器下降速度10 mm/min，样品测试根数10。

定伸长值分别设定为有效夹持距离的5%、10%、15%、20%，按下式计算拉伸弹性回复率。

拉伸弹性回复率
(1)
式中，L0—试样原始长度；L1—试样拉伸至定伸长后的长度试样复位后的长度。

1.2.3 纤维卷曲性测试
采用TEXTURMATM卷曲仪及YG086缕纱测长仪进行测试，选择卷曲收缩率(CC)、卷曲模量(CM)、卷曲稳定度(CS)作为测试指标。

计算公式如下：
(2)
(3)
(4)
式中：Lg—使试样承受0.2 cN/dtex的张力，持续10 s后测量的试样长度；Lz—使试样承受0.001 cN/dtex的张力，持续10 min后测量的试样长度； Lf—
使试样承受0.01 cN/dtex的张力，持续10 s后测量的试样长度； Lb—使试样承受1.0 cN/dtex的张力，持续10 s后，将试样所承受的负荷减至0.001 cN/dtex，再持续20 min，测量的试样长度。

1.2.4 纤维沸水收缩率测试
参照GB6505-2001进行，热水处理时间为30 min，温度50～100 ℃，每隔10 ℃设置一个测试点，每测试点进行5次热水收缩率的实验。

按下式计算热收缩率
S(%)。

(5)
式中：L0—试样热处理前的长度；Ls—试样热处理后的长度。

2 结果与讨论
2.1 纤维拉伸性能
试样纤维的拉伸应力-应变曲线如图1所示。

图1 试样纤维的应力-应变曲线
纺织纤维在整个拉伸变形过程中，当受到较小的外力作用时，首先伸直的是非晶区内长度最短的大分子链，纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链的伸展及分子链间横向连接键产生变形的结果。

外力除去后，纤维的分子链和横向连接键将回复到原来位置，呈现完全弹性回复。

而当外力增大到一定值时，无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受外力的作用而发生键的断裂。

从图1中可以看出，PTT纤维的断裂强度虽然比PA等纤维低，但断裂伸长率却比
PA高，并且明显高于高收缩PET纤维以及其他两种复合丝，这主要是由PTT分
子的特殊结构特点所决定。

同属聚酯类纤维，PET的结晶单元在C轴上的长度达
到了分子链完全展开时的98%左右，所以只要稍加拉伸，就可以成为完全反式构
象的纤维，而PTT的结晶单元在C轴上的长度则是分子链完全展开时的75%，因此，PTT较容易发生变形，延伸性能良好，体现了在外力作用下较大变形的优势，其断裂伸长率达到了42.33%。

2.2 定伸长反复拉伸回弹性
定伸长反复拉伸是纤维弹性回复性能的一个重要测试方法，定伸长值不同时，纤维的反复拉伸回复性能也不同。

图2是定伸长为5%、10%、15%、20%时纤维的弹性回复率，PTT等纤维的拉伸回复性能主要表现出以下规律特征：
图2 试样纤维定伸长反复拉伸回复率
(1)玻璃化温度越低，大分子链越柔软，则急弹伸长、缓弹伸长越大，纤维越容易
发生变形，回弹性越好。

PTT/PBT的玻璃化温度为49.1 ℃，相对较低，其纤维容易发生变形，同时表现出弹性回复率也较好；而PTT纤维的玻璃化温度为59.9 ℃，相对较高，但纤维的弹性回复率几乎与PA、PTT/PET、PTT/PBT相当，主要表现出PTT纤维沿轴向的“z”字形空间结构的特点，受力时，大分子链能比较容易的拉伸或是压缩；外力除去后，能快速的恢复原状。

(2)随着定伸长值的逐渐增大，纤维的弹性回复率均呈逐渐减小的变化趋势，塑性
变形率增大。

但是相对其它几种纤维来说，PTT纤维随着拉伸次数的增加，其弹
性回复率的减少相对较小。

(3)PTT在较大伸长的情况下的弹性回复性能表现的尤为突出。

当在定伸长20%的拉伸作用下，它的弹性回复率高于PA，并且明显高于PTT/PET、PTT/PBT以及高收缩PET纤维，这也是它作为弹性纤维的一个优良特性的表现。

2.3 卷曲性
卷曲收缩率(CC)反映的是变形丝被拉直后其卷曲立体结构重新恢复所产生的收缩率；卷曲模量(CM)反映的是变形丝的卷曲在弹性伸缩范围内的伸缩性能；卷曲稳定度(CS)反映的是变形丝在承受重负荷之后仍可保留的卷曲收缩量。

PTT纤维及相关试样卷曲性能的测试数据如表2所示。

表2 纤维卷曲性能比较测试指标
PTTPAPTT/PETPTT/PBTPETCC/%7．377．1622．4826．136．67CM/%3．9 33．7517．5513．645．57CS/%54．1256．4833．8839．5782．60
(1)对于PTT/PET、PTT/PBT这两种并列复合丝来说，它们之所以能产生卷曲，是因为其横截面内存在两种不同组分，由于各组分间超分子结构的差异导致它们的热收缩规律存在差异，从而形成卷曲[1]。

(2)PTT、PA、高收缩PET纤维卷曲主要为化纤纤维卷曲的主要表征，卷曲收缩率(CC)、卷曲模量(CM)、卷曲稳定度(CS)从不同方面刻画了纤维的卷曲性能。

采用PET、PBT与PTT共混，降低了PTT的模量，提高了PTT的卷曲收缩率和卷曲模量，可以看到PTT/PET、PTT/PBT的卷曲收缩率高达22.48、26.13，相对PTT 来说有了很大的提高，卷曲模量也表现出相同的变化趋势，由此可见，PTT复合纤维的卷曲性能更优异。

而PTT的卷曲稳定度优异，说明其在承受负荷之后仍能表现出良好的卷曲性。

2.4 沸水收缩率
沸水收缩率是反映纤维在受沸水作用下有序结构的稳定性，是纤维中非晶区的大分子解取向的宏观表现。

沸水收缩率越小，纤维的结构稳定性越好，纤维在加工和服用过程中遇到湿热处理(如染色、洗涤等)时，尺寸稳定而不易变形，同时物理机械性能和染色性能也越好。

表3 不同温度下纤维的收缩率(%)温度
/℃5060708090100PTT5．511．117．318．420．621．5PA5．813．117．0
19．322．725．9PTT/PET10．314．718．822．328．636．7PTT/PBT29．1 38．139．941．346．150．6高收缩PET28．736．543．849．252．855．1 高收缩PET具有低结晶、高取向的超分子结构特点，在适当的温度下受热时，由
于其结晶度低，对大分子链段运动的束缚力小，使得非晶区高取向的大分子解向，从而产生纤维宏观上的高收缩[2]。

从表3中可以看出高收缩PET的沸水收缩率相对其他纤维来说，表现出了很大的收缩性，这主要是由其生产工艺所决定，PTT、PA的玻璃化温度在55～60 ℃之间，因此，当水温在50 ℃时，其大分子链尚未
完全克服主链内旋转的位垒，故变形量不大，随着温度的升高，纤维在水中的解取向度提高，收缩率也逐渐增大；而PTT/PET、PTT/PBT的玻璃化温度低于50 ℃，故其收缩率在测试初期就较大。

随着温度继续升高，纤维中的大分子逐渐获得热运动的能量，分子间的束缚逐渐减少，大分子可以滑移错位和卷曲，纤维的变形能力增加，收缩率也明显增大[2,3]。

3 结论
综上所述，PTT纤维具有优良的弹性回复性能，纤维卷曲性和沸水收缩性能也较好。

然而，在纤维卷曲性和沸水收缩性能方面，PTT/PET、PTT/PBT表现出相对PTT纤维更为优异的性能，因此在今后对PTT纤维的研究过程中，可以借鉴
PTT/PET、PTT/PBT结构特点对PTT纤维进行更好的改性处理。

【相关文献】
[1]马新敏，谢莉青.PBT/PET复合纤维的热性能研究[J]．纺织标准与质量，2004(3)：15-18.
[2]殷苏晨，王府梅．新型聚酯纤维PTT[J]．济南纺织化纤科技，2004(2)：9-11．
[3]殷苏晨，王府梅.PTT与PBT长丝的热水收缩性能比较[J].上海纺织科技，2005(8)：61-62.。