高特PET-PBT共混單絲的結構與性能

2024年3月11日發(作者：曹沖稱象)

高特PET-PBT共混單絲的結構與性能

馬海燕;劉兆峰;張軍;馬海軍

【摘 要】采用一定比例的聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)對聚對苯二甲酸乙二醇酯

(PET)進行共混改性紡制大直徑單絲,通過對共混單絲的力學性能、掃描電子顯微鏡

及熱性能分析,研究了共混比例、后拉伸工藝對共混物的相容性和拉伸強度的影響.

結果表明:通過PET-PBT共混,提高了單絲的勾結強度;液體冷卻溫度、拉伸倍率及

拉伸溫度是影響共混單絲力學性能的主要因素.

【期刊名稱】《功能高分子學報》

【年(卷),期】2011(024)002

【總頁數】5頁(P176-180)

【關鍵詞】單絲;共混;結構;力學性能

【作 者】馬海燕;劉兆峰;張軍;馬海軍

【作者單位】東華大學纖維材料改性國家重點實驗室,上海200051;南通大學化學

化工學院,江蘇南通226000;東華大學纖維材料改性國家重點實驗室,上海200051;

南通大學化學化工學院,江蘇南通226000;南通大學化學化工學院,江蘇南通

226000

【正文語種】中 文

【中圖分類】TQ341

高特單絲一般指大于60 dtex的單根聚合物纖維。聚對苯二甲酸乙二酯(PET)單絲

具有力學性能良好、耐酸、抗霉菌等優點,高特PET單絲主要用于織造高速運行的

造紙成型網及其他高性能輸送帶,但因剛性較大、吸濕性低及回彈性不理想等缺陷,

影響了它的使用[1-5]。聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有柔韌、吸濕、耐磨等特點,

但是穩定性較差,且價格較高。國內關于PET、PBT的研究大多集中在PET、PBT

的相容性和相態結構方面,對共混單絲的成形工藝研究較少。本文通過PET、PBT

共混紡制大直徑單絲,以提高高特單絲的綜合性能,特別是提高單絲的韌性[6-10]。

主要研究了PET-PBT共混比例、液體冷卻溫度、后拉伸溫度及拉伸倍率對共混單

絲結構與性能的影響。

PET切片:Tg=67°C,Tm=260°C,無錫三房巷有限公司;PBT切

片:Tg=25°C,Tm=228°C,南通星辰合成材料有限公司。

Φ30 mm單絲拉伸機組:南通大學,拉伸工藝流程如下:

差示掃描量熱儀:200F3型,德國耐馳儀器制造有限公司,溫度范圍:室溫～400°C;升

溫速率:10°C/min;參比物:石英砂;測試氣氛:氮氣,氮氣流量20 mL/min。

掃描電子顯微鏡:S-550型,日本日立公司,將初生纖維置于液氮中,在超低溫冷卻狀態

下折斷制得橫向斷口。用離子濺射儀處理纖維樣品,在纖維表面鍍一層金屬膜后,通

過掃描電鏡觀察其截面和表面形態。

電子強力儀:GY061型,萊州市儀器有限公司,量程:130 N,拉伸速率:100 cm/min,試

樣定長:250 mm。

由圖1可以看出,PET-PBT共混體系只出現1個熔融峰,這說明PET和PBT具有良

好的相容性。同時共混單絲的熔點發生了改變,隨著PBT粒子的含量的增加,共混單

絲的熔點下降,這可能是由于PBT與PET的結晶速率不一樣,PBT結晶較快,其微晶

會起到成核劑的作用,誘導PET結晶,同時會破壞PET原有的結晶形態,從而導致共

混體系的熔點下降。

由圖2可以看出,在PET-PBT共混體系中,隨著PBT含量的增加,共混體系的結構會

出現分層現象,這是因為PET、PBT在非晶區雖然是相容的,但是在結晶區兩相之間

的相容性并不好,同時共混體系中晶區與非晶區之間的不相容加劇了分層現象。

PBT含量越高,共混體系的分層現象越明顯。

由表1可以看出,在PET中加入一定量的PBT后,PET單絲的韌性顯著增強,這主要

表現為單絲的勾結強度和斷裂伸長得到了提高。這是因為PBT本身具有良好的柔

韌性,所以在PET中加入一定量的PBT后,能夠有效地改善PET單絲的韌性,但是

PBT、PET在晶區是不相容體系,PBT含量的增加導致了PET單絲拉伸強度的下降。

由表2可以看出,PET-PBT共混單絲的力學性能隨著冷卻水溫的升高而提高,這是因

為冷卻溫度會影響共混初生絲的結晶方式,同時由于PET具有較高的玻璃化溫度

(67°C),因此冷卻水溫不宜偏低,但是過高的冷卻溫度也會導致共混單絲力學性能的

下降,紡絲最佳冷卻溫度為75°C。

紡絲成型后得到的初生絲結構不完善,物理力學性能較差,表現為伸長大、強度低、

尺寸穩定性差,不能直接用于紡織加工,必須經過一系列后加工[11-14],后加工主要

的工序是拉伸和熱定型,紡絲后拉伸目的是為了提高單絲的斷裂強度、耐磨性和對

各種不同形變的疲勞強度,降低其斷裂伸長率。

由表3可以看出,采用二級拉伸方式時,共混單絲的拉伸強度、勾結強度隨著總拉伸

倍率的提高而顯著增強。這是因為隨著拉伸倍率提高,共混單絲的大分子排列從無

序趨向有序,提高了單絲的取向度和規整度,同時使共混單絲的結晶度增加,從而提高

了共混單絲的力學性能。但是當拉伸倍率過高時,會導致大分子鏈的滑移,使單絲的

力學性能下降。

初生絲的應力-應變曲線對溫度非常敏感[15],特別是在Tg附近,在適當的溫度和拉

伸速率下,幾乎都能出現細頸拉伸。一般認為在Tg以上拉伸就不會出現細頸。Tg

具有速率依賴性,所以在初生絲拉伸時,有必要適當地提高拉伸溫度到Tg以上,其中,

二級熱風拉伸溫度應比一級熱水拉伸溫度高[16]。

由圖3可以看出,拉伸溫度對PET-PBT共混單絲的力學性能影響較大。隨著拉伸溫

度的提高,共混單絲的拉伸強度增強,這是因為拉伸溫度過低時,拉伸應力大,允許的最

大拉伸倍數小,單絲強力低且會使單絲泛白,出現結構上的分層。隨著拉伸溫度的提

高,共混單絲的結晶度增加,取向度提高,從而提高了共混單絲的力學性能,但是拉伸溫

度過高時,分子的過度熱運動會破壞共混單絲原有的規整結構,導致共混單絲力學性

能下降。

(1)PBT的加入能有效改善PET單絲的韌性和勾結強度,但是PET單絲的拉伸強度

會出現一定程度的下降。

(2)液體冷卻溫度是影響共混單絲力學性能的重要因素,最佳紡絲冷卻水溫為75°C。

(3)拉伸工藝特別是拉伸倍率、拉伸溫度均會影響共混單絲的力學性能。PET-PBT

共混單絲的最佳拉伸倍率為4.5。1級拉伸最佳溫度為95°C,2級拉伸最佳溫度為

180°C。

【相關文獻】

[1] Wang Feng,Meng Xiangfu,Xu Xinfeng,et ted transterification of PET/PBT

blends filled with silica nanoparticles during melt processing[J].Polymer Degradation and

Stability,2008,93(8):1397-1404.

[2] Vu-Khanh T,Denault J,Habib P,et effects of injection molding on the mechanical

behavior of long-fiber reinforced PBT/PET blends[J].Composites Science and

Technology,1991,40(4):423-435.

[3] Hirahata H,Seifert S,Zachmann H G,et -line measurements of orientation induced

crystallization of PET during high speed spinning[J].Polymer,1996,37(23):5131-5137.

[4] Andrzej Ziabicki,Leszek Jarecki,Andrzej c modelling of melt

spinning[J].Computational and Theoretical Polymer Science,1998,8(1-2):143-157.

[5] Kolb R,Seifert S,Stribeck N,et igation of the high speed spinning process of

poly(ethylene terephthalate)by means of synchrotron X-ray

diffraction[J].Polymer,2000,41(8):2931-2935.

[6] Jarecki L,Ziabicki A,Blim cs of hot-tube spinning from crystallizing polymer

melts[J].Computational and Theoretical Polymer Science,2000,10(1-2):63-72.

[7] McHugh A J,Doufas A ng flow-induced crystallization in fiber

spinning[J].Composites Part A:Applied Science and Manufacturing,2001,32(8):1059-1066.

[8] Huang Bin,Paul A Tucker,John A performance poly(ethylene

terephthalate)fibre properties achieved via high speed spinning with a modified liquid

isothermal bath process[J].Polymer,1997,38(5):1101-1110.

[9] La Mantia F P,Cangialosi F,Pedretti U,et ion,spinning and injection moulding of

blends of poly(ethylene terephthalate)with liquid crystalline polymers[J].European

Polymer Journal,1993,29(5):671-677.

[10] Makradi A,Ahzi S,Gregory R V,et al.A two-pha lf-consistent model for the

deformation and pha transformation behavior of polymers above the glass transition

temperature:Application to PET[J].International Journal of Plasticity,2005,21(4):741-758.

[11] Gorlier E,Haudin J M,Billon -induced crystallisation in bulk amorphous PET

under uni-axial loading[J].Polymer,2001,42(23):9541-9549.

[12] Wu Gang,John A ure and property studies of poly(ethylene

terephthalate)/poly(ethylene-2,6-naphthalate)melt-blended

fibres[J].Polymer,1999,40(4):1011-1018.

[13] Rao I J,Rajagopal K R.A study of strain-induced crystallization of

polymers[J].International Journal of Solids and Structures,2001,38(6-7):1149-1167.

[14] Elinor L Bedia,Syozo Murakami,Taku Kitade,et ural development and

mechanical properties of polyethylene naphthalate/polyethylene terephthalate blends

during uniaxial drawing[J].Polymer,2001,42(17):7299-7305.

[15] 沈新元.高分子材料加工原理[M].北京:中國紡織出版社,2002.

[16] 董紀震.合成纖維生產工藝[M].北京:中國紡織出版社,1994.