PET-PTT自卷曲纖維雙組分配置、熱處理及其結(jié)構(gòu)性能分析.pdf

1、自卷曲類(lèi)復(fù)合纖維的發(fā)展從粘膠卷曲纖維、聚丙烯腈卷曲纖維、聚酰胺復(fù)合纖維、聚烯烴類(lèi)復(fù)合纖維到聚酯復(fù)合卷曲纖維，已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)。PET/PTT并列復(fù)合纖維隸屬于PTT類(lèi)纖維產(chǎn)品，從杜邦T-400問(wèn)世開(kāi)始，目前國(guó)內(nèi)對(duì)PET/PTT彈性復(fù)合纖維的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，纖維的產(chǎn)品和應(yīng)用也有長(zhǎng)足的進(jìn)展。隨著PET/PTT復(fù)合纖維類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的深入和需求的多樣性，有必要對(duì)PET/PTT類(lèi)雙組分并列復(fù)合纖維作進(jìn)一步的研究。本文主要研究PET、PT

2、T組分配置、熱處理和纖維微觀結(jié)構(gòu)與PET/PTT并列復(fù)合纖維自卷曲性能的關(guān)系。研究工作包括:在兩大卷曲理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了適合于PET/PTT自卷曲纖維組分配置的卷曲理論;深入地研究與PET、PTT單組分模型纖維相比PET/PTT并列復(fù)合纖維特有的力學(xué)性能以及PET、PTT單組分模型纖維在力學(xué)性能的差異與PET/PTT自卷曲纖維不對(duì)稱(chēng)的力學(xué)性能方面的關(guān)系;揭示熱處理對(duì)PET/PTT并列復(fù)合纖維卷曲和卷曲功的影響規(guī)律，結(jié)合PET、PTT單組

3、分模型纖維合理地解釋熱處理過(guò)程中卷曲的形成和發(fā)展規(guī)律;分析PET/PTT并列復(fù)合纖維的雙側(cè)不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，探索PET/PTT并列復(fù)合纖維自卷曲的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
　　 在纖維卷曲理論方面，對(duì)兩大類(lèi)卷曲理論進(jìn)行分類(lèi)比較，并對(duì)不同理論按照PET/PTT并列復(fù)合纖維特有的力學(xué)性能和雙組分的配置作相應(yīng)的演繹推導(dǎo)，得到適合PET/PTT并列復(fù)合纖維的卷曲理論。通過(guò)對(duì)不同類(lèi)理論分析，得出PET/PTT并列型復(fù)合纖維曲率K與兩組分的應(yīng)變、應(yīng)變差、纖

4、維半徑r、組分比s以及模量比n的關(guān)系，并對(duì)所得PET/PTT并列復(fù)合纖維的卷曲理論的適合范圍進(jìn)行分析和比較。
　　 PET/PTT并列復(fù)合纖維力學(xué)性能方面，主要研究PET/PTT并列復(fù)合纖維與PET、PTT單組分模型纖維相比特有的力學(xué)性能，研究PET和PTT單組分模型纖維在力學(xué)性能方面的差異與PET/PTT并列復(fù)合纖維產(chǎn)生自卷曲的不對(duì)稱(chēng)的力學(xué)性能方面的關(guān)系。通過(guò)與PET、PTT單組分模型纖維比較，得出PET/PTT并列復(fù)合纖維合

5、理的紡絲和拉伸條件，特有的力學(xué)性能及其相應(yīng)性能的關(guān)系。所涉及的力學(xué)性能研究范圍包括:單次拉伸至斷裂性能、緩彈性能、滯后的穩(wěn)定性、疲勞性能以及拉伸斷裂面形態(tài)分析。通過(guò)對(duì)纖維緩彈性能的研究，得到PET/PTT并列復(fù)合纖維的拉伸回復(fù)率R與PET和PTT模型纖維隨拉伸停止時(shí)間te和回復(fù)停止時(shí)間tr的變化關(guān)系、拉伸回復(fù)R的下降速率(e)R(te,tr)—(e)t和上升速率(e)R(te,tr)—(e)t的變化和分布規(guī)律;通過(guò)對(duì)纖維多次拉伸回復(fù)滯后

6、環(huán)形態(tài)的研究，得出PET/PTT和PET、PTT的纖維滯后形態(tài)和疲勞性能的關(guān)系;通過(guò)對(duì)纖維等速拉伸斷裂的斷口形態(tài)SEM分析，得出PET/PTT并列復(fù)合纖維特有的斷裂行為。
　　 熱處理對(duì)PET/PTT并列復(fù)合纖維卷曲行為的影響方面，主要考察PET/PTT并列復(fù)合纖維熱處理前后卷曲和卷曲功隨熱處理溫度的變化規(guī)律，并結(jié)合PET、PTT單組分模型纖維解釋PET/PTT并列復(fù)合纖維卷曲形成和發(fā)展過(guò)程的機(jī)理。提出卷曲拉伸功We(n)和回復(fù)

7、功Wr(n)的概念及其確定方法，研究熱處理前后PET/PTT并列復(fù)合纖維卷曲拉伸功、回復(fù)功以及兩者比值的變化規(guī)律;熱處理使PET/PTT并列復(fù)合纖維內(nèi)潛在的卷曲勢(shì)能釋放并轉(zhuǎn)化為卷曲拉伸和回復(fù)功，卷曲功W(n)的發(fā)展變化的過(guò)程，包括:熱收縮和熱收縮應(yīng)力差與溫度的關(guān)系、以及熱收縮差的等溫動(dòng)力學(xué)研究。通過(guò)比較得出熱處理前后PET/PTT并列復(fù)合纖維機(jī)械拉伸回復(fù)滯后行為的變化規(guī)律和纖維卷曲形態(tài)的變化程度;通過(guò)對(duì)卷曲拉伸功We(n)和回復(fù)功Wr(

8、n)的數(shù)值和模擬計(jì)算，得到了不同熱處理?xiàng)l件下參數(shù)α和β的數(shù)值，得出兩種不同模擬計(jì)算的優(yōu)缺點(diǎn)和適合范圍;經(jīng)過(guò)熱機(jī)械分析得到了熱處理PET/PTT自卷曲纖維時(shí)，潛在卷曲釋放、卷曲的形成和發(fā)展過(guò)程的熱機(jī)械本質(zhì)以及與纖維內(nèi)兩組分熱收縮差ΔS(T)以及殘余收縮力Fr(T)的關(guān)系，并且通過(guò)兩種不同的纖維卷曲理論對(duì)PET和PTT兩組分熱機(jī)械行為進(jìn)行等溫動(dòng)力學(xué)分析，進(jìn)而得到了PET/PTT并列復(fù)合纖維最佳的熱處理溫度和時(shí)間范圍。
　　 PET/

9、PTT并列型自卷曲纖維的結(jié)構(gòu)分析方面，主要研究PET/PTT自卷曲纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并與卷曲現(xiàn)象相聯(lián)系，對(duì)于這類(lèi)復(fù)合彈性纖維卷曲的微觀結(jié)構(gòu)層面的合理解釋?zhuān)沂綪ET/PTT并列復(fù)合纖維優(yōu)良卷曲性能的纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。利用現(xiàn)代分析技術(shù)對(duì)PET/PTT并列復(fù)合纖維以及PET和PTT模型纖維微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究，并聯(lián)系宏觀的卷曲現(xiàn)象。通過(guò)高清晰3D顯微鏡照相觀察，得到PET/PTT并列型自卷曲纖維的界面是隨加工狀態(tài)而變化的規(guī)律以及與PET/PTT

10、卷曲形態(tài)的關(guān)系;通過(guò)DSC升溫掃描得出纖維內(nèi)PET和PTT組分界面的變化、熱處理對(duì)PET和PTT組分超分子結(jié)構(gòu)的影響以及與卷曲的關(guān)系;通過(guò)紅外FTIR吸收光譜分析得出，PET、PTT單組分模型纖維和PET/PTT并列復(fù)合纖維特征吸收峰的關(guān)系、熱處理對(duì)PET/PTT纖維內(nèi)PET、PTT組分聚集態(tài)的影響在紅外特征峰上的應(yīng)證關(guān)系;通過(guò)PET/PTT并列型自卷曲纖維的X-光赤道掃描特征衍射峰分析得到，PTT、PET組分和PET/PTT自卷曲纖維

11、的X-光赤道掃描衍射曲線(xiàn)的關(guān)系，熱處理對(duì)PET/PTT復(fù)合纖維的PET和PTT組分晶區(qū)取向指數(shù)Fx與卷曲的關(guān)系;通過(guò)對(duì)纖維雙折射分析，得出PET/PTT并列復(fù)合纖維的干涉條紋在纖維主軸上分布與PET、PTT單組分模型纖維的關(guān)系、拉伸和熱處理對(duì)纖維雙折射Δn的影響以及對(duì)PET、PTT組分不同的影響程度關(guān)系，并且分析了折射率比值ΔnPET/ΔnPTT與PET/PTT自卷曲纖維的卷曲關(guān)系。
　　 本論文主要研究對(duì)象為PET/PTT并列