CN109183388A - 耐久性高回弹ptt纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐久性高回弹PTT纤维及其制备方法，对PTT纤维进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维；交替张力热处理是指在150～190℃的条件下分阶段施加0～6cN/tex的张力；分阶段至少分为3个阶段，任一中间阶段的张力都比与之相邻的两阶段的张力大或小，最后进行的阶段为倒数第1阶段，倒数第1阶段的张力为0～1cN/tex且小于倒数第2阶段的张力；张力的施加方向为纤维轴向。制得的纤维在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为85％～95％，经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率在50％以上。本发明方法操作简单，制得的PTT纤维的弹性、力学性能和耐久性好。
Description
技术领域
本发明属于弹性纤维制备领域，涉及一种耐久性高回弹PTT纤维及其制备方法。
背景技术
弹性纤维是以高分子聚合物为原料(多由具有特殊分子结构的高分子或经过改性的高分子组合得到)纺制形成的具有弹性回复功能的纤维。从纤维弹性机理方面考虑，弹性纤维大致可以分成两类，一类是由“软段”和“硬段”交替连接形成的嵌段共聚物，如聚氨酯、聚醚酯或聚烯烃弹性纤维；另一类是具有伸长和回复功能的大分子结构的纤维，其主要依靠内部晶型的转变或特殊的分子构象的变化来获得弹性，例如聚酯类弹性纤维，其中典型的代表为聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维。
PTT分子链上在对苯二甲酸单元之间存在着三个亚甲基，研究表明，这种具有奇数个亚甲基单元的大分子链之间会产生“奇碳效应”，使得苯环不能与三个亚甲基处于同一平面，临近两个羰基间的斥力不能呈180°平面排列，而只能以空间120o错开排列，因此使得PTT大分子链形成“Z”型构象。“奇碳效应”的“Z”型构象赋予了PTT纤维本征的弹性回复性。然而，在进行纺织或染整等加工处理的过程中，工作人员会对处于松弛或紧张状态下的PTT纤维进行湿热或干热处理，例如对PTT纤维的热定型处理，热处理过程会使得纤维的结构和性能发生变化，较高的热定型温度会使PTT纤维的弹性降低甚至丧失，从而影响到PTT纤维的性能与应用。常见的强化纤维弹性的方法有：(1)通过共聚改性，形成类似于聚氨酯类的软硬段结构；(2)复合纺丝，通过双组份纤维收缩率不同形成卷曲弹性；(3)加弹，形成卷曲弹性。但上述方法均无法改善纤维在热处理过程中的弹性，在后续对纤维进行加工处理的过程中，PTT纤维的弹性同样会下降，加工处理后获得的纤维的弹性不高。此外，PTT纤维的弹性还会受到结晶速率和晶粒尺寸等的影响，特别是在高于25℃的条件下放置一段时间后，PTT纤维会引起丝束收缩，从而导致其弹性回复率有降低的趋势。
因此，研究一种能够显著提高PTT纤维的弹性和耐久性的制备方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的问题，提供一种能够显著提高PTT纤维的弹性和耐久性的耐久性高回弹PTT纤维及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
耐久性高回弹PTT纤维，耐久性高回弹PTT纤维在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为85％～95％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率保持在50％以上，而一般的PTT纤维，以20％定伸长经过120次反复拉伸后弹性回复率仅有45％左右。
作为优选的技术方案：
如上所述的耐久性高回弹PTT纤维，所述耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为0.5～2.0dtex，断裂强度为3.0～4.0cN/dtex。
本发明还提供制备如上所述的耐久性高回弹PTT纤维的方法，对PTT纤维进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维；
所述交替张力热处理是指在150～190℃的条件下分阶段施加0～6cN/tex的张力；交替张力热处理的温度范围为150～190℃，远高于PTT纤维玻璃化转变温度，低于其熔融温度，采用张力热处理可以将妨碍PTT链段运动的相对不稳定和不完善的小晶体熔化，释放出的链段可随外加张力的作用而运动，并将沿着张力方向再参与到相对较稳定的结晶中去，纤维内晶粒数减少而晶粒尺寸变大，晶粒之间的空隙也增大，内部结构更趋完善；撤去张力后，PTT纤维分子链处于松弛状态，部分晶区会发生解取向作用，形成了新的非晶区，晶粒尺寸减小，因此，在反复的张力和松弛交替状态下进行热处理，PTT纤维分子链的聚集状态被重新排列成较小且稳定的晶区和非晶区，晶区类似于缠结点，而非晶区相当于软段，从而起到强化PTT纤维弹性和耐久性的作用；
所述施加的张力的取值范围包括但不限于此，只要施加的张力不超过PTT纤维的断裂强力值即可；
所述分阶段至少分为3个阶段，任一中间阶段的张力都比与之相邻的两阶段的张力大或小，最后进行的阶段为倒数第1阶段，倒数第1阶段的张力为0～1cN/tex且小于倒数第2阶段的张力；只有通过先施加张力后松弛或者后一个张力低于前一个张力，才能够在不影响强度的情况下提高PTT纤维的弹性；
所述张力的施加方向为纤维轴向。
相同温度条件下，张力与时间成反相关关系，张力越大，达到相同弹性回复率的时间越短；同样，在相同张力条件下，温度与时间成反相关关系；相同热处理时间条件下，温度与张力成反相关关系。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，所有阶段的热处理温度都相同，热处理时间为10～30min。相同热处理温度，在反复的张力热处理或松弛热处理过程中，有利于PTT纤维分子链晶区和非晶区的重排。
如上所述的方法，倒数第2n-1阶段的张力都为0cN/tex，或者都不为0cN/tex，或者不都为0cN/tex，n为正整数。
如上所述的方法，倒数第2n阶段的张力都相同，或者都不相同，或者不完全相同。
如上所述的方法，所有阶段的热处理温度都不相同或不完全相同，热处理时间为10～30min。
如上所述的方法，相邻阶段张力的变化趋势与热处理温度的变化趋势相反。随着热处理温度的升高，PTT纤维所能承受的张力在减小，有利于PTT纤维分子链的解取向。
如上所述的方法，倒数第2n-1阶段的张力都为0cN/tex，或者都不为0cN/tex，或者不都为0cN/tex，n为正整数。
如上所述的方法，倒数第2n阶段的张力都相同，或者都不相同，或者不完全相同。
发明机理：
PTT纤维只进行单一的紧张状态热处理，不论是进行湿热处理还是干热处理，只会促进纤维中分子链的取向和结晶，分子链结晶后将会被束缚住，因此弹性会被降低。而本发明的交替张力热处理(干热处理)过程中纤维所受到的张力呈大-小-大-小-......交替形式出现，从而使得纤维可以反复进行取向和解取向。采用张力热处理可以将妨碍PTT链段运动的相对不稳定和不完善的小晶体熔化，释放出的链段可随外加张力的作用而运动，并将沿着张力方向再参与到相对较稳定的结晶中去，纤维内晶粒数减少而晶粒尺寸变大，晶粒之间的空隙也增大，内部结构更趋完善；撤去张力后，PTT纤维分子链处于松弛状态，部分晶区会发生解取向作用，形成了新的非晶区，晶粒尺寸减小，因此，在反复的张力和松弛交替状态下进行热处理，PTT纤维分子链的聚集状态被重新排列成较小且稳定的晶区和非晶区，晶区类似于缠结点，而非晶区相当于软段，从而起到强化PTT纤维弹性和耐久性的作用；同时由于热处理结束前是张力、松弛阶段交替进行的，因此本发明在不影响纤维强度的情况下提高了纤维的弹性和弹性的耐久性。
有益效果：
(1)本发明的一种耐久性高回弹PTT纤维，弹性、力学性能和耐久性好，有极好的推广价值；
(2)本发明的一种耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，操作简单，通过交替张力热处理使得纤维在热处理过程中可以反复进行取向和解取向，从而提高了PTT纤维的弹性和耐久性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分3个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为2cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为6cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为0cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，3个阶段的热处理温度都相同为150℃，热处理时间为25min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为88％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为55％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为0.5dtex，断裂强度为3.3cN/dtex。
实施例2
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分4个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为3.5cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为1.3cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为1.5cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为1cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，4个阶段的热处理温度都相同为170℃，热处理时间为15min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为92％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为53％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为0.5dtex，断裂强度为3.8cN/dtex。
实施例3
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分5个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为5cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为5cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为0cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，5个阶段的热处理温度都相同为160℃，热处理时间为30min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为85％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为60％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为1.0dtex，断裂强度为3.0cN/dtex。
实施例4
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分6个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为6cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为2cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为6cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为1cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为6cN/tex；第6个阶段施加的张力大小为0cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，6个阶段的热处理温度都相同为190℃，热处理时间为20min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为86％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为58％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为1.7dtex，断裂强度为3.2cN/dtex。
实施例5
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分6个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为2cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为2cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为2cN/tex；第6个阶段施加的张力大小为0cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，6个阶段的热处理温度都相同为155℃，热处理时间为25min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为93％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为63％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为1.0dtex，断裂强度为4.0cN/dtex。
实施例6
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分7个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为3cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为3cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第6个阶段施加的张力大小为3cN/tex；第7个阶段施加的张力大小为0cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，7个阶段的热处理温度都不相同，分别为160℃、150℃、180℃、155℃、170℃、165℃和190℃，热处理时间为10min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为90％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为62％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为0.8dtex，断裂强度为3.6cN/dtex。
实施例7
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分8个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为4cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为6cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为4.3cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为2.5cN/tex；第6个阶段施加的张力大小为3.2cN/tex；第7个阶段施加的张力大小为0.3cN/tex；第8个阶段施加的张力大小为0.8cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，8个阶段的热处理温度不完全相同，即分别为180℃、155℃、180℃、155℃、175℃、150℃、180℃和170℃，热处理时间为30min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为95％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为54％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为2.0dtex，断裂强度为3.0cN/dtex。
实施例8
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分6个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为2.3cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为1cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为2.8cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为0.2cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为0.8cN/tex；第6个阶段施加的张力大小为0cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，7个阶段的热处理温度都不相同，即分别为180℃、190℃、160℃、185℃、155℃和170℃，热处理时间为15min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为89％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为59％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为1.5dtex，断裂强度为4.0cN/dtex。
实施例9
耐久性高回弹PTT纤维的制备方法，对PTT纤维分5个阶段进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维。
其中，第1个阶段施加的张力大小为4cN/tex；第2个阶段施加的张力大小为5cN/tex；第3个阶段施加的张力大小为0cN/tex；第4个阶段施加的张力大小为5cN/tex；第5个阶段施加的张力大小为1cN/tex。张力的施加方向为纤维轴向，5个阶段的热处理温度不完全相同，即分别为190℃、180℃、185℃、170℃和180℃，热处理时间为10min。
最终制得的耐久性高回弹PTT纤维，在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为91％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率为51％。
耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为1.7dtex，断裂强度为3.9cN/dtex。
Claims (10)
1.耐久性高回弹PTT纤维，其特征是：耐久性高回弹PTT纤维在10％定伸长时弹性回复率为100％，在20％定伸长时弹性回复率为85％～95％，以20％定伸长经过150次以上反复拉伸后纤维的弹性回复率在50％以上。
2.根据权利要求1所述的耐久性高回弹PTT纤维，其特征在于，所述耐久性高回弹PTT纤维的单丝线密度为0.5～2.0dtex，断裂强度为3.0～4.0cN/dtex。
3.制备如权利要求1或2所述的耐久性高回弹PTT纤维的方法，其特征是：对PTT纤维进行交替张力热处理制得耐久性高回弹PTT纤维；
所述交替张力热处理是指在150～190℃的条件下分阶段施加0～6cN/tex的张力；
所述分阶段至少分为3个阶段，任一中间阶段的张力都比与之相邻的两阶段的张力大或小，最后进行的阶段为倒数第1阶段，倒数第1阶段的张力为0～1cN/tex且小于倒数第2阶段的张力；
所述张力的施加方向为纤维轴向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所有阶段的热处理温度都相同，热处理时间为10～30min。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，倒数第2n-1阶段的张力都为0cN/tex，或者都不为0cN/tex，或者不都为0cN/tex，n为正整数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，倒数第2n阶段的张力都相同，或者都不相同，或者不完全相同。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所有阶段的热处理温度都不相同或不完全相同，热处理时间为10～30min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，相邻阶段张力的变化趋势与热处理温度的变化趋势相反。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，倒数第2n-1阶段的张力都为0cN/tex，或者都不为0cN/tex，或者不都为0cN/tex，n为正整数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，倒数第2n阶段的张力都相同，或者都不相同，或者不完全相同。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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