第31卷第3期2005年6月
東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)
JOU RNAL OF DONGH UA UNIVERSIT Y
V ol.31,No.3
Jun.2005二醋酯纖維的結(jié)構(gòu)特性①
張 靜1，王善元1,2
(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海,200051;2.東華大學(xué)教育部紡織面料技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海,200051)
摘要采用DSC、X射線衍射和密度梯度管等技術(shù)研究了二醋酯纖維的結(jié)晶、取向等結(jié)構(gòu)特性，初步探討了不同紡絲工藝對纖維結(jié)構(gòu)特性的影響，發(fā)現(xiàn)：二醋酯纖維存在兩種晶型結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度和取向度都較低；以相同二醋片為原料時，紡絲工藝對纖維的結(jié)構(gòu)特性有影響但不明顯，而煙用紡絲工藝和紡織用紡絲工藝之間的差別對纖維結(jié)構(gòu)特性的影響則相對較大。
關(guān)鍵詞：二醋酯纖維，結(jié)構(gòu)特性，紡絲工藝，結(jié)晶
中圖分類號:TS102.511.3
醋酯長絲是優(yōu)良的紡織原料，它性能獨(dú)特，既有纖維素纖維的服用舒適性，也有合成纖維的尺寸穩(wěn)定性。目前，在美國、日本等發(fā)達(dá)國家，醋酯纖維在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展已比較成熟，他們對醋酯纖維也有了很好的認(rèn)識和理解。而我國紡織用醋酯長絲的生產(chǎn)尚屬空白[1,2]，對紡織用醋酯纖維的研究也仍以織造等后加工技術(shù)為主，有關(guān)醋酯長絲的結(jié)構(gòu)特性、紡絲工藝等原創(chuàng)性工作的報道則更為鮮見。所以，有必要對醋酯纖維的紡絲工藝、結(jié)構(gòu)特性和兩者之間的關(guān)系等進(jìn)行研究，加深我們對這種纖維的認(rèn)識和理解。只有在此基礎(chǔ)上，我們才能開發(fā)、推廣醋酯纖維在我國紡織領(lǐng)域的應(yīng)用，從而解決醋酯長絲長期依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。這里對二醋酯長絲的結(jié)晶、取向等結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了測試分析。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 樣品
二醋酯長絲的制備是在南通醋酯纖維有限公司完成的。采用該公司合成的同一種二醋片，并借鑒煙用醋酸絲束的紡絲工藝，以丙酮為溶劑，采用不同的紡絲工藝(改變熱空氣溫度、紡絲液濃度和殘余溶劑量3個參數(shù))，在煙用醋酸絲束小試設(shè)備上，通過干紡，分別制得A、B兩個二醋酯長絲樣品; F樣則由一家韓國公司以上述相同二醋片為原料紡制而成。1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)測試
測試前，樣品首先經(jīng)過油劑萃取處理，以排除紡絲油劑對纖維結(jié)構(gòu)參數(shù)測試的影響；然后烘干并用密封袋保存。
1.2.1 DSC分析
采用M ET TLER TOLEDO S TAR e Sy stem公司的DSC822e型差熱掃描量熱測量儀；掃描范圍30～280℃；升溫速度10℃/min。
1.2.2 X射線衍射
采用日本Rigaku DMAX RBⅡ型X射線衍射儀。
粉末法：掃描范圍2θ=5°～40°；步長0.05°;Cu 靶;Ni單色濾波片；波長λ=1.542×1010m。
1.2.3 密度
采用M D1型密度測定儀。
分別以正庚烷(0.6837g/cm3)和四氯化碳(1.596g/cm3)為輕、重液，配置成密度范圍為1.27～1.37g/cm3的密度梯度管；然后將經(jīng)過預(yù)處理的醋酯纖維小球投入密度梯度管,24h后讀數(shù)。
1.2.4 取向度
聲速法:SCYⅢ型聲速取向測量儀。
浸沒法:PS型偏光顯微鏡(上海光學(xué)儀器廠), ZW型阿貝折射儀(上海光學(xué)儀器廠)、鈉光燈等；以石蠟和α溴萘為浸沒液。
1.2.5 纖維形態(tài)
由于醋酯纖維相當(dāng)柔軟，切片的制作難度較
①收稿日期
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3期張 靜，等：二醋酯纖維的結(jié)構(gòu)特性
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大，故采用其他纖維包覆的方法。將一定量的醋酯纖維理直并包在深色羊毛中，然后在Y172型纖維
切片器(哈氏切片器)上進(jìn)行切片，最后在光學(xué)顯微鏡下觀察并攝影。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 DSC 差熱分析
二醋酯纖維的熱性能已有一些研究[3～5]，但結(jié)論并不一致。本實(shí)驗(yàn)中A 、B 、F 3個樣品的DSC 測試結(jié)果如下:
表1 二醋酯纖維的DSC 譜圖結(jié)果
特征峰
A
B
F
溫度/℃熱焓/(J g -1)溫度/℃熱焓/(J g -1
)溫度/℃熱焓/
(J g -1)
第一個峰203.17 2.03202.78 2.17204.12 2.22第二個峰233.15
4.19
233.94
3.18
233.29
4.06
很明顯,3個樣品的DSC 測試結(jié)果非常接近,
都有2個特征放熱峰，而且峰的位置也幾乎相同(表1)，其原因可能是：這3個樣品是用相同的二醋片紡成的。從兩個特征峰的形狀來判斷，它們都是熔融峰，說明二醋酯纖維存在兩種晶型結(jié)構(gòu)。對第一個特征峰而言,3個樣品的熱焓沒有大的差異，而第二個峰的熱量轉(zhuǎn)化能稍有區(qū)別,A 樣最高,B 樣最低，這表明紡絲工藝對醋酯纖維的結(jié)晶度有一定的影響。但總的來說，這3個樣品的熱性能和結(jié)晶度差異不大。從理論上說，可以根據(jù)熱焓來計算被測樣品的結(jié)晶度，但由于二醋酯全結(jié)晶時的熱焓未能查得，所以定量分析難以實(shí)現(xiàn)。2.2 密度與結(jié)晶度
表2 密度測試結(jié)果
A
B F 高度/cm 68.8667.87872.74密度/(g cm
-3)
1.3307
1.3329
1.3222
從表2可見，本實(shí)驗(yàn)測得的二醋酯纖維的密度與文獻(xiàn)報道相符[6]，其中A 、B 兩個樣品的密度值相差不大，說明這2個樣品的結(jié)晶度非常接近；而F 樣的密度值略小于A 、B 樣品，表明它的結(jié)晶度相對較低，但差異也不大。2.3 X 射線衍射測試
圖1為A 、B 、F 樣的X 射線衍射圖。3個樣品的衍射峰都不典型，既平又寬，說明二醋酯纖維的結(jié)晶度普遍較低，結(jié)晶規(guī)整性較差。其中,A 、B 的X
射線衍射圖很相似，分別在2θ=9.9°、18.4°和2θ=9.
85°、17.75°時出現(xiàn)兩個大的彌散峰，在2θ=21.7°、20.95°時有一個小衍射峰，峰的位置基本相同；但B 的衍射峰比較尖銳、峰寬較窄,A 的衍射峰則比較平滑，可見B 的結(jié)晶度較高。F 的X 射線衍射圖也有3個衍射峰，其峰位置分別在2θ=9.7°、17.4°、20.2°處，但它的衍射峰更寬更平，說明其結(jié)晶性較A 、B 差。該結(jié)論與密度法一致。從紡絲工藝的角度來看，雖然A 、B 采用的工藝參數(shù)不同，但均為煙用醋酸絲束紡絲工藝路線，所以它們之間的差異不大；而F 是通過紡織用醋酯長絲的工藝路線得到的，雖然我們并不清楚兩條工藝路線的具體差異，但有一點(diǎn)可以確認(rèn)：煙用紡絲工藝和紡織用紡絲工藝并非完全一致，它們之間的差異導(dǎo)致了F 和其他樣品的結(jié)構(gòu)差異。
圖1 二醋酯纖維的X 射線衍射圖
2.4 取向度
這里采用聲速法和浸沒法2種方法來測試二醋酯纖維的取向度(見表3、4)。觀察表3、4，我們發(fā)現(xiàn)無論采用哪種方法,3個樣品的取向度均比較接近，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于粘膠纖維，說明二醋酯纖維具有取向度偏低的特性。另外，我們還發(fā)現(xiàn)2種方法的測試結(jié)果并不一致，其原因之一可能是3個樣品本身的差異較小，之二可能是實(shí)驗(yàn)誤差。
表3 聲速法測試結(jié)果
A
B F 模量/(cN dtex -1)56.20264.72653.876速度/(m s -1)
2105.263
2259.887
2061.855
表4 浸沒法測試結(jié)果
n ∥
n ⊥n ∥-n ⊥A 1.4792 1.4750.0042B 1.4756 1.47260.0030F
1.4783
1.4756
0.0027
注:n ∥、n ⊥分別為纖維的平行折射率和垂直折射率,n ∥-n ⊥為纖維
的雙折射
2.5 纖維形態(tài)、結(jié)構(gòu)
圖2給出了A 、B 、F 樣品的橫截面形狀，從圖2(a )、(b )中可以看到A 與B 的截面形狀大致相同，呈方齒形，但A 的截面鋸齒較B 明顯，其原因可能
是A 的殘留溶劑量低于B ，即溶劑揮發(fā)較B 多，導(dǎo)致纖維截面收縮程度較大。
圖2 二醋酯纖維3個樣品的橫截面
觀察圖2(c )可以看到,F 的截面形態(tài)和A 、B 差異較大，鋸齒既淺又少，截面不呈方齒形，但四周較光滑，這些可能是由于生產(chǎn)工藝的不同造成的,A 、B
是采用煙用醋酸絲束工藝生產(chǎn)的，而F 使用的是紡織用二醋酯長絲紡絲工藝。
二醋酯纖維的縱向形態(tài)與粘膠纖維差不多，表面有許多溝槽，而且不很均勻。
3 結(jié)論
這里以開發(fā)紡織用二醋酯長絲為目的，借鑒煙用醋酸絲束紡絲工藝，采用不同紡絲工藝參數(shù)，紡制了兩個二醋酯長絲樣品，對其結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了測
試；同時將上述樣品與韓國紡制的紡織用二醋酯長絲進(jìn)行比較，初步探討了紡絲工藝與二醋酯纖維結(jié)構(gòu)性能之間的關(guān)系。結(jié)論如下:
(1)通過DSC 測試，發(fā)現(xiàn):3個樣品的DSC 譜圖很相似，都有兩個特征熔融峰，說明二醋酯纖維存在兩種晶型結(jié)構(gòu)。
(2)密度法和X 射線衍射分析的結(jié)果一致:A 、B 樣品的結(jié)晶度非常接近，而F 樣品的結(jié)晶性能相對較差。
(3)在光學(xué)顯微鏡下觀察:A 、B 的橫截面形狀大致相同，呈方齒形；而F 的橫截面和A 、B 明顯不同，不呈方齒形，鋸齒既淺又少，且四周較光滑。
參 考 文 獻(xiàn)
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102
(下轉(zhuǎn)第122頁)
solution influenced remarkably the characteristics o f membrane,meanw hile the concentration of salt displays the effects o n the perfo rmance of PVDF mem brane.
Keywords:po lyvinylidene fluoride(PVDF),ho llow fiber membrane,test of characteristic,γ-glo bulin, operating conditio ns
(上接第96頁)
Structure Properties of Diacetate Fiber
Z H AN G J ing1,W ANG Shan-yuan1,2
(1.College of Textiles,Do nghua Univ ersity,Sha nghai,200051;2.The K ey La boratory of Textile Science a nd
Technolog y,Ministry of Educatio n,China,Dong hu a University,Shang hai,200051)
A bstract Such structure properties as cry stal and orientation of diacetate fibe r were investig ated by means of DSC,X-ray diffraction and density-g radient tube,etc.,and the influence of different spinning pro cess on structure properties of fiber s w ere discusd elementarily.It w as found that diacetate fiber posss tw o kinds of cry stalline structures,and its cry stallinity and orientation are relatively low;besides, pro vided that sam e diaceta te flakes w ere ud,spinning process prents a definite,but uno bvious influence on structure properties o f fiber,w hile the difference be tw een the s
pinning pro cess ud in tobacco and that in tex tile showed a com paratively obvious influence on structure properties of fiber. Keywords:diace tate fiber,structure pro perties,spinning pro cess,cry stal
