基于同步輻射技術(shù)研究滌綸工業(yè)絲的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、滌綸工業(yè)絲具有強(qiáng)度高、模量大、伸長小、耐熱性好、耐沖擊和耐疲勞性好等優(yōu)點(diǎn)，在線繩、索具、汽車安全帶、燈箱廣告布和輪胎橡膠等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。然而，隨著全球工業(yè)體系的快速變革，傳統(tǒng)的滌綸工業(yè)絲品種已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。差別化、創(chuàng)新化且具有高附加值的滌綸工業(yè)絲品種，如重旦、細(xì)旦、高模量低收縮、高強(qiáng)超低收縮、抗菌、拒水以及阻燃等已成為企業(yè)重點(diǎn)開發(fā)的方向。研發(fā)高性能差別化的滌綸工業(yè)絲新品種，關(guān)鍵是掌握生產(chǎn)工藝、纖維結(jié)構(gòu)以及性能之間的

2、對應(yīng)關(guān)系。本文利同步輻射廣角X射線衍射（WAXD）和小角X射線散射（SAXS）技術(shù)系統(tǒng)研究了不同種類滌綸工業(yè)絲的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，不同公司生產(chǎn)的高模低縮滌綸工業(yè)絲的結(jié)構(gòu)與性能的差異，熱場拉伸狀態(tài)下HMLS滌綸工業(yè)絲的結(jié)構(gòu)演變以及剪切作用下聚酯切片的結(jié)晶行為，提出了滌綸工業(yè)絲的三維結(jié)構(gòu)模型，并分析了生產(chǎn)工藝、纖維結(jié)構(gòu)以及纖維力學(xué)性能和干熱收縮之間的對應(yīng)關(guān)系。
　　通過對高模低縮（HMLS）、高強(qiáng)（HT）、低縮（LS）和超低縮（SLS）四類

3、滌綸工業(yè)絲的研究，發(fā)現(xiàn)高紡絲速度、低拉伸倍數(shù)和高熱定型溫度生產(chǎn)的HMLS工業(yè)絲具有結(jié)晶度高、非晶區(qū)取向高、長周期值小，片晶層與非晶層堆積緊密和片晶層表面傾斜角度小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。較高的拉伸倍數(shù)會導(dǎo)致HT、LS和SLS工業(yè)絲具有較大的長周期值和較大的片晶層傾斜角度。高熱定型溫度會導(dǎo)致LS和SLS工業(yè)絲具有較高的結(jié)晶度、較大的晶粒尺寸、較少的晶粒個數(shù)和較低的非晶區(qū)取向。相對于其它結(jié)構(gòu)參數(shù)，非晶區(qū)取向?qū)炀]工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度、初始模量、定負(fù)荷伸長、

4、斷裂伸長和干熱收縮具有更顯著的影響。研究還發(fā)現(xiàn)長周期值和晶粒個數(shù)會分別影響滌綸工業(yè)絲的伸長率和初始模量。除此之外，較小的片晶層表面傾斜角度可能與工業(yè)絲的尺寸穩(wěn)定性有一定的關(guān)系。
　　五種 HMLS滌綸工業(yè)絲的結(jié)構(gòu)與性能的研究表明，除了非晶區(qū)取向，規(guī)整的結(jié)晶相同樣會影響工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度和干熱收縮。結(jié)晶度低意味著纖維樣品內(nèi)部存在更多的無定形分子鏈，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度降低和干熱收縮增大。因此，高結(jié)晶度和高非晶區(qū)取向是滌綸工業(yè)絲保持高強(qiáng)度和低干

5、熱收縮的必要因素。而且，研究還發(fā)現(xiàn)片晶層表面傾斜角度較小的工業(yè)絲具有較好的尺寸穩(wěn)定性。
　　熱場作用下的原位拉伸實(shí)驗(yàn)用來模擬滌綸工業(yè)絲的拉伸和熱定型工藝。研究發(fā)現(xiàn)，在25 oC，95 oC和125 oC下， HMLS滌綸工業(yè)絲的結(jié)晶度和赤道方向的晶粒尺寸隨著應(yīng)變增加呈現(xiàn)下降的趨勢，長周期、片晶層厚度和非晶層厚度隨著應(yīng)變增加而增大。在200 oC拉伸時，HMLS工業(yè)絲的結(jié)晶度與（010）晶面方向的晶粒尺寸隨應(yīng)變下降，而（-110）和

6、（100）晶面的晶粒尺寸隨應(yīng)變而增大。在不同溫度下，隨著拉伸進(jìn)行，HMLS滌綸工業(yè)絲的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。結(jié)合前述研究可以發(fā)現(xiàn)，提高紡速，降低拉伸倍數(shù)，可以提高纖維結(jié)構(gòu)的致密性。
　　剪切作用下滌綸工業(yè)絲用聚酯切片的SAXS圖樣呈現(xiàn)出各向異性，表明剪切導(dǎo)致 PET片晶沿剪切方向發(fā)生了取向作用。存在剪切作用時，PET發(fā)生結(jié)晶的時間早于無剪切作用，表明剪切促進(jìn)了 PET的結(jié)晶。據(jù)此可以判斷，在紡絲工藝中，提高紡絲速度可以使聚酯熔體經(jīng)過噴