丁致家，齊 魯，高曉東，顏 冬

(1.天津工業(yè)大學(xué)生物與紡織材料研究所，天津300160;2.波司登股份有限公司博士后工作站，江蘇常熟215532)

隨著社會的進(jìn)步，人們對紡織品的功能性要求越來越高。聚酯(PET)纖維由于其自身結(jié)構(gòu)上的特點，其端羥基的存在使得其易吸濕，且PET存在易燃和易熔滴缺點，對PET纖維改性賦予其疏水及阻燃性能為目前研究的熱點［1－6］。作者在前期工作中確定了芯層和皮層芳基聚磷三酯(G-77)阻燃劑的含量，保證了 PET纖維的阻燃性［7－8］;本實驗對皮層添加了不同黏度的聚偏氟乙烯(PVDF)，發(fā)現(xiàn)PVDF對PET造粒黏度有增大作用，其在賦予PET纖維疏水性能的同時改善了纖維的燃燒性能，熔滴減少，極限氧指數(shù)(LOI)也有一定提高。

1 實驗

1.1 原料與儀器

PET:中國石化儀征化纖股份有限公司產(chǎn);G-77阻燃劑:濟(jì)南三江阻燃劑有限公司產(chǎn);PVDF: PVDF-A的旋轉(zhuǎn)黏度為500 mPa·s，PVDF-B的旋轉(zhuǎn)黏度為200 mPa·s，上海東氟化工科技有限公司;鈦酸酯類偶聯(lián)劑:儀征天揚化工有限公司產(chǎn);丙烯酸酯接枝聚烯烴彈性體:相容劑，自制。

SHR-25A型高速混合機(jī):張家港海濱機(jī)械有限公司制;雙螺桿擠出造粒試驗機(jī):南京達(dá)力特擠出機(jī)械有限公司制;PT450C型注塑機(jī):力勁集團(tuán)制;紡絲試驗機(jī):大連華綸化纖工程有限公司制; KV900I型牽伸機(jī):山西同豐纖維機(jī)械有限公司制;FA/JA型電子天平:上海越平科學(xué)儀器有限公司制;JF-4型氧指數(shù)測定儀:南京市江寧區(qū)分析儀器廠制;CZF-6水平垂直燃燒測定儀:南京市江寧區(qū)分析儀器廠制;LLY-06BD型電子單纖維強(qiáng)力儀:萊州市電子儀器有限公司制;JC2000C2型接觸角測量儀:上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司制;烏氏黏度計:上海正慧工貿(mào)有限公司制。

1.2 皮芯復(fù)合纖維的制備

在前期實驗的基礎(chǔ)上［8］，確定了芯層G-77阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.35%;皮層自制阻燃母粒/共聚阻燃母粒質(zhì)量比為7/3，偶聯(lián)劑/PVDF質(zhì)量比為0.06，相容劑/PVDF質(zhì)量比為0.03，其中自制阻燃母粒中G-77阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%。

將PET、G-77按配方量置于高速混合機(jī)中混勻，通過雙螺桿擠出機(jī)造粒制得芯層紡絲切片。皮層的造粒先用PET和G-77按一定比例制得自制阻燃母粒，造粒條件與芯層料相同;再將自制阻燃母粒、共聚阻燃母粒、PVDF、G-77、自制相容劑以及助劑等混合造粒。

制得的皮、芯層聚酯切片分別通過真空干燥箱后，復(fù)合紡絲得到初生纖維，再經(jīng)拉伸得到最終的皮芯復(fù)合PET纖維［8］。

1.3 性能測試

LOI:采用 GB/T2406.2—2009《塑料—用氧指數(shù)法測定燃燒性能》以及頂面點燃法的點火方式，通過氧指數(shù)測定儀對皮層料和芯層料樣條進(jìn)行測定。

燃燒性能:采用GB/T2408—2008《塑料—燃燒性能的測定》，垂直燃燒實驗采用點火時間為10 s的方法，水平燃燒實驗采用點火時間為30 s的方法，測試其燃燒性能。

黏度:采用GB/T 14190—2008《纖維級聚酯切片(PET)試驗方法》，以苯酚/四氯乙烷(質(zhì)量比50∶50)為溶劑，在25℃下，通過烏氏黏度計測試改性后PET原料的黏度。

力學(xué)性能:采用GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗方法》，間隔長度20 mm，拉伸速度20 mm/min，通過單纖維強(qiáng)力儀測定皮芯復(fù)合多功能纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率。

疏水性能:采用JC2000C2型接觸角測量儀測定改性PET纖維與水的接觸角以表征其疏水性能，接觸角越大，疏水性能越強(qiáng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVDF黏度對造粒的影響

造粒過程中，原料中 PET是主體成分。PVDF-B由于其黏度較PVDF-A小，流動性更好，與PET共混更均勻，在造粒中發(fā)現(xiàn)，其皮層料切片表面更光滑，造粒溫度可以適當(dāng)降低［9］。對比兩種PVDF皮層造粒溫度，PVDF-B造粒溫度較PVDF-A的造粒溫度低4℃。

2.2 PVDF黏度對阻燃性能的影響

從圖1可以看出，隨著PVDF添加量的增加，LOI有一定提高，但變化不大，PVDF/(PET+G-77)質(zhì)量比從0.06提高到0.12，LOI僅提高1%。這說明PVDF對阻燃性能的提高有一定的促進(jìn)作用，但效果有限。另外，圖1中2條曲線幾乎重合，說明PVDF黏度對PET的LOI影響很小。

圖1 PVDF含量對皮層樣條LOI的影響Fig.1 Effect of PVDF content on LOIof sheath sample

加入PVDF后，改性PET切片的流動性變差，在燃燒時熔滴會相應(yīng)減少，滴落速度變慢，改善了PET的燃燒性能。測試了其水平垂直燃燒情況，結(jié)果見表1和表2。

表1 皮層樣條水平燃燒實驗數(shù)據(jù)Tab.1 Horizontal burning experimental data for sheath sam p le

表2 皮層樣條垂直燃燒實驗現(xiàn)象Tab.2 Vertical burning experimental data for sheath sam p le

從表1和表2可以看出，皮層料在PET中加入了阻燃劑和PVDF，水平燃燒余焰時間為0;相比于純PET，垂直燃燒滴落物也較少，阻燃效果好;由于PVDF-A黏度大，流動性較PVDF-B小，其皮層熔滴更少，對熔滴改善更明顯。

2.3 PVDF黏度對疏水性能的影響

從圖2可以看出，在皮層改性PET中，PVDF/ (PET+G-77)的質(zhì)量比由0.06增加到0.12的過程中，PET與水的接觸角逐步增大，并且增大趨勢趨于平緩。從圖2還可以看出，PVDF-B改性PET的接觸角較同質(zhì)量比的PVDF-A的接觸角要稍大。原因是PVDF-B其旋轉(zhuǎn)黏度低，熔體流動指數(shù)較高，與PET相容性較好，混料均勻，皮層的流動性大大增強(qiáng)，紡絲時其在纖維中分布更均勻，疏水性能提高。

圖2 PVDF含量對改性PET與水的接觸角的影響Fig.2 Effect of PVDF content on water contact angle ofmodified PET

2.4 PVDF含量對紡絲的影響

由于PVDF及其他添加劑的加入，紡絲溫度較純PET紡絲溫度降低。紡絲溫度設(shè)定在265℃時，加入不同質(zhì)量比的PVDF對改性PET紡絲壓力的影響見圖3。

圖3 PVDF含量對紡絲壓力的影響Fig.3 Effect of PVDF content on spinning pressure

從圖3可以看出，隨著PVDF/(PET+G-77)的質(zhì)量比的增大，紡絲壓力也增大。由于在PET中加入PVDF，在恒定紡絲溫度下，共混聚合物熔體的黏度增大，且隨著PVDF含量的增加，其黏度越大，在紡絲過程中的熔體壓力會越大。由于皮層添加PVDF的原因，其壓力會有所變化，而芯層由于配方不變，壓力變化較小，故紡絲穩(wěn)定性會隨皮層PVDF含量變化有波動。當(dāng)PVDF-A/(PET +G-77)質(zhì)量比值大于0.08時，紡絲開始出現(xiàn)飄絲，后拉伸有毛絲，而當(dāng)其質(zhì)量比達(dá)到0.12時，易出現(xiàn)嚴(yán)重的滴料等現(xiàn)象，主要是PVDF-A黏度較大，流動性較小，可紡性較差，故PVDF/(PET+G-77)的質(zhì)量比值應(yīng)控制在0.08以內(nèi)。在選用黏度較低的PVDF-B后，PVDF/(PET+G-77)的質(zhì)量比可以提高到0.12，可紡性好。

2.5 PVDF含量對力學(xué)性能的影響

從表3可以看出，隨著PVDF含量的增加，改性PET纖維的斷裂強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率也逐漸下降，表明纖維變脆。這是由于初生纖維中含有PVDF，在拉伸和熱定型過程中，有可能形成分子間的物理交聯(lián)點，并破壞了纖維分子結(jié)構(gòu)，所以PVDF添加量越多，改性纖維力學(xué)性能越差。在PVDF-A/質(zhì)量比達(dá)到0.09時，其斷裂伸長率降低到13.0%，而黏度更低的PVDF-B在此配方下其伸長率為17.7%。PVDF-B質(zhì)量比值增大到0.115時斷裂伸長率也達(dá)到13.7%，力學(xué)性能較PVDF-A改性纖維好。同時，PVDF-B的改性纖維其測試值波動較小，較PVDF-A更加穩(wěn)定。因此，采用PVDF-A二次造粒對皮層進(jìn)行改性時，最終確定的較穩(wěn)定皮層配方為自制阻燃母粒/共聚阻燃母粒質(zhì)量比為7/3，PVDF-A的最大質(zhì)量比為0.08。但是，由于PVDF(A黏度太大，造粒過程中熔體流動性較差，與PET的混合相容性不好，當(dāng)其質(zhì)量比增加到0.09后，紡絲質(zhì)量不好，后期出現(xiàn)滴料，且在拉伸過程中出現(xiàn)毛絲。改用黏度更低的PVDF-B后，紡絲穩(wěn)定性和纖維力學(xué)性能提高，質(zhì)量比可增加到0.12。

表3 不同PVDF含量的改性PET纖維力學(xué)性能Tab.3 M echanical properties ofmodified PET fiber w ith different PVDF content

3 結(jié)論

a.PVDF對PET黏度及紡絲穩(wěn)定性有影響，其添加量有一定限制。隨著PVDF含量的增加，黏度變大，皮層紡絲壓力增加，與芯層壓力差距變大，紡絲穩(wěn)定性變差。

b.PVDF種類選擇對紡絲穩(wěn)定性影響較大，合適黏度的PVDF能極大地改善紡絲性能，并能提高PVDF的加入量，得到更好的疏水效果。

c.選用旋轉(zhuǎn)黏度較小，熔體流動指數(shù)較高的PVDF-B進(jìn)行造粒后，流動性明顯變好，拉伸絲毛絲減少，PVDF-B/(PET+G-77)阻燃母粒質(zhì)量比值可達(dá)0.12，且條干均勻，其改性纖維斷裂強(qiáng)度為3.05 cN/dtex，斷裂伸長率為12.4%。

d.隨著PVDF含量的增加，改性纖維斷裂強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率逐漸下降，纖維變脆，不利于后加工。

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