陈慰来;万林焰;易定红
【摘 要】对最新T800弹性纱线的微观结构及力学性能进行研究.采用扫描电镜对T800弹性纱线的横截面和纵向结构进行分析,采用Nicolet 5700红外测试仪测试其红外光谱,推断其含有I、Cl、F和N元素,而普通涤纶大分子链只含有C、H、0;采用DSC测试并计算其结晶度为5.8％,可推断出纤维大分子、基原纤排列不是很规整,缝隙空洞大且多,同时测试并比较3种不同线密度的T800弹性纱线的拉伸和弹性性能,得出其线密度越小,强度和弹性越大.通过对3种规格T800弹性纱线的微观结构和力学性能的研究,得出8.33 tex纱线综合性能最好. 【期刊名称】《纺织学报》
【年(卷),期】2014(035)003
【总页数】5页(P18-21,45)
【关键词】弹性纱线;横截面;纵向结构;结晶度;力学性能玉米割晒机
【作 者】陈慰来;万林焰;易定红
【作者单位】浙江理工大学材料与纺织学院,浙江杭州 310018;浙江理工大学材料与纺织学院,浙江杭州 310018;浙江理工大学材料与纺织学院,浙江杭州 310018
【正文语种】中 文
【中图分类】TS102
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人们使用橡胶丝来赋予织物以弹性，随着人们生活水平及纺纱技术的不断提高，越来越多的高性能弹性纱线及弹性织物得到开发与应用［1－3］。现在市场上主要的弹力面料大都是通过加入氨纶丝来达到其弹性，氨纶丝具有高弹力的特点，在常规的后整理中易产生起皱、卷边，工艺不当还会造成氨纶丝断裂、弹力下降、弹性严重损失等问题［4－6］，到目前为止，这些问题尚未得到很好的解决。
近年来，为了弥补氨纶纤维的不足，弹性纤维得到快速发展［7］，新型T800弹性纱线就是其中之一。本文主要研究了T800弹性纤维的微观结构和力学性能，特别是弹性性能，其结晶度和纤维弹性有着密切的关系，以期为后续开发弹力织物及织物弹力性能的研究提供
理论参考。
1.1 实验材料与仪器
原料:线密度分别为8.33、16.66和33.33 tex的T800弹性纱线(杭州汇维仕永盛有限公司)。所用仪器:E－SEM HITACHIS－410(日本)扫描电镜，Nicolet 5700 FT－IR 红外测试仪，Perkin Elmer Pyris Diamond DSC差示扫描量热仪，XL－2型纱线强伸度仪。
1.2 测试
1.2.1 横截面和纵向结构
制作纤维切片在扫描电镜上进行观察。
1.2.2 结晶度
选用16.66 tex的T800纱线(5 g左右)，测试条件为:升、降温速率为10℃/min，从－30℃升
炒茶机>彩灯控制电路温到100℃停留5 min后再降温到－30℃，记录升降温曲线，在差示扫描量热仪上进行测试。
1.2.3 红外光谱
清扫工具选用16.66 tex的T800纱线，测试条件:把纱线切成细小的小段，在研磨器中加入溴化钾与原料一起研磨，达到粉末状态，用压片器压好后放入Nicolet 5700红外测试仪中进行实验。
1.2.4 拉伸强力
将待测纱线放在恒温恒湿室24 h，仪器夹持距离是250 mm，拉伸速度是250 mm/min，预加张力是0.5 cN/tex，每种纱线测20次，然后取平均值，在XL－2型纱线强伸度仪上进行测试。
1.2.5 弹性
在实际应用中，一般织物会受到外力的作用，定负荷主要是测试给予纱线一定的外力后，观察其变形程度和回复性。定伸长主要是测试其拉伸到一定长度后，回复到原状的能力。
将待测纱线放在恒温恒湿室调湿24 h，在XL－2型纱线强伸度仪上进行测试，夹持距离为250 mm，拉伸速度为250 mm/min，预加张力为0.5 cN/tex，每种纱线测20次，取平均值。
定伸长弹性测试:以试样长度的5%作为定伸长，停顿时间为30 s，回复时间为120 s。
定负荷弹性测试:以试样平均断裂强力的30%作为实验中的牵引负重，停顿时间为30 s，回复时间为120 s。
2 结果与分析讨论
2.1 横截面和纵向结构图像分析
16.66 tex纱线截面和纵向结构如图1所示。
图1 16.66 tex纱线的横截面和纵向结构图Fig.1 Cross section(a)and longitudinal structure(b)of 16.66 tex filament
由图1可知，T800弹性纱线横截面是不规则的实心圆形，而普通涤纶的截面形状是规整圆
形，由此推断出其不是普通涤纶。
2.2 结晶度分析
将测试得出的实验数据运用Origin软件作图，结果见图2。
图2 16.66 tex T800纱线DSC测试结果Fig.2 Result of DSC test of 16.66 tex T800 filament
式中:△H为样品测的的熔融热;△H c为100%结晶样品的熔融热。
△H c查手册结果:100%结晶涤纶的熔融热为125.4 J/g。根据样品的熔融热△H为7.3 J/g，计算得出16.66 tex T800纱线的纤维分子结晶度约为5.8%。通过文献查阅知普通涤纶的结晶度约为35%，而测试结果T800纤维的结晶度为5.8%，说
计算高分子结晶度X的公式为明纤维大分子、基原纤排列不是很规整，缝隙空洞较大、较多，大分子和基原纤间结合力较低，纤维的断裂强度、屈服应力和初始模量均较低，但有利于增加纤维的弹性，进一步改善纱线的弹性。图中有2个峰值，可能在加热过程中出现了熔融—重结晶—再熔融的现象。
2.3 红外光谱分析
根据实验数据使用Origin软件绘制16.66 tex的T800纱线红外光谱图，结果如图3所示。
图3 16.66 tex T800纱线和普通涤纶的红外光谱Fig.3 IR spectra of16.66 tex T800 yarn(a)and regular polyester(b)
通过对图3中(a)、(b)进行对比分析，利用Origin软件对数据进行处理，以及根据查表得出:在499、433 cm－1处为 C—I的伸缩振动峰;在793 cm－1处为 C—Cl伸缩振动峰;在1 039、1 007 cm－1处为C—F伸缩振动峰;在3 430 cm－1处为—NH2、—NH(游离)伸缩振动峰［8］。由此推断其含有 I、Cl、F 和N元素，普通涤纶大分子链只含有C、H、O这3种元素，表明其不是普通涤纶。
2.4 拉伸及强力实验分析
根据测试实验数据及以下计算公式，计算试样的变异系数。
式中:S为标准差;为全实测值的平均值;Xi为实测值;N为实验次数;CV为变异系数。
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3种规格纱线的实验数据如表1所示。
表1 3种规格的T800弹性纱线的拉伸及强力测试结果Tab.1 Results of tensile and strength test of three specifications of T800 elastic yarn密度/tex 取值 强力/cN试样线强度/(cN·dtex－1伸长率/%定伸长负荷/cN )8.33 平均值 248.3 21.9 86.9 3.0变异系数/% 3.1 11.3 5.6 3.5 16.66 平均值 464.5 24.3 79.1 2.8变异系数/% 3.8 8.0 41.5 4.4 33.33 平均值 729.2 23.0 355.0 2.2变异系数/% 4.4 13.5 2.2 4.5
图4示出根据实验数据绘制的3种规格纱线的强力曲线图。
图4 3种规格T800弹性纱线的强力比较Fig.4 Comparison of strength curves on three specifications of T800 elastic yarn
综合图表数据可以得出:33.33 tex纱线的强力为729.2 cN，16.66 tex纱线的强力为464.5 cN，8.33 tex纱线的强力为248.3 cN;但强度正好相反，8.33 tex纱线的强度最大，为3.0 cN/dtex，16.66 tex纱线的强度为2.8 cN/dtex，33.33 tex纱线的强度最小，为2.2 cN/dtex，由此说明纱线线密度越小，强度越好，且T800弹性纱线的强度均大于2.0 cN/dte
x，符合服用纱线要求，不用包覆，可以直接使用［9－10］。8.33、16.66、33.33 tex 这 3 种规格纱线的平均断裂伸长率分别为21.9%、24.3%、23.0%，说明其断裂伸长率小。从图4还可以看出:33.33 tex的T800弹性纱线被拉断时所施加的负荷最大;随着纱线线密度的减小，拉断纱线时施加的负荷也随之减小。
2.5 弹性性能比较分析
2.5.1 定伸长弹性
3种不同规格纱线的实验结果如表2所示。
表2 3种规格T800弹性纱线定伸长弹性回复率测试结果Tab.2 Results of elastic recovery rate of three specifications of T800 elastic yarn %试样线密弹性回复率8.33 平均值 62.5 16.2 21.3 83.8变异系数 3.3 13.5 4.5 2.6 16.66 平均值 49.9 33.1 17.0 66.9变异系数 3.1 8.5 9.7 4.2 33.33 平均值 37.1 61.9 1.1 38.1变异系数度/tex 取值 急弹性变形塑性变形缓弹性变形4.8 3.4 65.8 5.5
由表2可以看出:8.33 tex的T800纱线弹性回复率平均值为83.8%，变异系数为2.6%;16.66 t
ex的T800纱线弹性回复率的平均值是66.9%，变异系数为4.2%;33.33 tex的 T800纱线的弹性回复率平均值是38.1%，变异系数为5.5%。由此可知，8.33 tex纱线的弹性回复性是最好的，随着纱线线密度变大，弹性逐渐减小。变异系数反映出单位均值上的离散程度，变异系数较小说明纱线的弹性分布比较均匀。8.33 tex弹性纱线的急弹性变形最大，表明其瞬间变形最大，弹性最好。8.33、16.66和33.33 tex纱线的塑性变形分别为16.2%、33.1%和61.9%，随着纱线线密度变大，其塑性变形增大，说明其回复到初始状态的能力越弱，其弹性回复率越不好。33.33 tex纱线缓弹性变形最小，8.33 tex纱线的最大，缓弹性变形表示在瞬间变形后慢慢回复原形的能力，其经历时间比较长，实验测出的数值越大，说明其在一定时间内的回复也越好，即8.33 tex纱线的回复性最好。综上，8.33 tex纱线的急弹性变形最大，塑性变形最小，缓弹性变形最大，因此其弹性性能最好。
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