1、PTT(Polytrimethyleneterephthalate)是一種新型可成纖高聚物，二十世紀(jì)末期先后由Shell化學(xué)公司和DuPont公司實現(xiàn)了其工業(yè)化生產(chǎn)。PTT/PET(Polyethyleneterephthalate)并列復(fù)合纖維是利用PTT和PET兩者的收縮率差，經(jīng)過熔融復(fù)合紡絲得到的具有自發(fā)卷曲的復(fù)合纖維。這種類似卷彈簧結(jié)構(gòu)的螺旋狀卷曲給纖維帶來了高延伸性能，又加上其中的PTT組分的“Z”字形大分子結(jié)構(gòu)使其具備了低模

2、量、高伸長、高回彈性等優(yōu)異性能，使PTT/PET纖維可用于梭織和針織結(jié)構(gòu)彈性織物的制造，并且具有比氨綸或錦包氨紗線更好的彈性持久性、耐氯漂性、尺寸穩(wěn)定性、耐曬、耐高溫、柔軟舒適等性能。所以，該類纖維受到了產(chǎn)業(yè)界的高度重視，已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的國際著名產(chǎn)品有Ivista公司的T400、Huvis的ESS等，Hyosung的X55，這些國外企業(yè)都有PTT/PET纖維的發(fā)明專利，國內(nèi)企業(yè)像海寧新高也生產(chǎn)有PTT/PET纖維CM800，但是目前，國

3、內(nèi)纖維企業(yè)生產(chǎn)該類聚酯纖維還存在著設(shè)計盲從、纖維性能不清楚等問題。
　　 本文的目的是從研究復(fù)合纖維的卷曲結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，深入了解纖維的結(jié)構(gòu)彈性，結(jié)合理論分析卷曲結(jié)構(gòu)的成因、影響因素及彈性力學(xué)性能，得到設(shè)計PTT和PET新型雙組份纖維時重要的參數(shù)，探明其彈性力學(xué)性能的預(yù)測方法，為國內(nèi)外開發(fā)新型的PTT/PET自卷曲纖維提供理論依據(jù)和實驗參考。全論文主要的工作及結(jié)論如下:
　　 關(guān)于PTT/PET纖維卷曲結(jié)構(gòu)的研究，選取了4

4、種己商業(yè)化生產(chǎn)的PTT/PET纖維試樣，通過紅外光譜分析及染色實驗驗證復(fù)合纖維的兩種組分，并結(jié)合光學(xué)顯微鏡觀察得到的復(fù)合纖維的橫截面形狀，綜合得到各復(fù)合纖維中兩組分的比值。實驗觀察得到PTT/PET纖維試樣的橫截面形狀有“葫蘆形”、圓形和“啞鈴形”，對應(yīng)的PTT和PET的兩組分比分別為40/60、60/40和50/50，不同的橫截面形狀和組分比最終使復(fù)合纖維形成不同的卷曲結(jié)構(gòu)。PTT/PET復(fù)合纖維在不同環(huán)境條件下，卷曲形態(tài)有很大不同，

5、初步紡絲成型的纖維擁有松散、不明顯的螺旋卷曲形態(tài)，但是，經(jīng)過熱處理的纖維的螺旋卷曲排列緊密。根據(jù)對PTT/PET纖維的卷曲特征觀察，選用螺距、卷曲半徑、卷曲曲率和卷曲軸向均勻度4個指標(biāo)表征纖維的螺旋卷曲形態(tài)。測試?yán)w維試樣的這些指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著PTT/PET纖維的線密度增加，纖維卷曲的螺距、卷曲半徑增加，而卷曲曲率降低;橫截面形狀對獲取較高的卷曲曲率有至關(guān)重要的影響，橫截面的長短軸比值大的復(fù)合纖維有利于獲得較高的卷曲曲率;纖維試樣的螺

6、旋卷曲規(guī)整度不高，“葫蘆形”橫截面纖維擁有最高比例的規(guī)整三維螺旋卷曲。
　　 PTT/PET復(fù)合纖維的重要特性是其所能提供的彈性。與普通纖維的強(qiáng)伸性測試時需要消除纖維的卷曲不同，PTT/PET纖維的彈性來自于纖維的卷曲結(jié)構(gòu)，在測試時不應(yīng)該有意消除卷曲，所以，需要確定該類纖維測試時的預(yù)加張力。通過實驗確定出適合PTT/PET纖維拉伸性能測試的預(yù)加張力為0.001±0.0001cN·dtex-1。纖維拉伸實驗測試結(jié)果表明，PTT/P

7、ET纖維的伸長包括卷曲伸直和纖維自身伸直兩部分，卷曲伸直具有低模量高伸長的特征;熱處理對纖維的伸長能力有重要影響，熱處理后的纖維的斷裂伸長率可增高至450％～600％，卷曲伸長率則可高達(dá)300％～450％，而且纖維的彈性模量明顯降低。通過定伸長6次循環(huán)拉伸實驗表明，PTT/PET自身的彈性回復(fù)率低于純PTT纖維而明顯高于純PET纖維;熱處理后的纖維彈性顯著提高，在定伸長為150％時彈性回復(fù)率可達(dá)80％以上，螺旋卷曲結(jié)構(gòu)提供了高彈性回復(fù)率

8、。
　　 從雙組分復(fù)合纖維的卷曲形成機(jī)理可分析PTT/PET纖維不同卷曲結(jié)構(gòu)的成因，探明各因素對纖維卷曲的影響是控制PTT/PET纖維卷曲結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。建立了3種不同橫截面形狀的實際PTT/PET纖維的截面慣性矩的計算模型，運(yùn)用Denton建立的雙組分纖維卷曲曲率的模型和測量的橫截面結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到3種實際的PTT/PET纖維的卷曲曲率計算方程。
　　 為分析卷曲結(jié)構(gòu)表征指標(biāo)之間的關(guān)系，建立了橫截面直徑、卷曲曲率、卷曲半徑和

9、螺距的關(guān)系模型。用該模型分析PTT/PET纖維試樣的卷曲結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，纖維的卷曲曲率處于可達(dá)到的卷曲曲率較小的范圍內(nèi)，而且卷曲半徑趨于最大、而螺距趨于最小。因此，分析復(fù)合纖維的卷曲結(jié)構(gòu)存在最小螺距值，也即是復(fù)合纖維束絲的直徑，由單根纖維橫截面面積及紗線充滿系數(shù)，得到復(fù)合纖維束絲直徑，也即是最小螺距值，實際測得纖維螺距值與最小螺距值的比值在1.39～2之間。
　　 PTT/PET纖維的卷曲結(jié)構(gòu)是彈性來源的主體，其力學(xué)伸長特征關(guān)乎到

10、纖維的使用性能，根據(jù)復(fù)合纖維組分的幾何分布及卷曲結(jié)構(gòu)參數(shù)可建立纖維的負(fù)荷—伸長模型，用于預(yù)測纖維卷曲結(jié)構(gòu)的力學(xué)伸長性能。用兩種方法建立了PTT/PET纖維卷曲結(jié)構(gòu)的力學(xué)伸長模型，計算模型Ⅰ，基于復(fù)合纖維卷曲結(jié)構(gòu)是螺旋曲線而建立的Holdaway模型，將該模型用于表示PTT/PET卷曲結(jié)構(gòu)的負(fù)荷—卷曲伸直度關(guān)系，可以反映出纖維卷曲結(jié)構(gòu)伸長的整體特征，但與實測值之間的差距明顯，能用于預(yù)測纖維卷曲結(jié)構(gòu)的伸直負(fù)荷;力學(xué)模型Ⅱ，由卷曲紗線伸長的力

11、學(xué)原理出發(fā)，建立PTT/PET纖維卷曲結(jié)構(gòu)伸長的模型，并通過修正復(fù)合纖維的彈性模量，可得到準(zhǔn)確表達(dá)卷曲結(jié)構(gòu)伸長的力學(xué)特征。
　　 PTT/PET纖維的卷曲曲率計算方程中含有兩個未知的重要參數(shù)—PTT和PET的彈性模量比和收縮率差，本文用3種實際纖維求取這兩個參數(shù)為研制新型雙組分纖維的提供了重要依據(jù)。通過測試分析發(fā)現(xiàn)3種PTT/PET纖維試樣中的PET組分的結(jié)晶度相近，PTT組分的結(jié)晶度也相近，從而認(rèn)為纖維試樣中相同組分的彈性模量

12、近似或相等;通過復(fù)合纖維的應(yīng)力—應(yīng)變曲線和兩組分的橫截面面積求得PTT和PET的平均彈性模量比為0.573。兩組分的收縮率差是雙組分復(fù)合纖維形成卷曲結(jié)構(gòu)的最根本原因，在彈性模量比己知的情況下，又有測量卷曲半徑和螺距計算得到的纖維卷曲曲率，通過解方程得到PTT和PET兩組分的收縮率差在6.70％～8.57％之間。彈性模量比和收縮率差對復(fù)合纖維卷曲曲率的影響顯著，當(dāng)彈性模量比在0～0.5范圍內(nèi)增加時，PTT/PET纖維的卷曲曲率增加迅速，而

13、當(dāng)彈性模量比超過0.5后，卷曲曲率增幅急劇降低，還有減小的趨勢;橫截面形狀和組分分布一定的情況下，收縮率差越大，PTT/PET纖維的卷曲曲率越高。通過求取這兩個材料參數(shù)發(fā)現(xiàn)，PTT和PET的高聚物是制造自卷曲纖維的絕佳配伍。
　　 關(guān)于PTT/PET纖維的新織物開發(fā)，本課題首先解決了PTT/PET纖維用于針織物時出現(xiàn)的布面隨機(jī)性“條陰狀不勻”問題，解除了針織產(chǎn)品開發(fā)時遇到的困擾。通過常用的調(diào)整布面不勻的方法不能改善這種不勻，根據(jù)

14、對PTT/PET纖維卷曲結(jié)構(gòu)的觀察分析，發(fā)現(xiàn)熱處理后的PTT/PET纖維卷曲結(jié)構(gòu)存在隨機(jī)性的“反轉(zhuǎn)點(diǎn)”，螺旋卷曲的方向在該點(diǎn)兩側(cè)發(fā)生變化，因此引起相鄰兩路紗線之間不一致的凸起或下陷，形成織物表面的不勻。找到形成織物不勻的原因之后，由PTT/PET纖維的卷曲特征，研發(fā)出一套切實可行的纖維后加工方法，經(jīng)過該方法加工的新型纖維，能獲得表面均勻、光滑的針織物。
　　 PTT/PET纖維能賦予織物優(yōu)異的彈性才是其最終的應(yīng)用價值所在，PTT

15、/PET纖維的機(jī)織物彈性伸長率一般在10％～30％，是普彈織物的優(yōu)良面料首選，可用作手感柔軟及彈性自如的套裝、修身襯衣等。設(shè)計織造3×ll種織物試樣，從織物組織類型、緯絲密度、PTT/PET纖維含量、捻度及緯絲卷曲結(jié)構(gòu)等方面分析結(jié)構(gòu)因素對織物彈性的影響，得到如下發(fā)現(xiàn):斜紋和緞紋組織有利于織物獲得高彈性性能;織物彈性隨著PTT/PET纖維在緯絲中含量的增加而增加，但當(dāng)纖維含量達(dá)到66.7％以后，織物彈性就保持在恒定水平;緯絲卷曲蓬松對織物