2 0 0 6 年新型化纤原料的生产及在棉纺行业应用研讨会P A 6 共聚醚酯皮芯型复合纤维结构性能设计张大省1 王锐2 刘云龙21 服装材料研究开发与评价北京市重点实验室2 北京服装学院聚苯胺类纯高分子导电材料具有优异的导电性能，但是其价格昂贵，限制了广泛的应用。目前的导电或抗静电纤维多以碳黑或碳纳米管为导电介质，再以某种高聚物为载体构成共混物作为一种抗静电组分，以聚酯( P E T 、P B T 等) 、聚酰胺( P A 6 、P A 6 6 等) 或聚丙烯( P P ) 等成纤高聚物为另一组分，采用复合纺丝法纺制成3 点式、4 点式、皮芯式或“三明治”式等抗静电复合纤维。该法生产的纤维虽有优良的导电或抗静电性能，但是由于碳黑及碳纳米管在纺丝过程中易于沉积，堵塞过滤器、纺丝组件，甚至堵塞熔体管路，恶化纺丝加工操作性：而且制得的纤维为黑色，无法进行染色。即使有使用所谓“白碳黑”作为导电介质材料，以求解决染色问题，但也难于避免上述纺丝加工性能不良的麻烦。本文是在以往研究基础上的深入与继续，设计了以共聚醚酯为芯层，以P A 6 为皮层构成皮芯型复合纤维，利用芯层材料优异的吸湿性能制备抗静电纤维。1 皮芯型复合纤维的形态结构制备了一系列不同芯层含量的皮芯型复合纤维，P A 6 共聚醚酯组分比例分别是1 # 一9 0 1 0 、2 # 一8 5 1 5 、3 # - 8 0 2 0 、4 # - 7 5 2 5 、5 # - 7 0 3 0 、6 # - 6 5 3 5 和7 # - 6 0 4 0 ，图I 是选择的几种不同P A 6 共聚醚酯比例的皮芯复合纤维的形态结构图。二者的相容性较好，皮芯界面处粘结无隙，随着共聚醚酯含量的增加芯层半径逐渐增大。1 # - 9 0 1 03 # - 8 0 2 04 # 一7 5 2 56 # - 6 5 3 5图l 复合纤维断面照片( 4 0 0 )2 皮芯型复合纤维的物理机械性能皮芯复合纤维对两组分间粘合力的要求不象并列型结构那样严格，但两组分间相容性以及皮与芯本身的性质也会影响复合纤维的物理机械性能。不同皮芯比例复合纤维的力学性能见表I 。- 4 9 -2 0 0 6 年新型化纤原料的生产及在棉纺行业应用研讨会从表中数据可以看出，普通P A 6 纤维的断裂强度为4 4 - - 一5 7 c N t e x ，断裂伸长率在2 5 - V 4 0 ，本研究的不同皮芯比例复合纤维的断裂强度为2 7 - 一4 6c N t e x ，断裂伸长率为2 6 4 6 ，与普通P A 6 纤维强度略低，伸长率接近，且断裂强度和断裂伸长率随着共聚醚酯含量的提高略有下降趋势，表明复合纤维良好的物理机械性能主要是由皮层的P A 6 所提供。断裂强度断裂伸长 样品号 P ( c N t e x )率E “)13 2 8 l3 7 3 723 6 14 6 1 l32 9 3 l3 1 1 62 43 2 3 73 7 0 353 0 4 63 7 0 362 7 9 23 2 0 872 7 5 72 6 6 83 热收缩性能3 1 干热收缩性能了解复合纤维的热收缩性能对于此类复合纤维在织造加工适当时的应用具有重要意义。表2 选用2 # - 8 5 1 5 纤维所作的干热收缩率与处理时间和温度的关系可知，随着受干热处理时间的延长和温度的升高，干热收缩率在增大，基本成线性增长关系；温度的影响远大于时间的影响，且可以见到热处理温度高于1 2 5 “ C 时干热收缩率发生了较大的变化。表3 是不同皮芯比例复合纤维的干热收缩率与处理时间和处理温度的关系。由表可知，任何一个皮芯比例的复合纤维的干热收缩率均随处理时间的延长而增大，但变化幅度不大：而在任何。个热处理温度条件下，都表现出皮芯复合纤维的干热收缩率随芯层含量比例的增加而增大，其变化幅度大于热处理时间的影响，然而任何皮芯比例复合纤维在所选处理时间范围内的干热收缩率均未超过6 。- 5 0 - 耐闻m i n24681 01 2温度1 2 02232 2 52 2 52 2 51 2 5222 3 7 52 2 52 52 51 3 04 2 53 7 53 8 7 53 6 2 53 8 1 33 8 7 51 3 53 8 7 544 3 7 54 1 2 54 1 2 54 2 52 0 0 6 年新型化纤原料的生产及在棉纺行业应用研讨会表3 不同比例皮芯复合纤维的干热收缩率与处理时间的关系竭度 1 2 01 2 51 3 01 3 51 4 0 样品号12 3 1 32 6 0 42 3 3 32 8 1 32 2 7 122 2 9 22 2 7 13 8 6 54 1 2 54 3 9 632 5 2 12 7 7 13 2 53 4 3 84 7 542 7 2 92 6 8 83 3 9 63 2 6 33 6 6 753 7 5 03 7 0 84 2 7 14 5 6 34 8 2 364 2 54 7 54 8 8 85 1 0 45 3 6 574 8 3 35 1 2 55 5 4 25 7 2 96 1 4 53 2 沸水收缩性能表4 是不同比例皮芯复合纤维的沸水收缩率。可以看出沸水收缩率远大于干热收缩率，达到1 4 左右，这与共聚醚酯良好的吸湿性能以及水对皮芯复合纤维的增塑作用导致大分子链段运动能力的加强有关。但是又可以看出，皮芯复合纤维的沸水收缩率与皮芯组成比例无关。因此可以认为沸水收缩率主要决定于皮层超分子结构的不稳定性，倘能再提高复合纤维的热定型温度或给予适量的松弛定型，或许是有益的。表4 不同皮芯比例复合纤维的沸水收缩率样品号1234567沸水收 1 3 4 0 61 3 4 1 31 3 3 7 51 3 7 7 51 3 4 51 3 5 7 51 4 1 7 5 缩率A4 皮芯型复合纤维的染色性能选择了6 # - 6 5 3 5 号复合纤维样品用酸性染料作了染色实验，复合纤维的上染率达到了8 9 6 2 ，复合纤维的上染率较高。图3 - 1 3 是染色后的纤维照片。从图2 的照片中可以看到复合纤维的皮层和芯层均能够上染，但酸性染料大部分被皮层P A 6 吸收，色泽显得更深于皮层，这是完全正常的。- 5 l -2 0 0 6 年新型化纤原料的生产及在棉纺行业应用研讨会圈26 # - 6 5 3 5 复合纤维染色后照片( x4 0 0 )5 皮芯型复合纤维的抗静电性复合纤维抗静电性能的改善与其芯层的化学结构有关，芯层的良好吸湿性能( 标准状态下的平衡回潮率为6 2 3 ) 、吸水性及抗静电性为提高皮芯复合纤维的抗静电性作出了贡献。表5 为不同比例皮芯复合纤维的比电阻。P A 6 纤维的比电阻是1 0 坛Q c m 数量级，共聚醚酯的加入使P A 6 纤维的比电阻值降低了2 个数量级，当相对湿度为6 2 时，比电阻值为i 0 加Q c m 。；而该纤维在相对湿度为3 7 的干燥环境中，比电阻值仍然在1 0 1 1Q c m 。还可看到，随皮芯复合纤维中共聚醚酯含量的增加，纤维的比电阻值在干燥环境中仅略有上升，而在正常湿度环境下无甚变化。表5 不同比例皮芯复合纤维的比电阻序号样品号1234567A平均比电2 7 52 4 72 1 31 72 7 62 3 32 0 5阻Q c m1 0 1 。1 0 ”1 0 1 0l O ”1 0 1 01 0 1 01 0 ”B平均比电8 3 67 9 87 7 45 7 55 1 33 9 94 1 6阻Q c m1 0 1 1X 1 0 “l O “1 0 “X l 1l O “1 0 1 1注：A ) R H - - 6 2 鬈，T = - 1 8 3 ；B ) m p 3 7 ，T = 1 5 S T 6 皮芯型复合纤维的老化性能6 1 日晒老化过程中皮芯型复合纤维的物理机械性能变化把两种不同芯层含量的2 # - 8 5 t 5 、6 # - 6 5 3 5 号纤维放置在气候条件恒定为4 0 ，相对湿度为6 4 的日晒仪里，考察样品的物理机械性能随日晒时间的变化，绘于图3 及图4 ，用以表征皮芯纤维的老化性能。由图可知，在最初的日照5 0 小时( 光照强度3 0 0 K J m 2 ) 内，纤维的断裂伸长率和断裂强度变化不大，继续延长日照时间，即随光照强度逐渐增大，断裂伸长率和断裂强度均呈下降趋势；两种不同芯层含量的复合纤维在日晒过程中强、伸度的变化趋势几乎全同。在日晒牢度仪中照射5 0 小时( 光照强度3 0 0 K J m 2 ) ，大体相当于在强烈日光下照射约5 0 0 小时，也就是说该纤维具有较好的使用价值。- 5 2 3 1芝2 6 壁2 1蒸1 6 塔l l61 9 0 92 3 3 22 9 7 23 5 0 04 2 1 24 8 4 3光照强度K J m 22 0 0 6 年新型化纤原料的生产及在棉纺行业应用研讨会3 0芝2 5 赵 憩2 0 臻 豁1 51 0图3 断裂伸长率与光照强度关系图1 9 0 92 3 3 22 9 7 23 5 0 04 2 1 24 8 4 3光照强度K J m 2图4 断裂强度与光照强度关系图6 2 日晒老化过程中皮芯型复合纤维的形态结构变化仍然使用了2 抖- 8 5 1 5 和6 # - 6 5 3 5 号两个纤维样品，用光学显微镜观察了日晒O h r 、2 1 h 、6 1 h 和9 5 h四个日晒时间过程中皮芯纤维的纵向形态结构变化。结果如图5 所示。未经日晒的纤维皮和芯结合得很好，且皮层和芯层在纵向均未见有任何裂痕；但随着日晒时间的增长，其皮层部分无明显变化，但是芯层部分由局部的裂痕逐渐扩展到一段段的断裂现象，显然是由于芯层组分经过日晒后发生了降解。上述复合纤维物理机械性能所产生的断裂强度和断裂伸长的下降正是与此有关。经初步计算，复合纤维在日晒O h r 和9 5 h r 后的强度下降率，恰与芯层含量值基本一致。02 16 l图52 # _ 8 5 1 5 纤维不同日晒时间( 1 l r ) 的纵面图( X 4 0 0 )02 l6 1图66 # - 6 5 3 5 纤维不同日晒时间( 1 l r ) 的纵面图( X 4 0 0 )9 55 3 -2 0 0 6 年新型化纤原料的生产及在棉纺行业应用研讨会7 结论制备了以共聚醚酯为芯层，以P A 6 为皮层构成的皮芯型复合纤维，利用芯层材料优异的吸湿性能，所制得的复合纤维是由纯高聚物材料构成，不含有碳黑或碳纳米管等的白色纤维，可用酸性染料上染，且纺丝加工过程简单易行，可纺性优良。该复合纤维的物理机械性能、染色性能可满足纺织加工要求；干热收缩率小于6 ，湿热收缩率1 3 ；日晒牢度能满足使用要求；纤维的比电阻值在i 0 1 0 Q c m 数量级，具有抗静电性能。- 5 4