热处理对一步法POY/FDY涤纶异收缩-混纤丝结构、性能的影响

涤纶异收缩混纤丝是指将高收缩长丝，如低结晶预取向丝(pre-orientedyarn，POY)，与低收缩长丝，如高结晶取向的全拉伸丝(fullydrawyarn，FDY)，经过合并、网络、变形等加工形成的，具有两种潜在收缩率的混纤纱。涤纶异收缩混纤丝织物在染整处理过程中，由于湿热作用，织物中的异收缩丝产生不同的收缩效果，高收缩丝趋于芯层，低收缩丝螺旋卷曲于丝束的表面，织物蓬松丰满，形成独特的织物外观和风格，广泛用于涤纶仿真丝、仿毛等产品中。

一步法POY/FDY涤纶异收缩混纤丝是采用纺丝/混纤连续工艺、在同一台机器上同步加工POY和FDY的新一代涤纶异收缩混纤丝，其区别于先单独纺出POY和FDY，再将二者合并的传统两步法加工。由于一步法混纤丝的生产要同时兼顾POY和FDY，POY/FDY纺丝条件与常规单独纺POY和FDY不同，因此，易导致混纤丝结构和性能的变化，故新工艺下的POY/FDY涤纶异收缩混纤丝不能按照两步法混纤丝的应用条件来使用。

本文模拟涤纶异收缩混纤丝在织物加工中的热湿处理条件，研究一步法POY/FDY涤纶异收缩混纤丝在这些处理条件下结构、性能的变化，为此种新型混纤丝的应用及新面料产品的开发提供参考。

一 试验

1 试验用混纤丝样品

试验用一步法POY/FDY涤纶异收缩混纤丝(下文简称混纤丝)规格为130dtex/86f，POY/FDY混纤比为60/40。

2 混纤丝的热处理

① 蒸纱定形热处理

经过加捻尤其加强捻的涤纶长丝，在自由状态下会退捻，造成丝条卷曲、扭结，易使织造工序不能正常进行，造成缠结或滚绞等现象，因此，需要进行蒸纱定形热处理来稳定纱线的捻度。

混纤丝样品在化纤倍捻机(RF310G)上进行加捻，捻度为1800捻/m，将加捻后的混纤丝筒子纱在QZD型蒸纱锅中进行蒸纱定形热处理，定形温度为80℃，定形时间为90min。

② 松弛起绉热处理

混纤丝面料加工过程中必须经过一定的湿热松弛起绉热处理，使混纤丝充分收缩体现异收缩效应，同时使加捻丝内应力释放而产生一定解捻，提高织物的手感及丰满度。

将经加捻和蒸纱定形热处理后的混纤丝在RY-12000高温染样机中进行松弛起绉热处理，处理温度分别为90，100，110，120，130，140℃，处理时间为30min。

③ 混纤丝结构、性能的测试

(1)混纤丝的热收缩率测试。根据GB/T6505-2008《化学纤维、长丝热收缩率试验方法》，将样品在190℃下处理15min，测定样品长度，计算样品的热收缩率.每个样品重复测试10次，取平均值。

(2)混纤丝的拉伸试验.采用YG061型电子单纱强力仪，试样夹持长度为250mm，拉伸速度为250mm/min，预加张力为0.05cN/dtex，测量20次后取平均值。

(3)混纤丝的形态观察。采用YG002C型显微投影仪。

(4)纤维结晶度和取向度的测试。采用日本理学公司的D/Max-2550PC型X射线衍射仪，采用粉末试样。扫描速度为0.5～1(°)/min，2θ为6°～35°，所用的管电压为3705kV，管电流为40mA，X射线为经过Ni片滤光单色化的CuKa射线，波长为0.15406nm。声速取向因子测试采用SCY-Ⅲ型声速取向仪，采用倍长法测量，张力为0.1cN/dtex，按照莫莱斯公式计算试样的声速取向因子(fa)，每个试样测试20次，取平均值.双折射率采用BX51型热台偏光显微镜，最大工作温度为600℃。

二 结果与分析

1 蒸纱定形热处理对混纤丝性能的影响

① 热收缩性能

根据1.3节的测试方法，测得未经蒸纱定形热处理的混纤丝热收缩率为56.9%，经蒸纱定形热处理后混纤丝热收缩率为8.3%.可见，蒸纱定形热处理使混纤丝热收缩率大幅度下降.相应的混纤丝收缩形态如图1所示。从图1(a)可以看出，未经蒸纱定形热处理的混纤丝收缩后纱体结构卷曲浓密；而经蒸纱定形热处理后的混纤丝结构蓬松，并呈现较明显的芯层和皮层结构。由此可知，蒸纱定形热处理工艺明显改变了混纤丝的热收缩形态结构。

为进一步研究混纤丝的热收缩性能，分别对蒸纱定形热处理前后POY和FDY结构参数和热收缩率进行测试，结果如表1所示。

纤维的热收缩是纤维分子链的伸直取向态在得到能量后发生解取向的宏观表现。同时由于结晶区分子排列整齐、分子间作用力大，因而结晶区在纤维中的作用类似网结点，限制了纤维大分子的热收缩，纤维的结晶度越高则收缩率越低。因此，纤维的结晶和取向结构是影响纤维热收缩的两个重要因素。

从表1可知，未经蒸纱定形热处理的POY结晶度和声速取向因子值都很低，热收缩率高达64.8%；经蒸纱定形热处理后POY结晶度显著提高，声速取向因子值略有提高，热收缩率仅为0.20%.可见蒸纱定形热处理使得POY形成高结晶和较低取向的纤维结构，这种结构对热较稳定，因而纤维热收缩率显著下降。FDY经蒸纱定形热处理后结晶度有所提高，声速取向因子略有下降，热收缩率则变化不大。可见蒸纱定形热处理对FDY结构也有一定影响，FDY结晶度提高，但整体大分子取向度较高，纤维存在较大内应力，因此FDY在蒸纱定形热处理后仍具有较大的收缩率。

由此可见，对于未经蒸纱定形热处理的混纤丝，其中POY的热收缩率(64.80%)远远大于FDY(13.35%)，整体混纤丝也发生显著热收缩(56.9%)，而大幅的热收缩导致纱体形成紧密卷曲结构，如图1(a)所示，此时POY是主导混纤丝热收缩的主要成分.经蒸纱定形热处理后，混纤丝中的FDY热收缩大于POY成为芯丝，POY基本不收缩而成为皮层丝，形成皮/芯型收缩结构，如图1(b)所示，此时FDY是主导混纤丝热收缩的主要成分。

② 拉伸性能

图2所示为混纤丝在蒸纱定形热处理前后拉伸曲线图，相应的POY和FDY拉伸指标如表2所示。

从图2可知，经蒸纱定形热处理后，混纤丝的断裂强度和断裂伸长率均有所提高。在蒸纱定形热处理前，涤纶POY和FDY是两种伸长性能差异很大的纤维，在混纤丝拉伸过程中，断裂伸长率小的FDY先发生断裂，然后POY断裂，即两种纤维存在断裂不同时性。从表2可知，蒸纱定形热处理后POY和FDY的断裂强度都有所提高；同时POY断裂伸长率变小，FDY断裂伸长率变大，二者断裂伸长率差异缩小，使混纤丝在拉伸的过程中受力的差异性和不同时性也相对减少，混纤丝的断裂强度提高.另外，从表1和2可知，FDY经蒸纱定形热处理后，纤维声速取向因子下降，断裂伸长率增加。在混纤丝拉伸过程中，FDY首先发生断裂，再由POY继续承受外力产生变形直至达到其断裂伸长率，发生断裂.在本文采用的混纤丝中，FDY断裂时的强力大于POY断裂时的强力，FDY断裂点为相应混纤丝的断裂点，因此，FDY断裂伸长率的增加使混纤丝断裂伸长率相应增加。

综上所述，对于POY/FDY混纤丝而言，蒸纱定形热处理不仅使纱线的捻度固定，同时显著改变了混纤丝的异收缩率和收缩形态结构，改善了纱线的拉伸性能。

2 松弛起绉热处理对混纤丝性能的影响

① 热收缩性能

图3所示为经蒸纱定形热处理后的混纤纱在松弛起绉过程中产生的热收缩率变化情况(此处的热收缩率是根据混纤丝在松弛起绉热处理前后试样的长度变化计算得到)。从图3可以看出，混纤丝在90～140℃水介质中的松弛起绉热收缩率随处理温度的升高而变大。从2.1节已知，对于经蒸纱定形热处理后的混纤丝而言，其热收缩主要是由于其包含的FDY收缩造成的。当热处理温度高于蒸纱定形热处理温度，混纤丝中的FDY发生收缩，从而产生收缩现象.在本文温度范围内，混纤丝的热收缩率从2.5%增加到7.0%。

图4为混纤丝经松弛起绉热处理后的显微投影照片。在松弛起绉热处理过程中，混纤丝一方面会发生热收缩；另一方面，由于加捻丝内应力释放而产生一定解捻，使混纤丝产生卷曲、蓬松结构。从图4可看出，当松弛起绉热处理温度较低时，由于混纤丝热收缩和解捻作用都较弱，混纤丝结构较密实、带有弱卷曲(见图4(a)和4(b)所示)；随着处理温度升高，混纤丝热收缩和解捻作用增强，混纤丝卷曲加深，并在表层出现部分蓬松的纤维，纱体结构变得较为蓬松(见图4(c)和4(d)所示)；当处理温度超过130℃，纱体表面有大量蓬松的POY包围在纱线主体上，纱体变得蓬松、丰满，表现出与普通涤纶长丝明显不同的异收缩结构(见图4(e)和4(f)所示)。

② 拉伸性能

表3所示为经松弛起绉热处理后的混纤丝拉伸性能指标，表4为相应的POY和FDY经松弛起绉热处理前后纤维拉伸性能和结构的变化情况。

从表3和4可以看出，混纤丝经过松弛起绉热处理后，强度略有下降，断裂伸长率略有提高，初始模量有所增大；POY和FDY经松弛起绉热处理后纤维结晶度提高、双折射率下降，强度和断裂伸长率均有所提高.结晶度提高使得纤维初始模量提高，相应混纤丝初始模量也提高；双折射率下降，则纤维断裂伸长率增加，尤其FDY断裂伸长率增加使混纤丝断裂伸长率增大；处理后混纤丝的强度略有下降，可认为是由于解捻和热收缩使得纱线结构变得较不均匀及纤维断裂不同时性增加引起的。

三 结论

本文通过对经不同热处理后一步法POY/FDY涤纶异收缩混纤丝的结构和性能测试研究，得出以下结论。

(1)蒸纱定形热处理使混纤丝热收缩率大幅度下降，蒸纱定形热处理前后混纤丝的热收缩形态差异明显.未经蒸纱定形热处理的混纤丝收缩结构较密实；而经蒸纱定形热处理后混纤丝收缩结构较蓬松，并有较明显的芯层和皮层结构。

(2)在松弛起绉热处理中，混纤丝的热收缩率随处理温度升高而增加.当松弛起绉热处理温度较低时，混纤丝结构较密实、带有弱卷曲.随着处理温度升高，混纤丝卷曲加深，表层蓬松的纤维增多，纱体结构变得更加蓬松。

(3)蒸纱定形热处理使混纤丝的断裂强度和断裂伸长率均有所提高.经松弛起绉热处理后，混纤丝断裂强度有所下降，初始模量和断裂伸长率略有提高。