第一章  特種纖維概述

編輯：廣東弗艾博纖維技術研究有限公司

第三節 纖維成形

 

芳香族聚酯的紡絲成形方法，與 PET的熔融紡絲法差不多。聚合好的共聚酯熔體可以直接進入紡絲機，也可制成切片，經過處理后再熔融擠出紡絲。一般紡絲速度在100～2000m/min，噴絲頭拉伸倍數超過 10以上，有較大的流動伸長變形。擠出過程中，熔體溫度控制在熔點稍高一些范圍，低于分解溫度以避免聚合物熱分解。大多數芳香族聚酯的紡絲溫度控制在 275～375 ，此時熔體呈熔致性液晶結構，通過噴絲孔時，受到剪切應力，大分子很容易沿著纖維軸向取向，還來不及熱松弛，紡絲細流就冷卻固化成形，分子取向幾乎完全保持，使初生纖維有較高的力學性能。芳香族聚酯的熔體粘度和剪切速率的關系，比較 HBA/HNA共聚酯與 PET的熔體行為，見圖 2-3所示。因為是向列型液晶性質，稍受外力大分子沿著力場取向，所以共聚酯的熔體粘度受剪切力影響比 PET大得多，粘度受剪切速率的增加而下降，有利于高$ 聚合物的熔融紡絲，和 PPTA液晶紡絲一樣，相對分子質量越高，紡出的纖維強度越大，但是聚合物的相對分子質量也不能太高，因為熔融粘度會急劇上升，使紡絲發生困難強度反而降低（見圖 2-3）。

 

圖 2-3 熔體粘度與剪切速率關系

隨著紡絲技術的進步，目前熔致性液晶紡絲有兩種方法：

1、開始使用較低相對分子質量，即粘度較低的熔體紡絲，工藝條件容易控制，但初生纖維強度較低，要經過長時間的高溫熱處理，類似于固相縮聚反應的效果，使纖維的相對分子質量進一步提高，從而提高強度。

2、采用適當高的相對分子質量，熔體粘度在高溫和高剪切速率下，仍處于熔融紡絲的范圍內紡絲，所得初生纖維的強度為 9~ 18cN/dtex，用比較短的熱處理時間，即可進一步提高纖維的強度和模量。

還有根據 Zimmerman研究報道，高相對分子質量的共聚酯其結晶熔融熱△H在 10J/g以下時，也可在紡絲溫度稍低于熔點而略微高于凝固點的范圍里進行過冷紡絲，在比較低的紡絲速度下卷繞，可避免拉伸共振現象的發生，達到穩定紡絲，這樣聚合物僅產生輕微的熱分解，所得初生纖維強度可高達 13 2cN/dtex以上，只需要短時間的熱處理，強度上升到 26 5cN/dtex左右，使人們很感興趣。

一般情況下芳香族聚酯紡絲成形后，不需要延伸工序，這點與柔性鏈 PET紡絲不同。由于初生纖維的線密度就是最終成品纖維的線密度，所以為了得到線密度小的纖維，要用細小的噴絲孔徑，大的紡絲剪切速率，從圖 2-3可知大的剪切速率下，熔融粘度較低，有利于紡絲成形。圖 2-4是紡絲細流冷卻固化時纖維直徑的變化情況，和 PET纖維相比，芳香族聚酯 HBA/HNA纖維在噴絲口下 10cm左右處急劇變細固化，直至卷繞，纖維的大分子取向和結構的形成都在這 10cm內完成。

熱處理對于芳香族聚酯纖維的成形是相當關鍵的工序，要控制升溫速率和絲束的張力，在惰性氣氛保護下或減壓下，加熱到接近纖維熔點的溫度，連續除去生成的小分子副產物，增加纖維的相對分子質量，提高纖維的強度，如表 2-3給出 H H Yang綜合文獻得到的數據。初生纖維經過熱處理后性能變化的情況，圖 2-5給出了 熱處理纖維強度的關系。芳香族聚酯纖維經過熱處理后，強度有大幅度的提高。目前認為由于熱處理提供了分子末端運動的機會，發生進一步固相縮聚，同時后結晶使纖維的結晶更加完善，因此提高了纖維的強度。

 

熱處理的機理比較復雜，許多認識還來自于經驗的積累。經過多年的研究，芳香族聚酯的熱處理時間，已經從過去的幾十小時縮短到現在的幾十分鐘，但是熱處理仍然是芳香族聚酯生產區別于普通合成纖維的地方，也是生產成本居高不下的原因，今后它的研究方向仍然是提高纖維的性能和進一步改進生產工藝技術，以提高成本效益。

 

第四節 纖維的結構和性能

芳香族聚酯纖維作為高科技纖維中重要的一個品種，研究開發歷史還比較短，共聚酯中各種單體和配比種類繁多，結構比較復雜，能商品化開發成高性能纖維的還比較少，但從纖維的物理機械性能看，可與芳香族聚酰胺纖維相媲美，表 2-4是代表性纖維的性能比較。和 PPTA纖維一樣，芳香族聚酯纖維的強度與聚合物的相對分子質量有關，隨相對分子質量增大而增加，如圖 2-6所示。

強度 2 65GPa，伸長 2 2%，模量 106 4GPa，以適應不同的用途需要。

從上面可知 Vectran纖維具有高強度、高模量，耐蠕變尺寸穩定性好，有極低的吸濕率和耐化學腐蝕性，在 200 干熱和 100 濕熱條件下收縮率為零，因此可與 PPTA纖維相媲美，在耐水性、耐酸堿性及耐磨損方面還優于 PPTA纖維，將在各個產業部門得到廣泛應用。

 

第五節 用途

芳香族聚酯纖維有長絲、短纖維及紙張等形式，主要應用于產業部門。作為高科技纖維的一個品種將參與市場的競爭，以其獨特的性能，在高性能船用纜繩、遠洋捕魚網、傳送帶及電纜增強纖維、新一代體育器材、防護用品以及高級電子儀器結構件等等方面得到應用。

作為增強纖維材料，在光纜、特種電線中起支撐保護作用，與橡膠復合可制造耐高

壓軟管、傳送帶、耐磨密封件及汽車用橡膠部件，和樹脂復合可成為超薄型印刷電路基板。

纖維織物耐切割性好，是防護服、手套等安全用品的好材料，也是優秀的耐高溫耐腐蝕的工業過濾布。

芳香族聚酯纖維特別適合編織漁網、養殖業圍網、船用繩索，它不怕潮濕，強度大，使用壽命長，又可輕量化。

在體育器材方面，如網球板、頭盔及雪橇等也在開始使用?？傊S著芳香族聚酯纖維工業化進程的發展，各種用途正在不斷開拓。新工藝、新的共聚物的研究成功以及工業技術的突破，預計芳香族聚酯纖維的性能會進一步提高，成本也會大幅度下降，因此是一種有發展前景的高科技纖維材料。