Wpływ grzania strefowego na strukturę włókien PET i dynamikę procesu przędzenia ze stanu stopionego. Cz. I. krystaliczność i orientacja molekularna

• Autorzy: Blim A. , Ołdak E. , Wasiak A. , Jarecki L.

Warianty tytułu

EN

Effects of zone heating on pet fibers structures and dynamics of melt spinning process. Part I. Crystallinity and molecular orientation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano wpływ temperatury komory grzejnej (TK) i prędkości odbioru (VL) na stopień krystaliczności (XV), dwójłomność optyczną (Dn), orientację krystaliczną (fc) i orientację amorficzną (fa) surowych włókien PET otrzymanych w procesie przędzenia ze stanu stopionego z zastosowaniem grzania strefowego. Grzanie takie zapewniała termostatowana komora z gorącym powietrzem o temp. 100-210 stopni C. Włókna odbierano z niej z różnymi prędkościami w zakresie wolnego (konwencjonalnego) i szybkiego (>4000 m/min) przędzenia w warunkach ustalonej grubości masowej włókien. Stopień krystaliczności określano z pomiaru gęstości w kolumnie gradientowej, a czynnik orientacji krystalicznej - z zastosowaniem azymutalnych profili równikowych linii dyfrakcyjnych na rentgenogramach WAXS. Czynnik orientacji amorficznej wyznaczano z pomiarów dwójłomności, czynnika orientacji krystalicznej i stopnia krystaliczności. Pomiary prowadzono z małą i dużą wartością VL, odpowiednio 2600 m/min i 4800 m/min, w niskiej (135 stopni C) bądź w wysokiej (195 stopni C) temperaturze komory. Niższa wartość TK mieści się w połowie zakresu pomiędzy temperaturą zeszklenia (Tg) i temperaturą maksymalnej szybkości krystalizacji (Tmax). Stwierdzono, że włókna PET o dużej wartości XV można otrzymywać z konwencjonalnymi prędkościami VL stosując temperaturę TK >135 stopni C. W przypadku szybkiego przędzenia, wzrost XV wymaga zastosowania wysokiej TK, w pobliżu Tmax ≈ 190 stopni C. Orientacja molekularna charakteryzuje się znacznymi wartościami czynnika fc ≈ 0,9 (niezależnie od warunków przędzenia) i świadczy o stałości krytycznej orientacji fa potrzebnej do wystąpienia krystalizacji orientowanej. Dużą orientację amorficzną przędzionych włókien uzyskuje się w procesach z krystalizacją indukowaną w linii technologicznej przędzenia. W przypadku małych prędkości odbioru czynnikiem indukującym jest grzanie strefowe, a w przypadku szybkiego przędzenia - duża wartość fa. Orientacja amorficzna jest większa, gdy stosuje się niższą temperaturę TK. Wysoka TK prowadzi do zmniejszenia wartości fa wskutek relaksacji. Włókna o największych wartościach dwójłomności otrzymano w wysokiej temperaturze komory.

EN

Effects of heating chamber temperature (TK) and take-up speed (VL) on crystallinity degree (XV), optical birefringence (Dn), crystalline orientation (fc), and amorphous orientation (fa) of PET fibers obtained in melt spinning with zone heating were investigated. Zone heating has been provided by thermostatic chamber with hot air in the temperature range 100-210 degrees C. Take-up speed of fibers varied dependently on the type of spinning: conventional or high speed one (>4000 m/min). Crystallinity degree has been determined from density measured using gradient column, crystalline orientation factor was determined from WAXS diffraction patterns while amorphous orientation factor was determined on the basis of birefringence measurements as well as of crystalline orientation factor and crystallinity degree. Measurements have been carried out for small and big VL values, 2600 or 4800 m/min respectively, at low (135 degrees C) or high (195 degrees C) chamber temperature. Lower TK value is in the middle of the range between glass transition temperature (Tg) and the temperature of maximal crystallization rate (Tmax). It has been found PET fibers showing high XV value can be obtained using conventional VL speed at temp. TK >135 degrees C (Figs. 1 and 2) while in case of high speed spinning XV increase requires high TK temperature close to Tmax ≈ 190 degrees C (Fig. 2). Molecular orientation is characterized by high values of crystalline orientation factor fc ≈ 0.9, independently on spinning conditions. It proves the constant critical level of fa orientation needed to oriented crystallization occurring. High amorphous orientation of the fibers is obtained during melt spinning with online crystallization induced in technological line (Fig. 1, 8). Zone heating is a factor inducing the crystallization in case of low take-up speeds while at high speed spinning high value of fa is this factor. Amorphous orientation is higher for low TK (Fig. 7). High TK leads to decrease in fa value because of relaxation. The fibers showing the highest values of birefringence were obtained at high chamber temperature (Fig. 6).

Słowa kluczowe

PL

przędzenie włókien ze stanu stopionego; PET; grzanie strefowe; temperatura komory; szybkość odbioru włókien; orientacja amorficzna; orientacja krystaliczna; krystalizacja orientowana

EN

melt spinning; PET; zone heating; chamber temperature; take-up speed; amorphous orientation; crystalline orientation; oriented crystallization

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 50, nr 1
• Strony: 48--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz.

Twórcy

autor

Blim A.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pracownia Fizyki Polimerów, ul. Świętokrzyska 21, 00-049 Warszawa

autor

Ołdak E.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pracownia Fizyki Polimerów, ul. Świętokrzyska 21, 00-049 Warszawa

autor

Wasiak A.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pracownia Fizyki Polimerów, ul. Świętokrzyska 21, 00-049 Warszawa

autor

Jarecki L.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pracownia Fizyki Polimerów, ul. Świętokrzyska 21, 00-049 Warszawa

Bibliografia

• 1. Ziabicki A.: „Fundamentals of Fiber Formation”,Wiley, Londyn 1976.
• 2. Boryniec A., Skwarski T.: „Technolgia włókien sztucznych”, PWN, Warszawa 1969.
• 3. Ziabicki A., Kawai H.: „High-Speed Fiber Spinning”, Wiley, Nowy Jork 1985.
• 4. Pat USA 4 134 882 (1979).
• 5. Kawaguchi T. w: „High-Speed Fiber Spinning” (red. Ziabicki A., Kawai H.), Wiley, Nowy Jork 1985, str. 3—19.
• 6. Pat USA 4 909 976 (1990).
• 7. Cuculo J. A., Tucker P. A., Chen G. Y., Lin C. Y., Denton J.: Int. Polym. Proc. 1989, 4, 85.
• 8. Cuculo J. A., Tucker P. A., Chen G. Y.: J. Appl. Polym. Sci., Appl. Polym. Symp. 1991, 47, 223.
• 9. Lin C. Y., Tucker P. A., Cuculo J. A.: J. Appl. Polym. Sci. 1992, 46, 531.
• 10. Hayashi S., Katsuya T., Ishihara H., Yasuda H.: Sen-I Gakkaishi 1992, 48, 541.
• 11. Jarecki L., Ziabicki A., Blim A.: Comput. Theoret. Polym. Sci. 2000, 10, 63.
• 12. Samuels R. J.: „The Identification, Interpretation, and Application of Crystalline Polymer Structure”, Wiley, Nowy Jork 1974.
• 13. van Krevelen D. W.: „Properties of Polymers, Correlations with Chemical Structure”, Elsevier, Amsterdam 1972.
• 14. Vassilatos G., Knox B. H., Frankfort H. R. E.: w [5], str. 383—428.
• 15. Schultz J. M., Fakirov S.: „Solid State Behaviour of Linear Poliesters and Polyamides”, Prentice Hall, Englewood Cliffs 1990.
• 16. Heuvel H. M., Lucas L. J., van den Heuvel C. J. M., de Weijer A. P.: J. Appl. Polym. Sci. 1992, 45, 1649.
• 17. Huang B., Ito M., Kanamoto T.: Polymer 1994, 35, 1329.
• 18. Kunugi T., Suzuki A.: J. Appl. Polym. Sci. 1996, 62, 713.
• 19. Ziabicki A.: Textile Res. J. 1996, 66, 705.
• 20. Sajkiewicz P., Ziabicki A., Jarecki L.: Fibres Text. East. Eur. 1968, 6, 44.
• 21. Ziabicki A., Kędzierska K.: J. Appl. Polym. Sci. 1962, 6, 11; 1962, 6, 361.
• 22. Ziabicki A., Jarecki L.: w [5], str. 225—269.
• 23. Shimizu J., Okui N., Kikutani N.: w [5], str. 429—486.
• 24. Jarecki L.: Polimery 2001, 46, 335.
• 25. Jarecki L.: Polimery 2001, 46, 420.
• 26. Jarecki L., Ziabicki A.: Polimery 2004, 49, 26.
• 27. Pat. brytyjski 903 427 (1962).
• 28. Pat. jap. 70 1952 (1970).
• 29. Pat. brytyjski 1 487 843 (1980).
• 30. Cuculo J. A., Tucker P. A., Chen G. Y.: J. Appl. Polym. Sci., Appl. Polym. Symp. 1991, 47, 223.
• 31. Lin C. Y., Tucker P. A., Cuculo J. A.: J. Appl. Polym. Sci. 1992, 46, 531.
• 32. Llana P. G., Boyce M. C.: Polymer 1999, 40, 6729.
• 33. Jarecki L., Blim A.: (w przygotowaniu).
• 34. Brandrup J., Immergut E. H.: „Polymer Handbook”, Interscience Publ., Nowy Jork 1966.
• 35. Hermans J. J.: „Contribution to the Physics of Cellulose Fibers” (red. Hermans P. H.), Elsevier, Amsterdam 1946.
• 36. Hermans J. J., Hermans P. H., Vermass D.,Weidinger A.: Rec. Trav. Chim. Pays-Bas. 1946, 65, 427.
• 37. Stein R. S.: J. Polymer Sci. 1958, 31, 327.
• 38. Wilchinsky J.: J. Appl. Phys. 1959, 30, 729.
• 39. Wasiak A.: Prace IPPT 36/1971.
• 40. Blim A.: „Wpływ temperatury na strukturę i dynamikę formowania w³ókien poliestrowych”, praca doktorska, IPPT PAN, Warszawa 2004.
• 41. Mark J. E.: „Physical Properties of Polymers”, American Institute of Physics, Nowy Jork 1996.
• 42. Wasiak A.: Prace IPPT 38/1973.
• 43. Pluta M.: „Mikroskopia fazowo-kontrastowa i interferencyjna”, PWN,Warszawa 1965.
• 44. Stein R. S., Norris F. H.: J. Polym. Sci. 1956, 21, 381.
• 45. Dumbleton J. H.: J. Polym. Sci. A2 1968, 6, 795.
• 46. Perez G.: w [5], str. 333—362.
• 47. Heuvel H. M., Huisman R.: w [5], str. 295—331.
• 48. Bragato G., Gianotti G.: Eur. Polym. J. 1983, 19, 803.
• 49. Aleksander L. E.: „X-Ray Diffraction Methods in Polymer Science”, Wiley—Interscience, Nowy Jork 1969.