تاثیر زمان دهی و متغیرهای دستگاه تکسچرایزینگ بر خواص فیزیکی PBT

تاثیر زمان دهی و متغیرهای دستگاه تکسچرایزینگ بر خواص فیزیکی PBT .PBT یک کلاس از پلی استر است. با دو فرم بلوری وجود دارد که با تنش‌های مکانیکی قابل‌تبدیل به یکدیگر هستند. به عنوان لیف، بسیار الاستیک می باشد و جهندگی و بازگشت از تغیرات کوچک عالی دارد. به‌راحتی در دمای 100 درجه سانتی‌گراد بدون فشار قابل رنگرزی است. مهم‌ترین شاخص‌هایی که به طور قابل توجهی ساختار و خواص نخ را تحت تاثیر قرار می‌دهد: سرعت تکسچرایزینگ، دمای گرم‌کن، نسبت کشش و نسبت سرعت دیسک به نخ (D/Y) است. “زمان دهی” یک فرآیند طبیعی در مواد به‌ویژه در پلیمرها است زمانی که خواص پلیمر در طول یک دوره زمانی تغییر می‌کند.

در مواد پلیمری به‌ویژه الیاف، ممکن است چندین نوع کهولت؛ مانند، فیزیکی، فتوشیمیایی، شیمیایی رخ دهد که ساختار و خواص را به روش‌های مختلف تحت تاثیر قرار می‌دهد. در این سری از مقالات نفیس نخ قصد داریم شما را با تاثیر زمان دهی و متغیرهای دستگاه تکسچرایزینگ بر خواص فیزیکی PBT بیشتر آشنا کنیم همراه ما باشید. تنظیم کننده: الهام محمدی

تولید نخ

چیپس PBT با گرانروی ذاتی dl/g 87/0 در دمای 140 درجه سانتی‌گراد به مدت 4 ساعت خشک شد. اطلاعات مربوط به ریسندگی به شرح زیر است.

مشخصه‌های مربوط به فرآیند ذوب ریسی نخ فیلامنت PBT به فرم POY

تنظیمات ماشین تکسچرایزینگ تاب مجازی بارمگ FK-1000 برای تولید نخ تکسچره به شرح زیر است.

تنظیمات ماشین تکسچرایزینگ برای تولید نخ استرچ

منحنی چرخه گرمادهی DSC، نخ POY زمان دهی شده و سپس تکسچره شده در دمای 190 درجه سانتی‌گراد : AT-190

نتایج و بحث آنالیز حرارتی

نتایج به‌دست‌آمده از نمودار DSC

تفرق اشعه ایکس

انعکاس‌های مشاهده ‌شده در مقادیر°2/9 =θ2 ، °2/17،°25/23 و °2/25 به ترتیب مطابق با انعکاس صفحات (1 0 0)، (0 1 0) ، (100 ) و (1 1^–  1) برای فرم آلفا می‌باشند. درصد تبلور، اندازه بلور و تابع آرایش یافتگی بلور در صفحات (0 1 0) و (100) بعد از تکسچرایزینگ نخ POY با زمان دهی و نخ POY بدون زمان دهی کاهش یافت.

در مورد مقدمه ای بر الیاف پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) بیشتر بدانید

در مقایسه نخ POY با زمان دهی و سپس تکسچره شده در دمای 190 درجه سانتیگراد  با نمونه بدون زمان دهی و سپس تکسچره شده در دمای 190 درجه سانتیگراد درصد تبلور، اندازه بلور و تابع آرایش یافتگی بلور تفاوت قابل توجهی نداشتند.

الگوی xrd

تابع آرایش یافتگی بلور و اندازه بلور

رفتار تبلور PBT کمی متفاوت از رفتار گزارش شده برای PET و نایلون می باشد. مطالعات تفرق اشعه X گزارش شده در مورد PET  نشان داد که تابع آرایش یافتگی بلور و اندازه بلور با افزایش دمای نخ افزایش می‌یابد. در واقع با افزایش دما نیرو‌های بین‌مولکولی ضعیف می‌شود؛ بنابراین انعطاف‌پذیری ماکرومولکول‌ها و حرکت عناصر ساختاری افزایش می‌یابد. همان‌طور که سختی فیلامنت کاهش می‌یابد منظم شدن بلور‌ها آسان‌تر می‌شود.

از طرف دیگر آرایش یافتگی و تبلور بستگی به تاریخچه قبلی نخ دارد. اگر تبلور و یا همچنین آرایش یافتگی به‌اندازه کافی ایجاد شود، در تکسچرایزینگ مقادیر آن‌ها افزایش نمی‌یابد و حتی ممکن است کاهش یابد. چون نیروی عمود وارد بر محور نخ به دلیل وجود تاب زیاد می‌تواند تبلور را تخریب کند. همچنین دمای مناسب برای تبلور دمای T_c می‌باشد درحالی‌که دمای تثبیت (دمای گرم‌کن اول) معمولا 10 الی 15 درجه زیر دمای نرم شدن (T_S) می‌باشد.

در دمای تثبیت ناپایدار شدن پیوندهای ثانویه بیش ‌از حد مورد نیاز برای ایجاد نظم بلوری می‌باشد. بنابراین با توجه به اینکه نرخ تبلور این پلیمر بالا می‌باشد و نخ POY دارای درصد بلورینگی بالا می‌باشد و قبل از تکسچرایزینگ تبلور کافی در آن ایجاد شده است و در تکسچرایزینگ آن‌هم در شرایط دمای نامناسب (دمای بالاتر از T_C) و تحت تنش پیچشی تبلور نمی‌تواند افزایش یابد و روند کاهشی داشته است.

آرایش یافتگی

ضریب شکست مضاعف معیاری از آرایش یافتگی است و با افزایش دمای گرم‌کن افزایش می‌یابد. الیاف  POY دارای قطری در حدود 021/0 میلی‌متر و الیاف تکسچره شده دارای قطری در حدود 015/0 میلی‌متر هستند. قطر الیاف POY  بیشتر از الیاف تکسچره شده است. الیاف POY دارای ضریب شکست مضاعف 06/0 و الیاف تکسچره شده در دمای 160، 170، 18، 190 و 200 درجه سانتی‌گراد به ترتیب دارای ضریب شکست مضاعف  08/0، 084/0، 088/0، 09/0 و 092/0 بودند.

اثر زمان و دما بر خواص فیزیکی

مقادیر میانگین خواص فیزیکی نخ

اثر زمان و دما بر استحکام و ازدیاد طول پارگی

با افزایش دمای گرم‌کن اول استحکام نخ افزایش‌ یافت. تحلیل واریانس دوطرفه نشان داد که افزایش دما تاثیر معنی‌داری بر استحکام نخ نداشته است.

تأثیر زمان و دما بر استحکام نخ PBT تکسچره شده

با افزایش دما از 160 به 200 درجه سانتی‌گراد ازدیاد طول پارگی کاهش یافت. تحلیل واریانس دوطرفه نشان ‌دهنده معنی‌دار نبودن افزایش دمای گرم‌کن اول بر ازدیاد طول پارگی نخ بود.

تأثیر زمان و دما بر ازدیاد طول پارگی نخ PBT تکسچره شده

عملیات تکسچرایزینگ نخ POY پلی بوتیلن ترفتالات و افزایش دمای گرم‌کن اول، ضریب شکست (آرایش یافتگی) نمونه‌ها را افزایش داد که درنتیجه الیاف تکسچره در 5 دمای مختلف دارای استحکام بیشتر و ازدیاد طول کمتر نسبت به نمونه نخ POY بودند و همچنین با افزایش دمای گرم‌کن اول استحکام افزایش و ازدیاد طول کاهش ‌یافت. به‌علاوه تحلیل واریانس دوطرفه نشان داد که گذشت زمان تاثیر معنی‌داری بر استحکام و ازدیاد طول پارگی نخ نداشته است.

برای اطلاع بیشتر از خلاصه اصول پلی استر کلیک کنید

اثر زمان و دما بر جمع شدگی

جمع شدگی نخ با افزایش دمای گرمکن اول کاهش یافت. نتایج تحلیل واریانس دوطرفه نشان داد که اثر دما برجمع شدگی نخ معنی دار نبود. مقدار جمع شدگی به تنش‌های باقیمانده در الیاف بستگی دارد و با کاهش این تنش‌ها، جمع شدگی باقیمانده در الیاف کاهش پیدا می‌کند. با افزایش حرارت تنش‌های داخلی لیف بیشتر آزاد شده و استراحت لیف بهتر رخ می‌دهد و درنتیجه بعدا تنشی در درون لیف وجود ندارد که آزاد شود تا بتواند لیف را جمع کند. همچنین با توجه به اینکه آرایش یافتگی کل ساختار با افزایش دمای عملیات تکسچرایزینگ افزایش ‌یافته است، جمع شدگی الیاف نیز کاهش ‌یافته است.

به علاوه تحلیل واریانس دوطرفه نشان داد که زمان دهی تاثیر معنی داری بر جمع شدگی نخ داشت. با گذشت زمان جمع شدگی کاهش ‌یافت و بیشترین تغییرات در حدود 4% بود.

تأثیر زمان و دما بر جمع شدگی نخ PBT تکسچره شده

تأثیر زمان و دما بر خواص موجی

افزایش دمای گرمکن اول منجر به افزایش جمع شدگی موج، مدول موج و پایداری موج شده است. اثر زمان بر تغییرات خواص موجی معنی دار بود. ایجاد تغییر شکل در تکسچرایزینگ تاب مجازی باعث می‌شود پیوندهای ثانویه در یک موقعیت ناپایدار باشند. تثبیت در حقیقت پایداری پیوندهای ثانویه در موقعیت جدید است. گرما دادن به پلیمر به تحرک بیشتر زنجیرها در ساختار مولکولی سوق می‌دهد؛ بنابراین پایداری سریع‌تر و آسان‌تر رخ می‌دهد.

جمع شدگی تجعد و مدول تجعد با گذشت زمان روند کاهشی داشت. بیشترین تغییرات در حدود 4% بود که به ‌صورت کاربردی دارای اهمیت نمی‌باشد. زمان دهی اثر معنی داری بر پایداری موج نداشت.

بیشتر بدانید: الیاف پلی استر

همچنین آزمون تی تست نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین خواص مکانیکی و موجی نخ POY زمان دهی شده و سپس تکسچره شده در دمای 190 درجه سانتی‌گراد و POY بدون زمان دهی و سپس تکسچره در دمای 190 درجه سانتی‌گراد وجود نداشت.

عواملی همچون اشعه uv، رطوبت و دی ‌اکسید گوگرد، اکسید‌های نیتروژن و ازون با گذشت زمان منجر به تغییرات در ساختار و خواص الیاف می‌شوند که بهترین راه برای به حداقل رساندن آسیب به نخ نگه‌داری بسته‌های نخ در کیسه‌های پلاستیکی است.

تأثیر زمان و دما بر جمع شدگی

تأثیر زمان و دما بر پایداری تجعد

بازگشت الاستیک ناگهانی

با افزایش درصد ازدیاد طول، بازگشت الاستیک ناگهانی فیلامنت PBT در چرخه اول و پنجم کاهش یافت. بالاتر از 25% ازدیاد طول، الیاف دچار گسیختگی شدند. چهار گروه متیلن انعطاف‌ پذیر در واحد تکراری زنجیر ماکرومولکولی PBT وجود دارد و دارای زنجیرهای مولکولی به‌صورت زیگزاکی است، که فیلامنت PBT انعطاف‌ پذیری بیشتری نسبت به PET دارد و بنابراین بازگشت الاستیک بهتری نسبت به PET دارد. در مقایسه نخ POY زمان دهی شده و سپس تکسچره شده با نخPOY بدون زمان دهی و تکسچره شده در دمای 190 درجه سانتی‌گراد می‌بینیم که نتایج تفاوت چشمگیری ندارند.

بازگشت الاستیک ناگهانی

بازگشت الاستیک ناگهانی فیلامنت PBT در طول 5 چرخه نیرو- حذف نیرو: a: 5, b: 10؛ c: 20؛ d: 25 % ازدیاد طول
بازگشت الاستیک ناگهانی نخ PBT

نتیجه

در تاثیر زمان دهی دستگاه تکسچرایزینگ بر خواص فیزیکی PBT با افزایش دمای گرم‌کن اول خواص کششی نخ و خواص موجی نخ  بهبود یافته است. در اثر گذشت زمان مقداری نوسان در خواص فیزیکی نخ‌های تکسچره شده مشاهده شد اما در محدوده مجاز بودند. با توجه به دمای T_g این پلیمر، دمای بهینه برای تکسچرایزینگ این الیاف 160 درجه سانتی‌گراد می‌باشد و برای داشتن خواص موجی بالاتر، این الیاف می‌توانند بدون آسیب رسیدن به خواص مکانیکی تا دمای 200 درجه سانتی‌گراد نیز تکسچره شوند.

References

[1] McIntyre, J. E. (2005), Synthetic fibres: Nylon, polyester, acrylic, polyolefin, UK: The Textile Institute.

[2] Lewin, M. (2007), Handbook of fiber chemistry, London :Taylor & Francis.

[3] Stojanovic, P., Savic, M., Trajkovic, D., Stepanovic, J., Stamenkovic, M., Kostic, M. (1998), “the effect of false-twist texturing parameters on the structure and crimp properties of polyester yarn”, Chemical Industry & Chemical Engineering Quarterly, Vol. 23, No. 3, pp 411-419.

[4] Hearle, J. W., Hollick, L., Wilson, D. K. (2001). “Yarn texturing technology”, UK: The Textile Institute.

[4] White, J. R. (2006), “Polymer ageing: physics, chemistry or engineering? Time to reflect”, Comptes Rendus Chimie, Vol. 9, No. 11, pp 1396-1408.‏

[5] Bresee, R. R. (1986), “General effects of ageing on textiles”, Journal of the American Institute for Conservation, Vol. 25, No. 1, pp 39-48.‏