天然纤维和经过拉伸取向后的化学纤维中的大分子链呈取向状态排列，并使其力学、光学等物理性能出现各向异性，光学各向异性的表现为双折射现象。经过测定纤维的双折射率大小，可以研究大分子链的取向情况，这对了解改进纤维分子结构和性能有着重大作用。

    我公司二十年来不断研制、创新和完善纤维双折射仪的性能，曾多次获得中国纺织工业部科技进步奖、上海市优秀发明奖等。

    最新研制成功的SSY-KN新颖电脑型纤维双折射仪，经中科院上海科技查新咨询中心和上海市科学技术成果检索：“国内外纤维双折射率测定方法及仪器的相关文献中，未见与该项目研制的电脑型纤维双折射仪技术特点相同的公开出版物报道。因此，该项目具有新颖性；该新颖电脑型纤维双折射仪的研制和开发处于国内领先，国际先进水平。”

    SSY-KN新颖电脑型双折射仪突破国内传统有级差的晶体光程差补偿，实现无级差光程补偿，由连续转动的含微调功能的晶体补偿装置，产生的光程差相对于转动角度呈线性关系，使纤维（或薄膜）双折射测量图像更清晰。

运用专用的图像处理软件，同步获取和处理各种纤维（或薄膜）双折射干涉彩色图谱，实现快速专业分析，计算双折射率。

    SSY-KN型新颖电脑型纤维双折射仪是研究大分子链取向的最佳仪器，其测试方式、测试范围、测试精度、测试速度等技术参数均符合中华人民共和国国家标准：纺织纤维、双折射仪、试验方法，GB3291-82、GB3358-82、GB817-87、GB6529-86。

    主要配置：

    1.新颖纤维双折射仪测量装置壹套，含高清晰偏光显微镜，高精度连续可调光程差补偿器。

    2.高精度摄像系统和专用图文处理软件。

    3.台式电子计算机壹台。

    4.标准液晶显示器壹台。

    5.彩色打印机壹台。

    重要说明：根据用户需求，本仪器还可以配置偏光熔点热台和精密控温仪。

上海东华凯利公司开展一场纤维检测仪研制的"革命"

最新成果"动态纤维双折射仪"获上海市科委创新基金立项

    本报讯（特约记者 张徐顺） 日前，2013年度上海市科技型中小企业创新基金首批资助企业名单正式揭晓，上海东华凯利新材料科技有限公司研制的最新成果"动态纤维双折射测量仪"，经专家组评定已被批准正式立项，这也是同行中唯一被列入接受资助的一个高科技创新项目。

    我国化纤行业的泰斗和开拓者、东华大学原名誉校长钱宝钧教授生前十分重视纤维新颖测量仪器的研制和开发工作。他强调，要使我国的纤维品种和功能赶超世界水平，一定要有我们自主创新的检测仪器，否则我们就会变成"瞎子"。钱宝钧教授的生前遗愿现已后继有人，上海东华凯利新材料科技有限公司董事长 、中国发明家协会会员、高级工程师杨定海在钱宝钧教授生前关心和指导下，多年来开展了一场纤维检测仪研制的一场"革命"，在创新研发新颖纤维检测仪器领域做了大量开拓性工作，并在国内处于前沿地位。公司至今已开发成功数十项新颖纤维测量仪器，其中有十多项仪器填补了国内外空白，获得了重大成果。

    上海东华凯利新材料科技有限公司最新研制的"动态纤维双折射测量仪"突破了国内传统的有级差的晶体光程差补偿，实现了无级差光程补偿，由连续转动的含微调功能的晶体补偿装置，产生的光程差相对于转动角度呈线性关系，运用自主研发的专用图像处理分析软件，同步获取和处理各种纤维（薄膜）双折射干涉彩色图谱，实现快速专业分析得出双折射率。该仪器经中科院上海技术查新咨询中心和上海科学技术成果检索，国内相关文献均无报道，纤维（薄膜）双折射仪具有新颖性，该项目的研制和开发处于国内领先、国际先进的水平。目前该项目的系列产品已能直接应用到纺丝生产线上进行动态在线监测和分析，就如在医疗上用CT、B超或核磁共振可直接查出病人情况一样。"动态纤维双折射测量仪"的应用，大大提高纤维（薄膜）双折射率检测效率和精确度，故被称之为是纤维检测的一个"革命"举措。

    上海市科技型中小企业创新基金这一次重点批准的立项范围为：在相关高新技术领域自主创新性强、技术含量高、市场前景好、能在经济结构调整中发挥重要作用、技术处于国内领先的项目，被批准立项的项目可无偿获得到一笔资助资金。  

实验图谱：

 

PET工业用丝皮芯双折射差异的测定及其对纤维性能的影响

    在PET熔融纺丝过程中，由于单丝内外层冷却条件不同，引起纤维皮芯双折射的差异。用直接补偿法可以测定纤维皮芯双折射率的分布。最后对这种皮芯双折射差异对纤维热定型之后PET工业用丝的模量、干热收缩及强度和耐疲劳性能的影响进行了讨论。

一 纤维皮芯双折射差异的原因

    在PET熔融纺丝过程中，当熔体从喷丝孔挤出后，忽略出口的膨胀现象，众多的熔体状单丝逐渐被拉细，并且运动逐渐加速，这种运动加速是熔体液流在纺丝线上受到纵向的拉伸应力引起的。因熔体出喷丝孔的速度每分仅几十米，而丝条卷绕的速度则每分高达几百米或几千米。正是这种纵向（即纤维轴向）的拉伸应力导致液流状单丝内部结构单元的取向。这种结构单元的取向是两个相反的因素综合作用的结果：一种是纤维轴向的拉伸速度梯度引起的取向作用，拉伸速度梯度越大，则结构单元的取向作用越大；另一种是由于单丝液流结构单元热运动引起的解取向作用，结构单元的热运动越激烈，则卷绕丝的预取向越小。这里的解取向除与熔体的粘度及熔体温度有关外，显然与成形过程的冷却条件密切相关。一般说来，速度梯度一定，单丝液流冷却速度越快，解取向作用变小，则纤维的预取向越高。反之，冷却缓慢的解取向较明显，则预取向小。同样由于冷却是由纤维的皮层开始，逐渐向纤维内层推进的，因此纤维的预取向沿纤维的径向是一个分布。即纤维表皮的冷却较快预取向大，而芯层由于冷却缓慢，解取向作用明显，其预取向小。

    这种纤维径向的取向度分布不匀，随纺丝速度提高而增大，因卷绕速度高，一方面纵向的速度梯度高，结构单元的取向度增大；且纺速提高时冷却速度要相应加速，纤维皮层的解取向明显变小，因此纤维内外层的双折射差异明显增大。根据有关文献的介绍，卷绕速度在800米/分时，纤维内外层双折射相差很小，而当速度达4000米/时，纤维内外层双折射差异明显。

    纺制PET工业用丝时，通常用特性粘度高的切片，因此熔体的粘度增大，而粘度高的熔体冷却的固化点向喷丝头方向上移，也可以说纤维表皮结构单元的解取向变小。这也是造成纤维皮芯双折射差异更大的原因。现代化工业用丝纺丝设备都有加热头套(又称徐冷装置)，可以减少纤维的预取向及纤维皮芯双折射差异，但不能完全消除。

    还有一个不可忽略的因素，是工业用丝的单丝dpf比民用的大，如纺帘子线每根丝条拉伸后为1260d，而单丝根数目前国内为196孔。 dpf超过6，也导致单丝内外层冷却速度有较大的差异。因此PET工业用丝的皮芯双折射差异比一般民用的高得多，再加上用途的需求。因此就倍受合成纤维工业者的关注。

二 纤维皮芯双折射的测定

    根据国外文献的报导，有关纤维皮芯双折射采用干涉显微镜测定。我们采用光程差直接补偿法测定。其原理同其它的补偿法，即△n=R/d，式中R为光程差；d为纤维的直径；△n为纤维的双折射率。

    当纤维在正交偏振光场的作用下，如纤维轴线处的光程差R0，恰好等于一组补偿晶片的光程差R时，则在偏光显微镜的目镜中，可以看到在纤维的轴线处有一黑色条纹。这时纤维的△n=R/d。若补偿晶体片的光程差R大于纤维的光程差R0，则在纤维轴向看不到黑色的干涉条纹，这时应减少补偿晶片的光程差。

    当补偿晶体片的光程差R略小于纤维轴线处的光程差R0时，在纤维轴线的两侧会产生两条对称的干涉条纹。见图1。这时纤维的。

    式中X为两条干涉条纹之间的距离，即x与Y之间的距离；w与z之间的距离为纤维的直径。在实验测定中只要补偿晶体的光程差R略小于纤维轴线处的光程差R0，通过测定X和d，就可以计算纤维轴向附近处的△n值。

    为了测定纤维内部离轴线不同位置的双折射，即测定纤维径向不同位置双折射值，可以不断改变补偿晶体片的光程差，使纤维轴线两侧的干涉条纹由纤维的皮层逐步向芯层移，直到最后干涉条纹几乎接近纤维的轴线，见图2。这样就可以计算出纤维横截面上，沿着纤维径向不同位置的双折射值。计算的数据列于表1。该PET工业用丝纺丝参数：纺丝速度500米/分；无油丝的特性粘度[η]=0. 89；纺丝之后共拉伸两次，总拉伸倍数为4.6~4.7倍。纺丝机的喷丝头之下有加热头套，用于缓慢冷却。丝条1260d/196f。

    对于民用丝，是POY经过1. 65倍拉伸后，测定径向的双折射分布；其干涉条纹见图3，数据列于表2。纺丝条件：POY的纺丝速度3300米/分；无油丝特性粘度[η]=0.61；纺丝过程无徐冷装置，dpf=5。

三 纤维皮芯双折射的差异对纤维性能的影响

    双折射的高低影响纤维强度的高低，这是大家所熟悉的，因此纤维内外层双折射的差异也会反映到纤维内外层强度的差异。

在纤维的实际应用中，当受到纵向负荷作用时，由于内外层△n的差异，对纤维内层来说，它受到的负荷超过外层；反过来，当纤维受到弯曲负荷时，纤维外层受到的弯曲又总是超过内层，因此这种皮芯结构的差异并非优点。由于纤维表面取向大，会降低其弯曲性能、耐疲劳性能以及抵抗动态负荷作用的性能；在帘子线的加捻及合股加工过程，引起强度的损失，使纤维强度有效利用率降低。

 

    这种纤维皮芯结构△n的差异，还反映到帘子线制造过程与纤维存放期间强度的损失上，以及浸胶之后强度的下降上，纺丝速度越高，此现象越明显。这显然是由于皮芯的△n分布影响纤维内外层热定型的效果，表面取向度高的，热定型时容易转化成结晶；芯层取向度低的，转化成结晶的级分相应减少。由于芯层结晶的转化率低，相应形成的有效物理交联点少，纤维在存放过程易发生解取向，从而使纤维的强度降低。

    在国内目前普遍只重视帘子线的强度，其实目前世界各PET大公司，公认的工业用丝的主要性能三要素是：模量、干热收缩和强度。首先强调的则是高模量和低收缩（High Mod-ulus and Low Shrinkage，简称HMLS）。因为高模量低收缩有许多优点：高模量可以获得良好的尺寸稳定性，低收缩则可以保证在硫化后保持高的模量。硫化过程模量的降低是由于收缩引起的，低收缩的帘子线可以保证硫化过程模量的损失减少。很清楚收缩总伴随着解取向。

    上述提及纤维存放过程强度下降是解取向引起的，同样解取向也伴随着纤维模量（LASE-5%）的下降，因纤维的模量与纤维的总取向度f0v（Overall orientation factor）密切相关。

    纤维的干热收缩HAS（HotAirShirnkage) ,正比于无定形区取向度fa和纤维无定形区含量（1-Vc）的乘积，其中Vc为纤维内结晶区的体积百分数。在PET纺丝拉伸之后，纤维的取向度高，且横截面上取向分布均匀时，在纤维的热定型过程较高的取向部分转化成结晶的，则（1- Vc ）降低，HAS变小；而在热定型过程中众多的取向高的结构单元转化成结晶结构之后，余下的无定形区的fa是比较低的，而纤维的fa低的可以降低其HAS值。如在提高纤维模量的同时又能降低其热收缩，那么纤维的尺寸稳定性提高。常用M/HAS的比值表征尺寸稳定性。

    作为增强橡胶轮胎的纤维其强度也是重要的，纤维的强度与纤维内部结构单元取向，尤其是缚结链的平均取向度及取向分布紧密相联系。取向分布宽的，受力时不能产生协调，受力过程由于某些分子链的断裂或滑移，使纤维强度下降。这里指的强度更重要的是转化成帘子线后，特别是硫化之后强度的保持率。如纺丝拉伸之后强度高，在加捻、合股及硫化后强度损失得多，这样的高强并无实际意义。

    纤维的耐疲劳性能涉及无定区链段受力后的活动能力，在纤维的热定型过程能使无定形区的fa降低，且此无定形区又被众多的晶区所包围，保证高模低收缩即尺寸稳定性的同时，由于fa低，无定形区链段活动能力大，也能改善纤维的耐疲劳性能。

    为克服PET工业用丝皮芯结构双折射带来的不利影响，我们也注意到世界上各主要帘子线厂商发表的有关文献报道。例如AKZO公司采用皮芯复合纺丝，同种PET聚合体皮层的相对粘度比芯层低0. 1或0. 08 ~0. 03，这种不同粘度聚合体的复合，使纺丝后纤维的皮芯接近均匀。据介绍这样的工业用丝，耐弯曲与耐疲劳性能提高，结节强度改善，加捻合股包括帘子线浸胶后强度损失减少。

    克服皮芯双折射差异的第二个措施是适当降低纤维的dpf，如纺1260旦的喷丝头孔数增至300孔或更多。

    第三个措施，是Barmag公司工业用丝生产工艺及设备中提及的两个：一是低速纺丝经轴拉伸工艺，显然低速纺丝可以减少纤维皮芯双折射的差异。二是高速纺丝，然后采用低速拉伸，拉伸速度在500米/分，后拉伸速度慢，可以延长纤维受热时间，使纤维内外温度均匀。拉伸过程速度慢也涉及纤维紧张定型时间延长，一方面促进更多取向态的结构向结晶态转化，使晶体结构更完整，以建立更多的有效的物理有效交联点；另一方面使纤维内外层的结构更均匀，首先是使纤维达到高模低收缩，其次使纤维在加捻、并股、浸胶及硫化过程之后仍然是高模量低收缩，同时强度保持率高。

THE EFFECT AND DETERMINATION OF DIFFERENTCE IN

BIF.EFRINGENCE BETWEEN CORE AND SHEATH OF

POLYESTER INDUSTRIAL FILAMENT

Lin Qtude(Shanghai Te.ztile College)

Yang Dingchao(China Textile University)

Abstract

    During the melt spinning process，as a result of more rapid cooling of the filaments on their outside the orientation of the molecules in the sheath is greater than in the core. Thus there is a difference of the birefringence between sheath and core which can be measured by direct compensation method, the effects of which on the property of PET industrial filament after heat treatment are discussed.