(纤维化学与物理)第二章 聚酯纤维(涤纶)的生产、结构和性能
纤维化学与物理复习提纲
《纤维化学与物理》复习提纲第一章绪论1、了解纤维的定义、来源和分类；2、掌握纤维结构的三个层次：分子结构（近程分子结构、远程分子结构）、聚集态结构（晶态结构、非晶态结构、取向态结构）、形态结构；了解纤维结构对纤维性能的影响；3、了解纤维的吸湿性能，理解影响纤维吸湿的原因；4、了解纤维的有关力学术语（应力、应变、弹性模量、断裂伸长率、断裂强度、断裂功）；5、掌握纤维的应力应变曲线所表示的意义，了解纤维的主要力学性能；6、了解纤维的电学性能，纤维静电产生的原因及消除第二章：植物纤维原料的形态结构及化学成分1、了解植物纤维原料的种类2、了解棉、麻纤维的形态结构3、了解植物细胞的结构特点4、了解植物纤维原料的主要化学成分及常见植物纤维原料化学成分的比较5、掌握与纤维素有关的几个概念：纤维素、综纤素等第三章：纤维素和纤维素纤维1、掌握纤维素的分子结构：基本结构单元、连接方式、结构特征等2、掌握纤维素分子量的多分散性和聚合度3、了解纤维素分子量的表征方法4、了解纤维素分子量的测定方法5、掌握纤维素纤维结晶区、非结晶区、结晶度、可及度等概念；6、了解纤维素纤维的物理性质：吸湿与解吸概念，纤维吸湿滞后现象；润胀与溶解现象，纤维素的物理降解7、掌握纤维素的重要化学性1）纤维素的化学反应部位2）纤维素的酸水解降解过程和特征3）纤维素的碱性降解方式及反应特征4）纤维素的酯化、醚化反应及应用5）纤维素的主要化学改性方法第四章半纤维素与木素1、半纤维素的概念，了解其命名方法2、了解半纤维素的化学性质及其应用3、了解木素在植物纤维原料中的存在4、掌握木素大分子基本骨架结构及单元间的联接方式5、了解木素的工业应用第五章：蛋白质纤维原料一、了解主要动物纤维原料的来源二、氨基酸1、认识20种常用氨基酸的元素组成和结构（英文缩写、中文名称、结构）。
2、掌握氨基酸的两性电解质性质，等电点概念及在不同pH条件下的电荷状态和离解方式。
3、了解氨基酸的滴定曲线和缓冲性能。
第二章 聚酯纤维
第二章 聚酯纤维
长丝纺丝工艺特点： （1）对原材料要求高 （2）工艺要求严格 （3）高速度、大卷装
长丝纺丝工艺流程图
第二章 聚酯纤维
第五节 聚酯纤维的高速纺丝
1. 短纤维高速纺丝
PET短纤维高速短程纺丝工艺流程示意图
第二章 聚酯纤维
2. 长丝高速纺丝
主要特点： （1）提高纺丝机的产量 （2）取向丝的结构稳定性好 （3）纺丝中抗外界干扰性强 （4）预取向丝适合用内拉伸法生产拉伸变形丝
第二章 聚酯纤维
PET短纤维后加工工艺流程示意图
第二章 聚酯纤维
2. PET长丝后加工主要工艺参数
拉伸倍数： 拉伸倍数由冷拉伸盘和热盘的线速度 之比确定，要大于卷绕丝的自然拉伸比，小于最大拉伸 比，一般为3.5～4.2倍。 拉伸温度： 拉伸温度指热盘温度，要高于纤维玻 璃化温度10～20℃，一般控制在80～90℃土10℃。在此 范围内温度变化对纤维强度无明显影响；但随温度升高， 拉伸倍数可以增大、结晶度升高、拉伸应力下降、毛丝
醇回收，生产控制稳定，流程短，投资低等优点，而发
展迅速。目前国内引进的聚酯装置多以后者为主，其生
产能力1997年就已达到152万吨/年。
第二章 聚酯纤维
二、 聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1 . 生产原理 用精制后的对苯二甲酸双羟乙酯在缩聚反应催化剂 和稳定剂缩聚反应，分离出乙二醇后即得聚对苯二甲酸 乙二醇酯，其反应如下：
第二章 聚酯纤维
酯交换法连续生产聚酯工艺流程
第二章 聚酯纤维
②预缩聚
混合器中的单体经过滤器过滤后，经计量泵、单 体预热器送入预缩聚塔底部。预缩聚塔由十六块塔板 构成，控制塔内温度在（265±5）℃。单体由塔底进 入后，沿各层塔板的升液管逐层上升，在上升过程中 进行缩聚反应，反应所生成的乙二醇蒸气起搅拌作用， 可以加快反应速率。当物料到达最上一层塔板后，便 得到特性粘度[η]=0.2～0.25的预聚物，预聚物由塔顶物 料出口流出.
聚酯纤维(涤纶)简介
谢谢
关于热定型温度
二、拉伸性能
曲 线 如 图 所 示 。 某 些 品 种 的 负 荷 — 延 伸
一般说来，涤纶在纺丝过程中，拉伸 程度愈高，同时给以合适的热定型，则纤 维的取向度愈高，从而纤维的断裂强度也 较高，但断裂延伸度却较低。 涤纶除了具有上述的一些优点外，还 具有良好的弹性，表现在两个方面：一方 面是具有比较大的弹性模量，大约为25～ 160克／旦；另一方面即使纤维受到外力 作用而发生了一定的形变，放松后，回复 原状的能力也高。
携染剂染色
热熔染色
1.将染色温度提高到100℃以上，或高至120℃，由 于纤维分子链运动加剧，瞬时间形成较大的空隙， 这样便有利于染料分子渗透到纤维内部去。 2.织物先用携染剂处理，再进行染色。携染剂常是 涤纶的增塑剂，如有机胺或酚类，常用的有邻苯基 苯酚。携染剂被纤维吸收之后，将存在于纤维分子 之间，有减弱分子间吸引力的作用，使分子链段能 进行比较自由的活动。 3.染色温度提高到200℃左右，染料升华，进入纤维 内部。
导热系数（卡/厘米/秒/℃）
2×10－4
4.2×10－4
涤纶的熔点比较高，涤纶纤维的耐热性和绝热性较好。
玻璃化温度（Tg）
无定形PET：Tg为67℃ ； 部分结晶PET：Tg为81℃ PET的结晶度与 Tg的关系：当结晶度由零升高 到30%时，Tg向较高温度移动, 当结晶度进一步 升高时，Tg反而向较低温度移动。 解释
涤纶纤维经过无张力热处理后， 负荷－延伸曲线发生明显的改变。
经过无张力热处理后的普遍现象 是纤维的初杨氏模量减小，断裂伸长 率和纤维的韧性变大，并随着处理温 度的升高而加大。
不 同 荷热 －处 延理 伸条 曲件 线对 的涤 影纶 响长 丝 的 负
聚酯纤维涤纶简介
随着生产工艺的不断改进和技术创新， 涤纶纤维的性能不断提高，应用领域 也不断扩展。
商业化生产
20世纪50年代，涤纶纤维实现商业化 生产，并逐渐在纺织领域得到广泛应 用。
应用领域
服装
涤纶纤维在服装领域应用广泛 ，如制作运动服、外套、内衣
等。
家用纺织品
涤纶适用于制作床上用品、窗 帘、沙发套等家用纺织品。
01
02
03
高强度
聚酯纤维涤纶具有较高的 拉伸强度，使其在各种应 用中都表现出色，如绳索、 帆布等。
耐磨性
该纤维具有优异的耐磨性， 即使在恶劣环境下也能保 持较好的性能。
弹性
聚酯纤维涤纶具有良好的 弹性，适用于需要回弹性 的产品，如床垫、沙发等。
化学性能
耐化学腐蚀性
聚酯纤维涤纶对多种化学 品具有较好的耐腐蚀性， 能在多种化学环境下保持 稳定。
2
亚太地区是全球最大的聚酯纤维涤纶市场，占据 超过一半的市场份额，其次是欧洲和北美地区。
3
随着环保意识的提高和可持续发展趋势的推动， 生物基聚酯纤维涤纶市场规模预计将迎来快速增 长。
竞争格局与主要厂商
全球聚酯纤维涤纶市场呈现多元化竞争格局，包括国际大型化工企业、专业纤维制 造商和区域性厂商等。
主要厂商包括杜邦、巴斯夫、中石化、恒力石化、荣盛石化等，它们在技术研发、 生产规模和市场份额等方面具有优势。
高强度
涤纶具有较高的拉伸强度和弹性模 量。
耐磨性
涤纶纤维耐磨性能优异，适用于制 作耐久性要求高的纺织品。
抗皱性
涤纶织物具有较好的抗皱性，易于保 持平整。
快干性
涤纶吸湿性较低，但具有良好的快 干性能。
耐热性
涤纶能在较高温度下保持性能稳定 ，适用于各种热技术进步与扩展应用
纤维化学与物理
第一章纤维素纤维1、画出棉纤维的横向形态结构图，并标示出其各部分的名称，以及各部分的物质组成，描述纵向结构横向形态结构初生胞壁：主体是纤维素，但含较多杂质。
次生胞壁：主要是纤维素。
胞腔：原生质残渣（沉积在纤维内壁上），蛋白质，矿物盐，色素。
棉纤维的纵向形态：扁平带状，有天然扭曲，6-10捻/毫米，纤维越细，捻数越多2、麻纤维形态结构的主要特征是什么？横向：椭圆形或多角形，内有胞腔；纵向：有竖纹或横节（麻节）。
3、写出纤维素的分子结构式，指出其分子结构特征分子结构特征：1.由卩-d-葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成，含大量甙键（缩醛性质）。
2.相邻葡萄糖环倒置，在纤维素大分子上对称分布，形成晶格；无定形区可以有阶梯式。
3.重复单元数不等于聚合度（以倒置式代表纤维素的结构式）DP=n,重复单元数=（n-2）/2。
4.含有大量羟基，可发生醇类的反应。
分子间可形成氢键。
仲羟基伯羟基甙羟基（潜在醛基）左端31中间21右端2114、比较棉、丝光棉、麻、普通粘较纤维的聚集态结构（包括无定形部分、结晶度、取向度、适用的聚集态结构模型）棉、麻：可用缨状原纤维模型。
它们的无定形区是由原纤之间由一些大分子联结起来形成的。
普通粘胶纤维：适用缨状微胞模型，无定形区的大分子链无规卷曲且相互缠绕，结晶区和非结晶区不能截然分开，同一根分子链可能穿过晶区和非晶区。
麻纤维：聚合度高，结晶度高，取向度高。
棉纤维：聚合度高，结晶度高，取向度较高。
粘胶纤维：聚合度低，结晶度低，取向度低。
丝光棉比普通棉取向度大，结晶度小。
5、画出棉、麻、普通粘较纤维的S-S曲线，比较棉、麻、粘胶的S-S曲线的差异（模量、断裂强度、断裂延伸度、屈服点等）并从结构的角度进行解释。
粘胶低高有低软弱虽棉中中无中硬强麻高低无高硬脆强度： 延伸度：屈服点：初杨氏模量评价：从结构来分析：①一般取向度越高，结晶度越高，强度越高，模量越大，断裂延伸度越小。
②断裂肌理不同：棉麻（天然纤维素纤维）断裂肌理：由于大分子排列的不整齐性，纤维上存在薄弱环节，当纤维受力时，会在此处首先断裂，这是共价键先断裂。
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2023纤维化学与物理（蔡再生著）课后答案下载2023纤维化学与物理（蔡再生著）课后答案下载第一章高分子化学基础第一节高分子化合物的基本概念第二节高分子化合物的命名和分类第三节高分子化合物的基本合成反应第四节聚合方法概述第五节高分子化合物的分子量及其分布习题与思考题参考文献第二章高分子物理基础第一节高分子化合物的'结构层次第二节高分子链的结构第三节高分子化合物的聚集态结构第四节高分子化合物的力学性能第五节高分子化合物熔体的流变特性第六节高分子深液第七节高分子化合物的结构和性能测定方法概述参考文献第三章纺织纤维的基本理化性能第一节纺织纤维与纺织品第二节纺织纤维的物理结构第三节纺织纤维的吸湿性第四节纺织纤维的力学性质第五节纤维的热学性质第六节纤维的燃烧性第七节纤维的电学性质第八节纤维的光学性质习题与思考题参考文献第四章纤维素纤维第一节纤维素纤维的形态结构第二节纤维素的分子链结构和链间结构第三节纤维素纤维的物理性质第四节纤维素纤维的化学性质第五节再生纤维素纤维参考文献第五章蛋白质纤维第一节蛋白质的基础知识第二节羊毛纤维第三节蚕丝纤维第四节其他动物纤维第五节大豆纤维习题与思考题参考文献第六章合成纤维第一节合成纤维的基础知识第二节聚酯纤维第三节聚酰胺纤维第四节聚丙烯腈纤维第五节聚丙烯纤维第六节聚氨酯弹性纤维第七节聚乙烯醇缩醛化纤维第八节聚氯乙烯纤维第九节其他有机纤维第十节碳纤维习题与思考题参考文献纤维化学与物理（蔡再生著）：基本信息点击此处下载纤维化学与物理（蔡再生著）课后答案纤维化学与物理（蔡再生著）：目录出版社: 中国纺织出版社; 第1版 (8月1日)丛书名: 纺织高等教育教材平装: 307页语种：简体中文开本: 16ISBN: 7506430029条形码: 9787506430029商品尺寸: 25.6 x 18.2 x 1.6 cm商品重量: 558 g品牌: 中国纺织出版社ASIN: B0011ASQYU用户评分: 平均4.0 星浏览全部评论 (1 条商品评论)亚马逊热销商品排名: 图书商品里排第3,014,655名 (查看图书商品销售排行榜)第1332位 - 图书科技轻工业、手工业纺织工业、染整工业第23005位 - 图书教材教辅与参考书大中专教材教辅本科数理化第30774位 - 图书教材教辅与参考书大中专教材教辅本科工科。
聚酯纤维的结构和性能
1265
1303
熔融 温度 /oC
320
260
玻璃 化温 度/oC
87
68
Sichuan University
化学改性
五、聚酯酰胺（PEA） 从分子结构设计的角度综合聚酯和聚酰胺的优点 实验室经过很多尝试，没有工业化品种
添 加 Tg / oC 量/ （mol）
%0
87
2
85
3
90
5
93
Tm / oC 强度 / 模量 / 伸长 /
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PET纤维性能与结构的关系
Sichuan University
Sichuan University
1.4.2 聚酯纤维的改性
❖ 改性的原因 – 染色性、吸湿性差 – 易起球、静电大、易沾污等 – 不同应用领域的要求差异
❖ 改性方法 – 化学方法 ▪ 共聚、纤维表面改性处理 – 物理方法 ▪ 共混 ▪ 改进纺丝加工技术，变更纤维加工条件 ▪ 改变纤维形态以及通过后纺与其他纤维混纺、交织等
Sichuan University
化学改性 三、与含磺酸基的苯二甲酸共聚
含磺酸基的苯二甲酸是指苯环上的一个氢被磺酸基取代， 形成邻位、间位或对位的含磺酸基的苯二甲酸 常用于聚酯改性的有对苯二甲酸二甲酯磺酸钠（STPM）和 间苯二甲酸二甲酯磺酸钠（SIPM）
由于添加的第三单体含有可离子化的磺酸钠基团，可以 极大地改善聚酯的阳离子可染性。
Sichuan University
化学改性
四、聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲酯(PCT)
从分子链结构上看，PCT分子链结构中体积庞大的环己 烷二甲酯取代了PET链中的乙二酯，因此PCT的分子链的刚 性较大，熔点比PET高，为290~295oC，特性粘度为0.78， 具有成纤能力 聚合过程分为预聚和缩聚
聚酯纤维的结构和性能_图文
7.9
7.9
96.8
44.0
5
8
PEN纤维的性能 PEN纤维的耐化学腐蚀性、抗紫外线辐射、热稳定性和水解稳定性均优
于PET。 PEN的玻璃化温度高达110oC左右,其纤维可以耐200oC左右的温度。
目前纤维级的PEN树脂已由美国Shell公司研制成功并投放市场，其商品名 称为Vituf。美国Amoco公司的PEN纤维也已投放市场。
• 第四节 聚酯纤维的结构性能及改性
重点内容：聚酯纤维的各种改性方法和目的。
1.4.1 聚酯纤维的结构和性能
聚酯纤维的结构 – 分子链结构 – 聚集态结构 结晶结构 取向结构
聚酯纤维的性质 – 聚酯纤维的化学性质 – 聚酯纤维的物理性质
聚酯的分子结构PET
聚酯是指分子链中含有酯基的聚合物的总称 聚酯分子的重复单元结构中由三部分组成，即酯基、
62.0 252.0
1
0.682
61.5 248.5
5
0.677
58.8 237.3
8
0.750
57.0 232.0
10
0.656
55.4 226.5
15
0.712
54.7 217.5
随着间位苯环含量的增加，共聚酯的Tg和Tm下降，而冷结晶温度则上升。当 IPA的含量大于 9 mol % 时，共聚酯已无冷结晶峰存在。美国于1959年实现了 PET—IPA共聚酯工业化生产，该共聚酯的商品名为Vycron，主要用于制备易 染纤维。由于PET—IPA结晶速率慢，我国则更多用其制备高收缩纤维。应该 指出的是这种共聚酯广泛用于瓶用聚酯，IPA的添加量为2%～4％
改变聚酯的刚性结构单元
一、间苯二甲酸代替对苯二甲酸 在PET的直接酯化聚合过程中，用对称性较差的间苯二甲 酸（IPA）取代部分的对苯二甲酸（TPA）
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生产过程中各工序的作用和纤维的变化
纺丝：
作用： 使PET熔体变成长丝
变化： 大分子熔体凝固成纤维状 ——初生丝 产生一定的取向度 常规纺丝初生丝几乎无结晶
抽伸
作用： 为纤维提供必须的机械性能
变化： 取向度提高 产生部分结晶 有内应力，使纤维结构不稳定
卷曲
作用： 提高纤维的抱和力
连续法： 间歇法：
（二）纺丝：熔融法纺丝
熔体温度：285~290℃ 凝固温度：35~45 ℃ 初生丝：无结晶，有取向
（三）后处理
涤沦树脂切片
加热熔融
(285-290oC )
从喷丝头中挤出
形成丝束
丝室冷却
(35-45oC )
成形
给湿.给油
卷绕 (600-700米/分)
涤纶短纤纺丝后处理加工流程
变化： 纤维表面出现皱纹
热处理
作用： 提高纤维的结构稳定性
变化： 结晶度提高 内应力消除
第三节 涤纶的形态结构和超分子结构
一、涤纶纤维的形态结构
横截面：圆形 纵向：光滑、均匀的圆柱体
卷曲涤纶在卷曲内侧有不规则性
二、涤纶纤维的超分子结构
结晶度和取向度
产品
结晶度(%)
初生丝（常规纺丝） 完全无定形
三、常用合成纤维
短纤维
棉型 毛型 中长纤维（仿毛、仿麻）
长丝
四、合成纤维的优缺点
优点
强度高 弹性好 耐穿耐用 光泽好 化学稳定性强 耐霉腐 耐虫蛀
…
缺点
吸湿性差 耐热性差 导电性差 防污性差 易起毛起球 不易染色 腊状手感
…
五、特种合纤
复合纤维
两种以上成分组成的纤维 并列型
（四）热收缩及其对纤维结构和性能的影响
涤纶的热收缩现象
松弛状态下，涤纶受热后可能会发生剧烈的收缩
涤纶耐热收缩的性能——热稳定性
涤纶热收缩的原因
无定形区分子链的解取向
产生折叠链结晶
影响热收缩的因素
1.收缩温度
收
温度越高，收缩越大 缩
率
收缩温度
收
2.收缩时间
缩
开始的快速收缩
率
收缩较大阶段
收缩达最大，不再增加
3.增塑剂（例如：水）
降低玻璃化温度
收
增加收缩率（同温度下） 降低收缩温度（同收缩
缩 率
率下）
热收缩时间
热
热定形温度越高，收缩率越小 热定形张力越大，收缩率越大 热定形作用：
纺丝和后处理条件对超分子结构的影响
纺丝方法 抽伸倍数 热处理温度
纤维素纤维和涤纶纤维大分子结构比较
O
O
HO2 C C2 H H OC
COC2H C2 O HH
n
H OH
HO OH H H
H
H
OO
CH2OH
H
O O HH
CH2OH
OH OH
HH
H OH
OH H H HH O
CH2OH
O
OH
CH2OH
软化点（℃）
238~240
180
比热（卡/克/ ℃）
0.32
0.46
涤纶的热稳定性>锦纶的热稳定性 染整加工温度<软化点
（二）涤纶的热转变情况
涤纶受热时可能发生的结构变化
结晶区
晶体熔化（熔点）
• 晶型不同，熔点不同（多熔点）
– 晶型I（折叠链结晶）熔点高（243 ℃ ）
– 晶型II（伸直链结晶）熔点低（220 ℃ ）
商品丝
40~60
全结晶(理论)
完全结晶
取向度 差 较高 较高
密度（克/厘米2） 1.335~1.337 1.38 1.455~1.498
涤纶的结构比较紧密（无定形区也较紧密）
涤纶的结晶结构模型
模型理论：折叠链-樱状原纤模型 晶胞类型：
折叠链结晶（I型） 伸直链结晶（II型） 两种晶型并存，其含量由后处理条件决定
H
OH
OH
H
H
n-2
OH
2
硬段 软段 空间结构的平面性 分子间作用力 反应基团
苯环 亚甲基 较好 范德华力 酯键…
糖环 甙键
范德华力、氢键 甙键、羟基…
第四节 涤纶的性能
一、热性能
（一）涤纶的一些热性能常数
涤纶
锦纶6
玻璃化温度（ ℃）
67~81
35~50
熔点（℃）
255~260
215~220
蚕豆形丝 手感似麻
中空型 质轻、保暖
…
改性纤维：
抗静电纤维 低温可染涤纶 阳离子可染涤纶 变性腈纶
…
超细纤维
纤维细度划分 细旦纤维：0.4旦~1.0旦 超细纤维：<0.4旦
超细纤维特点 手感柔软、细腻 柔韧性好 光泽柔和 高清洁能力 高吸水和吸油性
…
第一节 涤纶的基本组成物质和生产
一、涤纶的基本组成物质
（一）涤纶的分子结构
合成原料：对苯二甲酸、乙二醇 分子结构：
O
O
HO2 C C2 H H OC
COC2H C2 O HH
n
聚对苯二甲酸乙二酯（PET）
分子量：18000~25000
（二）聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的合成
酯交换法 直接酯化法
二、涤纶生产概况
短纤生产过程： （一）纺前准备
•自卷曲性好、复合比例较稳定、易剥离 •生产高螺旋卷曲状的纤维、导电纤维、阻燃纤维
皮-芯型 •芯层具有纤维的主体性能 •皮层提供特殊的表面性能 吸湿性、导电性、低熔点性…
母体-小纤维型（海岛型） •比例较稳定、可溶解除去组分 •生产超细纤维、多孔纤维、增强纤维
异型纤维：
三角形丝 光泽优雅
扁平丝 手感柔软
• 结晶尺寸越大，熔点越高
• 结晶完整性越高，熔点越高
晶型转变（晶型II晶型I）
结晶尺寸、结晶完整性提高
无定形区
链段运动（玻璃化温度）
• 完全无定形 Tg ≈67℃
• 部分结晶
Tg ≈81℃
（三）纤维的超分子结构与玻璃化温度的关系
结晶度与玻璃化温度
Tg
结晶度在0~30%范围时
现象：结晶度越高，Tg越高
原因：晶体小而分散，对无定形区束缚大
结晶度>30%时
现象：结晶度越高，Tg越低
原因：晶体大而集中，对无定形区束缚小
玻璃化温度对机械性能的影响
30%
结晶度
硬挺度
弹性
延伸性
…
超分子结构与可及度的关系
分子量小的化合物
结晶度越大，可及度越小
分子量大的化合物
随着结晶度增大，可及度先下降后上升
第二章 聚酯纤维（涤纶）的生产、结构和性能
本章内容：
合成纤维的概况 涤纶的基本组成物质和生产 涤纶的形态结构和聚集态结构 涤纶的性能
本章要点：
涤纶纤维的基本组成物质及其生产过程。 涤纶纤维的形态结构和聚集态结构。 涤纶纤维的热性能、拉伸性能、吸湿性、染色性能和静
电现象。 涤纶的耐酸性和耐碱性。 涤纶“剥皮现象”及其应用。