聚酯纤维doc

五．机械性能
（1）强度和断裂伸长率
涤纶的强度和断裂伸长率不仅与其分子结构有关，还与 纤维纺丝过程中的拉伸和热处理工艺密切相关。经拉伸 后，大分子链按一定方向排列，取向度提高，使其能均 匀承受外力，故强度提高。
在适当的热处理条件下，涤纶在纺丝过程中拉伸程度愈 高，则纤维的取向度愈高，纤维的断裂强度也愈高，而 断裂伸长率却较低；反之，则可能获得低强高伸的纤维。 即改变拉伸和热处理条件，可制成高强低伸或低强高伸 等不同品种的纤维。
进入缩聚工序的物料酯交换率要求大于 99％；
随着缩聚反应进行，物料的性 质和状态发生连续变化， 需分段进行工艺控制，采用多个反应器串联设备。
生产通常分三阶段进行，
第一段是脱除在酯化或酯交换过程中多余的 EG；
第二段是物料在 低真空、低粘度下缩聚；
第三段是在高粘度、高真空下完成缩聚过程。
涤纶纤维（聚对苯二甲酸乙二酯）的结构
涤纶的超分子结构称为“折叠链— 缨状微原纤”
三、涤纶的吸湿性性能
涤纶纤维在标准状态下的吸湿率只有 0.4%，即使在100%相对湿度下的吸湿 率也仅为0.6－0.8%。
吸湿性低，涤纶纤维在水中的溶胀度 小，干、湿强度和断裂延伸度基本相 同，导电性差，容易产生静电和沾污 现象以及染色困难等。
民用成纤 PET 切片的相对粘度ηr 至少为 1.30～1.36，相 当于 [η]＝0.55～ 0.65dL／g（分升每克）， 或相当于
MW (重均相对分子质量)＝22000～27000
Mn (数均相对分子质量)＝16000～20000
相对分子质量分布
缩聚反应制得的 PET 树脂是从低相对分子质量到高相对 分子质量的分子集合体，对于每一种 PET 切片， 均存在 相对分子质量分布问题。
稍差
“剥皮现象” ——利用这一方法处理涤纶织物，可使纤维 变得细而柔软，增加了纤维在纱线中的活动性，使涤纶织物 获得仿真丝效果。
涤纶对氧化剂和还原剂均具有良好的稳定性。
涤纶的耐溶剂性较好。酚类化合物常用作涤 纶染色的载体。
涤纶的吸湿性低，染色困难，易起球，易产 生静电。
另一方面，从涤纶的微结构来看，存在无定形区、结晶区和 取向度高的部位，分子间有比较牢固的联结点，分子间作用 力较大，受外力时不易产生形变。涤纶在一定外力作用下产 生的形变是可复形变，但在高度拉伸时，回复性能显著变差。
具有“洗可穿”性能
（3）耐磨性
涤纶的耐磨性仅次于锦纶而超过其他纤维。
黏
聚酯的生产可采用间歇法缩聚和连续连续法缩 聚。 相比较而言，直接酯化法连续法比间歇法的成 本低 20%；酯交换法连续比间歇的成本低10%。 PET生产中大规模生产线均为连续生产工艺。 半连续及间歇生产工艺适合于中小型多品种生 产。
连续缩聚是物料在连续流动过程中完成缩聚反应，而且 物料的性质和状态随反应进行的程度而连续变化，所以连 续缩聚易获得高相对分子 质量的 PET，可用于生产轮胎 帘子线及其它工业用纤维。
由于缩聚反应属于可逆反应，为了使缩聚反 应进 行完全，必须排出反应生成的低分子物质（乙 二 醇），为此必须采用真空及强力搅拌，缩聚反应 最终压力不大于266.6Pa，才能获得高相对分子 质量的聚酯，一般产品的平均相对分子质量不低 于 20000，用于制造纤维、薄膜的相对分子质量 约为25000。
0.32 2×10－4
215～220 180
0.46（25～200℃） 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。
热收缩
在生产过程中没有经过热定型的涤纶纤维，在 沸水中或在其它加热的条件下，将会发生剧烈的 收缩，经过热定型后将比较稳定。
涤纶丝在热空气中，开始时长度发生迅速收 缩，30分钟后收缩率不再继续增加，平衡收缩率 约为8%。若在热水中进行热处理，只需5分钟便 达到了稳定的长度，同时由于水的溶胀作用，使 平衡收缩率增大到14%。
乙二醇（EG）
Zn（CH2COO）2 Mn,Mg,Co
HOCH2CH2COOC－
－COOCH2CH2OH + 2CH3OH
对苯二甲酸乙二酯（BHET）
（2）直接酯化法（PTA法）－－直接法
HOOC－ －COOH 对苯二甲酸（TPA）
＋ 2 HOCH2CH2OH 乙二醇（EG）
HOCH2CH2COOC－
3）分子中不含亲水基团， 属疏水性纤维，吸湿性差。
极性小，
二、涤纶纤维的形态结构
用熔纺法制得的涤纶纤维，在光学显微镜中观 察发现它具有圆形的截面和光滑、均匀而无条痕 的纵向，见图。
涤纶的超分子结构
涤纶的超分子结构与纤维生产过程 中的拉伸和热处理有关。涤纶喷丝 成型后的初生纤维是无定形的，取 向度很差，需要进一步牵伸取向后 方能纺织加工。经过拉伸和热定型 处理后的纤维，结晶度约为60%，并 有较高的取向度。
图5-7 部分纤维的强度-伸长率曲线
1-羊毛 2-腈纶 3-黏胶纤维 4-锦纶 5-涤 纶 6-棉
（2）弹性
涤纶具有优良的弹性，在较小的外力作用下不易变 形，当受到较大外力作用而产生形变时，取消外力 后，其回复原状的能力也较强，其形变回复能力与 羊毛相近。
涤纶弹性好的原因有两方面：
一方面涤纶具有较大的弹性模量，这表明纤维的刚性强，受 外力时不易产生形变；一旦产生形变，由于回弹率较高，又 易回复。
聚酯纤维(涤纶)的结构和性能
一、基本组成
涤纶的基本组成物质是聚对苯二甲酸乙二酯， 分子结构如下：
结构特点：
1）是含有苯环的线形大分子，没有大的支 链，所有苯环几乎处于一个平面上，因此大 分子易于平行排列，有较好的结晶倾向。
2）分子中
刚性较大，PET熔点
较高；—CH2—CH2—具有柔性，分子链易 折叠。
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第一节 概述
聚酯(PET)纤维是由大分子链中的各链 节通过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维， 英文缩写PET。我国将聚对苯二甲酸乙二酯 含量大于85％以上的纤维简称为涤纶。
聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑 料的原料，是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚 反应制得的 一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物 的品种因随使用原 料或中间体而异，故品种繁多 数不胜数。但所有品种均 有一个共同特点，就是 其大分子的各个链节间都是以酯 基“－COO－” 相联，所以把这类缩聚物通称为聚酯。
－COOCH2CH2OH
对苯二甲酸乙二酯（BHET）
直接酯化法：生产流程短，投资少，原料消耗低， 反应时间短，生产效率高，自20世纪80年代起已 成为聚酯的主要工艺和首选技术路线。
（3）直接加成法 （EO法）－－直接法
HOOC－
－COOH＋
2 CH2－CH2 O
对苯二甲酸（TPA）
环氧乙烷（EO）
HOCH2CH2COOC－ －COOCH2CH2OH 对苯二甲酸乙二酯（BHET）
酯交换法：历史悠久，技术成熟，产品质量好而稳定，目 前仍广泛采用，但其 工艺过程长，设备多，投资大，且 需要大量甲醇，甲醇和乙二醇回收量大，增加设 备和能 量消耗。主要是法国罗纳普良克和日本帝人公司的技术。
直接酯化法：生产流程短，投资少，原料消耗低，反应时 间短，生产效率高，生产过程无需使用甲醇，乙二醇的耗 用量少，可简化回收过程和设备，并能减少环境污染，已 成为聚酯的主要工艺和首选技术路线。
间接法 直接法
PET纤维生产路线
（1）酯交换法（DMT法）－－间接法
将对苯二甲酸二甲酯与乙二醇按1∶2.5（摩尔比）比例 混合，在醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴催化剂的作用下，发 生酯交换反应，生成对苯二甲酸乙二酯。
H3COOC－
－COOCH3 ＋ 2 HOCH2CH2OH
对苯二甲酸二甲酯（DMT）
直接加成法：此法在理论上最为合理，但由于环氧乙烷沸 点低(10.7℃)，常温下为气体，容易着火、爆炸，运输、 贮存和使用都不方便，因而目前采用此法的不多。
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乙二酯在缩聚反应催化 剂和稳定剂作用下进行缩聚反应，分离出乙二醇后 即得聚对苯 二甲酸乙二酯，其反应如下：
无定形 PET 为顺式构象：
结晶时，即转变为反式构象
相对分子质量及其分布
高聚物相对分子质量的大小直接影响其加工性能和纤维质量。 PET 的耐热、 光、 化学稳定等性质及纤维的强度均与相对 分子质量有关，如 PET 相对分子质量小于 1×104 时，就 不 能正常加工为高强力纤维。
工业控制通常采用相对粘度和特性粘数作为衡量相对分子质 量大小的尺度。
熔体粘度：熔体纺丝时，聚合物熔体在一定压力 下被挤出喷丝孔，成为熔体细流并冷却成形。熔 体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成形密切 相关。
第三节 聚酯切片的干燥
1、切片干燥的目的和要求
切片在熔融纺丝之前必须进行干燥。干燥的目 的是除去切片中的水分，并提高切片的结晶度和软 化点。 酯基，在熔融时极易水解，使相对分子质量下 降，影响纺丝质量。 即使切片中含有微量水分，在纺丝时也会汽化 而形成气泡丝，造成纺丝 断头或毛丝，甚至使纺 丝无法进行。
玻璃化温度（Tg）
无定形PET：Tg为67℃ ； 部分结晶PET：Tg为81℃ 取向又结晶的：Tg为125℃
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。 在低结晶度的情况下, 可能产生了众多的小晶体， 类似于交链，有阻碍无定形区链段运动的作用； 在高结晶度的条件下，可能形成了少而大的结晶， 能允许无定形区的链段比较自由一些。
以聚酯为基础制得的纤维称为涤纶，是三大 合成纤维（涤纶、锦纶、腈纶）之一，是最主要 的合成纤维，也是到目前为止发展速度最快、产 量最高的合成纤维品种。