第一章 聚酯纤维
聚酯纤维[聚酯纤维]
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聚酯纤维[聚酯纤维]发展历史聚酯(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，聚酯英文缩写为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，国外的商品名称很多，如美国的达克纶(Dacron)、日本的特托纶(Tetoron)、英国的特恩卡(Terlenka)、前苏联的拉乌珊(Lavsan)等。
早在1894年沃尔兰德(Vorlander)用丁二酰氯和乙二醇制得低相对分子质量的聚酯；1898年恩克恩(Einkorn)合成聚碳酸酯；卡洛泽斯(Carothers)合成脂肪族聚酯：早年合成的聚酯大多为脂肪族化合物，其相对分子质量和熔点都较低，易溶于水，故不具有纺织纤维的使用价值。
1941年英国的温菲尔德(Whinfield)和迪克松(Dickson)用对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)合成了聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，这种聚合物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。
1953年美国首先建厂生产PET纤维，可以说PET纤维是大品种合成纤维中发展较晚的一种纤维.随着有机合成、高分子科学和工业的发展，近年研制开发出多种具有不同特性的实用性PET纤维。
如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)纤维及聚对苯二甲酸丙二酯( PTT)纤维，具有超高强度、高模量的全芳香族聚酯纤维等：所谓的“聚酯纤维”通常是指聚对苯二甲酸乙二酯纤维。
聚酯纤维具有一系列优良性能，如断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定型效果优异，耐热和耐光性好。
聚酯纤维的熔点为255℃左右，玻璃化温度约70℃，在广泛的最终用途条件下形状稳定，织物具有洗可穿性，另外，还具有优秀的阻抗性（诸如，抗有机溶剂、肥皂、洗涤剂、漂白液、氧化剂）以及较好的耐腐蚀性，对弱酸、碱等稳定，故有着广泛的服用和产业用途。
石油工业的飞速发展，也为聚酯纤维的生产提供了更加丰富而廉价的原料，加之近年化工、机械、电子白控等技术的发展，使其原料生产、纤维成形和加工等过程逐步实现短程化、连续化、自动化和高速化，聚酯纤维已成为发展速度最快、产量最高的合成纤维品种。
聚酯纤维概述
聚酯纤维概述聚酯纤维是一种合成纤维，由聚酯树脂纤维化而来。
聚酯纤维是一种广泛应用的纤维，用于制造细密的纺织品、塑料瓶、热塑性粘合剂、涂料和耐火材料等。
聚酯纤维的生产在全球各地都十分普遍，其生产量正在不断增加，因为它是一种颜色鲜艳、外观美观、易于加工和经济的纤维材料。
化学组成聚酯纤维由聚酯树脂纤维化而来，其主要成分是聚酯酸及其酯类，是一种热塑性塑料。
聚酯酸是通过羰基聚合形成的，由二元酸、另一种含羟基的元素组成的二元醇、三元酸和其他辅助添加剂等组成。
制造工艺聚酯纤维的制造过程需要进行聚合反应、纤维成型、加热烘干、拉伸加工和染色等多个阶段。
聚合反应聚合反应是制造聚酯纤维的第一步。
制造商将二元酸或其酯、另一种含羟基的元素和添加剂采用缩聚反应在高温和压力下反应形成聚酯酸，然后在酸酐化反应中形成环，从而得到聚酯树脂。
纤维成型聚酯纤维需要通过纤维成型设备进行成型。
聚酯树脂经过溶解、过滤、加热、加压、挤出等多个工序后，通过特殊的模具，成型成丝状的纤维。
加热烘干将纤维成型后的聚酯纤维放入热风循环烘箱中进行烘干，使其含水量降至最低。
这一过程也有助于提高纤维的成品率和机械强度。
拉伸加工将烘干后的聚酯纤维放入拉伸加工设备中进行拉伸加工。
这个过程可以使纤维变得更加细长，增强其拉伸性能和强度，并增加其表面积和染色性能。
染色染色是聚酯纤维的最后一个阶段。
染料进入纤维内部，或与纤维表面形成化学键，从而使纤维具有颜色或颜色组合。
常用的染色方法有浸渍法、循环染色法和喷涂法等。
优点聚酯纤维具有许多优点，包括以下几个方面：1. 轻巧：与其它纤维相比，聚酯纤维重量轻，具有优良的耐疲劳性。
2. 耐用：聚酯纤维的耐磨损性能很好，并且不容易变形或老化。
3. 耐水性：与水的接触性能很好，不吸收水分，不变形，易于洗涤和保养。
4. 容易加工：聚酯纤维十分容易加工成各种不同类型的产品。
5. 色彩丰富：聚酯纤维有良好的染色性能，且颜色鲜艳、不易褪色。
6. 环保：聚酯纤维是可回收的材料。
聚酯纤维制备原理
聚酯纤维制备原理在纺织工业中，聚酯纤维是一种广泛应用的合成纤维，具有优秀的性能和多样的用途。
聚酯纤维的制备原理主要是通过聚酯的合成和拉丝加工，下面将详细介绍其制备过程和原理。
1. 聚酯的合成聚酯是由二元醇和二酸经过缩聚反应合成而成的高分子化合物。
一般而言，最常用的二元醇是乙二醇，而二酸通常选择对苯二甲酸。
这两种原料经过聚缩反应，形成聚酯的长链分子结构。
在合成过程中，需要加入催化剂和其他助剂来调节反应条件，控制聚合程度和分子链的长度。
2. 聚酯纤维的拉丝加工合成得到的聚酯高分子可以通过拉丝加工工艺转化为纤维。
拉丝是将聚合物熔化成液态，通过喷丝头将其挤出成细丝，然后经过冷却和拉伸，使其定型成为细长的纤维。
在这个过程中，需要控制温度、拉伸速度和拉伸比等参数，以使纤维具有所需的机械性能和形态。
3. 热处理和后整理制备好的聚酯纤维经过热处理和后整理工艺，以改善其性能和外观。
通过热定型和热稳定处理，使纤维具有良好的尺寸稳定性和耐热性。
同时，采用涤纶染色和整理工艺，可以使纤维具有优异的染色性能和手感，增加其市场竞争力。
4. 应用领域聚酯纤维具有优异的物理性能和化学稳定性，广泛应用于纺织品、工业材料和日用品等领域。
其具有优秀的耐磨性、耐褪色性和易保养性，适合制作运动服装、户外用品、家居纺织品等产品。
在工业领域，聚酯纤维也被广泛应用于增强材料、过滤材料和电子材料等领域。
结语聚酯纤维作为一种重要的合成纤维，其制备过程复杂而精细，需要控制好各道工艺参数才能获得优质的产品。
通过不断的技术创新和工艺优化，聚酯纤维在纺织工业中将继续发挥重要作用，满足人们对功能性纺织品的需求。
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）
聚酯纤维的改性-PPT精选文档
表面改性
Textile Engineering
二、聚酯纤维的氨解处理 氨解--是聚酯纤维又一种表面处理的化学方法。 在氨 解反应中，聚酯与胺发生亲核取代反应，胺作用于缺电子 的羰基碳上，使聚酯的分子链断裂形成酰胺，分子量减少 并溶出。 经过氨解处理，不仅使纤维产生具有较大亲水性的酰 胺基和氨基，而且在纤维的表面产生裂纹和坑洼。因此， 氨解处理可以极大地改善聚酯纤维的手感、亲水性、易去 污性、可染性，同时还可以提高纤维的抗静电性、抗起球 性、悬垂效果等。 如在经过氨解的聚酯纤维上涂敷一层丝素分子膜，可 以使丝素分子膜牢固地附着在聚酯纤维的表面，使其具有 更好地仿真丝效果。
减量效果与碱浓度的关系
Sichuan University
减 重 率
W .
K
L
( % )
表面改性
Textile Engineering
碱减量后纤维性能的改进 碱减量后，聚酯纤维织物的去污性能得到改善， 例如以10％NaOH碱减量后的聚酯织物进行悬浮性污 物去污试验，其效果相当于一般去污后整理，但耐洗 性却比后者好得多。 织物经碱减量后，纤维间抱合力减小，孔隙增大， 透气量增加，这对穿着舒适性有一定改善。 由于强度略有下降，有利于改进织物抗起球性能。 纯涤纶、涤棉或涤毛混纺织物经碱减量后抗起球性能 有所改善，目前国内外部分仿毛织物产品也采用碱减 量处理。
Sichuan University
表面改性
Textile Engineering
三、强氧化剂处理法
强氧化剂氧化法是由于纤维在强氧化剂的作用下，表
面被强氧化剂烧蚀，使聚合物表面发生裂解、交联和氧 化，使纤维和染料及其它材料之间的物理键合力和化学 键合力增强，提高了纤维的表面活化能力和润湿性，从 而改善了纤维的润湿性能。强氧化剂氧化法有酸洗、臭 氧氧化和双氧水浸润等
第一章聚酯纤维_2023年学习资料
第一节聚酯纤维原料-二分子量及其分布-纤维用PET树脂的分子量通常为15000~22000。PET的分-子 直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。分子量低，则熔体-粘度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品 性能下降。-分子量分布也对PET纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有-较大影响。分子量低的组分含量较高的PE ,纺丝易产生断头、-毛丝和疵点，且经不起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均-一，无明显裂纹。-4:35
第一节聚酯纤维原料-280-Nfcm时-240-200-t11.0-13.8-172-270'℃-120心.8-4.146.9-9.65-350℃-o-N/cm-0200-4006008001012001400 600102000-切变逑举产马-图13不同温度下PET擦体粘度与切变速率的依赖关系-[p7=0.65d2 s-。··--·一恒定切应为线一▲一▲一▲一牛顿粘度极袍-4:35
第一章聚酯纤维-1.背景-1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯DMT-和乙二醇E 合成聚对苯二甲酸乙二酯PET,这种聚合-物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂-生产聚 纤维。-近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如-具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯PBT纤维 聚对苯-二甲酸丙二酯（PTT纤维、具有超高强度、高模量的全芳香-族聚酯纤维等。-4:35
第一节聚酯纤维原料-由于分子链上的碳-碳键内旋转，故分子存在两种空间构想。-无定型PET为顺式：-CH:H2-结晶PET为反式：-CH.-CH.-无定型PET为无色透明固体，密度为1.335g/cm3。完全结的聚合物为乳白色固体，密度为1.455g/cm3。而PET纤维-为部分结晶，其密度为1.38~1.40g/ m3。同时，PET分子链-中的酯键在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合-度下降，为此，PT纺丝时 须严格控制水份含量。-4:35
聚酯纤维
涤纶耐酸性能很好。
2. 碱的作用
可以推测，涤纶分子中的酯键发生了一定程度 的水解，必然会导致分子链的断裂，聚合度的降 低，羧基、羟基含量增加，溶解度提高和纤维强 度的降低，但实验结果，与上述的推测不完全相 符。将涤纶短纤维分别用5、10、15、20和25克／ 升烧碱溶液回流沸煮1小时后，再测定其分子量， 结果都在20000左右，没有本质上的差异。但纤维 的失重百分率是随着碱液浓度的增大而逐渐增大 的。用同样方法测得涤纶长丝的失重百分率分别 为0.75、1.37、4.08、4.94、7.27。如图所示。
表6－2 一些纺织纤维从形变中回复的能力
纤维 棉 粘胶 60%） 1%伸长 5%伸长 10%伸长 91 52 — 67 32 23 99 69 51 84 54 34 90 89 89 98 65 51
涤纶纤维是 热塑型纤维的 一种，温度的 高低对它的机 械性能影响很 大。用涤纶丝 （纱），在不 同温度下测定 它的负荷－延 伸曲线，如图 所示。
3．耐热性和热收缩
随着温度的升高，纤维的断裂强度将逐渐下 降。合成纤维属 热塑性纤维 ，对热敏感，大 多数合成纤维在高温下的强度仍高于天然纤维 和再生纤维。此外，随着稳定升高，合成纤维 的断裂伸长率有所增加。在合成纤维中，聚酯 纤维的耐热性最好，不仅熔点和分解温度较高， 而且长时间承受高温作用后其强度损失较少。
对苯二甲酸双羟乙酯（BHET）
三、涤纶生产概 况
涤纶短纤维过程：纺前准备→纺丝 （包括卷绕、给油、给湿） →后处理（包括集束、拉伸、 卷曲、干燥和热处理、切断）。
1. 纺前准备
连续生产时，将制得的聚对苯二甲酸乙二酯熔体直接进入 纺丝机进行纺丝。 间歇法生产时，需先进行铸带、切片和干燥。
聚酯纤维概述
聚酯纤维概述一、聚酯纤维工业发展聚酯纤维(polyester fibre)是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维。
主要品种是聚对苯二甲酸乙二酯纤维，中国商品名为涤纶。
1941年，英国科学工作者在Carotherse工作启发下，选用具有对称结构的对苯二二甲酸和乙二醉缩聚，制成聚对苯二甲酸乙二酯，成功地在实验室中用熔体纺丝法制成了有应用价值的聚酯纤维，当时命名为特丽纶。
英国化学工业公司1949年开始进行小规模工业生产。
聚酯纤维是合成纤维的第一大品种，大约占合成纤维的70%。
世界聚酯纤维产量一表二、聚酯纤维分类和性能1.PET纤维（涤纶）：涤纶占世界合成纤维产量的60%以上.性能特点：玻璃化温度67-81℃（1）．强度高。
短纤维强度为2.6～5.7cN/dtex，高强力纤维为5.6～ 8.0cN/dtex。
由于吸湿性较低，它的湿态强度与干态强度基本相同。
耐冲击强度比锦纶高4倍，比粘胶纤维高20倍。
涤纶织物结实耐用。
（2）．弹性好。
弹性接近羊毛，当伸长5%～6%时，几乎可以完全恢复。
耐皱性超过其他纤维，即织物不折皱，尺寸稳定性好。
弹性模数为22～141cN/dtex，比锦纶高2～3倍。
.涤纶织物具有较高的强度与弹性恢复能力，因此，其坚牢耐用、抗皱免烫。
（3）涤纶的熔点比较高，而比热容和导热率都较小，因而涤纶纤维的耐热性和绝热性要高些。
是合成纤维中最好的。
（4）．耐磨性好。
耐磨性仅次耐磨性最好的锦纶，比其他天然纤维和合成纤维都好。
（5）．耐光性好。
耐光性仅次于腈纶。
涤纶织物的耐光性较好，除比腈纶差外，其耐晒能力胜过天然纤维织物。
（6）．耐腐蚀。
可耐漂白剂、氧化剂、烃类、酮类、石油产品及无机酸。
耐稀碱，不怕霉，但热碱可使其分解。
（7）．染色性较差，但色牢度好，不易褪色。
涤纶分子链上因无特定的染色基团，而且极性较小，所以染色较为困难，易染性较差，染料分子不易进入纤维。
(8). 吸湿性很小，即使相对湿度在100%，吸湿率也仅为0．6％。
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3. 提高结晶度及软化点 干燥初期，切片受热结晶，结晶度提 高至25％～30％，软化点提高至210℃以上，且熔程狭窄，熔 体质量均匀。
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第一章聚酯纤维
1.背景
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT） 和乙二醇（EG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合 物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂 生产聚酯纤维。
近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如 具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯 二甲酸丙二酯（PTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香 族聚酯纤维等。
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第一节 聚酯纤维原料
（三）流变性质
1.熔点
纯PET的熔点为267℃，工业生产的PET熔点略低，一般在 255～264℃之间，这主要是由于酯化或缩聚反应过程中副反应 生成的DEG，致使PET分子中含有醚键，破坏分子结构的规整 性，降低了分子间作用力。 2.熔体粘度
熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切相关。其 一般与切变速度有关。一定特性粘度的PET在不同温度下，熔 体粘度与切变速率的关系如图1－3。
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第一节 聚酯纤维原料
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第一节 聚酯纤维原料
三、聚酯切片的质量指标
PET切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影响。 PET切片和纤维主要质量指标按照国标GB/T4189－93。
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第二节 聚酯切片的干燥
一、切片干燥的目的
1．除去水分 湿切片中含水率为0.4％～0.5％，干燥后下降至 0.01％（常规纺）或0.003％～0.005％（高速纺）。
1. 缩聚反应平衡 BHET的缩聚反应是可逆平衡的逐步反应， 按下述步骤进行： BHET+BHET 二聚体＋EG
BHET＋二聚体 BHET＋三聚体 三聚体＋EG 四聚体＋EG
依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分 子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通 式如下：
在通常情况下，随缩聚反应的进行和EG的不断脱除，聚合 度控制在100左右，个别情况可达150～180。
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第一节 聚酯纤维原料
一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备
PET工业上是以对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET）为原料， 经缩聚反应脱除乙二醇（EG）来实现。缩聚反应如下：
所以PET的制备首先需得到BHET，目前生产BHET的方法有 酯交换法和直接酯化法。
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第一节 聚酯纤维原料
（一）BHET的制备
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第一节 聚酯纤维原料
（二）分子量及其分布
纤维用PET树脂的分子量通常为15000～22000。PET的分 子量直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。分子量低，则熔体 粘度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品 性能下降。
分子量分布也对PET纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有 较大影响。分子量低的组分含量较高的PET，纺丝易产生断头、 毛丝和疵点，且经不起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均 一，无明显裂纹。
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第一节 聚酯纤维原料
2. 缩聚反应副反应
缩聚反应的同时会存在副反应，主要有：
大分子链端基裂解生成乙醛； 生成环状低聚物； 大分子中的酯键裂解； EG间分子缩合生成乙二醇醚。
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第一节 聚酯纤原料
二、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和性质
（一）分子结构
聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的化学结构如下：
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第二节 聚酯切片的干燥
二、切片干燥机理
1. 切片中的水分 PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其 水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水，另一是与 PET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。 2. 切片的干燥曲线
由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降 低。在干燥前期为恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中的 非结合水。干燥后期为降速干燥阶段，主要去除结合水。
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第二节 聚酯切片的干燥
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第二节 聚酯切片的干燥
3. 切片干燥过程中的结晶
聚酯在170-190℃时结晶速率 最高，超过190℃，结晶速率反 而随温度升高而下降。这是由于 高温下晶核生成太少的缘故。因 此，在170℃以下短时间干燥， 由于切片表面温度高于内部温度， 切片表面的结晶度高于内部；在 190℃以上短时间干燥，则内部 结晶度大于表面结晶度。
第一章聚酯纤维
1.背景
聚酯纤维是大分子链中各链结通过酯基相连的成纤高聚物纺 制而成的纤维（PET）。我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大 于85％的合成纤维称为聚酯纤维，商品名为涤纶。 早在1894年Vorlander用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的 聚酯；1898年Einkorn合成聚碳酸酯；早年合成的聚酯大都为 脂肪族化合物，其分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能 具有纺织纤维的实用价值。
1.酯交换法 此法是将对苯二甲酸（TPA）与甲醇反应生成粗对 苯二甲酸二甲酯（DMT），经精制提纯后，再与EG进行酯交 换反应，得到纯度较高的BHET。在催化剂存在下，EG与DMT 进行酯交换，生成BHET。被取代的甲氧基与EG的氢结合，生 产甲醇，其反应式如下：
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第一节 聚酯纤维原料
（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产
PET为线性大分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单 元链节都由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链。因此分 子线性较好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。
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第一节 聚酯纤维原料
由于分子链上的碳－碳键内旋转，故分子存在两种空间构想。 无定型PET为顺式： 结晶PET为反式：
无定型PET为无色透明固体，密度为1.335g/cm3。完全结 晶的聚合物为乳白色固体，密度为1.455g/cm3。而PET纤维 为部分结晶，其密度为1.38～1.40 g/cm3。同时，PET分子链 中的酯键在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合 度下降，为此，PET纺丝时必须严格控制水份含量。