聚对苯二甲酸丙二醇酯(pp)纤维的技术发展

聚对苯二甲酸丙二醇酯(pp)纤维的技术发展

二聚对苯二甲酸丙二醇酯（pt）是芳族聚合物。它由1、3-c和2-c组成的苯二甲酸（tpa）。目前,我们已在工业中试装置上使用PTT聚合物和采用熔体挤出纺丝的方法成功地制造出各种PTT长丝和短纤维,通过采用纺粘法和熔喷法还生产出了各种非织造布。PTT纤维可以制成各种高弹伸缩且手感柔软的弹性织物(针织和机织织物),各种PTT纤维或织物可进行常压沸染。美国壳牌化学公司曾对PTT聚合物的各种性质以及纤维制造业采用PTT的情况作过相关报道。近来,PTT一直作为商品聚合物而加入到各种其他芳族聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的行列中来。1,3-丙二醇单体在合成方面的技术突破使得PTT聚合物的商品化成为可能,这样我们就可以适应商品化的经济成本来制造这种聚合物。PTT聚合物一般是以1,3-丙二醇(PDO)和对苯二甲酸(TPA)为原料经熔体缩聚制成,这种聚合物在分子量和分子量分布的性质方面与各种其他聚合物的性质相类似,可供纤维、膜片以及ETP市场之用,特别是可供那些尼纶、PET或PBT产品占优势的市场之用。PTT并不是一种新型聚合物,但是围绕此聚合物进行的技术开发似乎给地毯业、纺织业、膜片和包装市场以及其他一些市场提供了许多机会。在此篇论文中我们将介绍与纺织品用PTT纤维相关的技术发展情况。PTT易于挤出纺织,但必须要进行干燥处理(像PET那样)以便获得稳定的丝条。PTT聚合物与纤维生产中所用的其他热塑性聚合物的主要性质的比较如表1所示。1pt长度1.1从t聚合物到POY,SDY(HOY,FDY),SD/POY和UDY1.1.1挤出纺丝法聚合物法PTT聚合物(切片)与PET或PA聚合物相同的是,它们必须先经干燥处理而后再进行挤出纺丝。与PET作法不同的是,PTT聚合物(切片)的干燥不需使用结晶器,而只用一个多级干燥器就可以了。我们所建议的PTT的干燥和挤出条件在表2中给出,PTT聚合物切片干燥的关键是其含水量应低于30ppm。1.1.2熔体温度的影响通常,PTT熔体的挤出温度要比PET的挤出温度低30℃,我们建议PTT的熔体温度应在245℃～265℃之间。如果熔体的温度高于265℃的话,聚合物将产生明显的热降解。PET和PA6或PA66所用的常规挤出机也适用于PTT的挤出。1.1.3用带热导盘的poy丝对CorterraPTT聚合物而言,可采用几种熔体纺丝方法来生产各种未卷曲变形丝(长丝):POY、纺丝拉伸丝(SDY或FDY)、纺丝拉伸机生产的POY以及未拉伸丝(UDY)。可在合理的纺丝速度下(2500m/min～5000m/min),用带或不带导丝盘的纺丝装置来生产PTTPOY丝。POY丝也可以用(带热导盘)的纺—拉纺丝机来制造,这种纺—拉纺丝机始终用来制造SDY和FDY丝。各种纺丝条件如:骤冷风流动速率、骤冷风流动温度、纺丝油剂的上油位置、纺丝拉伸速度以及导丝盘绕丝数等均可以通过微小调整来确定,但这要视每个纤维制造厂家所用的纺丝机来定。导丝盘的速度及其速度比对纺丝生产的稳定性至关重要,这两种工艺参数目前已经得到确定。尽管PTT的纺丝生产可以使用PET和尼纶生产所用的常规喷丝板,但我们建议为了获得良好的纺丝稳定性,应使用L/D比较高的喷丝板。PTT纺丝还可以使用PET纺丝所用的纺织油剂。业已证实,有好几种纺丝油剂非常适合于PTT纤维的纺丝和后道变形加工。PTT长丝的单丝旦数(d.p.f)从不到1dtex直至5dtex以上。纺织用PTT长丝的总旦数从小于28dtex～330dtex。PTTUDF的纺丝生产(主要用来生产短纤维)与PTTPOY和SDY的纺丝多少有些不同。有关PTTUDS的纺丝加工将在后面的短纤维部分进行说明。1.1.4rcraa卷绕机可供使用的卷绕机多种多样,选用Barmag公司制造的BirotorCraft卷绕机不失为一种明智的选择,尽管日本的帝人、东丽等公司制造的卷绕机也非常适用。我们大力推荐使用的是低卷绕张力的卷绕机以便减少纤维的卷装收缩。超喂速度以及卷绕角度逐渐变化可使卷绕成形良好。1.2形的起始条件目前所使用的各种纤维变形机,在POY丝的变形加工方面性能都非常好。用带接触式和非接触式加热器进行纤维试样变形的起始条件在表3中给出。对于盘式变形机而言,其变形圆盘可以用聚氨酯或陶瓷制成,圆盘结构呈1-6-1排列,尽管一直在使用其他一些D/Y比变化明显的圆盘变形结构。我们发现皮带式(Murata)和针式变形机也很适用。最终的变形条件应视所用变形机的类型以及POY丝的旦数(总旦数和单丝旦数)、伸长以及强度等性质而定。1.3双罗纹针织方法成都有类使用PTTDTY,SDY和POY丝可以很容易地制成各种原坯(或称本色)织物。我们始终在对各种PTT针织和机织织物进行研究。一般来说,采用双罗纹针织方法以适当的针迹密度(针/英寸等)和纱线支数可制成各种PTT高弹性伸缩织物,还可以适当的经纬密度机织而成各种质地良好的弹力织物,即织物可沿经向或纬向或者是沿经纬方向拉伸且弹力良好。此外,PTT原坯织物的手感很好,比PET织物要柔软得多。PTT纤维还可与其他纤维如:PET纤维、醋酸酯纤维、聚丙烯纤维、棉花、羊毛或尼纶在经向或纬向上进行组合来制造各种PTT混纤织物。1.4从原毛织物到染色织物我们知道,纺织业一直在使用着各种染色和整理加工方法,但采用何种染整方法则要视所使用的生产设备以及织物的类型和面料而定。1.4.1染色及热定形处理对各种针织织物而言,通常可能不需要进行退浆和水洗处理,织物可以或不可以进行松弛和预热定形处理。像PET织物的染色那样,PTT织物也可以使用分散染料来染色。我们建议的染色温度为100℃～110℃。为了获得高弹性伸缩织物需要在一标定温度下对织物进行热定形处理。可将织物柔软剂加入已染色且已热定形的织物中进行软化处理,此后,以低于或等于预热定形温度的温度对织物进行最终热定形。最后得到的织物应具有良好的弹性和柔软的手感,并且其质量要好于原坯织物。PTT针织织物的染整工序如下(温度T1>T2>T3)。1.4.2整理后织物的染色工序像PET机织织物那样,PTT机织织物通常可能需要进行上浆和退浆整理,其染色工序与针织织物的染色工序相似。此外,PTT机织织物的预热定形的柔软整理可任选,组织物必须要进行最终热定形。PTT机织织物典型的染整工序如下(温度T1.5从ty到染色线，再到染色织物用PTT纤维制成的纱线还可以进行绞纱染色,染色后其整理工序与上述的针织和机织织物的整理工序相似。2拉伸/松弛、热处理非织造布的生产总的来说,壳牌化学公司已利用两级PET短纤维生产设备成功地生产出了各种纺织级PTT短纤维(商品名为Corterra)。该公司采用拉伸/松弛和拉伸/热处理这两种短纤维生产工艺,所生产的PTT纺织级短纤维在纺织用短纤纱和非织造布方面有着广泛的用途。按比例扩大PTT纺织级短纤维的商品化生产规模的确是妥善处理设备产能有限和所需短纤维性能之间关系的一个最佳的折衷方案。大量的实验数据表明,PTT短纤维的生产可以采用为PET短纤维生产所制定的各种工艺技术规程。2.1工艺条件的影响PTT聚合物的各种干燥和挤出条件均与POY和SDY的条件相类似,然而由于短纤维挤出设备内的熔体停留时间较长,且每个纺丝位的生产能力较大,所以某些纺丝条件可能需要进行变化。主要的目的是最大限度地减少熔体的停留时间和降低熔体的温度以便制定稳定的PTTUDY的挤出纺丝工艺。此外骤冷室的温度对稳定PTTUDY的熔出纺丝也很重要,骤冷室温度的高低取决于熔体的工艺温度和每个纺丝位的单丝根数。总之,其目的就是要冷却UDY以便在室温条件下形成适合于筒管均匀收缩的各种工艺条件。PTT短纤维初始生产所使用的纺丝油剂应该是普通的PET短纤维纺丝油剂,应按照标准的工艺步骤,用给油辊或单环上油器来上油剂。我们已利用工业设备以正常的生产速度生产出UDY短纤维。2.2抗拉t长丝束的拉伸喂入卷曲机的拉伸丝束的旦数决定了短纤维集束架的尺寸。在PTT短纤维的生产中,其集束架的尺寸可能与PET短纤生产中所用集束架的尺寸有所不同。来自集束架的PTTUDY丝束的加热温度在丝束处于张力下之前不能超过环境温度,这样就可以避免UDY丝束集束失控和收缩不均匀,UDY的集束收缩失控会急剧地降低纤维的断裂拉伸比。PTT短纤维的初始拉伸比一开始可能与PET短纤的拉伸比不同。对于拉伸/松弛和拉伸/热定形这两种PTT短纤维的生产而言,它们的卷曲条件各不相同,而且PTT短纤维的卷曲条件也与PET短纤维的卷曲条件有较大的不同。2.3ptt环纺纱PTT短纤维既可以单独纺成纱线也可以与棉花、羊毛或其他短纤维混纺成纱。目前已生产出各种具有较高弹性的100%PTT短纤纱和PTT混纺纱。生产可经受500多次2%～5%应变的PTT短纤纱和混纺纱是比较容易的,PTT短纤纱的弹性受短纤维制造过程中的卷曲、热定形以及松弛等工艺条件的控制。一般说来,与PET和PAN(聚丙烯)短纤纱的生产相比,PTT环纺纱的生产中存在着两种主要差异,这两种差异是由PTT短纤维相对较高的松密度和可恢复性所造成的。壳牌公司目前正在为生产各种PTT纺织级半成品而对梳理机进行改造,并提出了一些有关纺纱方面的建议。2.4从纱线至染色整利用与上述类似的工艺方法,可将由PTT短纤维(单纺或混纺)制成的短纤维通过针织或机织的方法制成原坯织物。在织物的成丝过程中,要比照PET和聚丙烯腈短纤纱的弹性来计算出PTT短纤纱相对较高的弹性,这一点很重要。用与上述类似的工序将原坯织物染色和整理,可采用各种标准的纺织技术来改变织物的染整条件以便计算出PTT短纤纱的弹性和收缩率。业已证实用PTT短纤纱织成的各种织物具有良好的弹力拉伸和非弹力拉伸结构性质,而且在包括起毛起球在内的各项标准织物测试中,织物的性能也非常好。用PTT短纤纱制成的各种纺织品手感极好,至少与棉织物和腈纶织物的手感不相上下。2.5混纺绞纱染色PTT短纤纱可以类似于PTT长丝纱的染色方法来进行绞纱染色或卷装纱染色。只要纱线的卷曲稳定性未丧失,那么采用混纺绞纱染色是稳定纱线高温收缩的一种合理的染色方法。PTT短纤纱的卷装纱染色需要有不同的卷装卷绕条件以便比照PET短纤纱来计算PTT短纤纱所增大的收缩率。2.6从染色到织物此外,可利用与上述相似的加工方法,用各种染色纱来织造针织和机织织物。3用有机纤维制作材料3.1短纤非织造布业已利用针刺和水力缠结的加工方法将PTT短纤维与其他纤维如PET、尼纶和聚丙烯纤维的混合物制成了各种非织造布,这些基于PTT短纤维的非织造布的特点是手感好且高度膨松。3.2非织造布的生产目前,某些公司已利用Hills/Ason制造的高速生产设备或Reifenhauser制造的低速生产设备生产出了各种纺粘型非织造布。如果利用工艺参数设置正确的压延机进行加工,那么Reifenhauser生产线所制造的非织造布的尺寸极为稳定。壳牌公司正在研制的纺粘非织造布可用作PTT地毯的底布。以较高的生产速度加工制成的各种非织造织物的手感柔软且悬垂性好,同时还保留了极强的抗伽码射线辐射的能力。如在医用非织造织物中使用聚丙烯材料,那么伽码射线产生的辐射危害是一个主要问题,而PET在纺粘工艺中其柔软度和挤压加工也是一大缺陷。3.3非织造布的生产过去常将260℃～275℃的PTT聚合物熔体经熔喷制成各种PTT非织造布样品。这种PTT织物的特点是纤维的成网不均匀且无定向,织物的单位重量为12.2g/m3.4聚合物基复合材料在纤网中的应用业已制造出各种以PTT为基本组分的皮芯型和并列型纺粘纤维。在非织造布的用途方面,PTT纤维可作为PET-PTT共轭纺粘或熔喷纤维网中的粘合剂。在纤网的成形过程中,由于PET和PTT这两种成纤聚合物的收缩率不同,所以我们就可以得到更为膨松的纤维网。我们可将以PTT为基本组分的各种海岛型纤维制成各种超细旦纤维,其用途有人造革等。由于PTT和PET这两种成纤聚合物在固态拉伸之后的收缩率各不相同,因而所制成的PTT-PET复合并列型SDY丝就具有很高的膨松度。PTT与其他聚合材料如尼纶、PP和PE相互复合的各种复合纤维目前正在研发中。4般意义上的非织造布由于PTT长丝和短纤维具有良好的弹性和柔软性,所以它们非常适用于生产针织和机织织物以及用这些织物制成的各类服装,PTT纤维特别能满足高弹力且手感柔软的纺织品的市场需求