第二章 聚酯纤维（涤纶）的生产、结构和性能

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。第一节合成纤维的概况合成纤维： 以简单化合物为原料合成高分子物，然后通过纺丝加工而成的纤维。一、成纤高分子物条件分子量分子结构（线形或支化度很低）超分子结构（取向且部分结晶）耐热性机械物理性能化学稳定性染色性二、纺丝方法湿法纺丝（湿纺）纺丝液制备：将高分子物溶于水或水溶液中凝固方法：通过凝固浴凝固成型干法纺丝（干纺）纺丝液制备：将高分子物溶于非水溶剂中凝固方法：通过蒸发溶剂凝固成型熔融法纺丝（熔纺）纺丝液制备：将高分子物加热熔融凝固方法：通过冷却凝固成型膜裂法纺丝第一步：制成薄膜第二步：撕裂或割裂成纤维三、常用合成纤维短纤维棉型毛型中长纤维（仿毛、仿麻）长丝涤纶锦纶腈纶丙纶维纶芳纶氨纶四、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皮-芯型母体-小纤维型（海岛型）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…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蚕豆形丝 手感似麻中空型质轻、保暖…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…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…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：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聚对苯二甲酸乙二酯（PET）二、涤纶生产概况短纤生产过程：（一）纺前准备连续法：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）后处理涤纶短纤纺丝后处理加工流程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(%)取向度密度（克/厘米2）初生丝（常规纺丝）完全无定形差1.335~1.337商品丝40~60较高1.38全结晶(理论)完全结晶较高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硬段软段空间结构的平面性分子间作用力反应基团苯环 糖环亚甲基 甙键较好 范德华力 范德华力、氢键酯键… 甙键、羟基…HHHOHOHOHCH2OHOHOHHHOHOCH2OHOHHHHOHOHCH2OHOHOHHHOHCH2OHOHOHOHOHHHH第四节涤纶的性能一、热性能热塑性纤维（一）涤纶的一些热性能常数涤纶锦纶6玻璃化温度（℃）67~8135~50熔点（℃）255~260215~220软化点（℃）238~240180比热（卡/克/℃）0.320.46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℃）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Tg结晶度30%（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.收缩温度温度越高，收缩越大收缩温度收缩率2.收缩时间开始的快速收缩收缩较大阶段收缩达最大，不再增加3.增塑剂（例如：水）降低玻璃化温度增加收缩率（同温度下）降低收缩温度（同收缩率下）热收缩时间收缩率热收缩时间收缩率热空气热水4.收缩前的热处理（热定形）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：应力松弛降低热收缩率提高涤纶热稳定性热定形原理第二册介绍二、拉伸性能影响拉伸性能的因素：化学结构：苯环、亚甲基、酯键生产条件：影响超分子结构、形态结构抽伸：提高取向度、结晶度热处理：提高结晶度，消除内应力一般聚酯纤维负荷延伸度高强度聚酯纤维棉纤维某些纤维的负荷-延伸曲线1.负荷-延伸曲线与棉相比：初始模量： 较高断裂强度： 高得多断裂延伸度： 大得多断裂功： 大不易变形（弹性模量较大）原因：结晶度高，取向度高从形变中回复能力较强原因：亚甲基有较大的柔性大分子间的联结点（结晶）稳定，成为恢复原状的基点，新位置不会建立新的联结点。2.弹性硬挺度较高较强韧耐疲劳性好（耐穿耐用）弹性较好3.温度对负荷-延伸曲线的影响不同温度下的负荷-延伸曲线温度越高 断裂强度越低 断裂延伸度越大 模量越低热处理对负荷-延伸曲线的影响p197页图4-19热处理（松弛热定形）以后负荷延伸曲线的变化断裂强度稍有下降断裂延伸度增加模量下降结构的变化分子链折叠、结晶和纤维的收缩热定形时张力的作用 （第二册介绍）伸长负荷-60℃0℃60℃100℃三、吸湿性和染色性（一）吸湿性涤纶的吸湿性很差 标准状态下回潮率 涤纶0.4% 棉7~8%涤纶吸湿性差的原因极性基团太少，缺少吸湿中心结构紧密，孔隙小意义吸湿排汗性差静电大易沾污湿度对机械性能影响小溶胀小染色困难（二）染色性涤纶的染色较困难（与棉、毛等纤维相比）涤纶的结构与染色性能纤维结构紧密孔穴小：染料难进入纤维内部缺少极性基团：吸湿溶胀小不易与水溶性染料结合无活性基团：染料无法与纤维发生共价键结合染色方法高温高压染色法： 120~140℃ 分散液携染剂（载体）染色法：100℃ 添加有机溶剂的液体热溶法染色： 180~210℃ 热空气++－－－四、静电现象1.静电的产生静电产生过程两物体接触、摩擦，发生电荷转移两物体分离，各自带有数量相同、符号相反的电荷分离瞬间或分离后，物体可通过与另一物体的接触点将电荷泄漏保持在物体上的电荷为静电荷——静电静电产生条件电荷转移电荷泄漏+－+－－+－+接触++++－－－－++++－－－－电荷转移分离电荷松弛电荷消失+－+－－+－++－+2.影响静电大小的因素材料的导电性电阻越大，静电越大材料的吸湿性吸湿性越大，静电越小摩擦时的力力越大，静电越大3.静电序列两材料摩擦分离时带不同的电荷位于近(+)端的带正电荷，近(－)端的带负电荷静电序列受材料生产条件和环境影响玻璃人发羊毛锦纶粘胶棉蚕丝钢铁醋酸维纶涤纶腈纶聚乙烯(+)(－)4.静电的危害两种纤维混纺生产抗静电纤维进行抗静电整理…5.克服静电的方法生产过程中的障碍折叠困难、电击、火灾…使用过程中的问题沾污、电击、刺痒感…五、化学性能水解反应，聚合度降低酸和碱起催化作用酸的催化作用很小——耐酸性好碱的催化作用较大——耐碱性差苯环：很稳定亚甲基：较稳定，可发生氧化反应酯键：（一）酸对涤纶的作用涤纶的耐酸性很好!!1.弱酸煮沸也无显著损伤2.强酸低温下稳定高温下有损伤3.涤纶耐酸的意义染整加工尽量在酸性条件下进行可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比可用于生产涤棉烂花织物（二）碱对涤纶的作用涤纶的耐碱性差!!碱使聚酯发生降解反应尽量避免碱性加工条件使用碱时要特别小心碱处理涤纶的“剥皮现象”测得的分子量降低小形态结构变化大纤维变细、变轻纤维表面出现刻蚀 变得凹凸不平（二）碱对涤纶的作用涤纶的耐碱性差!!碱使聚酯发生降解反应尽量避免碱性加工条件使用碱时要特别小心碱处理涤纶的“剥皮现象”测得的分子量降低小形态结构变化大纤维变细、变轻纤