pp纤维性能的研究

pp纤维性能的研究

21世纪，新材料的开发和开发发挥着重要作用。聚酯纤维以其优良的性能和低廉的价格成为合纤的第一品种,其中PET纤维和PBT纤维已有大量的工业化生产和广泛应用。而同样作为聚酯纤维家族的PTT纤维兼有涤纶和锦纶的特性,除抗污性能好外,还有易于染色、手感柔软、富有弹性、易于干燥等特性。因此,在不久的将来,PTT将逐步替代涤纶和锦纶而成为21世纪广泛应用的新型纤维。1新产品生产开发PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)纤维是一种性能优异的聚酯纤维,是由对苯二甲酸(PTA)和1,3-丙二醇缩聚而成。早在20世纪40年代初,美国CalicoPrintersAss.公司的Whinfield和Dickson就成功合成了PTT,但是由于PDO价格昂贵未能进行工业化生产。近年来,随着PDO生产新工艺的研发成功,PTT纤维的研制和开发也取得了较大的进展,很多国际大公司都成功地实现了工业化生产。1995年美国Shell公司研制开发成功了新型纺丝聚合物PTT,商品名称为Corterra。Shell公司以乙烯为原料生产PDO。杜邦(DuPont)公司开发出生物酶催化法制备1,3-丙二醇,用价格低廉的碳水化合物通过微生物催化发酵的方法可以制得PDO,用于生产PTT,方法简单成本低。日本旭化成、东丽、帝人等公司先后与Shell和DuPont缔结合约企图引领PTT纤维及其制品的开发。德国的DegussagnZimmer公司又共同开发出一定规模经济的PTT纤维生产工艺。上海华源股份有限公司已与美国Shell公司合作成功生产出数种规格的PTT纤维。2002年末,由于生产规模的扩大,PTT切片已降价25%,今后还会继续降低,加之PTT纤维的优异性能,决定着PTT纤维的应用高峰必将到来。2纤维特征2.1ptt纤维的初始模量PTT纤维表现出与PET和PBT纤维不同的机械性能。PET纤维的相对断裂强度和初始模量比PBT和PTT纤维大,PTT纤维的初始模量明显低于PET纤维,但较PBT纤维略高。其中PTT纤维的初始模量与拉伸倍数之间没有依赖关系,所以PTT纤维不可能像PET纤维那样高模量、低伸长,PTT纤维的最小断裂伸长约为20%,明显高于PET纤维的6%。德国Denkendorf人造纤维研究所进行了多次重复拉伸试验,表明PTT纤维即使经过10次20%的最大拉伸,仍能有100%的回复,表明PTT纤维具有优异的弹性回复性。2.2热处理对合成纤维热学性能的影响PTT纤维的熔点Tm在230℃左右,低于PET(265℃)和PA66(256℃),其玻璃化温度Tg与PA6相似。玻璃化温度Tg与软化点温度Tc的差值(ATg)是高分子加工的一个重要参数,PTT纤维的ATg很小,仅为15℃,而PET纤维为70℃左右,因此PTT纤维在拉伸过程中要严格控制温度。表1列出了几种主要合成纤维的热学性能。热处理对纤维弹性回复性和模量的影响如表2所示。研究表明,热处理对于PTT纤维的弹性回复性有较大影响,PTT纤维的热收缩明显高于PBT和PET纤维。经过松弛热处理5min后,纤维的弹性回复性降低到仅有原来的10%,明显大于对PET和PBT纤维的影响。2.3染色温度对染料染色效果的影响合成纤维应用分散染料染色,只有在玻璃化温度以上才能染成深色。PET纤维的玻璃化温度大约在81℃左右,而且由于其结晶度高,结构致密,染料分子不易进入纤维内部。所以PET纤维只有在高压或有载体,温度约为130℃时,才能应用分散染料染成深色。而PTT纤维的玻璃化温度只有55℃,比PET纤维低26℃,所以其染色性能优于PET纤维,能够在无载体的情况下常压沸染。同时,在相同的染色温度下,染料在PTT纤维中的渗透深度明显高于PET纤维,而且色泽均匀,染色牢度高。PTT纤维最佳染色温度为110℃,但在100℃时仍有很高的上染率,因而PTT纤维的应用将会有较大的优势。图1是PET、PTT纤维采用分散染料染色时上染率的比较,表明PTT纤维在100℃左右即能达到与PET纤维在高温高压染色时相当的上染率。2.4抗污染纤维的使用抗污性能与纤维的拒油性和易去污性有关。大分子链的化学结构对其表面张力影响很大,亚甲基为奇数的比偶数的临界表面张力低,所以PTT纤维具有较好的抗污性,具有优异的抗酸性和抗分散性污物污染的性能,不必施加助剂,纤维本身的分子结构赋予其天然的抗污性,在一定程度可以节约后整理成本。2.5产品的特性特性PTT纤维的耐磨性优于涤纶,仅次于锦纶66。由于较低的初始模量、特殊的分子链结构以及独特的加工工艺,使PTT纤维产品的蓬松度明显高于涤纶、锦纶等产品。因此PTT纤维制品具备特殊的手感与风格以及良好的悬垂性,服用性能优异。由于同属聚酯纤维家族,PTT纤维具有很多与涤纶纤维类似的特性。诸如耐黄变性、耐气候性以及耐药品性,在各种应用方面都有很强的适应性。此外,PTT纤维的易染性使其有利于节约染料,相对降低废水中的染料含量,可在中性条件下进行染色,这些都可以减轻染色过程的污染。3t纤维产品3.1纱线的断裂伸长率PTT短纤纱的断裂伸长率在30%左右,较长丝的断裂伸长率稍差,而PTT短纤维的断裂伸长在60%以上,由此可见PTT短纤纱的弹性在纱中并未完全体现出来。这与其在纱中的排列及纤维间的抱合与摩擦密切相关,如何提高短纤纱的弹性利用率成为今后的研究方向之一。PTT短纤纱和PTT混纺纱的强伸性试验见表3。从表3可以看出,纯PTT短纤纱的伸长率在30%左右,而PTT与棉混纺纱断裂伸长率明显下降。PTT含量为50%时,PTT纤维的优良回弹性在PTT棉混纺纱中几乎没有体现出来,已经完全失去了PTT弹性纤维的优势,而且成纱条干不匀高。当然,如果降低混纺纱中棉的成分,其成纱仍将具有一定的微弹性,但成纱、织物将很难体现出天然纤维的特性。当PTT纤维与其他非弹性纤维混纺时,很多情况下若非弹性纤维的混纺比例达到30%,则成纱的弹性很小,几乎体现不出PTT纤维的弹性特征,也就是说若要保证成纱的弹性,针对不同原料成分的混纺比要进行精确的确定。很多原料如棉、粘胶等本身几乎不具弹性的纤维混纺比例不得高于30%。而对于羊毛等本身回弹性能较好的纤维则混纺比例可能会与棉有明显的差别。有研究表明,PTT纤维与羊毛以70/30的比例进行混纺后成纱的强伸性能要比同比例的PTT与棉混纺纱好,其断裂伸长率与纯PTT短纤纱相接近,甚至会稍稍高于纯PTT纱。出现这种结果与其混纺纤维的品种是密切相关的。PTT纤维的初始模量较小,与模量同样较小的羊毛混纺纱其弹性降低不明显,而与模量相对较高的棉纤维进行混纺其成纱的弹性明显降低。由此可见,混纺非弹性纤维的初始模量与成纱的弹性相关,诸多因素导致混纺纱所表现出的不同的回弹程度有待进行更深一步的研究。3.2织物的基本性能采用PTT与天然纤维混纺的目的是希望能通过混纺天然纤维或其他合成纤维,取长补短发挥各自性能上的优势,适当改善PTT纤维在染色、吸湿、抗静电性能等方面的缺点,赋予纱线以及织物以天然纤维的特性。PTT纤维具有优异的混纺性,一是与棉交织或混纺,可赋予织物更好的柔软性和尺寸稳定性;二是与醋酸酯交织或混纺,可赋予织物具有优异的伸长性和染色均匀性;三是与毛交织或混纺,可避免织物泛黄;四是与丝交织,能改善织物易皱的缺点。现有的有关PTT织物的研究大部分集中于开发PTT短纤纱交织织物。以棉纱等作为经纱,PTT纯纺短纤纱作纬纱织成织物,这种交织织物硬板没有弹性,在对织物进行一定的整理,使其缓弹性变形得以恢复,这样方能使PTT纤维的弹性得以重现,可以赋予织物一定程度的纬向弹性。开发这种交织织物是在充分利用PTT纤维弹性的同时又利用天然纤维的一些优良特性。对于PTT与毛等本身具备一定弹性的纤维混纺,就无需进行交织。研究显示,PTT与毛在70/30的比例时所织成的织物的断裂伸长率可达到60%以上。而PTT纤维含量降至55%,织物仍有50%以上的断裂伸长率。要比同比例的PET纤维与毛混纺织物的断裂伸长率高10%左右。而同比的PTT与毛混纺织物的定伸长弹性回复率也要较PET与毛混纺织物稍大。由于现有的有关PTT纤维产品的工艺还不够完善,对于纤维优异弹性的利用还不是很充分,根据PTT纤维特性以及产品开发的需要,可以考虑采用各种新型纺纱设备与工艺(赛络菲尔纺纱等)进行产品开发。4ptt纤维的应用PTT纤维耐磨性好、静电小、手感柔软、悬垂性高、高回弹性、低温低压下无载体染色以及在湿态下良好的尺寸稳定性是其应用于纺织最有吸引力的特征,因而可提供开发穿着舒适柔软、易洗快干、免烫的高级服饰。PTT纤维具有常规涤纶的一切优点,同时手感、弹性等明显优于涤纶,被认为是现有高弹锦纶、氨纶等弹性纤维的强有力竞争对手。相对于氨纶等高弹纤维来讲,PTT纤维相对较低的弹性却使其应用范围较前者广泛,不只局限于贴身内衣、游泳衣等,利用PTT纤维制成的最终制品的低弹织物具有较好的易护理性,可以用来进行西服等保形性要求较高的面料设计。PTT纤维在服装领域有很大的发展前景。由于PTT纤维优异的回弹性、抗污性、化学稳定性以及其玻璃化温度高于室温可定形处理,使PTT纤维在地毯工业中也有着广泛的用途。目前地毯长丝主要是锦纶和聚烯烃等,PTT纤维有着它们无法比拟的优异性能。如果PTT纤维能占有地毯长丝20%的份额,那么美国每年的需求量将达到28万吨(仅按1994年的统计量算)。我国的地毯大多是由丙纶制成,如果用PTT纤维来制作,将有利于地毯产品的更新换代。与PP相比,PTT纤维具有更高的密度,可克服喷丝板生产能力的限制,制得更细的细特丝,可代替PP制备纺粘无纺布。PTT纤维在细特丝的开发应用方