聚酯纤维的结构和性能.ppt
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5.聚酯纤维
BHET的合成
BHET的合成主要采用以下三种方法： （1）DMT和EG的酯交换法； （2）PTA和EG的直接酯化法； （3）PTA和EO （环氧乙烷）加成法。 在工业上PET的制造采用二种方法：
酯交换法：以DMT为中间体通过酯交换法来制造 直接酯化法：以PTA（高纯度对苯二甲酸）或MTA （中纯度对苯二甲酸）为中间体通过直接酯化法来 制造。
可以达到强化熔体均匀性的目的，同时可以减少 熔体通过弯管时，管壁与管中心温度及停留时间 的差别。
➢ 在较新型的螺杆挤出机中，往往采用特殊设计的 混炼头来代替静态混合器。混炼头的主要作用是 改变螺杆沟槽中挤出的熔体的流线，使熔体进一 步均匀化
聚酯纤维
聚酯短纤
聚酯纤维的分类
• 从应用领域来划分
–服用 –装饰用 –产业用 –2000年的比例68：19：13 –2005年的比例54：33：13
聚酯纤维的生产工艺及技术
❖聚酯纤维原料的生产技术及工艺 ❖聚酯纤维的生产技术及工艺
聚酯纤维原料的生产技术
• PET原料: – 对苯二甲酸 – 乙二醇（或环氧乙烷）
We=KP，式中，K为平衡常数，P为平衡蒸汽压。 升高温度和增加干燥介质的流动有利于干燥过程。
干燥过程
➢干燥分为两个阶段，即预结晶阶段和高温 干燥阶段
➢预结晶温度和时间
– 沸腾床：温度可高至160~180oC，时间8~15min。 – 搅拌式充填：温度120~140oC，时间1~l.5小时。 – 转鼓干燥时，在120℃以下缓慢升温，预结晶时
• PET的制造大致可分为两个阶段 – 第一阶段是由基本原料对二甲苯、甲苯、邻 苯二甲酸酐合成中间体对苯二甲酸二甲酯 （DMT）或对苯二甲酸（PTA）。 – 第二阶段是由DMT或PTA与乙二醇（EG） 进行酯化或酯交换反应，生成聚酯单体对苯 二甲酸双β-羟乙酯（简称BHET或DGT） – 各种工艺路线的区别主要在前一阶段，即单 体的合成阶段。
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）
(纤维化学与物理)第二章 聚酯纤维(涤纶)的生产、结构和性能
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
4.静电的危害
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…
5.克服静电的方法
两种纤维混纺 生产抗静电纤维 进行抗静电整理 …
五、化学性能
酯键：
O
O
COC 2 C H 2O HC
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 纤维表面出现刻蚀
变得凹凸不平
意义——碱减量处理 提高纤维细度 提高纤维吸湿性
商品丝
40~60
全结晶(理论)
完全结晶
取向度 差 较高 较高
密度（克/厘米2） 1.335~1.337 1.38 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
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
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
玻 璃
人 发
羊 毛
锦 纶
粘 胶
棉
蚕 丝
钢 铁
醋 酸
聚酯纤维(涤纶)简介
分子量一般控制在18000～25000左右。
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。 3）分子中不含亲水基团， 极性小， 属疏水性纤维，吸湿性差。
涤纶染色比较困难。原因可以从 两方面加以说明。首先是分子结构中 缺少象纤维素或蛋白质纤维那样能和 染料发生结合的活性基团。其次，即 使采用分散性染料染色，除了某些分 子量较小的染料以外，也还存在着另 外的一些困难，这种困难主要是由于 涤纶分子排列得比较紧密，纤维中只 存在较小的空隙。
染色方法
高温高压染色
导热系数（卡/厘米/秒/℃）
2×10－4ห้องสมุดไป่ตู้
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。
玻璃化温度（Tg）
无定形PET：Tg为67℃ ； 部分结晶PET：Tg为81℃ 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。 解释
不同温度对涤纶丝（纱）负荷－延伸曲线的影响
从图可以看出，随着温度升高 （大于 20 ℃），涤纶丝（纱）的断裂 延伸度增大，而强度和硬挺度（杨氏 模量）都逐渐减小。 纤维的热塑性虽然对纺织品的某 些性能来说是不利的，或者在染整加 工中会发生某些麻烦，例如产生难以 消除的折痕，或者发生剧烈的收缩等； 但也可利用纤维热塑性的这些特点， 进行织物的耐久压烫整理等。
携染剂染色
热熔染色
1.将染色温度提高到100℃以上，或高至120℃，由 于纤维分子链运动加剧，瞬时间形成较大的空隙， 这样便有利于染料分子渗透到纤维内部去。 2.织物先用携染剂处理，再进行染色。携染剂常是 涤纶的增塑剂，如有机胺或酚类，常用的有邻苯基 苯酚。携染剂被纤维吸收之后，将存在于纤维分子 之间，有减弱分子间吸引力的作用，使分子链段能 进行比较自由的活动。 3.染色温度提高到200℃左右，染料升华，进入纤维 内部。
聚酯纤维的结构和性能
化纤生产各论
Textile Engineering
Sichuan University
课程介绍
第一章 聚酯纤维生产工艺
• 第一节 概论
重点内容：聚酯纤维的发展简史与产品分类。
• 第二节 聚酯原料生产工艺及技术
重点内容：聚酯原料的生产技术与工艺。
Sichuan University
课程介绍
第一章 聚酯纤维生产工艺
5.88 10.7 2
5.88 10.7 1
5.88 10.7 1
表观晶核侧面高×103(μm)
Λ010
Λ100
ΛT05
2.4
2.9
5.4
结晶浓度 估算的结 （ kg/m3 ） 晶温度
（oC）
1488
186
2.9
3.4
5.7
1495
198
4.1
4.1
7.6
1499
212
5.1
4.9
8.4
1501
218
textileengineering二二petpbtpetpbt共混共混纺丝纺丝petpetpbtpbt为为同系物同系物pbtpbt可改可改进进petpet的染色性手感及的染色性手感及弹弹性回性回复复率率它们并它们并不是它们并它们并不是不是从热不是从热从热力力学从热力力学学相容的体系相容的体系学相容的体系相容的体系两个两个两个熔点两个熔点不熔点不不不熔点物理改性物理改性sichuanuniversity能形成共晶能形成共晶一一个个玻璃化玻璃化温温度度说说明非晶明非晶区区相容相容在共混物在共混物纺丝过纺丝过程中可能程中可能会会出出现链现链交交换换textileengineering三三petecdppegpetecdppeg三元共混聚乙二醇peg不仅可以提供柔性链段降低聚酯的玻璃化温度醚键具有较好的吸水性
Textile Engineering
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第一章 聚酯纤维生产工艺
• 第一节 概论
重点内容：聚酯纤维的发展简史与产品分类。
• 第二节 聚酯原料生产工艺及技术
重点内容：聚酯原料的生产技术与工艺。
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课程介绍
第一章 聚酯纤维生产工艺
5.88 10.7 2
5.88 10.7 1
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表观晶核侧面高×103(μm)
Λ010
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结晶浓度 估算的结 （ kg/m3 ） 晶温度
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1501
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textileengineering二二petpbtpetpbt共混共混纺丝纺丝petpetpbtpbt为为同系物同系物pbtpbt可改可改进进petpet的染色性手感及的染色性手感及弹弹性回性回复复率率它们并它们并不是它们并它们并不是不是从热不是从热从热力力学从热力力学学相容的体系相容的体系学相容的体系相容的体系两个两个两个熔点两个熔点不熔点不不不熔点物理改性物理改性sichuanuniversity能形成共晶能形成共晶一一个个玻璃化玻璃化温温度度说说明非晶明非晶区区相容相容在共混物在共混物纺丝过纺丝过程中可能程中可能会会出出现链现链交交换换textileengineering三三petecdppegpetecdppeg三元共混聚乙二醇peg不仅可以提供柔性链段降低聚酯的玻璃化温度醚键具有较好的吸水性
聚酯纤维的结构和性能
整理课件
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聚酯纤维的结构和性能
2
1265
1303
熔融 温度 /oC
320
260
玻璃 化温 度/oC
87
68
Sichuan University
化学改性
五、聚酯酰胺（PEA） 从分子结构设计的角度综合聚酯和聚酰胺的优点 实验室经过很多尝试，没有工业化品种
添 加 Tg / oC 量/ （mol）
%0
87
2
85
3
90
5
93
Tm / oC 强度 / 模量 / 伸长 /
PET
0
SIPM
1
2
3
4
STPM
2
77
137
256
75
157
250
72
167
243
71
167
243
71
187
242
73
155
247
Sichuan University
化学改性
四、聚萘二甲酸乙二酯（PEN） 2,6-萘二甲酸二甲酯(DMN)与乙二醇缩聚而成
性能
强度 （cN/dtex） 模量 （cN/dtex） 沸水收缩率 （%）
5.88 10.7 2
5.88 10.7 1
5.88 10.7 1
表观晶核侧面高×103(μm)
Λ010
Λ100
ΛT05
2.4
2.9
5.4
结晶浓度 估算的结 （ kg/m3 ） 晶温度
（oC）
1488
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熔融 温度 /oC
320
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玻璃 化温 度/oC
87
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Sichuan University
化学改性
五、聚酯酰胺（PEA） 从分子结构设计的角度综合聚酯和聚酰胺的优点 实验室经过很多尝试，没有工业化品种
添 加 Tg / oC 量/ （mol）
%0
87
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Tm / oC 强度 / 模量 / 伸长 /
PET
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SIPM
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Sichuan University
化学改性
四、聚萘二甲酸乙二酯（PEN） 2,6-萘二甲酸二甲酯(DMN)与乙二醇缩聚而成
性能
强度 （cN/dtex） 模量 （cN/dtex） 沸水收缩率 （%）
5.88 10.7 2
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表观晶核侧面高×103(μm)
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结晶浓度 估算的结 （ kg/m3 ） 晶温度
（oC）
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