聚酯纤维结构以及性能

聚酯纤维结构以及性能
Textile Engineeri ng
聚酯纤维结构以及性能
PBT的分子结构
Textile Engineeri ng
❖ PBT中亚甲基链节不是完全伸直的。 ❖ PBT重复单元结构中含有四个柔性的亚甲基链节，其
可能的空间构象显然比PET更加复杂。 ❖ 可扭曲的分子链在拉力下容易伸直，故PBT的屈服应
化纤生产各论
Textile Engineering
聚酯纤维结构以及性能
课程介绍 第一章 聚酯纤维生产工艺
Textile Engineeri ng
• 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。
聚酯纤维结构以及性能
课程介绍 第一章 聚酯纤维生产工艺
聚酯纤维结构以及性能
PET纤维的结晶特征随卷绕速度的变化
Textile Engineeri ng
卷 绕 速 晶胞底面高×104(μm)
度
（m/min） a
b
C
4750 5000 5500 6000
4.504 4.495 4.485 4.480
5.90 10.7 2
5.88 10.7 2
5.88 10.7 1
Textile Engineeri ng
聚酯纤维结构以及性能
Textile Engineeri ng
聚酯纤维结构以及性能
1.4.2 聚酯纤维的改性
Textile Engineeri ng
❖ 改性的原因 – 染色性、吸湿性差 – 易起球、静电大、易沾污等 – 不同应用领域的要求差异
❖ 改性方法 – 化学方法 ▪ 共聚、纤维表面改性处理 – 物理方法 ▪ 共混 ▪ 改进纺丝加工技术，变更纤维加工条件 ▪ 改变纤维形态以及通过后纺与其他纤维混纺、交织等
Textile Engineeri ng
• 第三节 聚酯纤维的生产技术及工艺
重点内容：聚酯纤维的的生产技术与工艺。
• 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。
聚酯纤维结构以及性能
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
聚酯纤维结构以及性能
Textile Engineeri ng
聚酯的分子结构PET
Textile Engineeri ng
❖ 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、
苯环和亚甲基链，大分子的两端各有一个羟基。
❖ PTT是新型弹性纤维品种。
聚酯纤维结构以及性能
聚集态结构 ❖ PET、PTT、PBT均属三斜晶系
Textile Engineeri ng
几种聚酯在结晶状态下大分子链的形态结构
聚酯纤维结构以及性能
三种聚酯的结晶结构
Textile Engineeri ng
晶胞参 数
a(Å) b(Å)
c(Å) α(o) β(o) γ(o)
❖ 例如：
聚酯纤维结构以及性能
聚酯的构象
❖ PET的旁式构象（能量高） ❖ PET的反式构象 （能量低）
聚酯纤维结构以及性能
Textile Engineeri ng
构象的转变
Textile Engineeri ng
❖ 聚酯的分子链可转动发生重排，大约在100 oC时开始 结晶。在结晶过程中旁式构象逐步转化为反式构象。
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％
聚酯纤维结构以及性能
化学改性
Textile Engineeri ng
❖ 化学改性是通过化学的方法改变聚酯分子链上某些结构或组 成，达到改变聚酯纤维性能的目的 。 – 改变聚酯的刚性结构单元 – 改变聚酯的柔性组分
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）
聚酯纤维结构以及性能
化学改性
IPA/(IPA+TPA) mol %
0 1 3 5 7 9 12
[η]/(dL•g)-1
0.62 0.61 0.60 0.60 0.63 0.60 0.62
Tg/oC
Textile Engineeri ng
Tc/oC
Tm/oC
81
157
253
81
159
248
80
160
力比PET要低得多 ❖ 这种性质被用来制造弹性纤维。
聚酯纤维结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及性能
PTT的分子结构
Textile Engineeri ng
❖ PTT在两个对苯二甲酸单元之间存在着3个亚甲基单 元。
❖ 这种化学结构中奇数个亚甲基单元会在大分子链之间 产生“奇碳效应”, 使苯环不能与3个亚甲基处于同 一平面,
❖ 临近两个羰基的斥力不能呈180°平面排列，只能以 空间120°错开排列，由此使得PTT大分子链形成螺 旋状排列，最终影响PTT的物理性能。
5.88 10.7 1
表观晶核侧面高×103(μm)
Λ010
Λ100
ΛT05
2.4
2.9
5.4
2.9
3.4
5.7
4.1
4.1
7.6
5.1
4.9
8.4
结晶浓度 估算的结 （ kg/m3 ） 晶温度
（oC）
1488
186
1495
198
1499
212
1501
218
聚酯纤维结构以及性能
PET纤维性能与结构的关系
PET
4.56 5.94 10.75 98.5 118 112
PTT
4.58 8.22 18.12 96.9 89.4 111.0
PBT
α
β
4.83
4.95
5.94
5.67
11.59 12.95
99.7
101.7
115.2 121.8
110.8 99.9
聚酯纤维结构以及性能
结构的形成和发展
Textile Engineeri ng
245
80
162
240
79.5
165
235
79
_
232
78
_
228
聚酯纤维结构以及性能
化学改性
Textile Engineeri ng
采用间苯二甲酸二甲酯（DMI）取代对苯二甲酸二甲酯(DMT) 可以达到相同效果
DMI/mol %
[η]/(dL•g)-1
Tg/oC
Tm/oC
0
0.680
62.0 252.0