聚酯纤维

聚酯纤维
陈振东
简介
1941年，英国的J.R.温菲尔德和J.T.迪克森以对苯二甲酸和乙二醇为原料在实验室内首先研制成功聚酯纤维，命名为特丽纶(Terylene)。

1953年美国生产商品名为达可纶(Dacron)的聚酯纤维。

随后聚酯纤维在世界各国得到迅速发展。

1960年聚酯纤维的世界产量超过聚丙烯腈纤维，1972年又超过聚酰胺纤维，成为合成纤维的第一大品种。

国外有称“大可纶”，“特利纶”，“帝特纶”等
中国聚酯的发展
我国聚酯生产是在自主开发与引进技术相结合基础上发展起来的，到目前为止，我国聚酯工业的发展可分为四个阶段。

第一阶段是从五十年代中期开始，我国进行了聚酯合成的研究开发，并于六十年代中期完成了中小规模试验；第二阶段是从1966年起的十年，我国进入聚酯生产工业化的初始阶段，建立了五十多个100～500吨/年的DMT、PET以及和PET纤维相配套的小装置，到1976年初PET能力达2.8万吨/年，目前这些小装置已全部停产；第三阶段则从七十年代起，国家开始有计划地引进一批大型PET及其原料的生产装置和技术，截止到1997年,我国PET总生产能力已达283.05万吨/年。

其中引进装置43套，总计生产能力254.9万吨/年，占总能力的90.05%。

1998年至今,是我国聚酯工业的第四个发展阶段。

这一阶段生产能力增长迅速。

到2002年实际能力850万吨/年左右。

1997到2002年间生产能力年均递增27％。

这一阶段我国聚酯生产的发展有两个特点，其一是小聚酯发展迅速。

到2000年年底，我国小聚酯（指采用间隙工艺生产的聚酯装置）能力已达到280万吨/年，占全国总能力的近三分之一，而1998年这一比例不到10%。

其二是外商合资或独资的企业已占有相当地位。

据初步统计，目前合资或独资聚酯能力占全国总量的15%。

这将对我国的聚酯市场产生深刻的影响。

我国近年来我国聚酯供应和需求如下表所示：
尽管我国聚酯能力增长很快，但仍不能跟上我国聚酯后加工发展的步伐，1995－2002年间我国涤纶产量年均增长21.7％，高于同期聚酯产量年均增长20.4%的水平，到2002年涤纶生产能力达到1204.5万吨/年，非纤聚酯能力达到120万吨。

另一方面，由于我国特种纤用和非纤用聚酯在在质量上与国外相比仍有较大的差距，因此近年来我国聚酯每年都有30－40万吨的进口量，2000年进口量则超过50万吨。

但最近二年由于国内聚酯产能的迅速增加，进口量有所下降，这二年进口量都在25万吨左右，主要进口的是差别聚酯原料，瓶料进口量迅速下降。

性能
涤纶的比重为1.38;熔点255～260℃,在205℃时开始粘结，安全熨烫温度为135℃；吸湿度很低,仅为0.4％；长丝的断裂强度为4.5～5.5克/旦,短纤维为3.5～5.5克/旦；长丝的断裂伸长率为15～25％，短纤维为25～40％;高强型纤维强度可达7～8克/旦,伸长为7.5～12.5％。

聚酯的性质
聚酯，一般是由小分子物质通过聚合，缩聚等其他化学反应合成的大分子链的物质，它具有分子量大，分子量分布不均，粘度大等特性。

1、聚酯纤维的形态特征与表面性质聚酯纤维采用熔体纺丝，截面呈圆形，表面很平整，使纤维相对滑动时接触面积不大，摩擦系数高，纺丝加工中必须添加油剂以控制纤维的动飞静摩擦系数和纤维的导电性能。

为改善纤维的可纺性能，还需在纤维上加以适当的卷曲。

采用异形喷丝孔还可以生产各种形状的异形或中空纤维，改善涤纶纤维的外观效应与织物风格。

涤纶表面与橡胶的粘着力低，
为改善涤纶帘子线与橡胶的粘着力，可以做成以锦纶为皮、涤纶为芯的复合纤维以改善轮胎帘子线与橡胶的粘着性能。

2、聚酯纤维的吸湿性质与染色性能聚酯纤维的吸湿性能很差，在标准条件下的回潮率为0.4%一0.5%，相对湿度100％时的回潮率为0.6％～0.8％，因此干、湿状态下的纤维性能变化不大。

由于聚酯纤维没有亲水基团，分子堆砌紧密，因此染料分子很难进入纤维内部，不能采用一般方法进行染色。

常规生产的涤改性聚酯，或在聚酯中加入对苯二甲酸钙盐等添加剂，降低摩擦系数，以防止起球，也可以用表面处理提高纤维的抗起球性。

涤纶有优良的耐皱性、弹性和尺寸稳定性，有良好的电绝缘性能，耐日光，耐摩擦，不霉不蛀，有较好的耐化学试剂性能，能耐弱酸及弱碱。

在室温下，有一定的耐稀强酸的能力，耐强碱性较差。

涤纶的染色性能较差，一般须在高温或有载体存在的条件下用分散性染料染色。

此外还可以通过改性生产抗静电性及防燃性聚酯纤维，例如加入抗静电添加剂可制得抗静电涤纶；采用加入膦-卤素化合物类防燃剂或使用2，5-二氟代对苯二甲酸作为合成聚酯的单体来改进抗燃性。

聚酯则有以下性质
1，化学性质聚酯中含有大量酯基，对于PET、PBT则还有苯环和亚甲基，聚酯的化学性质决定于这些基团所能进行的化学反应。

聚酯容易发生水解，热降解，热氧化降解，醇解，氨解，与碱作用，与脂肪作用，不同聚酯间的酯交换反应接枝共聚反应，老化。

2，物理性质物理性质表现在结晶性能和热性能上。

用途
涤纶具有许多优良的纺织性能和服用性能，用途广泛，可以纯纺织造，也可与棉、毛、丝、麻等天然纤维和其他化学纤维混纺交织，制成花色繁多、坚牢挺刮、易洗易干、免烫和洗可穿性能良好的仿毛、仿棉、仿丝、仿麻织物。

涤纶织物适用于男女衬衫、外衣、儿童衣着、室内装饰织物和地毯等。

由于涤纶具有良好的弹性和蓬松性，也可用作絮棉。

在工业上高强度涤纶可用作轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网等，也可用作电绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等。

用涤纶制作无纺织布可用于室内装
饰物、地毯底布、医药工业用布、絮绒、衬里等。

改性
涤纶和天然纤维相比存在含水率低、透气性差、染色性差、容易起球起毛、易沾污等缺点。

为了改善这些缺点，采取化学改性和物理变形的方法。

化学改性方法有：①添加有亲水基团的单体或低聚体聚乙二醇等进行共聚，能提高纤维的吸湿率；②添加具有抗静电性能的单体进行共聚，可以提高纤维的抗静电和抗沾污性能；③添加含磷、含卤素和锑的化合物以改善纤维耐燃烧性能；④采用较低聚合度的聚酯纺丝以提高抗起球能力；⑤与亲染料基团的单体（如磺酸盐等）进行共聚，以改善纤维的染色性能。

经过物理变形的有各种异形涤纶、与其他高聚物复合纺丝、着色的涤纶、细旦涤纶和高收缩涤纶等。

制造
涤纶的生产过程包括缩聚和熔体纺丝两部分。

原料主要从石油裂解获得，也可从煤和天然气取得。

石油加热裂解得到甲苯、二甲苯和乙烯等，经化学加工后可得到对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯及乙二醇。

在早期涤纶生产中由于对苯二甲酸不易精制，曾用对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料。

1965年对苯二甲酸的精制获得成功，使涤纶生产工序减少，成本降低。

用对苯二甲酸和乙二醇为原料生产的涤纶逐年都有增加。

缩聚：将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇进行酯交换，生成的对苯二甲酸乙二酯，在270～290℃和真空条件下缩聚而得聚对苯二甲酸乙二酯;或将对苯二甲酸与乙二醇直接酯化,然后对苯二甲酸乙二酯进行缩聚获得合成纤维聚合物。

熔体纺丝：有切片纺丝法和直接纺丝法两种。

切片纺丝是将缩聚后的高聚物熔体经铸带、切粒而得到切片，再经过干燥、熔融而纺丝。

熔融过程中，切片所含的水分能使聚酯发生水解而影响纺丝性能和纤维质量，因此在纺丝前必须经过干燥，使切片含水率降低到0.01％以下。

直接纺丝则将高聚物熔体干燥后的涤纶切片在螺杆中加热熔融，挤压送入纺丝箱体的各个纺丝部位，由计量泵精确计量和过滤后，从喷丝板的小孔中喷出。

喷丝孔的直径一般为0.25～0.30毫米。

喷出的熔体细流，被冷却气流冷却凝固成丝条。

纺制短纤维时,多根线条集合在一起,经给湿上油后落入成丝桶。

再经集
束、拉伸、卷曲、热定形、切断等工序得到成品。

如在拉伸后经过一次180℃左右的紧张热定形，则可得到强度达到6克/旦以上、伸长率在30％以下的高强度、低伸长率短纤维。

在纺制长丝时，凝固成形的丝条经给湿上油后，即以1000米/分左右的速度卷绕在筒管上。

卷绕丝在双区热拉伸机上经拉伸而得到长丝,称为无拈无定形长丝,可直接用于织造或经变形加工而成变形丝。

也可进一步经双层加拈机提高拈度，再经蒸汽热定形后供织造用。

高速纺丝卷绕1970年以来发展了高速纺丝卷绕技术，为涤纶变形丝的发展创造了条件。

纺丝卷绕的速度一般分为普通速、半高速、高速和超高速四种。

卷绕速度在1800米/分以下为普通速；在1800～3000米/分称为半高速；在3000～5000米/分称为高速；6000米/分以上为超高速。

工业化生产的高速纺丝卷绕速度已达到3000～3500米/分。

高速纺丝卷绕因卷绕速度提高,在熔体细流从熔融态到固态的过程中，高分子处于较高的速度梯度场内，受到较高的张力而形成部分取向，因而卷绕丝称为预取向丝(POY)。

预取向丝的取向度较高,高分子间的吸引力较大，纤维结构比较稳定，所以便于贮存和长途运输。

预取向丝的条干均匀性和染色均匀性也都有所改善。

预取向丝在拉伸变形机上经拉伸和变形可制成变形纱,称为拉伸变形丝(DTY)。

因此高速纺丝不仅能提高产量，而且能缩短制造工序。

美国商品科代尔(kodel)是已工业化生产的另一种聚酯纤维。

它由对苯二甲酸与1,4-环己烷二甲醇缩聚而得的高聚物纺丝而成。

与涤纶相比，比重较轻，为1.22，熔点较高为290～295℃，耐分解性能较强，纤维的强度和伸长率稍低。

适宜与棉、毛等混纺，制成的织物弹性、手感、耐皱和抗起球性能较好，但强度和耐磨性较差。

聚酯纤维指由多种二元醇和芳香族二元羧酸或其酯经缩聚生成的聚酯为原料所制得纤维的统称。

具体品种有：聚对苯二甲酸乙二酯纤维，聚对苯二甲酸丁二酯纤维，聚对苯二甲酸丙二酯纤维，聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯纤维，聚-2,6-萘二酸乙二酯纤维，以及多种改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维(如:CDP，ECDP，EDDP)等。

由于聚对苯二甲酸乙二酯纤维是其主要品种，故习称聚酯纤维即指这种纤维。

这类纤维外观挺括，热稳定性好，但吸湿性稍差。

它们主要用于制作各种衣着用品、床上用品、室内装饰用品等；个别品种如：聚2,6-萘二酸乙二酯纤维主要用于工业方面。

涤纶聚合度
n HOOC-Ph-COOH + n HO-CH2CH2-OH→
HOOC-(Ph-COOCH2CH2)n-OH Ph 表示苯环
服用纤维一般为90—120，分子量为20000到24000，工业涤纶则比此高许多
PTA直接酯化工艺。

如果采用PTA为原料，pet聚酯聚合物的生产主要有以下两步反应：第一步是PTA与EG进行酯化反应，生成对苯二甲酸乙二酯(bhet)；第二步是bhet在催化剂作用下发生缩聚反应生成pet。

酯化反应阶段，为了缩短反应时间，酯化反应的反应压力要高于大气压力，反应温度要高于醇的沸点。

具体反应中所用的醇与PTA的摩尔比为1.1：1-2：1，反应采用的温度为258-263℃。

缩聚反应的反应温度须高于聚合物的熔化温度(260-265℃)，低于300℃(当温度达到这个值时，聚合物开始出现降解)，因此缩聚反应最合适的温度范围是
275-290℃。

缩聚反应的反应时间至少为2个小时，具体视反应器不同而有所不同。

这个反应的反应常数较小，因此在反应过程中还须尽快地除去反应所生成的乙二醇，打破反应平衡，促使反应继续向右进行，否则不但会影响反应速度，而且聚合度也提不高。

因此缩聚要求在真空下进行，特别是缩聚后期要求在高真空度下进行，同时应尽量增加蒸发表面。

一些用于酯化反应或酯交换反应的催化剂也可用于缩聚反应。

在众多的催化剂中，三氧化锑和乙酸锑是最常用的种类，它们在缩聚反应的高温下有效(275-290℃)，并不受亚磷酸类稳定剂的影响。

这些催化剂可同酯化反应催化剂一起在反应初始时加入，也可在酯化反应后加入反应器中。