涤纶的性能和生产第七章

12第七章涤纶（Ployester)1.概述2.涤纶的品种和性能3.涤纶的制备与生产工艺（短纤维、长丝）4.改性涤纶31、概述1.1涤纶的化学结构商品名:涤纶俗名:的确良化学名称:聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）聚酯饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。4PET分子结构特征：1）没有大的支链，具有对称型芳环结构的线性大分子，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列；2）分子链中基团刚性大，纯净的PET熔点高（265℃）；3）由于分子内C-C链的内旋转，分子存在2中空间构象，无定形为顺式构象，结晶时为反式；4）分子链的结构具有高度的规整性，有紧密敛集能力与结晶倾向；5）分子间无强大的定向作用力，相邻间的原子间距，均是正常的范德华间距，大分子几乎呈平面构型。5显著优点：抗皱、保型、挺括、美观。对热、光稳定性好。润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺。年久不会变黄。缺点是不吸汗，而且需要高温染色。约90%作为衣料用。用于工业生产的只占6%左右。是生产量最大的合成纤维6才华横溢的Carothers?question1.为什么脂肪族的聚酯不能纺丝?7由于分子间没有氢键，由酯键运动造成的分子链柔性相当大，致使其熔点较低。例如：聚己二酸己二醇酯的熔点仅70-72℃。若在大分子主链上引进苯环，不仅能增加分子链的刚性，而且使聚合物的熔点显著提高，例如：聚辛二酸乙二（醇）酯的熔点只有63-65℃，而聚对苯二甲酸乙二（醇）酯（涤纶，又名的确良）的熔点却高达265℃。脂肪族的聚酯由于熔点太低，多用做表面活性剂或大分子的增塑剂。易水解易溶解在有机溶剂中81940年英国Whenfield和Dikson以对苯二甲酸和乙二醇为原料合成了聚对苯二甲酸乙二酯，并制成了纤维。于1946年在英国工业化生产。1953年开始在世界范围内大规模工业化生产。1971年开始数量上超过尼龙，成为第一大合成纤维。9涤纶主要生产商主要包括仪征化纤、上海石化、浙江大普、淄博万杰、洛阳石化、开平涤纶、江苏鹰翔、鞍山合成、浙化联、湖北新丰、龙涤股份等。我国涤纶年产量在500万吨以上（占合成纤维总量的65%以上，占世界总产量25%以上）。101112低弹丝（DTY）全牵伸丝（FDY）13牵伸机14涤纶以短纤维为主。除用于服装外，在装饰面料和产业用布方面的消费也在逐渐增加，产业用布将是涤纶需求增长的新推动力。服装、装饰、产业用涤纶的消费比例为2000年56：24：20，2005年52：27：21，预计2010年为49：30：21，2015年则为43：34：23。15162、涤纶的品种和性能2.1涤纶的品种：短纤维与长丝1.按物理性能区分：高强低伸型、中强中伸型、低强中伸型、高模量型、高强高模量型2.按后加工要求区分：棉型、毛型、麻型、丝型3.按用途区分：服装用、装饰用、工业用4.按功能区分：阳离子可染、吸湿、阻燃、有色、抗起球、抗静电短纤维17初生丝：未拉伸丝（UDY）、半预取向丝（MOY）、预取向丝（POY）、高取向丝（HOY）；拉伸丝：拉伸丝（DY）、全拉伸丝（FDY）、全取丝（FOY）；变形丝：常规变形丝（DY）、拉伸变形丝（DTY）、空气变形丝（ATY）。长丝18按截面形状分：圆形截面和异型纤维按成分分：单组分纤维和复合纤维化学纤维截面上具有两种或两种以上的组分或成分的纤维用非圆形喷丝板加工的非圆形截面的纤维。中空形、三角形、“支”字形等19喷丝孔板形和异形纤维截面20（1）外观：涤纶纤维一般为乳白色，添加增白剂可得到纯白纤维，也可用染料染成各种颜色的有色纤维。由于纤维截面形状不同，可制得满足用户需要的不同光泽度纤维，形成超有光纤维、有光纤维、半消光纤维、全消光纤维。2.2涤纶的性能21（2）Tg69℃Tm265℃Td300-350℃特性粘度在0.6-0.7之间的PET用于生产民用涤纶，特性粘数在0.7-1.0之间PET用于生产涤纶工业丝。question2.特性粘数和分子量之间的关系？Mark-Houwink方程:αηη=KM22产品结晶度(%)取向度密度（克/厘米2）初生丝完全无定形差1.335～1.337商品丝40～60较高1.38（3）聚集态结构：•结晶度和取向度•模型理论：折叠链-缨状原纤模型缨状原纤结构折叠链片晶23密度在1.38-1.40克/厘米3，受结晶度影响。一般为乳白色。question3.为什么高聚物结晶时，从无色透明转变为乳白色？（4）回潮率低。标准条件下回潮率0.4-0.5%。吸湿性差电性能涤纶在干燥状态下具有良好的电绝缘性，由于摩擦而易产生静电，易吸灰尘，这是涤纶的缺点。24涤纶表面光滑，内部分子排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此回潮率很小，吸湿性能差。在相对湿度为95％的条件下，其最高吸湿率为0.7％，因而电绝缘性好，其织品易洗快干，具有“洗可穿”的美称，但由于其吸湿性差，故透气性不好。2526（5）强度高。短纤维为2.6～5.7cN/dtex，高强力纤维为5.6～8.0cN/dtex。耐冲击强度比锦纶高4倍，比粘胶纤维高20倍。（6）弹性和耐磨性弹性好，保型性好。弹性接近羊毛，当伸长5%～6%时，几乎可以完全恢复。尺寸稳定性好。耐磨性好。耐磨性仅次于耐磨最好的锦纶。27（7）耐光性在波长为300~330nm的紫外线照射下，会产生分子断裂现象，纤维强度下降，其耐光性高于锦纶而低于腈纶。（8）耐热性可在70～170℃用，是合成纤维中耐热性和热稳定性最好的。在150℃的热空气中加热1000h，稍有变色，其强力下降不超过50％。28（9）化学性质：在常温下，涤纶对酸有一定的稳定性，但随着温度升高耐腐蚀性降低。分子中含有酯键，不耐强碱，容易水解。对某些氧化剂具有较强的抗氧化能力。（10）染色性染色性差，常采用纺前染色。（11）抗菌性涤纶纤维通常不会被微生物侵蚀，具有抗菌性，因而织物不会被蛀虫蛀坏。293.涤纶的制备与生产工艺3.1涤纶的合成直接纺丝法3.2涤纶的生产切片纺丝法30聚酯的合成路线对苯二甲酸用乙二醇直接酯化聚酯路线酯交换聚酯路线环氧乙烷酯化聚酯路线3.1涤纶的合成31直接酯化法反应原理HOOCCOOH+HOCH2CH2OH2HOH2CH2COOCCOOCH2CH2OH+H2OCCOOOOCH2CH2OHOH2CH2CHn+n-1HOCH2CH2OH缩聚无甲醇回收，生产控制稳定，流程短，投资低等优点，发展迅速。目前国内用的比较多。三氧化二锑32酯交换反应的原理是最早实现工业的聚酯路线。工艺技术成熟，所以至今在工业生产中仍占有相当的地位。H3COOCCOOCH3+HOCH2CH2OH2HOH2CH2COOCCOOCH2CH2OH+2CH3OH催化剂CCOOOOCH2CH2OHOH2CH2CHn+n-1HOCH2CH2OH缩聚醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴33环氧乙烷酯化的原理该路线具有成本低；产物低聚物少，容易精制；设备利用率高，辅助设备少等优点。HOOCCOOH+H2CHOH2CH2COOCCOOCH2CH2OH+2H2O催化剂CCOOOOCH2CH2OHOH2CH2CHn+n-1HOCH2CH2OH缩聚CH2O脂肪胺或季胺盐34聚对苯二甲酸乙二酯的生产经过酯交换或直接酯化后的对苯二甲酸双羟乙二酯，要经过缩聚工序，使之形成线型高分子化合物，称之为聚酯树脂。制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法，大致可分为三种，即熔融缩聚法、溶液缩聚法和固相缩聚法。第一种方法早已投入生产，并有成熟的工艺和设备。35聚酯缩聚反应原理产品PET聚合度为85。完成缩聚的熔体可直接纺丝或铸条切粒。一般产品的平均相对分子质量不低于20000，用于制造纤维、薄膜的相对分子质量约为25000。363.2涤纶的生产涤纶通常用熔体纺丝法来生产，Tm265℃纺丝熔体温度在265-270℃。可分为直接纺丝法和切片纺丝法。直接纺丝法：缩聚反应原料PET熔体纺丝后加工纤维产品37切片纺丝法：纺丝后加工纤维产品熔融挤出结晶干燥原料缩聚反应PET熔体铸带切粒切片38涤纶短纤维的生产工艺流程图切片干燥熔体挤出卷绕集束牵伸卷曲热定型切断打包在卷绕和拉伸过程中有两道上油。后纺前纺3.3.1涤纶短纤维的生产3940涤纶短纤维的用途可以纯纺，但通常与棉、毛、粘等纤维混纺，以改善它的服用性能。（1）棉型纤维：纤度1.3~1.7dtex,长度25~38mm涤棉混纺为主，混纺比一般涤65%~67%，棉33%~35%，亦可以其他比例混纺。41（2）中长型2.2~3.3dtex(2~3D)x51~76mm主要用于与毛型粘胶纤维混纺，混纺比和棉涤混纺比大致相同。为降低成品和织物价格，粘胶纤维可增至50%。织物用于缝制外衣、便服、衬衫、女裙、运动服等42（3）毛型2.75~4.4dtex(2.5~4D)x35~40mm主要用于与毛混纺，混纺比：涤纶45%~55%，羊毛55%~45%，织物主要用于缝制外衣用。涤纶短纤维还可与其他天然纤维以及天然纤维下脚料等混纺，也可与其他两种纤维混纺，制备三合一织物。随着新品种的开发，涤纶的某些缺点正在得到改进，用途更为广阔。43长丝后处理过程主要为：初生纤维――拉伸――加捻――复捻――水洗干燥――热定型――络丝――分级――包装――成品长丝3.3.2涤纶长丝的生产44加捻:凡是在纺纱过程中,使纱条(须条,纱,线,丝)绕其轴线扭转,搓动,缠绕,交结,使其获得捻回,包缠,交缠,网络等都称为加捻。常用捻度表示加捻的程度。捻度T:纱丝加捻角扭转一圈为一个捻回。单位长度纱线上的捻回数。常用单位有：捻/10厘米。假捻：把一根绳子的两端固定，在中间加捻，一边越捻越紧，而另一边也越捻越紧，但捻向相反，因此在绳子上的总捻数是没有变化的，仍然为0，所以加的是假捻。有关涤纶长丝的一些基本概念45预取向丝POY：（Pre-orientedyarn）or（Partiallyorientedyarn）。指经高速纺丝获得的取向度在未取向丝和拉伸丝之间的未完全拉伸的化纤长丝。特点：与未拉伸丝相比，它具有一定程度的取向，稳定性好，常常用做拉伸假捻变形丝（DTY）的专用丝。（一般不用于织造）全拉伸丝FDY（fullydrawyarn）：若在纺丝过程中引入拉伸作用，可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝，为全拉伸丝。特点：纤维已经充分拉伸，可以直接用于纺织加工46拉伸变形丝DTY：也叫假捻变形丝，全称：DrawTexturedYarn。是利用POY做原丝，进行拉伸和假捻变形加工制成。往往有一定的弹性及收缩性，又称弹力丝。一般分有网络和无网络丝，网络的意思是网络节点。DTY网络丝：是指丝条在网络喷嘴中，经喷射气流作用，单丝互相缠结而呈周期性网络点的长丝。拉伸加捻丝称为DT（DrawTwist）：以POY为原丝经牵伸加捻机，拉伸为主并给予少量的捻度，即可得到DT。47空气变形丝ATY（airtexturedyarn）：利用压缩空气，使化学纤维的长丝发生喷气变形，丝束外圈局部起小卷，再使它部分断裂，形成若干端头露在外面，看上去十分接近用短纤维、按常规方法纺织，就得到空气变形丝。特点：空气变形丝在生产时省略切断化纤长丝，再纺成长纱的生产过程。由它织成的织物，外观和手感接近用短纤维织成的织物，还有吸湿性。它可以用来生产仿绢丝、仿棉或仿毛形织物，分别用作衣料、家具布、毡毯或汽车用布。48纤维规格的表示方法：100D／36F，150D／36F，50D／18F等。纤度喷丝板的孔数纺丝时使用的喷丝板有36孔，即该纤维有36根单丝49按纺速不同常规纺丝工艺中速纺丝工艺高速纺丝工艺504.纺丝拉伸一步法工艺低速纺丝+高速拉伸卷绕900~1500m/min+3200~4200m/min高速纺丝+超高速拉伸卷绕2600~3500m/min+5100~5500m/min在同一台纺丝拉伸联合机上完成。成本低，质量稳定，毛丝断头少，染色均匀性好511．涤纶仿真丝织物由圆形、异形截面的涤纶长丝或短纤维纱线织成的具有真丝外观风格的涤纶面料，具有价格低廉、抗皱免烫等优点，颇受消费者欢迎。常见品种