涤纶的性能和生产第七章.ppt

1,2,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,3,1、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,8,1940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）。,10,11,12,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。,15,16,2、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）Tg 69 Tm 265 Td 300-350 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:,22,（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。,25,26,（5）强度高。短纤维为2.65.7cN/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300330nm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70170 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。,29,3.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,三氧化二锑,32,酯交换反应的原理,醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴,33,环氧乙烷酯化的原理,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。,36,3.2 涤纶的生产,涤纶通常用熔体纺丝法来生产，Tm 265 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：,37,切片纺丝法：,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,涤纶短纤维的生产,39,40,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1.31.7dtex,长度2538mm 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2.23.3dtex(23D)x5176mm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2.754.4dtex(2.54D)x3540mm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-oriented yarn）or（Partially oriented yarn）。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（fully draw yarn）：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：Draw Textured Yarn。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（Draw Twist）：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（airtextured yarn）：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：100D36F，150D36F，50D18F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,49,50,4.纺丝拉伸一步法工艺,低速纺丝+高速拉伸卷绕,9001500m/min+32004200m/min,高速纺丝+超高速拉伸卷绕,26003500m/min+51005500m/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。常见品种有：涤丝绸、涤丝绉、涤丝缎、涤纶乔其纱、涤纶交织绸等。,3.3.3 长丝的用途,52,2 涤纶仿毛织物 由涤纶长丝如涤纶加弹丝、涤纶网络丝或各种异形截面涤纶丝为原料，或用中长型涤纶短纤维与中长型粘胶或中长型腈纶混纺成纱后织成的具有呢绒风格的织物，分别称为精纺仿毛织物和中长仿毛织物，其价格低于同类毛织物产品。,53,特点：既具有呢绒的手感丰满膨松、弹性好的特性，又具备涤纶坚牢耐用、易洗快干、平整挺括、不易变形、不易起毛、起球等特点。常见品种有：涤弹哔叽、涤弹华达呢、涤弹条花呢、涤纶网络丝纺毛织物、涤粘中长花呢、涤腈隐条呢等。,54,3 涤纶仿麻织物 是目前国际服装市场受欢迎的衣料之一，采用涤纶或涤/粘强捻纱织成平纹或凸条组织织物，具有麻织物的干爽手感和外观风格。如薄型的仿麻摩力克，不仅外观粗犷、手感干爽，且穿着舒适、凉爽，因此，很适宜夏季衬衫、裙衣的制作。,55,4 涤纶仿鹿皮织物 是新型涤纶面料之一，以细旦或超细旦涤纶纤维为原料，经特殊整理加工在织物基布上形成细密短绒毛的涤纶绒面织物，称为仿鹿皮织物，一般以非织造布、机织布、针织布为基布。,特点：具有质地柔软、绒毛细密丰满有弹性、手感丰润、坚牢耐用的风格特征。常见的有人造高级鹿皮、人造优质鹿皮和人造普通鹿皮三种。适合做女衣、高级礼服、茄克衫、西服上装等。,56,57,涤纶长丝销售分布图,涤纶短纤维销售分布图,58,第四节 改性涤纶,阳离子可染纤维 高强高模纤维 阻燃纤维 导电纤维,59,阳离子染料可染涤纶CDP（cationic dyenable polyethylene terylene）,共聚或接枝共聚第三or 第四单体,SIPM,金属离子将和染料中的阳离子进行交换，使染料离子固定在大分子上,新的基团的引入，使纤维的Tm、Tg以及结晶度均降低。在无定形区，分子间隙增加，有利于染料分子渗透到内部，但强度下降。,60,CDP容易染色，吸色率提高，吸湿性也有改善，但普通的CDP染色时仍需高温（120140）高压或在加入载体的条件下进行。,常温常压可染聚酯纤维ECDP,PET聚合过程中,第四单体,聚乙二醇,纤维的结晶度进一步下降，分子结构更为疏松，无定形区域增大，更有利于染料分子的进入。但由于聚乙二醇链段的键能较低，因此热稳定降低,61,用阳离子改性纤维织成的织物，在用阳离子染料进行染色时，具有下列特性：1.色调鲜明，深染性好；2.吸尽率高；3.耐日光坚牢度和烟退色牢度好；4.拼色染色时，染料相容性好；5.在高温染浴中，稳定性好；6.对包括普通聚酯纤维在内的其它纤维的沾污性小；7.向纤维内部的扩散速率快，无环染现象；8.染浴中 pH 值变化时，染料稳定性高。,62,重点掌握1.涤纶的结构及特点2.涤纶的三种合成方法及特点3.涤纶短纤维和长丝的生产工艺流程,思考题：PET的染色性很差，你有什么办法来解决这个问题？,