第二章 聚酯纖維（滌綸）的生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)和性能

第二章聚酯纖維（滌綸）的生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)和性能本章內(nèi)容：合成纖維的概況滌綸的基本組成物質(zhì)和生產(chǎn)滌綸的形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)滌綸的性能本章要點(diǎn)：滌綸纖維的基本組成物質(zhì)及其生產(chǎn)過程。滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。滌綸纖維的熱性能、拉伸性能、吸濕性、染色性能和靜電現(xiàn)象。滌綸的耐酸性和耐堿性。滌綸“剝皮現(xiàn)象”及其應(yīng)用。第一節(jié)合成纖維的概況合成纖維： 以簡單化合物為原料合成高分子物，然后通過紡絲加工而成的纖維。一、成纖高分子物條件分子量分子結(jié)構(gòu)（線形或支化度很低）超分子結(jié)構(gòu)（取向且部分結(jié)晶）耐熱性機(jī)械物理性能化學(xué)穩(wěn)定性染色性二、紡絲方法濕法紡絲（濕紡）紡絲液制備：將高分子物溶于水或水溶液中凝固方法：通過凝固浴凝固成型干法紡絲（干紡）紡絲液制備：將高分子物溶于非水溶劑中凝固方法：通過蒸發(fā)溶劑凝固成型熔融法紡絲（熔紡）紡絲液制備：將高分子物加熱熔融凝固方法：通過冷卻凝固成型膜裂法紡絲第一步：制成薄膜第二步：撕裂或割裂成纖維三、常用合成纖維短纖維棉型毛型中長纖維（仿毛、仿麻）長絲滌綸錦綸腈綸丙綸維綸芳綸氨綸四、合成纖維的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度高彈性好耐穿耐用光澤好化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)耐霉腐耐蟲蛀…缺點(diǎn)吸濕性差耐熱性差導(dǎo)電性差防污性差易起毛起球不易染色臘狀手感…五、特種合纖復(fù)合纖維兩種以上成分組成的纖維并列型皮-芯型母體-小纖維型（海島型）自卷曲性好、復(fù)合比例較穩(wěn)定、易剝離生產(chǎn)高螺旋卷曲狀的纖維、導(dǎo)電纖維、阻燃纖維芯層具有纖維的主體性能皮層提供特殊的表面性能

吸濕性、導(dǎo)電性、低熔點(diǎn)性…比例較穩(wěn)定、可溶解除去組分生產(chǎn)超細(xì)纖維、多孔纖維、增強(qiáng)纖維異型纖維：三角形絲光澤優(yōu)雅扁平絲手感柔軟蠶豆形絲 手感似麻中空型質(zhì)輕、保暖…超細(xì)纖維纖維細(xì)度劃分細(xì)旦纖維：0.4旦~1.0旦超細(xì)纖維：<0.4旦超細(xì)纖維特點(diǎn)手感柔軟、細(xì)膩柔韌性好光澤柔和高清潔能力高吸水和吸油性…改性纖維：抗靜電纖維低溫可染滌綸陽離子可染滌綸變性腈綸…第一節(jié)滌綸的基本組成物質(zhì)和生產(chǎn)一、滌綸的基本組成物質(zhì)（一）滌綸的分子結(jié)構(gòu)合成原料：對(duì)苯二甲酸、乙二醇分子結(jié)構(gòu)：分子量：18000~25000（二）聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）的合成酯交換法直接酯化法聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）二、滌綸生產(chǎn)概況短纖生產(chǎn)過程：（一）紡前準(zhǔn)備連續(xù)法：間歇法：（二）紡絲：熔融法紡絲熔體溫度：285~290℃凝固溫度：35~45℃初生絲：無結(jié)晶，有取向（三）后處理滌綸短纖紡絲后處理加工流程生產(chǎn)過程中各工序的作用和纖維的變化紡絲：作用：使PET熔體變成長絲變化：大分子熔體凝固成纖維狀

——初生絲產(chǎn)生一定的取向度常規(guī)紡絲初生絲幾乎無結(jié)晶抽伸作用：為纖維提供必須的機(jī)械性能變化：取向度提高產(chǎn)生部分結(jié)晶有內(nèi)應(yīng)力，使纖維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定卷曲作用：提高纖維的抱和力變化：纖維表面出現(xiàn)皺紋熱處理作用：提高纖維的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化：結(jié)晶度提高內(nèi)應(yīng)力消除第三節(jié)滌綸的形態(tài)結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)一、滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)橫截面：圓形縱向：光滑、均勻的圓柱體 卷曲滌綸在卷曲內(nèi)側(cè)有不規(guī)則性二、滌綸纖維的超分子結(jié)構(gòu)結(jié)晶度和取向度產(chǎn)品結(jié)晶度(%)取向度密度（克/厘米2）初生絲（常規(guī)紡絲）完全無定形差1.335~1.337商品絲40~60較高1.38全結(jié)晶(理論)完全結(jié)晶較高1.455~1.498滌綸的結(jié)構(gòu)比較緊密（無定形區(qū)也較緊密）滌綸的結(jié)晶結(jié)構(gòu)模型模型理論：折疊鏈-櫻狀原纖模型晶胞類型：折疊鏈結(jié)晶（I型）伸直鏈結(jié)晶（II型）兩種晶型并存，其含量由后處理?xiàng)l件決定紡絲和后處理?xiàng)l件對(duì)超分子結(jié)構(gòu)的影響紡絲方法抽伸倍數(shù)熱處理溫度纖維素纖維和滌綸纖維大分子結(jié)構(gòu)比較硬段軟段空間結(jié)構(gòu)的平面性分子間作用力反應(yīng)基團(tuán)苯環(huán) 糖環(huán)亞甲基 甙鍵較好 范德華力 范德華力、氫鍵酯鍵… 甙鍵、羥基…HHHOHOHOHCH2OHOHOHHHOHOCH2OHOHHHHOHOHCH2OHOHOHHHOHCH2OHOHOHOHOHHHH第四節(jié)滌綸的性能一、熱性能熱塑性纖維（一）滌綸的一些熱性能常數(shù)滌綸錦綸6玻璃化溫度（℃）67~8135~50熔點(diǎn)（℃）255~260215~220軟化點(diǎn)（℃）238~240180比熱（卡/克/℃）0.320.46滌綸的熱穩(wěn)定性>錦綸的熱穩(wěn)定性染整加工溫度<軟化點(diǎn)（二）滌綸的熱轉(zhuǎn)變情況滌綸受熱時(shí)可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化結(jié)晶區(qū)晶體熔化（熔點(diǎn)）晶型不同，熔點(diǎn)不同（多熔點(diǎn)）晶型I（折疊鏈結(jié)晶）熔點(diǎn)高（243℃）晶型II（伸直鏈結(jié)晶）熔點(diǎn)低（220℃）結(jié)晶尺寸越大，熔點(diǎn)越高結(jié)晶完整性越高，熔點(diǎn)越高晶型轉(zhuǎn)變（晶型II

晶型I）結(jié)晶尺寸、結(jié)晶完整性提高無定形區(qū)鏈段運(yùn)動(dòng)（玻璃化溫度）完全無定形 Tg≈67℃部分結(jié)晶 Tg≈81℃（三）纖維的超分子結(jié)構(gòu)與玻璃化溫度的關(guān)系結(jié)晶度與玻璃化溫度結(jié)晶度在0~30%范圍時(shí)現(xiàn)象：結(jié)晶度越高，Tg越高原因：晶體小而分散，對(duì)無定形區(qū)束縛大結(jié)晶度>30%時(shí)現(xiàn)象：結(jié)晶度越高，Tg越低原因：晶體大而集中，對(duì)無定形區(qū)束縛小玻璃化溫度對(duì)機(jī)械性能的影響硬挺度彈性延伸性…超分子結(jié)構(gòu)與可及度的關(guān)系分子量小的化合物結(jié)晶度越大，可及度越小分子量大的化合物隨著結(jié)晶度增大，可及度先下降后上升Tg結(jié)晶度30%（四）熱收縮及其對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響滌綸的熱收縮現(xiàn)象松弛狀態(tài)下，滌綸受熱后可能會(huì)發(fā)生劇烈的收縮滌綸耐熱收縮的性能——熱穩(wěn)定性滌綸熱收縮的原因無定形區(qū)分子鏈的解取向產(chǎn)生折疊鏈結(jié)晶影響熱收縮的因素1.收縮溫度溫度越高，收縮越大收縮溫度收縮率2.收縮時(shí)間開始的快速收縮收縮較大階段收縮達(dá)最大，不再增加3.增塑劑（例如：水）降低玻璃化溫度增加收縮率（同溫度下）降低收縮溫度（同收縮率下）熱收縮時(shí)間收縮率熱收縮時(shí)間收縮率熱空氣熱水4.收縮前的熱處理（熱定形）熱定形溫度越高，收縮率越小熱定形張力越大，收縮率越大熱定形作用：應(yīng)力松弛降低熱收縮率提高滌綸熱穩(wěn)定性熱定形原理第二冊介紹二、拉伸性能影響拉伸性能的因素：化學(xué)結(jié)構(gòu)：苯環(huán)、亞甲基、酯鍵生產(chǎn)條件：影響超分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)抽伸：提高取向度、結(jié)晶度熱處理：提高結(jié)晶度，消除內(nèi)應(yīng)力一般聚酯纖維負(fù)荷延伸度高強(qiáng)度聚酯纖維棉纖維某些纖維的負(fù)荷-延伸曲線1.負(fù)荷-延伸曲線與棉相比：初始模量： 較高斷裂強(qiáng)度： 高得多斷裂延伸度： 大得多斷裂功： 大不易變形（彈性模量較大）原因：結(jié)晶度高，取向度高從形變中回復(fù)能力較強(qiáng)原因：亞甲基有較大的柔性大分子間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)（結(jié)晶）穩(wěn)定，成為恢復(fù)原狀的基點(diǎn)，新位置不會(huì)建立新的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。2.彈性硬挺度較高較強(qiáng)韌耐疲勞性好（耐穿耐用）彈性較好3.溫度對(duì)負(fù)荷-延伸曲線的影響不同溫度下的負(fù)荷-延伸曲線溫度越高 斷裂強(qiáng)度越低 斷裂延伸度越大 模量越低熱處理對(duì)負(fù)荷-延伸曲線的影響p197頁圖4-19熱處理（松弛熱定形）以后負(fù)荷延伸曲線的變化斷裂強(qiáng)度稍有下降斷裂延伸度增加模量下降結(jié)構(gòu)的變化分子鏈折疊、結(jié)晶和纖維的收縮熱定形時(shí)張力的作用 （第二冊介紹）伸長負(fù)荷-60℃0℃60℃100℃三、吸濕性和染色性（一）吸濕性滌綸的吸濕性很差 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回潮率 滌綸0.4% 棉7~8%滌綸吸濕性差的原因極性基團(tuán)太少，缺少吸濕中心結(jié)構(gòu)緊密，孔隙小意義吸濕排汗性差靜電大易沾污濕度對(duì)機(jī)械性能影響小溶脹小染色困難（二）染色性滌綸的染色較困難（與棉、毛等纖維相比）滌綸的結(jié)構(gòu)與染色性能纖維結(jié)構(gòu)緊密孔穴?。喝玖想y進(jìn)入纖維內(nèi)部缺少極性基團(tuán)：吸濕溶脹小不易與水溶性染料結(jié)合無活性基團(tuán)：染料無法與纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合染色方法高溫高壓染色法： 120~140℃ 分散液攜染劑（載體）染色法：100℃ 添加有機(jī)溶劑的液體熱溶法染色： 180~210℃ 熱空氣++－－－四、靜電現(xiàn)象1.靜電的產(chǎn)生靜電產(chǎn)生過程兩物體接觸、摩擦，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移兩物體分離，各自帶有數(shù)量相同、符號(hào)相反的電荷分離瞬間或分離后，物體可通過與另一物體的接觸點(diǎn)將電荷泄漏保持在物體上的電荷為靜電荷——靜電靜電產(chǎn)生條件電荷轉(zhuǎn)移電荷泄漏+－+－－+－+接觸++++－－－－++++－－－－電荷轉(zhuǎn)移分離電荷松弛電荷消失+－+－－+－++－+2.影響靜電大小的因素材料的導(dǎo)電性電阻越大，靜電越大材料的吸濕性吸濕性越大，靜電越小摩擦?xí)r的力力越大，靜電越大3.靜電序列兩材料摩擦分離時(shí)帶不同的電荷位于近(+)端的帶正電荷，近(－)端的帶負(fù)電荷靜電序列受材料生產(chǎn)條件和環(huán)境影響玻璃人發(fā)羊毛錦綸粘膠棉蠶絲鋼鐵醋酸維綸滌綸腈綸聚乙烯(+)(－)4.靜電的危害兩種纖維混紡生產(chǎn)抗靜電纖維進(jìn)行抗靜電整理…5.克服靜電的方法生產(chǎn)過程中的障礙折疊困難、電擊、火災(zāi)…使用過程中的問題沾污、電擊、刺癢感…五、化學(xué)性能水解反應(yīng)，聚合度降低酸和堿起催化作用酸的催化作用很小——耐酸性好堿的催化作用較大——耐堿性差苯環(huán)：很穩(wěn)定亞甲基：較穩(wěn)定，可發(fā)生氧化反應(yīng)酯鍵：（一）酸對(duì)滌綸的作用滌綸的耐酸性很好!!1.弱酸煮沸也無顯著損傷2.強(qiáng)酸低溫下穩(wěn)定高溫下有損傷3.滌綸耐酸的意義染整加工盡量在酸性條件下進(jìn)行可用硫酸或鹽酸測定滌棉織物混紡比可用于生產(chǎn)滌棉爛花織物（二）堿對(duì)滌綸的作用滌綸的耐堿性差!!堿使聚酯發(fā)生降解反應(yīng)盡量避免堿性加工條件使用堿時(shí)要特別小心堿處理滌綸的“剝皮現(xiàn)象”測得的分子量降低小形態(tài)結(jié)構(gòu)變化大纖維變細(xì)、變輕纖維表面出現(xiàn)刻蝕 變得凹凸不平（二）堿對(duì)滌綸的作用滌綸的耐堿性差!!堿使聚酯發(fā)生降解反應(yīng)盡量避免堿性加工條件使用堿時(shí)要特別小心堿處理滌綸的“剝皮現(xiàn)象”測得的分子量降低小形態(tài)結(jié)構(gòu)變化大纖維變細(xì)、變輕纖