pp纖維性能的研究

pp纖維性能的研究

21世紀(jì)，新材料的開發(fā)和開發(fā)發(fā)揮著重要作用。聚酯纖維以其優(yōu)良的性能和低廉的價格成為合纖的第一品種,其中PET纖維和PBT纖維已有大量的工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。而同樣作為聚酯纖維家族的PTT纖維兼有滌綸和錦綸的特性,除抗污性能好外,還有易于染色、手感柔軟、富有彈性、易于干燥等特性。因此,在不久的將來,PTT將逐步替代滌綸和錦綸而成為21世紀(jì)廣泛應(yīng)用的新型纖維。1新產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)纖維是一種性能優(yōu)異的聚酯纖維,是由對苯二甲酸(PTA)和1,3-丙二醇縮聚而成。早在20世紀(jì)40年代初,美國CalicoPrintersAss.公司的Whinfield和Dickson就成功合成了PTT,但是由于PDO價格昂貴未能進行工業(yè)化生產(chǎn)。近年來,隨著PDO生產(chǎn)新工藝的研發(fā)成功,PTT纖維的研制和開發(fā)也取得了較大的進展,很多國際大公司都成功地實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1995年美國Shell公司研制開發(fā)成功了新型紡絲聚合物PTT,商品名稱為Corterra。Shell公司以乙烯為原料生產(chǎn)PDO。杜邦(DuPont)公司開發(fā)出生物酶催化法制備1,3-丙二醇,用價格低廉的碳水化合物通過微生物催化發(fā)酵的方法可以制得PDO,用于生產(chǎn)PTT,方法簡單成本低。日本旭化成、東麗、帝人等公司先后與Shell和DuPont締結(jié)合約企圖引領(lǐng)PTT纖維及其制品的開發(fā)。德國的DegussagnZimmer公司又共同開發(fā)出一定規(guī)模經(jīng)濟的PTT纖維生產(chǎn)工藝。上海華源股份有限公司已與美國Shell公司合作成功生產(chǎn)出數(shù)種規(guī)格的PTT纖維。2002年末,由于生產(chǎn)規(guī)模的擴大,PTT切片已降價25%,今后還會繼續(xù)降低,加之PTT纖維的優(yōu)異性能,決定著PTT纖維的應(yīng)用高峰必將到來。2纖維特征2.1ptt纖維的初始模量PTT纖維表現(xiàn)出與PET和PBT纖維不同的機械性能。PET纖維的相對斷裂強度和初始模量比PBT和PTT纖維大,PTT纖維的初始模量明顯低于PET纖維,但較PBT纖維略高。其中PTT纖維的初始模量與拉伸倍數(shù)之間沒有依賴關(guān)系,所以PTT纖維不可能像PET纖維那樣高模量、低伸長,PTT纖維的最小斷裂伸長約為20%,明顯高于PET纖維的6%。德國Denkendorf人造纖維研究所進行了多次重復(fù)拉伸試驗,表明PTT纖維即使經(jīng)過10次20%的最大拉伸,仍能有100%的回復(fù),表明PTT纖維具有優(yōu)異的彈性回復(fù)性。2.2熱處理對合成纖維熱學(xué)性能的影響PTT纖維的熔點Tm在230℃左右,低于PET(265℃)和PA66(256℃),其玻璃化溫度Tg與PA6相似。玻璃化溫度Tg與軟化點溫度Tc的差值(ATg)是高分子加工的一個重要參數(shù),PTT纖維的ATg很小,僅為15℃,而PET纖維為70℃左右,因此PTT纖維在拉伸過程中要嚴(yán)格控制溫度。表1列出了幾種主要合成纖維的熱學(xué)性能。熱處理對纖維彈性回復(fù)性和模量的影響如表2所示。研究表明,熱處理對于PTT纖維的彈性回復(fù)性有較大影響,PTT纖維的熱收縮明顯高于PBT和PET纖維。經(jīng)過松弛熱處理5min后,纖維的彈性回復(fù)性降低到僅有原來的10%,明顯大于對PET和PBT纖維的影響。2.3染色溫度對染料染色效果的影響合成纖維應(yīng)用分散染料染色,只有在玻璃化溫度以上才能染成深色。PET纖維的玻璃化溫度大約在81℃左右,而且由于其結(jié)晶度高,結(jié)構(gòu)致密,染料分子不易進入纖維內(nèi)部。所以PET纖維只有在高壓或有載體,溫度約為130℃時,才能應(yīng)用分散染料染成深色。而PTT纖維的玻璃化溫度只有55℃,比PET纖維低26℃,所以其染色性能優(yōu)于PET纖維,能夠在無載體的情況下常壓沸染。同時,在相同的染色溫度下,染料在PTT纖維中的滲透深度明顯高于PET纖維,而且色澤均勻,染色牢度高。PTT纖維最佳染色溫度為110℃,但在100℃時仍有很高的上染率,因而PTT纖維的應(yīng)用將會有較大的優(yōu)勢。圖1是PET、PTT纖維采用分散染料染色時上染率的比較,表明PTT纖維在100℃左右即能達(dá)到與PET纖維在高溫高壓染色時相當(dāng)?shù)纳先韭省?.4抗污染纖維的使用抗污性能與纖維的拒油性和易去污性有關(guān)。大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)對其表面張力影響很大,亞甲基為奇數(shù)的比偶數(shù)的臨界表面張力低,所以PTT纖維具有較好的抗污性,具有優(yōu)異的抗酸性和抗分散性污物污染的性能,不必施加助劑,纖維本身的分子結(jié)構(gòu)賦予其天然的抗污性,在一定程度可以節(jié)約后整理成本。2.5產(chǎn)品的特性特性PTT纖維的耐磨性優(yōu)于滌綸,僅次于錦綸66。由于較低的初始模量、特殊的分子鏈結(jié)構(gòu)以及獨特的加工工藝,使PTT纖維產(chǎn)品的蓬松度明顯高于滌綸、錦綸等產(chǎn)品。因此PTT纖維制品具備特殊的手感與風(fēng)格以及良好的懸垂性,服用性能優(yōu)異。由于同屬聚酯纖維家族,PTT纖維具有很多與滌綸纖維類似的特性。諸如耐黃變性、耐氣候性以及耐藥品性,在各種應(yīng)用方面都有很強的適應(yīng)性。此外,PTT纖維的易染性使其有利于節(jié)約染料,相對降低廢水中的染料含量,可在中性條件下進行染色,這些都可以減輕染色過程的污染。3t纖維產(chǎn)品3.1紗線的斷裂伸長率PTT短纖紗的斷裂伸長率在30%左右,較長絲的斷裂伸長率稍差,而PTT短纖維的斷裂伸長在60%以上,由此可見PTT短纖紗的彈性在紗中并未完全體現(xiàn)出來。這與其在紗中的排列及纖維間的抱合與摩擦密切相關(guān),如何提高短纖紗的彈性利用率成為今后的研究方向之一。PTT短纖紗和PTT混紡紗的強伸性試驗見表3。從表3可以看出,純PTT短纖紗的伸長率在30%左右,而PTT與棉混紡紗斷裂伸長率明顯下降。PTT含量為50%時,PTT纖維的優(yōu)良回彈性在PTT棉混紡紗中幾乎沒有體現(xiàn)出來,已經(jīng)完全失去了PTT彈性纖維的優(yōu)勢,而且成紗條干不勻高。當(dāng)然,如果降低混紡紗中棉的成分,其成紗仍將具有一定的微彈性,但成紗、織物將很難體現(xiàn)出天然纖維的特性。當(dāng)PTT纖維與其他非彈性纖維混紡時,很多情況下若非彈性纖維的混紡比例達(dá)到30%,則成紗的彈性很小,幾乎體現(xiàn)不出PTT纖維的彈性特征,也就是說若要保證成紗的彈性,針對不同原料成分的混紡比要進行精確的確定。很多原料如棉、粘膠等本身幾乎不具彈性的纖維混紡比例不得高于30%。而對于羊毛等本身回彈性能較好的纖維則混紡比例可能會與棉有明顯的差別。有研究表明,PTT纖維與羊毛以70/30的比例進行混紡后成紗的強伸性能要比同比例的PTT與棉混紡紗好,其斷裂伸長率與純PTT短纖紗相接近,甚至?xí)陨愿哂诩働TT紗。出現(xiàn)這種結(jié)果與其混紡纖維的品種是密切相關(guān)的。PTT纖維的初始模量較小,與模量同樣較小的羊毛混紡紗其彈性降低不明顯,而與模量相對較高的棉纖維進行混紡其成紗的彈性明顯降低。由此可見,混紡非彈性纖維的初始模量與成紗的彈性相關(guān),諸多因素導(dǎo)致混紡紗所表現(xiàn)出的不同的回彈程度有待進行更深一步的研究。3.2織物的基本性能采用PTT與天然纖維混紡的目的是希望能通過混紡天然纖維或其他合成纖維,取長補短發(fā)揮各自性能上的優(yōu)勢,適當(dāng)改善PTT纖維在染色、吸濕、抗靜電性能等方面的缺點,賦予紗線以及織物以天然纖維的特性。PTT纖維具有優(yōu)異的混紡性,一是與棉交織或混紡,可賦予織物更好的柔軟性和尺寸穩(wěn)定性;二是與醋酸酯交織或混紡,可賦予織物具有優(yōu)異的伸長性和染色均勻性;三是與毛交織或混紡,可避免織物泛黃;四是與絲交織,能改善織物易皺的缺點?，F(xiàn)有的有關(guān)PTT織物的研究大部分集中于開發(fā)PTT短纖紗交織織物。以棉紗等作為經(jīng)紗,PTT純紡短纖紗作緯紗織成織物,這種交織織物硬板沒有彈性,在對織物進行一定的整理,使其緩彈性變形得以恢復(fù),這樣方能使PTT纖維的彈性得以重現(xiàn),可以賦予織物一定程度的緯向彈性。開發(fā)這種交織織物是在充分利用PTT纖維彈性的同時又利用天然纖維的一些優(yōu)良特性。對于PTT與毛等本身具備一定彈性的纖維混紡,就無需進行交織。研究顯示,PTT與毛在70/30的比例時所織成的織物的斷裂伸長率可達(dá)到60%以上。而PTT纖維含量降至55%,織物仍有50%以上的斷裂伸長率。要比同比例的PET纖維與毛混紡織物的斷裂伸長率高10%左右。而同比的PTT與毛混紡織物的定伸長彈性回復(fù)率也要較PET與毛混紡織物稍大。由于現(xiàn)有的有關(guān)PTT纖維產(chǎn)品的工藝還不夠完善,對于纖維優(yōu)異彈性的利用還不是很充分,根據(jù)PTT纖維特性以及產(chǎn)品開發(fā)的需要,可以考慮采用各種新型紡紗設(shè)備與工藝(賽絡(luò)菲爾紡紗等)進行產(chǎn)品開發(fā)。4ptt纖維的應(yīng)用PTT纖維耐磨性好、靜電小、手感柔軟、懸垂性高、高回彈性、低溫低壓下無載體染色以及在濕態(tài)下良好的尺寸穩(wěn)定性是其應(yīng)用于紡織最有吸引力的特征,因而可提供開發(fā)穿著舒適柔軟、易洗快干、免燙的高級服飾。PTT纖維具有常規(guī)滌綸的一切優(yōu)點,同時手感、彈性等明顯優(yōu)于滌綸,被認(rèn)為是現(xiàn)有高彈錦綸、氨綸等彈性纖維的強有力競爭對手。相對于氨綸等高彈纖維來講,PTT纖維相對較低的彈性卻使其應(yīng)用范圍較前者廣泛,不只局限于貼身內(nèi)衣、游泳衣等,利用PTT纖維制成的最終制品的低彈織物具有較好的易護理性,可以用來進行西服等保形性要求較高的面料設(shè)計。PTT纖維在服裝領(lǐng)域有很大的發(fā)展前景。由于PTT纖維優(yōu)異的回彈性、抗污性、化學(xué)穩(wěn)定性以及其玻璃化溫度高于室溫可定形處理,使PTT纖維在地毯工業(yè)中也有著廣泛的用途。目前地毯長絲主要是錦綸和聚烯烴等,PTT纖維有著它們無法比擬的優(yōu)異性能。如果PTT纖維能占有地毯長絲20%的份額,那么美國每年的需求量將達(dá)到28萬噸(僅按1994年的統(tǒng)計量算)。我國的地毯大多是由丙綸制成,如果用PTT纖維來制作,將有利于地毯產(chǎn)品的更新?lián)Q代。與PP相比,PTT纖維具有更高的密度,可克服噴絲板生產(chǎn)能力的限制,制得更細(xì)的細(xì)特絲,可代替PP制備紡粘無紡布。PTT纖維在細(xì)特絲的開發(fā)應(yīng)用方