聚酯纤维

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合成纤维
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发展历史
聚酯（PET）纤维是由大分子链中的各链节通过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维。我国将聚对苯二甲酸乙二醇酯含量大于85%以上的纤维简称为涤纶，国外的商品名称很多，如美国的达克纶(Dacron)、日本的特托纶(Tetoron)、英国的特恩卡(Terlenka)、前苏联的拉乌珊(Lavsan)等。
早在1894年沃尔兰德(Vorlander)用丁二酰氯和乙二醇制得低相对分子质量的聚酯；1898年恩克恩(Einkorn)合成聚碳酸酯；卡洛泽斯(Carothers)合成脂肪族聚酯：早年合成的聚酯大多为脂肪族化合物，其相对分子质量和熔点都较低，易溶于水，故不具有纺织纤维的使用价值。1941年英国的温菲尔德(Whinfield)和迪克松(Dickson)用对苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（EG）合成了聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂生产PET纤维，可以说PET纤维是大品种合成纤维中发展较晚的一种纤维。
随着有机合成、高分子科学和工业的发展，近年研制开发出多种具有不同特性的实用性PET纤维。如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维及聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）纤维，具有超高强度、高模量的全芳香族聚酯纤维等：所谓的“聚酯纤维”通常是指聚对苯二甲酸乙二酯纤维。
聚酯纤维具有一系列优良性能，如断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定型效果优异，耐热和耐光性好。聚酯纤维的熔点为255℃左右，玻璃化温度约70℃，在广泛的最终用途条件下形状稳定，织物具有洗可穿性，另外，还具有优秀的阻抗性（诸如抗有机溶剂、肥皂、洗涤剂、漂白液、氧化剂）以及较好的耐腐蚀性，对弱酸、碱等稳定，故有着广泛的服用和产业用途。石油工业的飞速发展，也为聚酯纤维的生产提供了更加丰富而廉价的原料，加之近年化工、机械、电子自控技术等技术的发展，使其原料生产、纤维成形和加工等过程逐步实现短程化、连续化、自动化和高速化，聚酯纤维已成为发展速度最快、产量最高的合成纤维品种。2010年，全球聚酯纤维的产量达到3730万吨，占到世界合成纤维总量的74%。 
性能与作用
1、物理性质
①颜色。涤纶一般为乳白色并带有丝光，生产无光产品需在纺丝之前加入消光剂TiO2，生产纯白色产品需加入增白剂，生产有色丝则需在纺丝熔体中加入颜料或染料。
②表面及横截面形状。常规涤纶表面光滑，横截面近于圆形。如采用异形喷丝板，可制成种特殊截面形状的纤维,如三角形、Y形、中空等异形截面丝。
③密度。涤纶在完全无定形时，密度为1.333g/cm。完全结晶时为1.455g/cm通常涤纶具有较高的结晶度，密度为1.38~1.40g/cm，与羊毛（1.32g/cm）相近。
④回潮率。标准状态下涤纶回潮率为0.4%，低于腈纶(1%~2%)和锦纶(4%)。涤纶的吸湿性低,故其湿强度下降少，织物洗可穿性好；但加工及穿着时静电现象严重，织物透气性和吸湿性差。
⑤热性能。涤纶的软化点T为230-240℃，熔点Tm为255-265℃，分解点T为300℃左右。涤纶在火中能燃烧，发生卷曲，并熔成珠，有黑烟及芳香味。
⑥耐光性。其耐光性仅次于腈纶。涤纶的耐光性与其分子结构有关，涤纶仅在315nm光波区有强烈的吸收带，所以在日光照射600h后强度仅损失60%，与棉相近。
⑦电性能。涤纶因吸湿性低，故其导电性差，在-100~+160℃范围内的介电常数为3.0~3.8，是一种优良的绝缘体。
2、力学性能
①强度高。干态强度为4~7cN/dex,湿态则下降。
②延伸度适中，为20%~50%。
③模量高。在大品种的合成纤维中，以涤纶的初始模量最高，其值可高达14~17GPa，这使涤纶织物尺寸稳定，不变形、不走样，褶裥持久。
④回弹性好。其弹性接近于羊毛，当伸长5%时，去负荷后几乎完全可以恢复。故涤纶织物的抗皱性超过其他纤织物。
⑤耐磨性。其耐磨性仅次于锦纶，而超过其他合成纤维，耐磨性几乎相同。
3、化学稳定性。涤纶化学稳定性主要取决于分子链结构。涤纶除耐碱性差以外，耐其他试剂性能均较优良。
①耐酸性。涤纶对酸(尤其是有机酸)很稳定，在100℃下于质量分数为5%的盐酸溶液内浸泡24h，或在40℃下于质量分数为70%的硫酸溶液内浸泡72h后，其强度均无损失，但在室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫酸的长时间作用。
②耐碱性。由于涤纶大分子上的酯基受碱作用容易水解。在常温下与浓碱、高温下与稀碱作用能使纤维破坏，只有在低温下对稀碱或弱碱才比较稳定。
③耐溶剂性。涤纶对一般非极性有机溶剂有强的抵抗力，即使对极性有机溶剂在室温下也有强的抵抗力。例如，在室温下于丙酮、氯仿、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳中浸泡24h，纤维强度不降低。在加热状态下，涤纶可溶于苯酚、二甲酚、邻二氯苯酚、苯甲醇、硝
基苯和苯酚-四氯化碳、苯酚-氯仿、苯酚-甲苯等混合溶剂中。
4、耐微生物性。涤纶耐微生物作用，不受蛀虫、霉菌等作用，收藏涤纶衣物无需防虫蛀，织物保存较容易。 
主要作用
1、 改善高温稳定性，提高高温稳定度由于聚酯纤维单丝的三维立体分布，同时与沥青具有很强的吸附性，且不缠绕，可以吸附过多的自由沥青，使沥青的粘稠度和粘聚力增大，同时由于纵横交错的加筋和桥接作用，降低了沥青的流动性能，限制了集料的侧向位移或流动，有效的改善了高温稳定性，使纤维沥青混凝土的稳定度得到很大提高。
2、 改善低温抗裂性，纤维对沥青的吸附作用，导致沥青混凝土中最佳沥青用量增加，较高的沥青含量，使纤维沥青混合料在-40℃的低温下仍然保持柔韧性和较高的抗拉强度，有效的抵抗收缩应力，使混合料的低温抗裂性能增强，减少温缩裂缝的产生以及可以防止反射裂缝的发展。
3、改善抗疲劳性能沥青路面在外界气温环境作用下，经受车轮荷载的反复作用，当荷载重复作用超过一定的次数后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降的结构抗力，使路面出现裂纹，导致产生疲劳断裂破坏，掺加聚酯纤维后，纤维单丝在混合料中的均匀分布的加筋作用，使其劲度模量增加，改善沥青混凝土的抗疲劳性能。
4、提高水稳定性沥青路面的水稳性是指沥青路面在水存在的条件下，经受交通荷载和温度涨缩的反复作用。聚酯纤维的加入，使沥青膜增厚，使水置换沥青的强度减小，以及水分渗入沥青混凝土量的减少，再加上纤维的吸附作用使沥青的粘滞度变大，提高了沥青与集料的粘结作用力，加强沥青混合料中沥青与集料形成的界面膜抵抗水分剥离作用的能力，从而提高了沥青混合料的水稳定性。 
合成步骤
涤纶的生产过程包括聚酯熔体合成和熔体纺丝两部分。合成聚酯的原料为聚对苯二甲酸和乙二醇，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，生成的对苯二甲酸二乙二醇酯低聚物，在280～290℃和真空条件下缩聚而得聚对苯二甲酸乙二醇酯；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聚酯熔体。聚酯熔体可以用于制备聚酯切片和熔体直接纺丝。聚酯切片是将聚酯熔体经铸带、切粒而得到切片。
1、纺丝。聚酯切片经过干燥、熔融可以用于纺丝、制备聚酯膜、聚酯瓶等。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。切片纺丝则将干燥后的聚酯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，从喷丝板的喷丝孔中喷出。喷丝孔的直径一般为0.15～0.30毫米。喷出的熔体细流，被冷却气流冷却凝固成丝条。冷却后的丝条根据不同的加工工艺分为聚酯长丝和聚酯短纤维（或聚酯短丝）。
2、聚酯短丝。纺制短纤维时，多根线条集合在一起,经给湿上油后落入盛丝桶。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6cN/dtex以上、伸长率在30%以下的高强度、低伸长率短纤维。涤纶短纤维分为棉型短纤维（长度38mm）和毛型短纤维（长度56mm），分别用于跟棉花纤维和羊毛混纺。
3、聚酯长丝。在纺制长丝时，凝固成形的丝条经给湿上油后，即以 3500米/分左右的速度卷绕在筒管上得到预取向丝（POY）。POY无法直接用于织布，POY经过拉伸定型、加弹或者加捻得到拉伸丝（DT）、拉伸变形丝（DTY）或加捻丝，可直接用于织造或经变形加工而成变形丝。丝条凝固后经过上油直接进行拉伸以4500-5000m/min进行卷绕即得到全拉伸丝（FDY），可以用于织布。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。 
涤纶改性
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。 
用途
聚酯纤维的强度高、模量高、吸水性低,作为民用织物及工业用织物都有广泛的用途。作为纺织材料，涤纶短纤维可以纯纺，也特别适于与其他纤维混纺；既可与天然纤维如棉、麻、羊毛混纺，也可与其他化学短纤维如粘纤、醋酯纤维、聚丙烯腈纤维等短纤维混纺。其纯纺或混纺制成的仿棉、仿毛、仿麻织物一般具有聚酯纤维原有的优良特性，如织物的抗皱性和褶裥保持性、尺寸稳定性、耐磨性、洗可穿性等，而聚酯纤维原有的一些缺点，如纺织加工中的静电现象和染色困难、吸汗性与透气性差、遇火星易熔成空洞等缺点，可随亲水性纤维的混入在一定程度上得以减轻和改善。涤纶加捻长丝(DT)主要用于织造各种仿丝绸织物，也可与天然纤维或化学短纤维纱交织,还可与蚕丝或其他化纤长丝交织,这种交织物保持了涤纶的一系列优点。
聚酯变形纱(主要是低弹丝DTY)是我国近年发展的主要品种。它与普通长丝不同之处是高蓬松、大卷曲度、毛感强、柔软，且具有高度的弹性伸长率(达400%)。用其织成的织物具有保暖性好，遮覆性和悬垂性优良，光泽柔和等特点，特别适于织造仿毛呢、哔叽等西装面料，外衣、外套以及各种装饰织物如窗帘、台布、沙发面料等。涤纶空气变形丝ATY和网络丝的抱合性、平滑性良好，可以筒丝形式直接用于喷水织机，适合织造仿真丝绸及薄形织物，也可织造中厚型织物。聚酯纤维在工、农业及新技术领域的应用也日益广泛，如帘子线、输送带、绳索、电绝缘材料等。涤纶强力丝的强度和初始模量高，耐热性、耐疲劳性和形态稳定性好，特别适用于纺制轮胎帘子线。使用涤纶帘子线制造轮胎，可减少其平点现象。