聚酯纤维 (2)精选PPT.ppt
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1、关于聚酯纤维(2)第1页,讲稿共89张,创作于星期二第一节第一节 概述概述聚酯聚酯(PET)纤维纤维是由大分子链中的各链节通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,英文缩过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维,英文缩写写PET。我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于。我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85以上的纤维简称为以上的纤维简称为涤纶涤纶。第2页,讲稿共89张,创作于星期二聚酯聚酯是制造聚是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的原料,料的原料,是由饱和的是由饱和的二元酸与二元酸与二元醇二元醇通过缩聚反应制得的通过缩聚反应制得的 一类一类线性高分子缩聚物。线
2、性高分子缩聚物。这类缩聚物这类缩聚物的品种因随使用原的品种因随使用原 料或中间体而料或中间体而异,故品种繁多数不胜数。但所异,故品种繁多数不胜数。但所有品种均有品种均 有一个共同特点,就是有一个共同特点,就是其大分子的各个链节间都是以酯其大分子的各个链节间都是以酯 基基“COO”相联,所以把相联,所以把这类缩聚物通称为聚酯。这类缩聚物通称为聚酯。以聚酯为基础制以聚酯为基础制得的纤维称为涤纶,是三大合成得的纤维称为涤纶,是三大合成纤维(涤纶、锦纶、腈纶)之一,纤维(涤纶、锦纶、腈纶)之一,是最主要的合成纤维,也是到目是最主要的合成纤维,也是到目前为止发展速度最快、产量最高前为止发展速度最快、产量
3、最高的合成纤维品种。的合成纤维品种。第3页,讲稿共89张,创作于星期二品种2009年2012 年2013 年化纤总量2726.063820.144121.94合成纤维2494.053486.763731.53涤纶2204.393132.643340.64短纤维789.17939.80948.74长丝1415.222192.862391.90近年全国化纤产量情况近年全国化纤产量情况 从分省市产量统计看:浙江产量居全国之首。第二到第五位依次是江苏、福建、四川、广东,而上海、山东、河南传统聚酯涤纶大省分居六、七、八位。第4页,讲稿共89张,创作于星期二u早早年年合合成成的的聚聚酯酯大大多多为为脂脂肪
4、肪族族化化合合物物,不不具具有有纺纺织织纤纤维维的的使使用用价价值。值。u19411941年年,英英国国人人用用对对苯苯二二甲甲酸酸(DMTDMT)和和乙乙二二醇醇(EGEG)合合成成了了聚聚对苯二甲酸乙二酯(对苯二甲酸乙二酯(PETPET)。)。u19531953年年,美美国国首首先先建建厂厂生生产产PETPET纤纤维维,其其是是大大品品种种合合成成纤纤维维中中发发展展较晚的一种。较晚的一种。u近近年年研研发发的的新新聚聚酯酯纤纤维维,如如聚聚对对苯苯二二甲甲酸酸丁丁二二酯酯(PBTPBT)纤纤维维,聚聚对对苯苯二二甲甲酸酸丙丙二二酯酯(PTTPTT)纤纤维维,具具有有超超高高强强度度、高高
5、模量的全芳香族聚酯纤维模量的全芳香族聚酯纤维。第5页,讲稿共89张,创作于星期二聚酯纤维聚酯纤维(涤纶涤纶)的结构和性能的结构和性能一、基本组成一、基本组成 涤涤纶纶的的基基本本组组成成物物质质是是聚聚对对苯苯二二甲甲酸酸乙乙二二酯酯,分分子结构如下:子结构如下:第6页,讲稿共89张,创作于星期二3)分子中不含亲水基团,极性小,属疏水性纤维,吸湿性差。结构特点:结构特点:1)是含有苯环的线形大分子,没有大的支链,所有苯环几乎处于一个平面上,因此大分子易于平行排列,有较好的结晶倾向。2)分子中 刚性较大,PET熔点较高;CH2CH2具有柔性,分子链易折叠。第7页,讲稿共89张,创作于星期二二、涤
6、纶纤维的形态结构二、涤纶纤维的形态结构 用熔纺法制得的涤纶纤维,在光学显微镜中观察发现它具有圆形的截面和光滑、均匀而无条痕的纵向,见图。第8页,讲稿共89张,创作于星期二涤纶的超分子结构涤纶的超分子结构 u涤涤纶纶的的超超分分子子结结构构与与纤纤维维生生产产过过程程中中的的拉拉伸伸和和热热处处理理有有关关。涤涤纶纶喷喷丝丝成成型型后后的的初初生生纤纤维维是是无无定定形形的的,取取向向度度很很差差,需需要要进进一一步步牵牵伸伸取取向向后后方方能能纺纺织织加加工工。经经过过拉拉伸伸和和热热定定型型处处理理后后的的纤纤维维,结结晶晶度度约约为为60%60%,并并有有较较高高的的取取向向度。度。u涤涤
7、纶纶的的超超分分子子结结构构称称为为“折折叠叠链链缨缨状状微原纤微原纤”第9页,讲稿共89张,创作于星期二三、涤纶的吸湿性性能三、涤纶的吸湿性性能u 涤纶纤维在标准状态下的吸湿率只有0.4%,即使在100%相对湿度下的吸湿率也仅为0.60.8%。u吸湿性低,涤纶纤维在水中的溶胀度小,干、湿强度和断裂延伸度基本相同,导电性差,容易产生静电和沾污现象以及染色困难等。u穿着时感觉气闷,但易洗快干。第10页,讲稿共89张,创作于星期二四、涤纶的热性能四、涤纶的热性能涤纶是热塑性纤维。1.涤纶的热性能常数2.热收缩 3.玻璃化温度(Tg)第11页,讲稿共89张,创作于星期二 涤纶纤维和锦纶涤纶纤维和锦纶
8、6 6的某些热性能物理常数的某些热性能物理常数 纤维纤维 项目项目涤纶涤纶锦纶锦纶6 6熔点(熔点()255255260260215215220220软化点(软化点()238238240240180180 玻璃化温度(玻璃化温度(TgTg)67 67 81 81比热(卡比热(卡/克克/)0.320.320.460.46(2525200200)导热系数(卡导热系数(卡/厘米厘米/秒秒/)2 210104 44.24.210104 4涤纶的熔点比较高,涤纶纤维的耐热性和绝热性较好。第12页,讲稿共89张,创作于星期二 热收缩热收缩 在在生生产产过过程程中中没没有有经经过过热热定定型型的的涤涤纶纶纤
9、纤维维,在在沸沸水水中中或或在在其其它它加加热热的的条条件件下下,将将会会发发生生剧剧烈烈的的收收缩缩,经经过热定型后将比较稳定。过热定型后将比较稳定。涤涤纶纶丝丝在在热热空空气气中中,开开始始时时长长度度发发生生迅迅速速收收缩缩,3030分分钟钟后后收收缩缩率率不不再再继继续续增增加加,平平衡衡收收缩缩率率约约为为8%8%。若若在在热热水水中中进进行行热热处处理理,只只需需5 5分分钟钟便便达达到到了了稳稳定定的的长长度度,同时由于水的溶胀作用,使平衡收缩率增大到同时由于水的溶胀作用,使平衡收缩率增大到14%14%。第13页,讲稿共89张,创作于星期二 玻璃化温度玻璃化温度(TgTg)无定形
10、PET:Tg为67;部分结晶PET:Tg为81取向又结晶的:Tg为125PET的结晶度与Tg的关系:当结晶度由零升高到30%时,Tg向较高温度移动,当结晶度进一步升高时,Tg反而向较低温度移动。在低结晶度的情况下,可能产生了众多的小晶体,类似于交链,有阻碍无定形区链段运动的作用;在高结晶度的条件下,可能形成了少而大的结晶,能允许无定形区的链段比较自由一些。第14页,讲稿共89张,创作于星期二五机械性能五机械性能(1 1)强度和断裂伸长率强度和断裂伸长率 u涤涤纶纶的的强强度度和和断断裂裂伸伸长长率率不不仅仅与与其其分分子子结结构构有有关关,还还与与纤纤维维纺纺丝丝过过程程中中的的拉拉伸伸和和热
11、热处处理理工工艺艺密密切切相相关关。经经拉拉伸伸后后,大大分分子子链链按按一一定定方方向向排排列列,取取向向度度提提高高,使使其其能能均均匀匀承承受受外外力力,故故强强度度提高。提高。u在在适适当当的的热热处处理理条条件件下下,涤涤纶纶在在纺纺丝丝过过程程中中拉拉伸伸程程度度愈愈高高,则则纤纤维维的的取取向向度度愈愈高高,纤纤维维的的断断裂裂强强度度也也愈愈高高,而而断断裂裂伸伸长长率率却却较较低低;反反之之,则则可可能能获获得得低低强强高高伸伸的的纤纤维维。即即改改变变拉拉伸伸和和热热处处理理条条件件,可制成高强低伸或低强高伸等不同品种的纤维。可制成高强低伸或低强高伸等不同品种的纤维。第15
12、页,讲稿共89张,创作于星期二图图5-7 5-7 部分纤维的强度部分纤维的强度-伸长率曲线伸长率曲线 1-1-羊羊毛毛 2-2-腈腈纶纶 3-3-黏黏胶胶纤纤维维 4-4-锦锦纶纶 5-5-涤涤纶纶 6-6-棉棉 第16页,讲稿共89张,创作于星期二(2 2)弹性)弹性u涤涤纶纶具具有有优优良良的的弹弹性性,在在较较小小的的外外力力作作用用下下不不易易变变形形,当当受受到到较较大大外外力力作作用用而而产产生生形形变变时时,取取消消外外力力后后,其其回回复原状的能力也较强,其形变回复能力与羊毛相近。复原状的能力也较强,其形变回复能力与羊毛相近。第17页,讲稿共89张,创作于星期二涤纶弹性好的原因
13、有两方面:涤纶弹性好的原因有两方面:u一一方方面面涤涤纶纶具具有有较较大大的的弹弹性性模模量量,这这表表明明纤纤维维的的刚刚性性强强,受受外外力力时不易产生形变;一旦产生形变,由于回弹率较高,又易回复。时不易产生形变;一旦产生形变,由于回弹率较高,又易回复。u另另一一方方面面,从从涤涤纶纶的的微微结结构构来来看看,存存在在无无定定形形区区、结结晶晶区区和和取取向向度度高高的的部部位位,分分子子间间有有比比较较牢牢固固的的联联结结点点,分分子子间间作作用用力力较较大大,受受外外力力时时不不易易产产生生形形变变。涤涤纶纶在在一一定定外外力力作作用用下下产产生生的的形形变变是是可复形可复形变变,但在
14、高度拉伸,但在高度拉伸时时,回复性能,回复性能显显著著变变差。差。u具有具有“洗可穿洗可穿”性能性能第18页,讲稿共89张,创作于星期二(3 3)耐磨性)耐磨性u涤纶的耐磨性仅次于锦纶而超过其他纤维。涤纶的耐磨性仅次于锦纶而超过其他纤维。黏第19页,讲稿共89张,创作于星期二3 3化学性能化学性能 u耐酸性较好耐酸性较好 u对碱的稳定性稍差对碱的稳定性稍差u“剥剥皮皮现现象象”利利用用这这一一方方法法处处理理涤涤纶纶织织物物,可可使使纤纤维维变变得得细细而而柔柔软软,增增加加了了纤纤维维在在纱纱线线中中的的活活动动性性,使使涤涤纶纶织织物物获获得得仿仿真真丝丝效果。效果。第20页,讲稿共89张
15、,创作于星期二u涤纶对氧化剂和还原剂均具有良好的稳定性。涤纶对氧化剂和还原剂均具有良好的稳定性。u涤涤纶纶的的耐耐溶溶剂剂性性较较好好。酚酚类类化化合合物物常常用用作作涤涤纶染色的载体。纶染色的载体。u涤涤纶纶的的吸吸湿湿性性低低,染染色色困困难难,易易起起球球,易易产产生静电。生静电。第21页,讲稿共89张,创作于星期二u涤涤纶纶靠靠近近火火焰焰时时会会收收缩缩熔熔化化为为黏黏流流状状,接接触触火火焰焰即即燃燃烧烧,并并形形成成熔熔珠珠而而滴滴落落,熔熔珠珠为为硬硬的的黑黑色色小小球球。燃燃烧烧时时有有芳芳香香气味并产生黑烟。离开火焰后能继续燃烧,但易熄灭。气味并产生黑烟。离开火焰后能继续燃
16、烧,但易熄灭。第22页,讲稿共89张,创作于星期二第二节第二节 对苯二甲酸乙二酯对苯二甲酸乙二酯u一、一、对苯二甲酸乙二酯的制备对苯二甲酸乙二酯的制备u1合成的工艺路合成的工艺路合成的工合成的工艺路线艺路线酯交换法酯交换法 (DMTDMT法)法)间接法间接法直接酯化法直接酯化法(PTAPTA法)法)直接加成法(直接加成法(EOEO法)法)直接法直接法第23页,讲稿共89张,创作于星期二PET纤维生产路线纤维生产路线第24页,讲稿共89张,创作于星期二(1)酯交换法)酯交换法(DMTDMT法)法)间接法间接法u将将对对苯苯二二甲甲酸酸二二甲甲酯酯与与乙乙二二醇醇按按12.512.5(摩摩尔尔比比
17、)比比例例混混合合,在在醋醋酸酸锌锌、醋醋酸酸锰锰和和醋醋酸酸钴钴催催化化剂剂的的作作用用下下,发发生生酯酯交交换换反反应应,生成对苯二甲酸乙二酯。生成对苯二甲酸乙二酯。H3COOCCOOCH3 2HOCH2CH2OHHOCH2CH2COOCCOOCH2CH2OH+2CH3OH对苯二甲酸乙二酯(对苯二甲酸乙二酯(BHET)Zn(CH2COO)2 Mn,Mg,Co对苯二甲酸二甲酯(对苯二甲酸二甲酯(DMT)乙二醇(乙二醇(EG)第25页,讲稿共89张,创作于星期二(2)直接酯化法)直接酯化法(PTAPTA法)法)直接法直接法HOOCCOOH2 HOCH2CH2OHHOCH2CH2COOCCOOC
18、H2CH2OH对苯二甲酸(对苯二甲酸(TPA)乙二醇(乙二醇(EG)对苯二甲酸乙二酯(对苯二甲酸乙二酯(BHET)直接酯化法:生产流程短,投资少,原料消耗低,反直接酯化法:生产流程短,投资少,原料消耗低,反应时间短,生产效率高,自应时间短,生产效率高,自2020世纪世纪8080年代起已成为聚年代起已成为聚酯的主要工艺和首选技术路线。酯的主要工艺和首选技术路线。第26页,讲稿共89张,创作于星期二(3 3)直接加成法)直接加成法(EOEO法)法)直接法直接法HOOCCOOH 2 CH2CH2 OHOCH2CH2COOCCOOCH2CH2OH对苯二甲酸(对苯二甲酸(TPA)环氧乙烷(环氧乙烷(EO
19、)对苯二甲酸乙二酯(对苯二甲酸乙二酯(BHET)第27页,讲稿共89张,创作于星期二u酯酯交交换换法法:历历史史悠悠久久,技技术术成成熟熟,产产品品质质量量好好而而稳稳定定,目目前前仍仍广广泛泛采采用用,但但其其 工工艺艺过过程程长长,设设备备多多,投投资资大大,且且需需要要大大量量甲甲醇醇,甲甲醇醇和和乙乙二二醇醇回回收收量量大大,增增加加设设 备备和和能能量量消消耗耗。主要是法国罗纳普良克和日本帝人公司的技术。主要是法国罗纳普良克和日本帝人公司的技术。u直直接接酯酯化化法法:生生产产流流程程短短,投投资资少少,原原料料消消耗耗低低,反反应应时时间间短短,生生产产效效率率高高,生生产产过过程
20、程无无需需使使用用甲甲醇醇,乙乙二二醇醇的的耗耗用用量量少少,可可简简化化回回收收过过程程和和设设备备,并并能能减减少少环环境境污污染染,已已成成为为聚聚酯酯的的主主要要工艺和首选技术路线。工艺和首选技术路线。u直直接接加加成成法法:此此法法在在理理论论上上最最为为合合理理,但但由由于于环环氧氧乙乙烷烷沸沸点点低低(10.7)(10.7),常常温温下下为为气气体体,容容易易着着火火、爆爆炸炸,运运输输、贮贮存存和和使用都不方便,因而目前采用此法的不多。使用都不方便,因而目前采用此法的不多。第28页,讲稿共89张,创作于星期二二、二、聚对苯二甲酸乙二酯的生产聚对苯二甲酸乙二酯的生产u1.1.生产
21、原理生产原理u用用精精制制后后的的对对苯苯二二甲甲酸酸乙乙二二酯酯在在缩缩聚聚反反应应催催化化剂剂和和稳稳定定剂剂作作用用下下进进行行缩缩聚聚反反应应,分分离离出出乙乙二二醇醇后后即即得得聚聚对对苯苯 二二甲酸乙二酯,其反应如下:甲酸乙二酯,其反应如下:第29页,讲稿共89张,创作于星期二u由由于于缩缩聚聚反反应应属属于于可可逆逆反反应应,为为了了使使缩缩聚聚反反 应应进进行行完完全全,必必须须排排出出反反应应生生成成的的低低分分子子物物质质(乙乙 二二醇醇),为为此此必必须须采采用用真真空空及及强强力力搅搅拌拌,缩缩聚聚反反应应 最最终终压压力力不不大大于于266.6Pa266.6Pa,才才
22、能能获获得得高高相相对对分分子子质质量量的的聚聚酯酯,一一般般产产品品的的平平均均相相对对分分子子质质量量不不低低于于 2000020000,用用于于制制造造纤纤维维、薄膜的相对分子质量约为薄膜的相对分子质量约为2500025000。第30页,讲稿共89张,创作于星期二u聚酯的生产可采用间歇法缩聚和连续连续法缩聚。聚酯的生产可采用间歇法缩聚和连续连续法缩聚。u相相比比较较而而言言,直直接接酯酯化化法法连连续续法法比比间间歇歇法法的的成成本本低低 20%20%;酯交换法连续比间歇的成本低;酯交换法连续比间歇的成本低10%10%。uPET生产中大规模生产线均为连续生产工艺。生产中大规模生产线均为连
23、续生产工艺。u半连续及间歇生产工艺适合于中小型多品种生产。半连续及间歇生产工艺适合于中小型多品种生产。第31页,讲稿共89张,创作于星期二u连连续续缩缩聚聚是是物物料料在在连连续续流流动动过过程程中中完完成成缩缩聚聚反反应应,而而且且 物物料料的的性性质质和和状状态态随随反反应应进进行行的的程程度度而而连连续续变变化化,所所以以连连续续缩缩聚聚易易获获得得高高相相对对分分子子 质质量量的的 PETPET,可可用用于于生生产产轮轮胎胎帘帘子子线线及及其其它它工业用纤维。工业用纤维。u进入缩聚工序的物料酯交换率要求大于进入缩聚工序的物料酯交换率要求大于 99 99;u随随着着缩缩聚聚反反应应进进行
24、行,物物料料的的性性 质质和和状状态态发发生生连连续续变变化化,需需分分段进行工艺控制,采用多个反应器串联设备。段进行工艺控制,采用多个反应器串联设备。u生产通常分三阶段进行,生产通常分三阶段进行,第一段是脱除在酯化或酯交换过程中多余的第一段是脱除在酯化或酯交换过程中多余的 EG EG;第二段是物料在第二段是物料在 低真空、低粘度下缩聚;低真空、低粘度下缩聚;第三段是在高粘度、高真空下完成缩聚过程。第三段是在高粘度、高真空下完成缩聚过程。第32页,讲稿共89张,创作于星期二涤纶纤维(聚对苯二甲酸乙二酯)的结构涤纶纤维(聚对苯二甲酸乙二酯)的结构无定形无定形 PET PET 为顺式构象:为顺式构
25、象:结晶时,即转变为反式构象结晶时,即转变为反式构象第33页,讲稿共89张,创作于星期二相对分子质量及其分布相对分子质量及其分布 u高高聚聚物物相相对对分分子子质质量量的的大大小小直直接接影影响响其其加加工工性性能能和和纤纤维维质质量量。PET PET 的的耐耐热热、光光、化化学学稳稳定定等等性性质质及及纤纤维维的的强强度度均均与与相相对对分分子子质质量量有有关关,如如 PET PET 相相对对分分子子质质量量小小于于 1104 1104 时时,就就不不 能能正正常常加加工工为为高高强力纤维。强力纤维。u工工业业控控制制通通常常采采用用相相对对粘粘度度和和特特性性粘粘数数作作为为衡衡量量相相对
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