聚酯纤维的结构和性能

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聚酯纤维的结构和性能

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https://m.renrendoc.com/paper/323017426.html

聚酯纤维是一种重要的合成纤维，广泛应用于服装、家纺、工业等领域。本文详细介绍了聚酯纤维的结构和性能，包括其分子结构、聚集态结构、结晶结构、物理性能、化学性能以及各种改性方法和目的。同时，文章还介绍了聚酯纤维在不同领域的应用，如短纤维在棉纺和毛纺行业的应用、长丝在工业和民用领域的应用等。

聚酯纤维的结构和性能

聚酯纤维的结构

聚酯纤维的结构主要包括分子链结构、聚集态结构、结晶结构和取向结构。聚酯纤维的分子链结构由酯基、苯环和亚甲基链组成，大分子两端各有一个羟基。聚酯纤维的聚集态结构包括晶态和非晶态，晶态结构决定了纤维的强度和模量，非晶态结构则影响纤维的柔软性和弹性。

聚酯纤维的结晶结构主要有三种：PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）和PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）。这三种聚酯在结晶状态下大分子链的形态结构有所不同，具体表现在晶胞参数上。

晶胞参数	PET	PTT	PBT
a(Å)	4.56	4.58	4.83
b(Å)	5.94	8.22	5.94
c(Å)	10.75	18.12	11.59
α(o)	98.5	96.9	99.7
β(o)	118	89.4	115.2
γ(o)	112	111.0	110.8

聚酯纤维的结晶特征会随卷绕速度的变化而变化。例如，随着卷绕速度的增加，晶胞底面高、表观晶核侧面高、结晶浓度和估算的结晶温度都会发生变化。

卷绕速度（m/min）	晶胞底面高×104(μm)	表观晶核侧面高×103(μm)	结晶浓度（kg/m3）	估算的结晶温度（oC）
0	4.504	5.90	10.72	2.4
500	4.495	5.88	10.72	2.9
5500	4.485	5.88	10.71	4.1
6000	4.480	5.88	10.71	5.1

聚酯纤维的性能与其结构密切相关。例如，PET纤维的结晶特征随卷绕速度的变化会影响其物理性能。此外，聚酯纤维的化学性质和物理性质也与其分子结构密切相关。

聚酯纤维的改性

聚酯纤维的改性主要包括化学改性和物理改性。化学改性是通过化学方法改变聚酯分子链上某些结构或组成，达到改变聚酯纤维性能的目的。物理改性则是通过共混、填充等方法改善聚酯纤维的性能。

化学改性主要包括以下几种方法：

间苯二甲酸代替对苯二甲酸：在PET的直接酯化聚合过程中，用对称性较差的间苯二甲酸（IPA）取代部分的对苯二甲酸（TPA）。这种方法可以降低共聚酯的Tg和Tm，提高冷结晶温度。
同时用间位和邻位对苯二甲酸代替对苯二甲酸：效果与用DMI替代DMT的效果类似，即随着间位和邻位苯环含量的增加，共聚酯的Tg和Tm下降，而冷结晶温度则上升。
与含磺酸基的苯二甲酸共聚：含磺酸基的苯二甲酸是指苯环上的一个氢被磺酸基取代，形成邻位、间位或对位的含磺酸基的苯二甲酸。常用于聚酯改性的有对苯二甲酸二甲酯磺酸钠（STPM）和间苯二甲酸二甲酯磺酸钠（SIPM）。由于添加的第三单体含有可离子化的磺酸钠基团，可以极大地改善聚酯的阳离子可染性。
聚萘二甲酸乙二酯（PEN）：2,6-萘二甲酸二甲酯(DMN)与乙二醇缩聚而成。PEN纤维的耐化学腐蚀性、抗紫外线辐射、热稳定性和水解稳定性均优于PET。PEN的玻璃化温度高达110oC左右,其纤维可以耐200oC左右的温度。

物理改性主要包括以下几种方法：

聚酯与聚酰胺的共混纺丝：聚酯与聚酰胺共混纺丝一直被作为改进聚酯纤维的重要手段而加以研究。将PET与尼龙6共混物进行纺丝,然后用甲酸将聚酰胺组分溶解，得到聚酯原纤，这也是目前制备聚酯超细纤维的方法之一。
PET/PBT共混纺丝：PET、PBT为同系物。PBT可改进PET的染色性、手感及弹性回复率。它们并不是从热力学相容的体系，两个熔点，不能形成共晶。一个玻璃化温度，说明非晶区相容。在共混物纺丝过程中可能会出现链交换。
PET/ECDP/PEG三元共混纤维：聚乙二醇(PEG)不仅可以提供柔性链段,降低聚酯的玻璃化温度,醚键具有较好的吸水性。因此采用PEG与PET的共混物纺丝可以提高PET纤维染色性、吸湿性和抗静电性能。

表面改性是在纤维形成以后进行的表面改性方法，具有针对性强、效果显著等优点。表面改性方法包括化学改性、光化学改性、等离子体处理等。

聚酯纤维的碱减量处理：原理是聚酯纤维在强碱和高温作用下,大分子中的酯基发生水解反应断裂，分解为热水可溶的低聚物或单体。经水洗过程,热水可溶性物从纤维中洗出。
聚酯纤维的氨解处理：氨解--是聚酯纤维又一种表面处理的化学方法。在氨解反应中，聚酯与胺发生亲核取代反应，胺作用于缺电子的羰基碳上，使聚酯的分子链断裂形成酰胺，分子量减少并溶出。经过氨解处理，不仅使纤维产生具有较大亲水性的酰胺基和氨基，而且在纤维的表面产生裂纹和坑洼。因此，氨解处理可以极大地改善聚酯纤维的手感、亲水性、易去污性、可染性，同时还可以提高纤维的抗静电性、抗起球性、悬垂效果等。
强氧化剂处理法：强氧化剂氧化法是由于纤维在强氧化剂的作用下，表面被强氧化剂烧蚀，使聚合物表面发生裂解、交联和氧化，使纤维和染料及其它材料之间的物理键合力和化学键合力增强，提高了纤维的表面活化能力和润湿性，从而改善了纤维的润湿性能。强氧化剂氧化法有酸洗、臭氧氧化和双氧水浸润等。
光化学表面处理：在光化学处理过程中,聚合物链在γ射线、紫外线、电子束等高能射线的照射下,发生链断裂而产生很多自由基,在辐照的同时引入比较亲水的单体在纤维表面聚合,使纤维表面活化,从而达到改善纤维表面润湿性和染色性。最常用的单体为丙烯酸处理后纤维的强度下降较多，但可改善聚酯纤维的润湿性和粘着性等表面性能。
等离子体处理：等离子体技术在纤维表面处理方面的应用始于20世纪60年代末。与化学表面处理处理方法相比有如下优点:
（1）省能源,无公害,满足环保的需要;
（2）处理时间短,效率高;
（3）处理仅在纤维的表面，典型的作用深度为5~50nm，对所处理的纤维的性能影响不大；
（4）可处理形状较复杂的材料,材料表面处理的均匀性好;
（5）反应环境温度低。因此,等离子体技术适合于材料表面的改性。