《聚酯纤维》PPT课件

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1、高分子材料加工工艺及设备朱鹏南通大学化学化工学院2008.9第一章聚酯纤维1.背景聚酯纤维是大分子链中各链结通过酯基相连的成纤高聚物纺制而成的纤维（PET）。我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大于85％的合成纤维称为聚酯纤维，商品名为涤纶。早在1894年Vorlander用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的聚酯；1898年Einkorn合成聚碳酸酯；早年合成的聚酯大都为脂肪族化合物，其分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能具有纺织纤维的实用价值。2021/8/10第一章聚酯纤维1.背景1941年Whinfie

2、ld和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（EG）合成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聚酯纤维。近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和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。2021/8/10第一节聚酯纤维原料一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备PET工业上是以对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET）为原料，经缩聚反应脱除乙二醇（EG）来

3、实现。缩聚反应如下：所以PET的制备首先需得到BHET，目前生产BHET的方法有酯交换法和直接酯化法。2021/8/10第一节聚酯纤维原料（一）BHET的制备1.酯交换法此法是将对苯二甲酸（TPA）与甲醇反应生成粗对苯二甲酸二甲酯（DMT），经精制提纯后，再与EG进行酯交换反应，得到纯度较高的BHET。在催化剂存在下，EG与DMT进行酯交换，生成BHET。被取代的甲氧基与EG的氢结合，生产甲醇，其反应式如下：2021/8/10第一节聚酯纤维原料（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产1.缩聚反应平衡BHET的缩

4、聚反应是可逆平衡的逐步反应，按下述步骤进行：依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通式如下：在通常情况下，随缩聚反应的进行和EG的不断脱除，聚合度控制在100左右，个别情况可达150～180。2021/8/10第一节聚酯纤维原料2.缩聚反应副反应缩聚反应的同时会存在副反应，主要有：大分子链端基裂解生成乙醛；生成环状低聚物；大分子中的酯键裂解；EG间分子缩合生成乙二醇醚。2021/8/10第一节聚酯纤维原料二、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和

5、性质（一）分子结构聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的化学结构如下：PET为线性大分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单元链节都由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链。因此分子线性较好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。2021/8/10第一节聚酯纤维原料由于分子链上的碳－碳键内旋转，故分子存在两种空间构想。无定型PET为顺式：结晶PET为反式：无定型PET为无色透明固体，密度为1.335g/cm3。完全结晶的聚合物为乳白色固体，密度为1.455g/cm3。而PET纤维为部分结晶，其密度为1.38～1

6、.40g/cm3。同时，PET分子链中的酯键在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合度下降，为此，PET纺丝时必须严格控制水份含量。2021/8/10第一节聚酯纤维原料（二）分子量及其分布纤维用PET树脂的分子量通常为15000～22000。PET的分子量直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。分子量低，则熔体粘度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品性能下降。分子量分布也对PET纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有较大影响。分子量低的组分含量较高的PET，纺丝易产生断头、毛丝和疵点，且经不

7、起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均一，无明显裂纹。2021/8/10第一节聚酯纤维原料（三）流变性质1.熔点纯PET的熔点为267℃，工业生产的PET熔点略低，一般在255～264℃之间，这主要是由于酯化或缩聚反应过程中副反应生成的DEG，致使PET分子中含有醚键，破坏分子结构的规整性，降低了分子间作用力。2.熔体粘度熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切相关。其一般与切变速度有关。一定特性粘度的PET在不同温度下，熔体粘度与切变速率的关系如图1－3。2021/8/10第一节聚酯纤维原料202

8、1/8/10第一节聚酯纤维原料三、聚酯切片的质量指标PET切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影响。PET切片和纤维主要质量指标按照国标GB/T4189－93。2021/8/10第二节聚酯切片的干燥一、切片干燥的目的1．除去水分湿切片中含水率为0.4％～0.5％，干燥后下降至0.01％（常规纺）或0.003％～0.005％（高速纺）。切片中水分的不良影响：①在纺丝温度下，水的存在使PET大分子的酯键水解，聚合度下降，纺丝困难，成品丝质量降低；②少量