（纺织材料与纺织品设计专业论文）新型聚酯类纤维及其织物的结构与性能研究.pdf

壅些盔堂亟监塞 摘要 合成纤维作为纺织材料的重要组成部分在2 0 世纪得到充分的发 展，尤其是聚酯类纤维因其优良的性能和低廉的价格成为大宗纺织原 料，并且位居合纤之首。就各聚酯类纤维而言，p b t 纤维的综合性能 优于p e t 纤维，而p t t 纤维更兼有二者的优点，其弹性或亚弹性特征 和高性价比优于聚氨酯弹性纤维( l y c r a 。) ，是目前人们所关注的。但 p b t 和p t t 纤维的商业化存在问题。本课题以p b t p e t 复合弹性纤 维，及其与p t t 和p b t 纤维的比较研究出发，表征该类纤维及织物的 结构和性质，讨论其增弹和弹性稳定的机制。以期提高该类聚酯纤维 的使用价值，扩大品种，获得高弹高蓬松性织物。 本论文在已有的理论基础上，通过试验，对p b t p e t 复合纤维以 及p t t 纤维及其织物的结构与性能进行了深入的研究。主要做了以下 几项研究工作： 1 利用光学显微镜和电子显微镜，以及科视达等仪器观察分析了 p b t p e t 复合纤维的外观形态、截面形态和断面结构，讨论了 其复合的可行性、断裂机理和各组分在复合纤维中的分布比例 与作用。 2 通过红外显微镜和d s c 分析技术，分析了所取聚酯纤维的成分 和结晶及与纺丝工艺的关系，证明了复合纤维中两组分各自的 作用及力学特征。 3 通过大量试验研究了复合聚酯纤维的沸水和干热收缩规律，并 利用线性回归方法讨论了热收缩速率的变化规律。 4 建立了复合聚酯纤维卷曲产生的力学模型，分析了其机理；利 用纤维卷曲弹性仪测试了各复合聚酯纤维的卷曲指标，并讨论 了各指标问的差异及与纤维结构的关系。利用i n s t r o n 等仪器测 试了各聚酯纤维的力学性能，得到应力一应变曲线，分析了拉 伸曲线形状与纤维结构之问的关系，并比较了纤维热处理前后 堑垡盔堂亟监皇 的强伸性的差异。特别是对低应力下的应力一应变行为做了洋 细的分析，提取了卷曲功这一特征指标，进一步从力学方面表 征了纤维的卷曲状况。 5 - 用现有的聚酯纤维自织了针织产品，测试了织物的各项性能， 刺其蓬松性与弹性做了研究，并与纤维的各项性能建立回归关 系。 关键词：p b t p e t ，p t t ，热收缩，卷曲，力学性能，弹性，蓬松 丕坐盔堂亟圭垃塞 s t u d y o nt h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f n e w p o | y e s t e rf i b e r s a n df a b r i c s a b s t r a c t s y n t h e t i cf i b e r sh a v eag r e a tp r o g r e s si n2 0 伯c e n t u r ya sa ni m p o r t a n t p a r to f t e x t i l em a t e r i a l s p o l y e s t e rf i b e r sh a v eb e c o m et h el a r g e s ta m o u n t i nt e x t i l ef i b e r sb e c a u s eo ft h e i re x c e l l e n tp r o p e r t i e sa n dl o w e rp r i c e t h e g e n e r a lp r o p e r t i e so f p b tf i b e r sa r em o r ee x c e l l e n tt h a np e tf i b e r s ，a n d p t tf i b e r sh a v eb o t hp b ta n dp e tf i b e r sf i n ep r o p e r t i e s a se l a s t i c s u b e l a s t i cf i b e r s ，t h e ya r em o r ee x c e l l e n t0 nt h ep e r f o r m a n c et op r i c e t h a n l y c r a 。s ot h e y a r ew o r t hb e i n gs t u d i e da sf a ra se c o n o m ya n d p r o p e r t i e s a r ec o n s i d e r e d b u tt h e r ea r es o m e p r o b l e m s o nt h e i r c o m m e r c i a lp r o d u c t sa n dp r a c t i c a b i l i t ye s p e c i a l l yh o wt oa c h i e v ee l a s t i c a n dp u f fi ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h ef i b e r sw h i c hh a v er e a s o n a b l ep r i c e a n dc a nb e e a s i l y m a d et of a b r i c s t h i st h e s i s m a i n l y c o n c e r n st h e i n v e s t i g a t i o n o nt h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fs i d e - b y s i d ep b t p e t f i b e r sa n dt h e i rf a b r i c si no r d e rt oe n l a r g ep o l y m e rf i b e r s a p p l i c a t i o n f i e l d s ，e n h a n c et h e i rv a l u ea n dm a k e e l a s t i ca n db u l kf a b r i c s t h es t r u c t u r e sa n dp r o p e r t i e so fp b t p e tc o m p o s i t ef i b e r sa n dp t t f i b e r s ，a sw e l la st h e i rf a b r i c sh a v eb e i n gd i s c u s s e di n d e t a i lt h r o u g ha s e r i e so fe x p e r i m e n ts e v e r a le f f e c t i v er e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sh a v eb e e n a c h i e v e da sf o b o w s ： 1 b y t h e o p t i c sm i c r o s c o p e a n d s e m ，t h ec r i m pm o r p h o l o g y , c r o s s s e c t i o n a ls h a p ea n df r a c t u r ee n d so fp b t p e tc o m p o s i t ef i b e r s a r es t u d i e d b a s e do nt h eo b s e r v a t i o n s ，t h ef e a s i b i l i t yt oc o m b i n ep b t a n dp e t t o g e t h e ra n dt h em e c h a n i s mo fr u p t u r ea r ed i s c u s s e d a tt h e s a m et i m e ，t h ef u n c t i o n so fp b ta n dp e ti nt h ep b t p e ts i d e b y s i d e f i b e r sa r ea n a l y s e d 丕生丕芏夔盈童 2t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nc r y s t a lt h ef i b e rc o m p o n e n to rl i g a t i o na n d t h es p i n n i n gt e c h n o l o g i e sa r es t u d i e db yu s i n gi r m i c r o s c o p e a n dd s c t h ei n d i v i d e df u n c t i o n so fp b ta n dp e th a v eb e e n p r o v e d 3t h es h r i n k a g e si nw a t e ra n d d r y o ft h e c o m p l e xp o l y m e rf i b e r sa r e t e s t e dt h r o u g hag r e a td e a lo f e x p e r i m e n t s t h es h r i n k a g eb e h a v i o u r s o ft h ec o m p o s i t ep b t p e tf i b e r s a r e a n a l y s e db ym e a n so fl i n e a r r e g r e s s i o nm e t h o d 4 t h e c r i m p m o d e lo fp b t p e tf i b e rh a sb e e n s e t u p t h ec r i m p p a r a m e t e r so ft h ep b t p e tf i b e r sa r em e a s u r e du s i n gac r i m pt e s t e r , a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc r i m pp r o p e r t i e sa n df i b e r s s t r u c t u r ei s c h a r a c t e r i z e d b yu s i n gt h ei n s t r o nt e n s i l ei n s t u m e n t ，t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fp b t p e tf i b e r s w e r et e s t e da tt h e s a m et i m e ，t h e r e p r e s e n t a t i v et e n s i l ec u r v e si ns t r e t c h i n ga r eo b t a i n e d b a s e do nt h i sr e s u l t s ， w ec a nd i s c u s st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dt h e s t r u c t u r eo ft h ef i b e r s 5t h ef a b r i c p r o p e r t i e s k n i t t e dw i t ht h ep b t p e tf i b e r sw e r et e s t e d s y s t e m a t i c a l l y ，e s p e c i a l l y t h eb u l k p r o p e r t ya n de l a s t i c i t y o ft h e s e f a b r i c st h er e g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p s b e t w e e nt h ef i b e r sa n dt h e k n i t t i n g sh a v eb e e ne s t a b l i s h e d k e yw o r d s ：p b t p e t , p t t , s h r i n k ，c r i m p ，t e n s i l ep r o p e r t y , e l a s t i c i t y , b u l k a u t h o r ：m a x i n m i n ( t e x t i l em a t e r i a l s ) s u p e r v i s e db yp r o f y uw e i d o n g 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，祟尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：马新敏 日期：山雌年f 月1 4 - 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 f 不保密洄。 学位论文作者签名：马新敏 日期：沁母年f 月牛日 导教师繇够反 日期：。又m 噼，月i 阳 第一章综述 第一节聚酯类纤维发展的历史与现状 一、聚酯类纤维综述 普通聚酯纤维( 涤纶) 是1 9 3 9 年由威英菲尔德和jt 迪克森 ( j t d i c k s o n ) 所开发( 1 9 4 1 年取得专利) 【1 1 。其以优良的性能和低 廉的价格赢得人们的喜爱，自问世以来得到了广泛的重视，其生产量 飞速发展。目前己成为最具代表性、产量最大的聚酯纤维品种，在服 装用材料领域中占有重要地位。但p e t 纤维由于其自身结构上的特点， 模量高、织物手感差、染色困难、吸湿透气性能低下【”，因而在服用 档次上存在许多不足。 聚对苯二甲酸丁二醇酯( p o l y b u t y l e n et e r e p h t h a l a t e ) 纤维是7 0 年代问世的一种新型聚酯琢料，最早作为一种性能优良的工程材料引 起人们的注意1 3 】。1 9 7 9 年日本帝人公司首次将p b t 作为纺织用纤维， 其商品名为“f i n e c e l l ”【3 】。该纤维不仅具有涤纶( p e t ) 的耐久性、尺 寸稳定性、耐磨性，以及湿态强力和弹力不变等性能，还兼有锦纶( p a ) 的手感柔软和耐磨擦等性能，而且可染性优于涤纶和锦纶，可不用载 体而以分散染料进行常压沸染。因而该纤维可用于服装、电子电器、 汽车、纺织品应用等领域【”。但是纯p b t 纤维原料价格较贵，低速纺 丝有卷绕塌边现象【”，故其应用受到影响。 相应地，其同类高聚物聚对苯二甲酸丙二醇酯( p o l y t r i m e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t e ) 也早就问世。美国c a l i c op r i n t e r sa s s 公司的w h i n f i e l d 和d i c k s o n 在1 9 4 1 年就成功地合成了p t t 6 1 。9 0 年代中期美国s h e i l c h e m i c a l 公司研制成功了p t t 纤维纺丝聚合物一c o r t e r r a p o l y m e r l 6j 。该纤维不仅兼具p e t 、p b t 二者的优点，而且由于“奇碳 效应”1 7 1 使其具有良好的回弹性和蓬松性。 普通聚酯纤维( 涤纶) 以其优良的性能和低廉的价格已成为2 0 世 堑型塞鹜娄红丝丝墓筮塑鲮缱掏董世自l 堑蕉 纪的大宗纺织原料，并且一直位居合成纤维之首【4 l 。p b t 纤维的综合 性能优于p e t 纤维，而p t t 纤维更是兼有二者的优点，作为弹性 ( s p a n d e x 8 1 或e l a s t a n e l 8 1 ) 或亚弹性( 介于弹性纤维和变形纱之间的) 纤 维，在性价比上可能要优于目前最常用的聚氨酯弹性纤维( l y c r a 。) ， 所以从经济上和性能上考虑，p b t 和p t t 有较大的研究与利用价值。 p e t 和p b t 为同类聚酯，利用共聚、共混的方法能综合p e t 、p b t 的各自性能，取长补短，弥补单一组分性能上的缺陷，获得综合性能 较为理想的聚合物。目前有以下三种类型的共混方法：第一种是p e t 、 p b t 进行共混熔融纺丝；第二种是用d m t ( 对苯二甲酸1 、b d ( 丁二醇) 和e g ( 乙二醇) 进行三元共聚，得到p b t p e t 共聚酯；第三种是将 p b t 、p e t 并列复合纺丝成型，获得p b t 、p e t 并列型或皮芯型复合 纤维1 9 。 二、p b t 纤维生产工艺及其应用 p b t 纤维7 0 年代起源于美国c a l a n e s e 公司1 1 0 ，其纤维的加工工 艺与p e t 相似。目前国际上聚合p b t 有两种工艺路线，广泛应用的工 艺路线是酯交换法，即将对苯二甲酸二甲酯( d m t ) 与l ，4 丁二醇( b g l 先进行酯交换，再缩聚成为p b t 的纺丝原料。d m t 路线的优点是工 艺成熟，但与p e t 相比价格较高，成为p b t 纤维广泛应用的障碍。另 种是采用直接酯化法，以高纯度的对苯二甲酸( p t a ) 与l ，4 丁二醇 直接酯化，再缩聚而制得p b t 。据西德吉玛公司报道，p t a 路线在相 当大程度上降低了生产成本，使p b t 价格下降到与p e t 水平相当，从 而排除了p b t 纤维生产与应用的一大障碍。 p b t 切片可用于低速纺丝和高速纺丝制得：牵伸丝、低弹丝和高 弹丝、并列复合丝、改性p b t 的仿氨纶丝等。主要产品有；日本的帝 人的f i n e c e l l 回、东丽的s u m o l a 、仓敷的a r t l o n 、尤尼吉卡的 w o n d e r o n 。8 0 年代末的产量各公司为约5 0 0 6 0 0 吨年，以及美国主 要生产厂商c e l a n e s e 公司的c e l a n e x ，产量已达1 5 万吨。在日本p b t 主要用于泳衣、内衣和连袜裤，为细且纤维。美国的p b t 主要用于弹 篓二童绽蕉 力牛仔裤和运动服，p b t 丝较粗。在欧洲，以德国的h o e c h s t 公司为 主，所制p b t 短纤维，以地毯和毛毯为主。 三、p e t 、p b t 及p t t 结构与性能 1 与p a 的结构比较 p b t 、p t t 作为新型聚酯，与其最大宗类应用的同类p e t 纤维相 比具有更好的弹性，而与普通合成纤维中弹性较好的p a 纤维相比亦 相近或略优，具体数据的对比详见表1 1 所列。 表1 - 1几种合成纤维的特性 注：一差+ 尚可+ + 良+ + + 优异 其原因在于其各自的分子结构，如图l l 所示。从分子式可以看 出，主要是亚甲基的数量不同，而这种不同的亚甲基数会导致大分子 排列的不同。由于p b t 、p t t 是具有酯基与芳香环的饱和聚酯，所以 与p e t 一样具有耐光性、化学稳定性和低吸湿性。又p b t 、p t t 的亚 甲基链段长于p e t 而与p a 6 相近，所以分子结构较p e t 更为柔软， 和具有弹性。 煎型塞醢韭红缝盈墨塑塑竣缝趋复世自l 盟塞 p e t 七巧母r 吒盱c 于 p b t 十苫百。0 一c 即哪于 p t t _ e 。奄 矿一c 即h 2 - - - c h 2 p a 6 书屯哪吁c 邺哪计 2 与弹性纤维的比较 说到弹性纤维，人们立刻想到化学交联网状型的高弹纤维，如 l y c r a 罾。最早的弹性纤维由b a y e r 、r i n k e 和他们的合作者在德国于1 9 3 7 年合成【8 i ，但首次大规模生产是由d u p o n t 于1 9 5 8 年实现的。这种 纤维最初被称作f i b e r k ，当时是作为贸易样品进入市场的。弹性纤维 最初的产品是指天然橡胶丝，随后又用乳胶丝。但由于物理性状和使 用寿命的原因【1 2 】，两者后来均被淘汰。随着合成纤维的发展出现聚氨 酯类和聚氨醚类弹性纤维，以及具有亚弹性的普通涤纶或锦纶的变形 丝。 目前，最具代表性的弹性纤维，是聚氨酯弹性纤维( p 0 1 y u r e t h a n e f i b e r ) ，我国商品名为氨纶，一般称为s p a n d e x ，美国杜邦公司的注册 商标为l y c r a 。l y c r a 回是美国杜邦公司的聚氨基甲酸乙酯弹性纤维 ( s p a n d e x ) 、弹性纤维( e l a s t a n e ) 、聚氨基甲酸酯( p o l y u r e t h a n e ) 的 注册商标。氨纶纤维共有两个品系，一是由芳香双异氰酸酯与含有羟 基的聚醚链段镶嵌共聚物，简称聚醚型氨纶，其链段之间的作用力主 要为范德华力，不能形成氢键，作用很弱；一是由芳香双异氨酸酶和 含有羟基的聚酯链段的镶嵌共聚物，简称聚酯型氨纶，和聚醚相比分 子链中存在较多的酯基，作用力比聚醚要强一些i 】。氨纶的化学稳定 性一般较好，对氧稳定，也较耐酸。加有改性剂多胺化合物的氨纶， 第一章综述 不论是聚醚类或聚酯类均有耐酸的能力。耐碱性对两种氨纶来说，稳 定性差异很大。聚酯型的不耐强碱，在热碱溶液中快速水解降解。对 聚酯型纤维来说，防霉性较差。其纤维性能接近与其他化纤的性能对 比见表1 1 。 氨纶是一种嵌段共聚物，其大分子是由柔性链段( 聚酯或聚醚链段) 和刚性链段( 氨基甲酸酯基或脲基结 构) 交替组成，链段间以共价键连接。 刚性链段形成稳定的结晶结构；柔性链 段间无化学键作用并成无序排列，如图 l 一2 所示。当纤维被拉伸时，柔性链段 发生变形，而刚性链段由于结晶区的作 用阻碍可塑性流动，这就决定了氨纶纤 维的弹性和强度。 图1 2 氨纶的弹性结构模型 第二节p b t p e t 复合纤维简介 p e t 、p b t 和p t t 为同类聚酯，利用共聚、共混的方法能综合各 自的优势，弥补单一组分性能上的缺陷。目前p b t 与p e t 有三类共混 方法：一是p e t 与p b t 进行共混熔融纺丝；二是用d m t ( 对苯二甲酸1 、 b d ( 丁二醇) 和e g ( 乙二醇) 进行三元共聚，得到p b t p e t 共聚酯： 三是将p b t 、p e t 并列复合纺丝成型，获得p b t 、p e t 双边型或皮芯 型复合纤维 9 1 。 同理，p t t 与p e t ，p t t 与p b t 或p t t ，p b t 和p e t 的共混复合 纤维也有报道和研究l “j ，一般采取的方法是共混熔融纺丝。p e t 中加 入1 0 左右的p t t 后，其染色性能有很好的改善；p b t 和p t t 的共 混纤维的强力明显的高于他们各自单独的纤维。 一、p b t p e t 复合纤维综述 1 p b t p e t 共混纤维 纯p b t 纤维因其成型性欠佳等原因，直接应用还有一定的技术问 堑型显堕耋堑丝丛基组塑曲壁塑兰壁丝班基 题待解决。为此各国都在努力寻求其实用途径，在众多的p b t 改性应 用方法中p b t 与p e t 进行共混纺丝较为简单可行，其工艺流程为： p b t 树脂与p e t 树脂混合一真空干燥一纺丝料斗一熔融纺丝一上油卷 绕一拉伸一络丝i ”】。其方式简单可行，纺织应用比较切实。 据p b t 、p e t 共混研究报导p b t 、p e t 具有相容性1 9 1 。p b t p e t 均属于直链线型高分子，在一定的条件下分子链能进行有规折叠排列， 它们都是结晶性高聚物【“1 。在p b t p e t 共混体系中，p b t 、p e t 是 分别结晶而不生成混晶，处于非晶态共混体系，组分间能相互混溶， 形态结构具有均一性 1 6 , 1 7 1 。 p e t p b t 共混体系在微观相畴仍存在不相容性，在晶区表现出完 全的不相容，而在非晶区当共混不充分时，仍有相分离的趋势：另外， 由于p e t 与p b t 在结晶性能上的差异，使得p e t p b t 共混体系的结 晶性能出现了与纯组分完全不同的特征1 1 6 , 1 8 1 。而这种晶相的分离在 p b t 含量低时很不明显，不易测出，只有形成在宏观上相容而微观上 存在一定的相分离的结构，才有利于突出各组分性能的优点，才能真 正体现共混加工工艺的特长。 2 p b t p e t 复合纤维 p b t p e t 并列型复合纤维是以p b t ( 聚对苯二甲酸丁二酯) 和 p e t ( 聚酯) 为主要原料，在引进的高速纺丝机上( 卷绕头为原西德 b a r m a g 公司产s w 4 6 型) ，采用并列复合喷丝组件，在纺速大于 3 0 0 0 m m i n 的条件下生产的。它利用弹性好的p b t 为收缩组分，这样 就可以获得以往并列复合纤维所不能比拟的细而密的永久性三维立体 卷曲的p b t p e t 复合弹力丝：同时由于p e t 中加入了p b t 组分，就 使得纤维易染色、手感柔软、弹性好，因此，纤维具有高膨松、易染 色、手感优的特点， p b t p e t 复合纤维技术的诞生，使价廉的p e t 加入复合丝，既降 低了产品成本，又能体现p b t 纤维的优越性。p b t p e t 复合纤维宏观 观察与普通复丝无异，并无卷曲，但由于在纤维截面上同时并存的p b t 和p e t 原料成分不同，也就是沸水收缩率、干热收缩率不同，于是便 第一章综述 7 潜伏一种自卷曲能力，在织物进行热处理或染整时便呈现出来。这种 自卷曲效应使复合丝在松弛热处理和染色中呈现三维立体卷曲膨松。 这种复合纤维所制成的织物除具有优良的膨松性、弹性和舒适性外， 还兼有手感柔软，透气吸湿，外观优雅无涤纶极光等良好性能。 p b t p e t 复合弹力丝中的p b t 组分，不仅具有易染色性，而且还有与 锦纶相似的手感柔软与吸湿性，加上与p e t 的复合，由于两者之间存 在收缩率差异，因此，在加捻纱线中存在无数个微小空隙，从而改变了 加捻丝发硬、贴实的现象。 二、p b t p e t 复合纤维的性能及应用 为了充分发挥p e t 和p b t 的长处，弥补单一组分的不足，开发价 廉物美的新品种，人们做了大量的研究工作，研制出p b t p e t 并列复 合纤维。该品种克服了纯p b t 和p e t 纤维的缺陷，具有弹性优越，染 色方便、价格较廉的优点。p b t 、p e t 同属于聚酯系列，结构极其相 似，两者具有极好的粘合力，这是该纤维研制的首要前提；p b t p e t 并列复合纤维由于在纤维截面上同时并存的p b t 和p e t 原料成分不 同，也就是沸水收缩率、千热收缩率不同，于是便潜伏一种自卷曲能 力，在进行热处理或后整理时便呈现出来。这种自卷曲效应使复合丝 在松弛热处理和染色中呈现类似于羊毛纤维的三维立体卷曲膨松。这 样就可以获得具有以往并列复合纤维所不能比拟的细而密的永久性三 维立体卷曲的p b t p e t 复合丝。p b t p e t 复合纤维在织造过程中采用 合理的织造工艺得到的织物，不仅弹性好，而且手感柔软，有优良的 耐热性、耐氯性及耐碱性。适宜于制作各类连裤袜、无跟袜、芭蕾演 出服、紧身衣、弹力牛仔衣、游泳衣和各类中、高档运动服及风格别 致的新型丝绸。 第三节p t t 纤维简介 p t t 的合成与p e t 和p b t 一样，也有直接酯化法和酯交换法两条 路线。直接酯化法的特点是生产流程短、投资少、生产效率高，生产 堑型苤酯差红缝厘基组塑毂缱翅量丝堂盟塞 过程由于没有使用甲醇，可简化回收过程及设备，并能减少环境污染， 增加生产安全性，原料及能量消耗低，工艺合理，成本低，所以它是 目前国外普遍采用的制备p t t 的方法。 由于p t t 纤维优异的回弹性、抗污性、化学稳定性以及玻璃化温 度高于室温可定型处理，使p t t 纤维在地毯工业和服用材料中有着广 泛的用途。目前s h e l l 公司已经成功推出了地毯工业用p t t 纤维商 品- - c o r t e r r a l 6j 。p t t 在高速纺丝下制得的p o y 丝具有优良的可拉伸 性，可在较高的速度下进行拉伸变形制得d t y 丝，其具有极好的手感 和悬垂性。用它生产的弹性纤维其弹性恢复性和回弹率优于p b t 、p e t 纤维，可以和p a 相媲美，因此p t t 纤维在紧身衣、泳装领域有很大 的发展前途。 一、p t t 分子结构与弹性机制的研究 与弹性纤维和变形丝不同，p b t 和p t t 纤维的弹性取决于其分子 结构与排列。由于p b t 比p e t 多两对亚甲基，可使内旋转增多，并在 应变过程中产生d 芦o 晶型的可逆转变，松弛状态下为d 晶型，呈螺旋 构象；拉伸状态，呈d 晶型。通常，旺型为稳态，d 型为非稳态，并具 有向仅型转变的趋势，因此具有弹性机制。但b 构型向c c 构型转变，因 苯环的位阻作用，所需较大的能量，故在力约束作用下，亚甲基链段 全调整适定苯环位置，而回弹失效，即张力下回复性较小1 1 9 1 。 由p t t 的分子结构看，有 3 个亚甲基单元。w a r d 和 w i l d i n g t 7 1 的研究显示p t t 的奇 数亚甲基结构表现出较p e t 、 p b t 更优良的回弹性，其原理 如图3 1z l 所示。三者回弹性能 存在p t t p b t p e t 。由于 p t t 分子构向的z 弹簧特征， 和三个亚甲基空问构型易于改 ( a ) p e t( b ) p b t( c ) p t t 图1 - 3 p e t 、p b t 、p t t 大分子结构的构象示意 r， 一飞。 r牵一x音飞氛芦争玉喳 r亭1空五玉扣j ii纤维轴向 噩= 重堡堕 变，使其具有较好的螺旋弹簧结构。显然，形成弹簧结构的主要原因 是“奇碳效应”。“奇碳效应”提供了更多的空间能使苯环不与三个亚 甲基处于同一平面，而临近两个羰基的斥力不能呈1 8 0 。平面排列，只 能以空间1 2 0 。错开。 p e t 、p b t 和p t t 纤维大分子链结构构象如图l 一3 所示。其一， p t t 的空间结构由曲折的亚甲基链段和硬直的对苯二甲酸单元组合而 成，结果就形成沿纤维轴向的“z ”字形结构，受力时，大分子链能比 较容易的拉伸或是压缩；外力去除后，能快速地恢复原状。也有报导 认为1 2 0 1 ，以“奇碳效应”解释p t t 的高回弹性过于勉强，认为大分子 链在非晶相中是无规分布的，不可能形成“z ”字形构象；而在晶相中， “z ”字形构象的大分子链不可能受力首先发生构象变化。所以，p t t 纤维高回弹性的结构原因仍然是一有待进一步研究的问题。其二， p e t 分子链接近于直线，具有较少的折叠结构，故分子构象不存在弹 性机制。其三，理论上p b t 与p t t 的空间构象相似，虽然曲折的亚甲 基链段比较柔软可自由转动，但曲折部分较少，变形的亚甲基链的转 动和变形能量较低，而苯环刚硬，位咀较大。如果受力时间过长，丁 二醇链段就会转变成线型构象而稳定，纤维的回弹性消失，这也是p b t 纤维弹性较弱的关键原因。 二、p t t 的生产与产品用途 p t t 的合成与p e t 和p b t 一样，也有直接酯化法和酯交换法两条 路线。直接酯化法的生产流程短、投资少、效率高、污染少、能耗低， 是目前主要采用的方法。8 0 年代末，德国d e g u s s a 建成了o2 万吨年 的中试装置，并于1 9 9 6 年建成了5 万吨年的大型商业化生产装置【2 ”。 1 9 9 5 年，美国壳牌化学公司建成了o 6 8 万吨年的p t t 生产装置，二 年后又将其设备能力扩大到2 万吨年2 2 1 。 由于p t t 纤维良好的回弹性、抗污性、化学稳定性以及玻璃化温 度高于室温，使p t t 作为增弹可回复纤维在地毯工业和服用材料中也 崭露头角。美国壳牌化学( s h e l lc h e m i c a l ) 公司已经成功推出了地毯 堑型基琵差红壁丛基筮堑数莹翅皇丝篷盟盈 工业用p t t 纤维一c o r t e r r a l ”i 。p t t 的p o y 丝和d t y 丝，弹性和回 弹性优于p b t 和p e t 变形丝，是较理想的泳装紧身衣料”。p t t 的应 用领域大体可分为：地毯工业领域、服用材料领域、非织造布领域等。 第四节弹性纤维、弹性纱和弹性织物概述 一、弹性纤维 弹性纤维，是指在制造过程，籍由特殊化学结构，赋予可伸缩自 如的特性，从而是自身具有弹性的纤维。在弹性纤维及织物的发展历 史上，最初的弹性纤维是指天然的橡胶丝，后来又用乳胶丝。由于物 理性能和寿命的原因，两者后来均被淘汰。以后随着合成纤维的发展， 开始使用聚酰胺或聚酯纤维等变形丝代替弹性纤维来生产弹性纱线织 物，虽然它的弹性不如橡胶丝，但其它服用性能大大优于橡胶丝。 弹性纤维最早由ob a y e r 、h r i n k e 和他们的合作者在德国于1 9 3 7 年合成 “，但首次大规模生产是由eid u p o n td en e m o u r s & c o 于1 9 5 8 年实现的【。这种纤维最初被称作f i b e r k ，当年是作为贸易样品而进 入市场的i l l l 。到1 9 6 2 年，杜邦( d u p o n t ) 公司推出了大规模工业化生产 的产品，随后定名为l y c r a ( 莱卡) ，这是一种聚氨酯弹性纤维，国内称 其为氨纶。聚氨酯弹性纤维具有橡胶丝的弹性，但强力、耐老化等性 能优于橡胶丝，因而倍受青睐。但由于聚氨酯弹性纤维生产设备及工 艺复杂，原料及加工成本高，污染严重等，其产品不能满足市场需要。 相继出现了德国b a y e r 公司和日本a s a h i k a s e i 公司生产的具有聚酯- - 异氰酸酯二氨基化合物等成分的高模量、高弹性、稳定性好的纤维产 品。为进一步满足市场需求，而且从降低成本和加工比较方便等方面 考虑，人们又开发出聚酯类弹性纤维和聚醚酯弹性纤维以期代替造价 昂贵的聚氨酯弹性纤维。最近有关单位开发出新型聚醚酯弹性纤维， 与氨纶比较具有许多优点，它克服了氨纶耐光性差、易老化变黄等缺 点，但它还没有在针织上得以应用。 篁= 童堡述 二、弹性纱线 拜耳指出 1 1 i ，弹性纱线不仅要有良好的伸长和回复性能，而且要 容易应用于织物之中，具有一定的可染性、耐洗涤和抗老化性等。正 是这些附加性能才使弹性纤维成功地商业化生产。弹性纱的细度范围 在l o d t e x 2 0 0 0 d t e x 之间，并且有光泽度不同的弹性纱可供选择。 很多情况下，可以用裸丝来生产织物，但纯的弹性裸丝由于弹性 大，在生产中易产生意外的伸长和张力不匀，为了便于生产可采用弹 性长丝与普通纱线加捻并和、包覆纱、包芯纱、包缠纱等多种形式。 为了使纱线保持原有纱线的外观、均匀、易染色，多选择普通丝一弹 力丝弹性包芯纱的形式。 弹性包芯纱有几种形式，一般可分为下列4 种： 单股包芯纱：在细纱机上直接将弹性丝和普通纤维须条复合，复 合时将弹性丝适当牵伸，无弹性的纤维须条边牵伸边在弹性丝外包覆， 形成单股包芯弹性纱。 单卡：将一根单股包芯弹性纱与另一根普通毛纱并捻成弹性股线， 其外观风格与普通精纺毛纱( 股线) 类似。 赛络纺弹性纱：采用赛络纺将弹性丝与2 根粗纱复合成弹性纱， 其外观风格与赛络纺普通纱类似。 双卡：将2 根单股包芯弹性纱并捻成弹性股纱。 三、弹性织物 舒适性已成为当今纺织品加工的主流方向，弹性是服装舒适性中 的一个重要指标，要求服装能随着人体的运动自如的伸缩，以适应皮 肤的延伸性。随着人们对服用舒适性能的要求越来越高，弹性纤维的 应用日趋增多，无论是时装、运动装、休闲装等，弹性纤维已无所不 在i 。 弹力织物按弹力大小分为高弹织物、中弹织物和低弹织物3 种， 高弹织物是指拉伸率为3 0 一5 0 的织物。主要用于紧身衣：中弹织 物指拉伸率为2 0 一3 0 的织物；低弹织物的拉伸率在2 0 以下。 堑翌塞酯差红缝丛基塑塑曲结塑生堂鳇盟塑 弹力织物按弹性方向又分为经向弹性织物、纬向弹性织物和经纬 向弹性织物。经向弹性织物占弹性织物总量的1 7 ，主要应用于弹力 灯芯绒、弹力劳动布、精纺华达呢和花呢等。纬向弹力织物占总量的 8 0 ，主要为坚固呢、劳动布、涤棉府绸、华达呢、细布等。在使用 中，为了使弹性服装能与体型或者服装线匹配，织物的弹性恢复性、 尺寸稳定性以及弹性的保持性要好。从舒适性角度要求弹力织物的弹 性要适中，男性服装的弹性以1 8 为好，女性服装的弹性以2 0 为好， 双向织物的弹性以1 5 为好f 8 1 。 总结起来，目前人们所采用的增加织物弹性的典型方法有：变 换织物组织，利用机构弹性达到增弹目的，例如针织物；采用变形 纱、包覆纱、包芯纱等来织造织物；在织造过程中混入弹力丝，比 较典型的是加入氨纶丝，达到弹性目的。 只要能达到弹性织物弹性伸长特征的方法均可以采纳为增弹方 法，故可以采用针织、氨纶、弹力变形纱、高卷曲复合纱等来增加织 物的弹性。本文采用的是在高卷曲复合纱的基础上进行针织，旨在研 究高卷曲复合纱增弹与蓬松的可行性。 第五节本课题的主要研究意义与内容 一、本课题研究的意义 本课题以p b t p e t 复合纤维以及p t t 纤维为研究对象，考查其 织物增弹的可能性与机制。p b t 、p e t 和p t t 纤维同属于聚酯纤维， 它们各具特点，各有特色，同时也各有缺陷；而p b t p e t 复合纤维综 合了p e t 、p b t 的各自性能，取长补短，弥补单一组分性能上的缺陷， 获得综合性能较为理想的聚合物。这种复合纤维所制成的织物除具有 优良的膨松性、弹性和舒适性外，还兼有手感柔软，透气吸湿，外观 优雅无涤纶极光等良好性能。p b t p e t 复合弹力丝中的p b t 组分，不 仅具有易染色性，而且还有与锦纶相似的手感柔软与吸湿性，加上与 p e t 的复合，由于两者之间存在收缩率差异，因此，在加捻纱线中存 第一章综述 在无数个微小空隙，从而改变了加捻丝发硬、贴实的现象。p t t 纤维 不仅兼具p e t 、p b t 二者的优点，而且由于“奇碳效应”使得其具有 优异的回弹性和蓬松性，是合纤领域的一颗新星。 随着消费要求的不断提高，消费者对服用制品的弹性、蓬松性要 求日见迫切。当今世界上应用最广泛的弹性纤维是氨纶，其优越的弹 性，是其它纤维品种无法取代的。但是其价格昂贵、生产投资大，故 有必要研究开发价格合理、易于加工的纤维来制织织物，以满足市场 要求。本课题从p b t p e t 复合纤维以及p t t 纤维出发，研究其纤维 及织物的结构和性质，可望扩大聚酯纤维的运用领域，扩大聚酯纤维 的使用价值，丰富服用纤维原料的品种，以期得到高弹高蓬松的织物。 二、内容 本课题主要研究p b t p e t 复合纤维和p t t 纤维的基本物理化学 性能，分析其结构与性能的关系，以求评价p e t 、p b t 、p t t 和p b t p e t 纤维的性状同异性；着重分析p b t p e t 复合纤维和p t t 纤维的热收 缩性能；分别测试各纤维的力学性能，和低应力下的力学性能的特征， 并提取相应特征指标，以求表征这类纤维对织物增弹的理论可能性及 其基本特征；主要以