（纺织工程专业论文）PTT短纤维可纺性研究及产品开发[纺织工程专业优秀论文].pdf

东华大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着消费品位的不断提高，消费者对服用制品的弹性要求日见迫切。 当今世界上应用最广泛的弹性纤维是氨纶，其优越的弹性，是其他纤维 制品所无法替代的。但由于氨纶价格昂贵、生产投资大、纺纱工艺复杂、 消耗大和有些织物并不需要如此高弹性等原因，有必要研究开发价格便 宜、低弹性纤维的纱和织物来满足市场要求。 本课题以p t t 短纤维及其纱线为主要研究对象。p t t 纤维是改性涤 纶的一种，其弹性介于氨纶和常规涤纶之间。在合成纤维中，聚酯纤维 具有一定的弹性，它以其优良的性能和低廉的价格成为合纤的第一品种， 其中p e t 纤维和p b t 纤维早已经大量工业化生产和广泛应用。p t t 纤维 兼具二者的优点，是一种由新型的改性聚酯树脂制成的纤维。p t t 纤维 综合了p e t 纤维的刚性和p 1 3 t 纤维的柔性，特别是他优异的回弹性和易 染性，已引起纤维材料界的瞩目。 本课题主要做了如下的研究工作： 1 调查分析了p t t 短纤维开发的可行性及市场意义。 2 对p t t 短纤维拉伸及弹性性能进行测试，并与常规p e t 短纤维进 行比较再次确定了p t t 短纤维可纺性开发的可行性。同时确立了适合 p t t 短纤维的三元件松弛力学模型参数，并绘制了模拟松弛曲线。 3 对p t t 短纤维进行了数次试纺。测试比较了纱线质量指标，外观 形态、分析研究了试纺工艺，确定了最大混纺比。测试了p t t 短纤维梳 棉机道夫转移率、初步探索了适合p t t 短纤维纺的锡林齿条前角的定量 训算，以期最终提高p t t 短纤维纱条干均匀度。 4 测试分析了数次试纺的p t t 短纤纱的拉伸性能，分析比较了拉伸 曲线，并用手动加捻的方法测试了不同捻度p t t 短纤纱的拉伸性能，确 立了临界捻度。 5 对最后一次试纺的p t t 短纤维纱进行数次试织。通过调整经纬密 度，改变经纱上浆浆料，改变后整理温度，染色条件等，测试了其织物 的弹性性能，寻找影响p t t 织物弹性的因素。 t 东华大学硕士学位论文摘要 通过多项实验研究与理论分析，得出如下结论： 1p t t 短纤维的弹性性能远高于普通p e t 纤维，具有开发前景。 21 0 0 p t t 短纤纱最能充分实现p t t 短纤维的弹性性能，但在纺纱 过程中要采取相应的措施解决p t t 短纤维静电大的问题。在p t t 短纤维 与其他纤维混纺时，当p t t 的混纺比不低于7 0 时，混纺纱线能体现p t t 短纤维的弹性。 3 确立了临界捻度。均值拟合和整体拟合的结果是具有一致性的， i 临界捻系数都在3 7 0 附近。p t t 短纤纱断裂强力的极大值为2 0 6 c n ；断 裂伸长率的极大值为2 4 3 。 4p t t 织物的开发中，最佳选择是p t t 纯纺纱线做纬纱，与其它成 分纱线进行交织。而在对试织织物进行水浴处理后，其断裂强力和断裂 伸长率均有所提高，从处理结果还可以看出，6 0 6 5 是样布弹性增 强的一个分界点。在6 0 一6 5 样布的断裂伸长率提高幅度很大，而且 在该温度以后，样布断裂伸长率基本稳定。这为后整理提供了一个参考 温度。 总的来说，? t t 短纤维纱线的可纺性研究是成功的。但在对p t t 织 物弹性恢复上，有待进一步研究。希望本课题的工作对今后进一步的理 论研究及实际生产有参考价值。 关键词：p t t 短纤维p t t 短纤纱p t t 织物弹性临界捻度 断裂强力断裂伸长 i i 查生态堂堡圭堂照堕苎 一一尘! ! ! 翌 s t u d yo nt h es p i n n i n gf e a s i b i l i t yo f p t ts h o r tf i b e ra n d t h ep r o p e r t yo f c o r r e s p o n d i n g f a b r i c a b s t r a c t w i t hi n c r e a s i n gr e q u i r e m e n to fc u s t o m e r s ，e l a s t i c i t y i s b e c o m i n g a n e s s e n t i a le l e m e n tf o rw i d e rr a n g eo fc l o t h e s t o d a ys p a n d e x i st h em o s t w i d e l yu s e dm a t e r i a li nt h ew o r l d b e c a u s eo fi t se x c e l l e n te l a s t i c i t y o w i n gt o t h eh i g hp r i c e ，b i gi n v e s t m e n t ，t h ec o m p l i c a t e ds p i n n i n gp r o c e s sa n do t h e r r e a s o n s ，i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pt h el o w e re l a s t i cy a r na n d f a b r i ct os a t i s f y t h er e q u i r e m e n to fc u s t o m e r t h i st h e s i sm a i n l ys t u d i e st h ep t t ( p o l y t r i m e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ) c u t f i b e r ，w h i c hi s o n ek i n do fm o d i f i e dp o l y e s t e r i t se l a s t i c i t yi sl o w e rt h a nt h a t o f s p a n d e xb u th i g h e rt h a nt h a to fp e t a m o n g t h es y n t h e t i cf i b e r s ，p o l y e s t e r b e c o m e st h ef i r s tb r e e do fs y n t h e t i cf i b e rb e c a u s eo fi t se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e a n dl o w e rp r i c e p e ta n dp b th a v ea l r e a d yb e e ni n d u s t r yp r o d u c e da n d w i d e l yu s e d 。p t ic u tf i b e ri n t e g r a t et h er i g i d i t y o fp e ta n ds u p p l e n e s so f p b t m o r ea t t e n t i o nh a sb e e np a i dt op t tf o ri t s e x c e l l e n tf l e x i b i l i t ya n d c h r o m a t o p h i l e t h em a i ns t u d i e so ft h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 1 d i a g n o s e d t h ed e v e l o p i n gp o s s i b i l i t yo fp t tc u tf i b e r 2t e s t e dt h es 钰e l l g t h e l o n g a t i o no fp t ta n dc o m p a r e di tw i t ht h a to fp e t ， e s t a b l i s h e dt h es u i t a b l em o d e lt od e s c r i b et h es t r e s sr e l a x a t i o no fp t ta n dg o t t h er e l a t i o nb e t w e e ns t r a i n 。s t r e s sa n dt i m e 。 3 b ys o m ee x p e r i m e n t so ns p i n n i n gw i t hp t ts h o r tf i b e ra n dt e s t i n g i t s s t r e n g t h e l o n g a “o np r o p e r t y ，t e n t a t i v ep r o b e si n t ot h es p i n n i n ga b i l i t yo fp t t s h o r tf i b e r t h em i n i m u m - b l e n d i n gr a t i oo fp t ti s7 0 i nt e r mo f e l a s t i c i t y 。 4t e s t e dt h ed o f ft r a n s f e rr a t eo ft h ec a r d i n gm a c h i n e ，a n a l y s i s e dt h ef o r c e t n 查竺查鲎堡圭兰堡堕苎 皇! ! ! 翌! ! e x e r t e do nt h ef i b e ru n d e rc a r d i n gp r o c e s s ，a n dt h e nc a l c u l a t e dt h ef r o n ta n g l e o fw i r ec l o t h i n go n c y l i n d e r 5w i t ht h em e t h o do f t w i s t i n ga n du n t w i s t i n g ，t r yt of i n dt h ec r i t i c a lt w i s t f a c t o r 6 b ya d j u s t i n g t h e d e n s i t y o ff a b r i c ，f i n i s h i n g t e m p e r a t u r e a n d d y i n g c o n d i t i o n ，f o u n do u tt h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ef a b r i c se l a s t i c i t y ， a c c o r d i n g t oa n a l y s i sa b o v e ，d e r i v e dt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s 1t h em i n i m u m b l e n d i n gr a t i oo fp t t i s7 0 i nt e r mo fe l a s t i c i t y b u tt h e b e s te l a s t i c i t yr e s u l t sa r eo b t a i n e db y u s i n gt0 0 p t ts t a p l ef i b e r s 。 2b y r e g r e s s i o na n a l y s i s ，f o u n dt h em a x i m u mc r i t i c a lt w i s tf a c t o ro na b o u t 3 7 0 3i ti sm o r ea d v i s a b l et o u s ep t ts t a p l e y a r n a s w a r p s t r e n g t h a n d e l o n g a t i o na tb r e a k i n gp o i n to ft h ep t tf a b r i cw i l li n c r e a s ew i t ht h ef i n i s h i n g t e m p e r a t u r e t b u ta f t e r6 0 。c - - 6 54 ct h e s t r e n g t ha n de l o n g a t i o na t b r e a k i n g p o i n to f t h ep t tf a b r i ca r es t a b i l i z e d g e n e r a l l y ，i ti ss u c c e s s f u li nt h es p i n n i n go fp t t c u tf i b e r s ，b u ts t i l ln e e dt o d om o r er e s e a r c ho np t tf a b r i c se l a s t i c i t y w i s hm y w o r kw i l ld os o m ef a v o r t of u r t h e rs t u d y l i n l i n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y 嫂垒塾g 薹i 垦堡 k e y w o r d s ：p t tc u t f i b e rp t ts t a p l e y a r n p t tw o v e nl a b r i c e l a s t i ct h ec r i t i c a lt w i s tf a c t o r s t r e n g t ha n de l o n g a t i o na tb r e a k i n gp o i n t i v 衷嫩大学学镟论文骤创性声嬲 事入露鍪黪竣；鼗绥窖擎零避德，淤逡罗溪擎避。瓣曼突靛攀 键凳文，是本天谯霈簿嚣撵鼯1 f ，虢妻濑学磷懿z 辫掰壤褥鹬浅粜。 除支孛瞪饕镌注躞浆g 髭熟逸嚣卦，零谂变蚕镪禽强鼹其热令人惑 熊蒋鑫遵茇纛蠛攒霹遭蕊挎灏爱袋慕辩辫容。滚文受搴天蒙辩簇霹， 我霹蹬篝篷逡枣受蘩，莠突套卷裰瑟零声暌戆法爨拣暴悫拳太藏撵； 攀旋埝交嚣餐蕊惑；蒜是 搿粥。 肘哆年f 上月脚同 象肇大学学馥论文舨敝使慰授域罄 学位谂文圣馨卷党念了熊学校瓣凝像懿、髅粥攀健谂= ：虫：婚嫂定，鳓懑学 “莰器鬟蓦瓣辫骞毫莛辩餐壤藏瓣送焚谂变瓣戆露雾勰逝予灏，霓诲谂文 羧囊露蔑镶躐。车式授较寨譬穴攀霹器褥誊攀蕊谂棠撩垒攥袋蘩努蠹器 镳入宥关漱攥滓进释褴索，可戳淤精彩邵、黼旃j 或掏黼游复制手溅髁存 密羧零攀键逊文。 绦鬻强，程一霉髂密震鬻耀零簇毂书e 零攀德逊支嚣予 不爨密。 擎蕊谂雯淤夔霪，张 莲潮钙囔鞠 霞警瓣鑫：妻施 器麟 擎醇翁辩渤噬 一窭竖盎兰塑：e慧壁丝熹g鼓 羧避 本篇淤文跫猩导师歪溉教授的精心指导缴严格鼗求下，历时一年半 完痰戆。遮惩过程中，最蘩尊薅差簸教授辩痿羧，嫠搿逮瓣潆瑟与生产 实舔繁塞爨会。在谍灏裳藏过程中，撼痣在臻麓等群王瓣，仍多凌裁渫 蘧瓣缭褥，方商，试狳糯槊分析等蕊掇了宝辫爵白建议，褥以最终究戚课 题掰越定蛉器瑷王终任务。 阐对感辩东牮大学蒸礤谍袋专业谦褒辩韵辛勤授漾，为嗣后谦题的 逢论褥究黪袋罴努毫蓐夔定了基磁。 上海爨嚣捣绞缎厂靛疑龙惫一长黠率漂趱露懿鹣提供丁实验蝰逡、 瓿器、技零a 员，在魏黎示衷心瀚藩谢 l 二海巍狳时装髫陵公弼艇醛辫薛经耀王媾瓣享谍簇擞供了秃黟熬蘩 麓，在诧灏示衷t 靛撼瀣j 零篱谂文透褥戮了帮豢文鼗凝、染蘩孛心瓣工裁簿鹣美心雾蘩器， 在此表示裳心的感谢! 嚣霹豢滋爨豢帮辫蔟薮嚣立攀鬻擎、棼裳港霹擎、鬻蕊霾溺攀秘帮 鼹与鼓励。 激后，褥次对泞师歪髋教授以及给本谋越摭供帮助的港师，趟学、 髓发及擎经裘暴囊心爨试爨蓥落l ll 拣泠 2 0 0 3 苹1 2 嚣 东华人学硕士学位论文 第一章引占 第一章引言 1 1 弹性纤维、弹性纱和弹性织物的历史及发展现状 弹洼稳能是裰装箭通往静一个重要豢椽，要求疆装麓随着入俸酌 运动自如的伸缩，以适应皮肤的延伸性。随着消费耍求的不断提高， 消费者对服用制晶的弹雠要求翻见迫切。 弹性纤维、弹性丝黪发展历史已避6 0 年了，与其他的合成绥维相 比，合成聚氯酯怒更具有稳定的弹性纤维，有等量值的二异氰酸酯的 裹援嚣复合纾维其有毫黪长率秘毫弹灌静特点。i 9 4 9 年麓纯学绣丝方 法生产出离模量的聚氨酯纤维及高伸长弹力熊。 5 0 年代，柱郑公司应用聚氨酯类弹经纤维取代橡皮筋来生产弹性 服裟。该公司在1 9 5 9 年创制了弹性纤维，其注鼹商标名为莱卡。由于 杜邦公司不遗余力的向全世界推广莱卡纤维，使其得到朗益广泛的运 用。 1 9 9 7 年开始，弹性纤维在距太地区的市场越来越大，当年需求量 达到了3 万吨。虽增长潜力雄厚，随后每年有一戒黻上的增长率，还 呈现出供不应求的趋势，致使弹性纤维的价格亦水涨船高。2 0 0 0 年后， 每年弹性制品的需求量以8 2 0 的速度增加。 壁爨上生产弹性野维救国家为数不多，基1 ；萋美国是畿爨上氯纶产 量最大的国家，主要厂商有d u p o n t 公司、g l o b le 公司及m i le s 公司。 1 2 无氨纶弹性纤维发服的必攥性 霹耱枣场上戏建最广泛戆撵缝纾维是氨鲶。氨纶丝豹弹洼摸数是 所有纤维中最小的，只比橡胶丝稍大，因而柔软性好，宅的弹陡伸长 可齑这7 0 0 8 0 0 ，其酗弹率十分饶趣，即使拉伸至5 0 0 时，箕回弹 率仍离达9 5 9 9 e 。氨纶孱其毒的性能是它其他现有的终维制i l i 所无 法取代的，含氨纶的服装得到了广泛的应用，包括从6 0 年代的胸衣、 裂9 0 年代麴毫级傣阙暇、运动鼹、针缓衫、童装、蠹衣瓣，甚至医弱 领域等也开始有所扩展m2 1 。 东华火学硕士学位论文 第一章引言 虽然氨纶在市场上获得了广泛的应用，但是氨纶的各个品种各有 其不足之楚。善先爰氨纶裸丝嚣l 成懿夕 衣穿蓉手感与终戏垮较麓，且 因为弹性高，不易控制，使用过程中存在断裂问题； 其次，商昂瓣成本瓣裁了氯纶酌发展。氯纶生产设餐投资大，采 用全套引进设备的干法纺丝设备，5 0 0 吨年的生产能力需要投资2 亿 元，所以价格比其他常用纤维簧高的多。 再次隧羞消费要求的不峨提裹，瀵费者对弹性服用制品的豁适性 要求也不断提高，根据不同用途，消费者对织物的弹性簧求也不同。 麸藏弹织戆，逐激发震戮微弹，一般衣着类绫耱弹数不宝涟大1 3 l ，织穆 弹力过大也无必要，过大的弹性会造成对人体皮肤的压迫感，影响服 装的舒适褴，应攒据不同用途确定弹髋要求( 觅表1 1 ) 。 表1 1 弹性织物分类表 f分类舒适类行动类强制类 i延捧零( ) l o 2 02 0 4 04 0 潋上 综上所述，氨纶价格相对较高；而且用氨纶纺纱工艺复杂，效率 低，消耗蹴较大；且织物拜性过大，会造成对入体皮获的压遣擦，影 响服装的舒适性。因此些科技工作者已经开始开发掰晶萃申，刹用纤 维本身的弹性，来代替利用氨纶丝纺制的纱。所以无论魁从为开发新 是耱、增鸯鬟弹性织憋戆枣凌分额方莲，还楚钛豫孝 氨纶等弹性纾维戆 不足之处，都应开发新型、低弹纤维米满足市场的需求。 1 3 p t t 纤维的发展历史、现状及其特征 ，3 ，1p t t 纤维的发震历史 1 9 2 8 年美匿卡罗瑟囊教授在研究鼹臆羧线型嶷聚秘豹反应辩，警 用十六烷二酸与丙二醇合成了熔点7 5 的成纤聚酯【2 1 。 i 9 4 1 年英国受镪斯特卡秘辩印染者谤会( c a ic o p r i n t e r s a s s 。) 的科学家文斐尔德( w h i n f ie 1d ) 和迪克逊( d i c k s o n ) 在进行芳香族 p e t 聚酯及其纤维研究中，也成功地合成了p t t ”1 。但因其原料之一1 ，3 恧二醇单体( p d o ) 徐格昂赉，无法工业化生产，p t t 的生产秘应熏受到了 2 东华大学硕士学位论文 第一章引言 限制。 s h e l l 公司在6 0 年代初开发出丙烯醛水台路线，后来采用了连续 化环氧乙烷氢甲醛化制取p d o 的路线并实现工业化，从而实现p t t 工 业化，于1 9 9 6 年5 月推出p t t 成品，品名“c o r t e r r a ”。 紧随其后，d u p o n t 和g e n e l 3 c o r 公司用生物工程法也开发成功 p t t 4 , 5 】，使p t t 纤维作为新型聚酯纤维进入了国际纺织品市场。 1 3 2 p t t 的生产现状和能力 表1 2 美国p d o 和p t t 生产能力( k t a ) 【4 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 壳牌化学g e is m a r ，l o u is i a n a 457 27 27 2 p d o杜邦o01 86 46 4 合计459 0l3 61 3 6 壳牌授权 oo02 02 0 壳 p 0 i n tp le as a n t772 l2 12 l 牌 化 w es t v i r g i n i a 0o001 15 p t t 学 a l t a m i r a 、墨西哥 o0237 97 9 杜邦o 02 37 97 9 合计 684 41 2 02 3 5 p t t 生产主要集中于壳牌和杜邦两家公司。从地理上看，p t t 和p d o 生产能力主要集中于美国。今后的格局将是：除德国有生产p t t2 - 3 k t a 能力外，绝大部分的p t t 装置将分布于美国和墨西哥，而且估计这种 格局还将持续一段时间。1 9 9 9 年的数据显示：壳牌公司的p t t 生产能 力为2 1 万t a ，杜邦公司能力为2 3 万t a 。壳牌和杜邦两家公司公 司对p t t 均有扩张计划 5 】。 除壳牌、杜邦之外，亚欧一些化纤企业也积极加入了p t t 纤维的 开发和生产。如日本、中国台湾省、韩国、意大利、西班牙、墨西哥 等。其中，日本一直致力于新产品的开发。日本是一个极善于将科技 转化为生产能力的国家，在p t t 的开发和应用中也不甘落后。只本旭 东华大学硕士学位论文 第一章引言 化成工业公司成功申请了8 0 多个与p t t 生产制备和工艺技术有关的专 利，该公司采用自有材料生产和纺织专利技术，开发生产了p t t 纤维， 命名为“索罗”( s 0 1 0 ) ，生产规模为l0 0 0 t a 。据报道，该公司生产的 这种p t t 纤维柔软性和弹性都很好，伸缩后能1 0 0 恢复原形。日本f 在丌发索罗在内衣、外衣和运动服等各方面的应用“1 。 韩国已有三家公司丌始工业化生产p t t 纤维，这三家公司是s k 化 学、h a n k b o o k 合成和h y u o s u n g 公司。 同时，我国的p t t 生产能力已经达到3 3 0 万吨以上，除主要用于 工程塑料以外，也少量的用于纤维生产 8 1 。 1 3 3p t t 纤维的性能 1 3 3 1 p t t 的分子链构象 oo 0 一 ll o c p e t 。 ( 2 ) p t t 纤维生产的织物可进行无载体常压涕染，色牢度好。 ( 3 ) p t t 纤维具有良好的抗皱性，抗避光性撼污溃燃和耐黪性。 ( 4 ) p t t 纤维还具有优异的混纺性。 ( 5 ) p t t 纾维生产翡织物柔软，蠢且其有舒逡的赞羊毛手感窥我 异的悬囊性。 总之柔软的手感、慧垂经、高弹性、可延伸经、高潮弹性、洗可 穿性、可在低温和低压下无载体染色、在含氯水中起好的色牢艘以及 在湿悉下良好的尺寸稳定性【】仍然是p t t 用于纺织用途最有吸引力的 性能e 它以其瑟其套兹综合拢夔狴毙，隽绞织器翳疆嚣。与诸懿碳纤 维、芳纶、氨纶等特种纤维那种以它的某项独特的物理、化学隧能指 查竺查兰婴二! ：堂焦堡苎 标而在某一专用领域中独霸 们所重视 9 1 。 13 4p t t 纤维的应用领域 第一章引言 方的情况不同，p t t 将以综合实用性为人 1 3 4 1 地毯 由于p t t 纤维优异的回弹性、抗污性、低静电性、化学稳定性及 玻璃化温度高于室温可定型处理等，使p t t 在地毯工业中有着广泛的 用途。目前的地毯丝主要是p a ( 聚酰胺) 和p p ( 聚丙稀) 等，而p t t 有着它们无法比拟的优异性能( 见表卜3 3 ) 。p t t 的主要优点之一就 是能在热空气中纺成高度蓬松的b c f ，作为化纤地毯的原料。典型的熔 融纺丝温度为2 5 0 一2 75 摄氏度，调节变形参数可以得到非常高的蓬化 度。良好的蓬化度和弹性使p t t 地毯明显优于p e t 地毯，p e t 地毯使用 后会很快纠缠在一起，而p t t 地毯与p a 地毯相近，p t t 地毯在频繁地 摩擦和洗涤后仍具有较好的弹性。铺地性能优异、抗污性与可回收使 得p t t 在地毯领域中具有较强的竞争力1 0 】。 表1 4 合成地毯纤维的性能比较 p t tp e tp ap p 蓬松性优较优优良 回弹性优良优差 染色性良较优优很差 染色方法分散染料常压无分散染料高温酸性染料常分散染料高 载体沸染高压载体压温 抗污性优优差一良优 耐腐蚀性优优优良 抗静电性优优差一良优 耐磨性优优优良 柔韧性优良优差 手感优优良良 形状优良优差 13 42 衣料 和其他熔纺纤维一样，p t t 在高速下纺成的p o y ( 预取向丝) 具有 优良可拉伸性，可在较高速下变形成d t y ( 变形丝) ，它具有极好的手 6 东华人学硕士学位论文 第一章引言 感和悬垂性。因此，p t t 纤维在衣料领域尤其是运动服、游泳衣等方面 很有发展前途。 p t t 而料有以下优点：( 1 ) 色牢度高；( 2 ) 舒适性好，并具有良好 的拉伸性和抗静电性，适合人们对弹性面料的要求；( 3 ) 手感柔软， 仿棉手感；( 4 ) 外观悬垂性好；( 5 ) 容易护理，耐用性好。 1 34 3 非织造布 目前p t t 纤维的应用还集中在非织造布领域。p t t 基非织造布可以 以p t t 短纤维( 纯纤或混纤) 通过针刺或水刺缠结技术制得，也可以 采用纺粘法或熔喷法直接制得。壳牌公司正在开发p t t 纺粘法非织造 布做地毯背衬，生产一种极易回收的全p t t 基的地毯新品种。 由于高速工艺加工非织造布，手感柔软，而且悬垂性好，同时具 有显著的抗，辐射性，在医疗用品领域比较y 辐射差的p p 和柔软性低的 p e t 更有竞争力【 。 1 3 4 4 工程塑料 p t t 在玻璃纤维复合材料中表现出非常优良的强度、韧性和刚性。 壳牌公司称p t t 可与己在工程塑料中广泛应用的p e t 、p b t 、p c ( 聚碳 酸酯) 和p a 6 6 等媲美。从机械、热和电性能看，p t t 比p e t 、p b t 更容 易满足纯聚合物应用领域的模塑加工及使用性能的要求，性能更好， 市场潜力更大1 1 l 。 1 3 4 5 其他 由于p t t 纤维模量小，回弹性好，还可以用作安全网，也可以用 于薄膜。虽然p t t 薄膜的耐热性比p e t 薄膜的差，但是p t t 薄膜耐冲 击性好，透明度高，耐用性和耐气候性好，在对耐热要求不高的领域 中比p e t 薄膜具有更大的竞争优势。 另外，p t t 用玻璃纤维增强得到的复合材料也具有很强的市场竞争 力，因为它提供了一种新的水平上的硬度。 此外，s h e l l 和杜邦公司等还正着手开发p t t 的多种用途，比如容 东华大学碳 ：学位论文 第章引言 器鄹聚醋染色韵测等领壤。 1 3 5p t i 并发的市场慧义 1 ，3 5 1p t t 的经济分析 由于p t t 憨由p d o 与p t a 制得的，其价格也主要取决于这两种单 体。下表怒三茅孛二元醇价格比较。 嵌1 5 互种二元醇价格比较( 备以海岸价格计) l一嚣蘸乙二辞gl ，3 嚣二簿p d o1 ，4 丁二醇b d o 价格( 美元磅) o 3o 6 9 1 0 4 洼：鞋4 ，5 万吨，年糍力鲍装置计簿 由表可以看出p d o 与b d o 相比有价格优势，也即p t t 同p b t 竞 争脊优势。 表1 6 聚合物成本比较 i纤维 p a 6p a 6 6p t t i 价格( 美元，磅) 0 9 2 3o 7 0 6 o 5 8 2 注：p d o 能力为9 万吨，年 出表可以番出，对于大规模装鼹( 9 万吨年) 生产p d o 来说p t t 成本仅为0 ，5 8 2 美元磅，这足以说明p t t 在同p a 竞争中具有较大的 价格往势。 1 3 5 2p t t 市蜗开发的可行性 表1 。72 0 0 0 2 0 0 5 年p t t 潜在市场【1 o l 惩途鬻求量k t a “ 尼龙地毯6 7 5 尾龙织甥 9 s 聚酯织物( s p a n d e x ) 3 1o 工程塑料 8 0 其他纤维( 羊毛、棉等) 5 5 总计1 2 1 5 1 ) 驮技术角度看：p t t 能否广泛应用的关键取决予能否褥到低成 本的1 ，3 - p d 0 。 2 ) 从性能和应用角度看：由于p t t 的优异性能，它能应用于多个 寒 东华人学硕士学位论文第一章日i 言 领域。根据专家分析，p t t 纤维的需求量大约5 5 来自地毯领域，其余 的4 5 为其他纺织品领域。 3 ) 从动向的角度看：以壳牌和杜邦两公司为先导，认为这一聚酯 技术是支撑未来聚酯事业发展的方向。 根据壳牌化学公司预测，如果1 0 的化纤地毯原料使用p t t 纤维作 背衬，则需要约1 4 0 k t ，加上p t t 纤维可代替的其他纺织品的原料，到 2 0 10 年，美国将成为p t t 的最大市场，计划将“c o r t e r r a ”的生产量 扩大到1 i o o k t ，而且几乎全部用于纺织领域，并预测2 0 10 年将有l l 或12 家p t t 工厂投入生产。亚洲是纺织生产集中的地区，对于p t t 纤 维的需要增长也会十分迅速。 如果p t t 占有现在尼龙市场的1 0 份额，每年将有近1 0 万t 的p t t 需要；如美国地毯纱消耗量约为1 4 0 万t a ，用于生产各种地毯，尼龙 地毯纱占其中的6 5 ，如果p t t 能替代部分市场，情况将十分可观。同 样，纺织市场也十分巨大，如果p t t 材料使纺织材料市场扩大5 ，每 年将带来2 万t 以上p t t 的需要。相应的，每年1 ，3 一丙二醇的市场需 求大约为4 5 4 万吨 7 1 。 我国的聚酯纤维工业规模居世界第一，近年来全球聚酯市场变化， 在前几年的市场低谷时我国聚酯纤维经营艰难，原因之一就是产品结 构单一，抗市场风险能力不强，因此面向未来的国际竞争，国内庞大 的聚酯纤维产业势必朝高附加值、差别化和功能化的新产品发展。p t t 聚酯材料则是一个新的商机。我国同时也是世界最大的聚酯和热塑性 工程树脂消费市场，是许多聚酯生产商的目标市场。p t t 纤维被专家预 言为“2 1 世纪最具竞争力”、“最为流行”的一种纤维1 4 】。 9 东华大学硕士学位论文 第二章p t t 短纤维物理机械性能研究 第二章p t t 短纤维物理机械性能研究 2 1p t t 短纤维拉伸性能测试与分析 短纤纱性能通常取决于其结构及其成分纤维的性能。纺织纤维、 纱线及其织物在外力作用下被破坏时，主要的和基本的断裂方式是纤 维被拉断，故在研究纱线之前研究纤维的拉伸性能具有重要意义”。 2 1 1纺织纤维的断裂机理及测试意义 2 1 1 1 断裂机理 纺织纤维在整个拉伸变形过程中的具体情况是十分复杂的。纤维 受力开始时，首先是纤维中各结晶区之间的非晶区内，长度最短的大 分子链伸直，也就是成为接近于与纤维轴平行而且弯曲最小的大分子 ( 甚至还有基原纤) 。接着这些大分子受力拉伸，使化学键长度增长、 键角增大。在整个过程中，一部分最伸展、最紧张的大分子链或基原 纤逐步的被从结晶区中抽拨出来。这时，也有可能有个别的大分子主 链被拉断。这样，各个结晶区逐步产生相对移动，使结晶区之间沿纤 维轴向的距离增大，在非结晶区中基原纤和大分子链段的平行度( 取 向度) 提高，结晶区的排列方向也开始顺向纤维轴，而且部分最紧张 的大分子由结晶区中抽拨后，非结晶区中大分子的长度差异减小、受 力的大分子或基原纤的根数增多。如此，大分子或基原纤在结晶区被 抽拨移动越来越多，被拉断的大分子也逐步增加。这样继续进行到一 定程度，大分子或基原纤之间的结合力抵抗不住拉伸力的作用( 例如 氢键被拉断等) ，从而明显的相对滑移，大批分子抽拨( 对于螺旋结构 的大分子则使螺旋链展成曲折链) ，伸长变形迅速增大，出现缓弹的现 象。此后，纤维中大部分基原纤和松散的大分子都因抽拨滑移作用而 达到基本上沿纤维轴向被拉直并平行的状态，结晶区也逐步松散。这 时，由于取向度大大提高，大分子之间侧向的结合力可能又有所增加， 所以大多数纤维拉伸曲线的斜率又开始有所上升。在继续拉伸、结晶 区更加松散，许多基原纤和大分子由于长距离抽拨，有的头端也游离， 1 n 东华大学硕士学位论文 第一二章p t t 短纤维物理机械性能研究 最后，在整根纤维最薄弱的截面上断开( 一部分基原纤和大分子被拉 断，其余全部从对应的结晶区中抽拨出来) 达到断裂点。 2 1 1 2 测试纤维拉伸性能的意义 纺织材料的力学性能，即其机械性能是纺织材料最主要的技术技 能之一，而拉伸断裂强度是材料牢度的基本指标，因此无论在用途、 原料选配、工艺控制、工商交接、商品定价、使用寿命等许多环节中 拉伸断裂强度都被特别关注，它已被列入我国国家标准、企业标准和 国际标准。国外的一些纺织品标准和实验方法标准中也列有此项目。 21 2p i t 短纤维的拉伸测试 21 2 1 实验条件 实验试样：1 6 7 d t e x 38 m mp t t 短纤维， 实验仪器：x q 一1 纤维强伸度仪，夹持距离为1 0 m m ，下夹持器的下 降速度为2 0 m m m i n ， 温湿度：普通实验室的条件，预张力：0 3 c n ，测试次数：1 0 次。 21 2 2 实验数据 表2 。1 三种p t t 拉伸测试比较 强力( c n )伸长e l ( )功( c n m m )强度p ( o n d t e x ) p t t均值4 5 5 86 3 5 7l5 9 22 7 2 ic v ( )1 6 1 3l72 5 p t t均值4 0 1 55 2 5 61 2 8 72 6 7 i ic v ( )1 1 32 0 6 l p t t均值7 5 166 9 0 63 2 7 73 7 5 i hc v ( )1 4 0 917 8 2 2 1 2 3 实际拉伸曲线 注：拉伸曲线图见附录 测试发现即使同是p t t 纤维，但因为加工工艺的不同，不同厂家 东华人学钡 i 学位论文 第二章p t t 短纤维物理机械性能研究 生产的p t t 纤维的拉伸性能有明显的不同。三种p t t 纤维的断裂伸长 都很大，达到了5 0 7 0 。但断裂强力相差很大。第三种p t t 属于高 强高伸性能的纤维，第一种和第二二种都是属于低强高伸的纤维。 21 3 p l l 短纤维与普通p e t 短纤维的拉伸性能比较 为了对比p t t 短纤维与普通p e t 短纤维的拉伸性能，我们将规格 一样的p t t 纤维和p e t 纤维放置于恒温室相同时间后，在相同的实验 条件下进行拉伸对比测试( 1 6 7 d t e x 3 8 r a m ) 。 2 1 3 1 实验条件 试样：p t t 短纤维和p e t 短纤维，规格都是1 6 7 d t e x 3 8 m m ，夹 持距离为2 0 m m ，测3 0 次，其余条件与21 2 1 同。 2 1 3 2 实验数据 表2 - 2p t t 与p e t 短纤维拉伸实验数据 b f ( o n 、 e t ：)t ( c n d t e x ) p t tp e tp t tp e tp t tp e t 5 0 l9 5 26 1 71 9 ，42 7 55 6 9 就拉伸而言，p t t 纤维的相对断裂强度比p e t 纤维低，p t t 断裂 强度为2 7 5c n d t e x ，p e t 为56 9c n d t e x 。但是当p t t 与毛或棉混纺时， 其强力还是足够的。此外p t t 的断裂伸长( 6 1 7 ) 明显比p e t ( 1 9 4 ) 短纤维大很多。 2 1 3 3 拉伸曲线比较 注：曲线图见附录 从图上可以看到，p t t 纤维与p e t 纤维的初始模量有较大的差异。 p t t 短纤维在伸长1 时，需要的拉伸力为o 3 3 c n ；而p e t 短纤维在 伸长1 时，需要的拉伸力为0 7 n 。图上显示p t t 的初始模量为 0 16 n t e x ，而p t t 为0 5 1 n t e x 。此外，有资料表明 1 5 p t t 的杨氏模量 为2 58 n m 2 ，p e t 的杨氏模量为9 15 n m 2 ，当拉伸比增大时，p e t 纤 维的初始模量增加，同时伸长相应减少，但p t t 纤维的初始模量则与 l2 东华大学硕士学位论文 第二章p t t 短纤维物理机械性能研究 拉伸比无关。所以与涤纶纤维制品突出的刚性相比，p t t 纤维和织物的 手感可以给人以接近与尼龙的比较柔软而舒适的感觉。 此外，对纤维而言，一般是初拉伸应力或初拉伸变形较大时，拉 伸弹性回复率较小，也就是剩余变形较大。从这个角度也可以说明p t t 短纤维比常规p e t 短纤维的弹性回复性要好1 5 。而且在二者的拉伸图 中，可以明显的看到p t t 短纤维的缓弹性区域比p e t 短纤维的缓弹性 区域要长。同样也证明了p t t 弹性伸长优于普通p e t 短纤维。 2 2p t t 短纤维的弹性性能测试及分析 上海第十化纤厂生产的商品名为“爱丽莎”的p t t 纤维拉伸2 0 时，其急弹性伸长回复率可达8 2 ，其缓回弹形变回复率近1 8 ，保持 l5 m i n 以上其伸长形变几乎恢复到零，总弹性回复率几乎可达1 0 0 ， 回复率极好。而p a 6 、p b t 、p e t 的总弹性回复率分别为8 0 ，7 6 ，4 4 ”1 。 221p t t 短纤维优异的拉伸回弹性的理论分析 研究表明，p e t 纤维的结晶单元在c 轴上的长度是分子链完全展开 时的9 8 ，p b t 为8 8 9 6 ，而p t t 为7 5 。 由于p e t 纤维的聚合物链基本上是全伸展线形构型，全拉伸纤维的 伸长不大( 大约为6 ) ，这就是p e t 纤维初始模量高的原因。 p b t 纤维在外力作用下会发生构象转变，估计构型变化的范围为 1o 12 。理论上，p b t 虽具有和p t t 同样的结构特征，但伸展度却大 大降低。其原因是一旦p b t 受到较大的张力，化合的丁二醇的亚甲基 链段会转换成另外一种线性结构：即a 、b 晶形的转变，这种链结构 属于“过拉伸式的”会损失张力恢复弹性的性质9 1 。 而对于p t t 来讲，p t t 的大分子链是呈螺旋状排列的。d a n d u r a n d 等通过x 射线和电子衍射方法，研究了p t t 晶体中大分子链的构象， 发现其大分子链中的