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p t t 短纤维混纺针织物产品的开发及性能研究 摘要 p t t 纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维 ( 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 ) 的简称，它与普通涤纶p e t 同属聚酯家族。p t t 纤维综合了p e t 的耐化学性，尼龙的柔 软性和回弹性，腈纶的蓬松性等各种纤维的优良服用性能， 加上本身固有的弹性，已广泛地应用于地毯、非织造布、工 程塑料等领域，并在服用领域也有着相当广阔的前景，成为 当前国际上最热门的新材料之一。 p t t 切片的应用形式有两种：长丝和短纤维。目前，对 p t t 长丝的研究比较多，主要集中在p t t 长丝的耐疲劳性方 面，并且成功地开发出了泳装、紧身内衣和其他高档服装。 本课题的研究对象是p t t 短纤维的服用性能。 为了对p t t 短纤维有初步的了解，我们将p t t 与p e t 的 基本力学性能，包括强伸性能和回弹性能进行了对比。之后， 将两种纤维在同一种条件下进行染色处理，并对比了染色后 两种纤维的强伸性能和回弹性能。 在产品开发方面，本课题选用棉纤维、粘胶纤维、竹纤 维、羊毛纤维、腈纶纤维等常见纤维，按一定的混纺比，与 p t t 纤维混纺，得到一系列的纱线。 首先我们在u s t e r 上检验成纱质量，得到条干均匀度、 棉结、细节等指标，并针对p t t 纤维的特点，提出了纺纱过 程的改进方法。之后，对纱线的强伸性能进行了测试。根据 我们初步分析，纱线的弹性，包括延伸性和回弹性，主要由 p t t 纤维的混纺比例决定。因此文中根据实验数据和理论分 析，对实际生产中如何确定混比例提出了参考意见。 接下来，我们用试纺的纱线，在横机上开发了四平组织 织物。在织物编织完成之后，对织物进行了前处理、染色和 后整理，说明了一般p t t 织物所需要的染色工艺路线和工艺 方法。 在对织物的整理完成之后，我们针对p t t 纤维的特性， 着重研究了两方面的服用性能：回弹性能以及柔软而蓬松的 性能。 通过对比各种织物不同定伸长下多次重复拉伸的弹性 回复率和塑性变形率，证实了p t t 纤维的混入对织物回弹性 能的改善。同时也分析了影响织物回弹性能的几个主要因 素，并在此基础上提出了改进p t t 短纤维混纺织物弹性的几 点建议。 柔软而蓬松的手感是p t t 纤维最为可贵的性能之一，本 文详细对比分析了几种织物的柔软性能和蓬松性能，结果证 明p t t 短纤维的混入，极大改善了织物的柔软面蓬松性能。 这样在某种场合下可以减少羊毛的用量，大大降低生产成 本。 论文最后建立数学模型，运用模糊综合评判的方法，对 织物的手感进行综合分析，验证了p t t 短纤维的混入的确改 善了织物的手感。 纵观本文，通过纤维性能、纱线性能以及织物性能的测 试和分析比较，从宏观上系统地描述了p t t 短纤维在服用方 面的应用情况，为最终能够更好的利用这种新型纤维奠定了 基础。 关键字：p t t 短纤维，织物，弹性回复，柔软，蓬松，服用性能 d e v e l o p m e n t0 fp t ts t a p l eb l e n d e dk n i t t e d f a b r i c sa n da n a l y s i s0 ft h e i rp e r f o r m a n c e s a b s t r a c t p t t ( as h o r t e n e df o r mf o rp 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 ) i s n o wo n eo ft h en e wf i b e r sw h i c ha t t r a c tm o s tw i d e l ya t t e n t i o n a r o u n dt h e w o r l d a l t h o u g h p t tb e l o n g st ot h e p o l y e s t e r f a m i l y a s p e t ，i ti n t e g r a t e s a l m o s ta l lt h ef i n e p r o p e r t i e s o f o t h e rs y n t h e t i cf i b e r s ：a sc h e m i c a l - r e s i s t a n ta sp e t ，a ss o f ta n d e l a s t i ca sp a ，a n da sb u l k ya sa c r y l i c t h i sf i b e rh a sn o wb e e n u s e di n m a n y f i e l d ss u c ha s c a r p e t ，n o n w o v e n f a b r i ca n d p l a s t i cf o re n g i n e e r i n g t h e r ea r em a i n l yt w of o r m sr e g a r d i n gt h eu s a g eo fp t t p t tf i l a m e n ty a r na n dp t ts t a p l e c u r r e n t l y ，m u c hr e s e a r c h h asb e e nd o n eo np t tf i l a m e n ty a r n ，w i t ht h em a i nf o c u so n t h ef a t i g u er e s i s t a n c e 一a n das e r i e so fs w i mw e a r s ，b o d ys u i t s a n do t h e rc l o t h e sh a v eb e e nd e v e l o p e d t h ef o c u so ft h i sp a p e ri s o nt h ew e r ；r i n gp r o p ；l t i e s o fp t t s t a p l e t og e tap r e l i m i n a r yk n o w l e d g eo fp t ts t a p l e ，r e l e v a n t e x p e r i m e n t s w e r ed o n et om a k ea c o m p a r i s o no fm e c h a n i c a l p r o p e r t y ，b o t ht e n s i l ep r o p e r t ya n d r e b o u n de l a s t i c i t y ，b e t w e e n p t ta n dp e t i na d d i t i o n ，e x p e r i m e n t sw e r ea l s oc a r r i e do u tt o f i n do u th o w d y e i n gp r o c e s s e f f e c t sp t t sm e c h a n i c a l p r o p e r t y r e g a r d i n gp r o d u c td e v e l o p m e n t ，s o m e u s u a lf i b e r s i n c l u d i n g c o t t o n ，v i s c o s e ，b a m b o o ，w o o l a n d a c r y l i c ，a r e c h o s e nt os p i ni n t oy a r nw i t hp t ti na p p r o p r i a t ep r o p o r t i o n w i t ht h e s es p u ny a r n s ，s o m er e s e a r c hw a sd o n e f i r s t l y ， t h e y a r n s w e r et e s t e do nu s t e rt og e t s e v e r a l i m p o r t a n t p a r a m e t e r sw i t hw h i c hw ew o u l dd e t e r m i n et h eq u a l i t y o ft h e y a r n s t h e n ，o n t h eb a s i s o ft e s tr e s u l t sa n dp t t c h a r a c t e r i s t i c s ，w ep u t f o r w a r ds o m ec o n s t r u c t i v ea d v i s e o n h o wt oi m p r o v et h eq u a l i t yo fp t ts p u ny a r n a l s o ，t e s t s w e r e t a k e no ny a r n s t e n s i l ep r o p e r t y b a s e do n t h er e s u l t s ，i tt u r n e d o u tt h a tt h ee x t e n s i b i l i t ya n dr e b o u n de l a s t i c i t yo f p t tb l e n d e d s p u ny a r n w e r em a i n l yd e t e r m i n e db yt h ep r o p o r t i o no fp t t s t a p l e i nt h ey a r n t h e r e f o r e ，a d v i c ef o r r e f e r e n c eo nh o wt o d e c i d et h ep r o p o r t i o no fp t ts t a p l ew a sg i v e na c c o r d i n gt ot h e u s a g eo f t h ey a r n n e x t ，f a b r i c s w i t ht h e s e y a r n s w e r e d e v e l o p e d o nf l a t k n i t t i n g m a c h i n e t h e nt h ef a b r i c sw e r ew o r k e d b y t h e p r e - p r o c e s s ，d y e i n g a n dh e a t s e t t e c h n i q u e s ，w h i c h s h o wt h e g e n e r a lt e c h n i c a ll i n e sa n dw a y so f p t tk n i t t e df a b r i c s a f t e rf i n i s h i n g ，i n v e s t i g a t i o n sw e r em a d em a i n l yo nt h r e e a s p e c t s ：t h er e b o u n de l a s t i c i t ya sw e l la ss o f ta n db u l k yh a n d t h r o u g he x p e r i m e n t so fr e p e a t e d s t r e t c hu n d e rd i f f e r e n t e l o n g a t i o n ，t h e e x c e l l e n tr e b o u n d e l a s t i c i t y o fp t tb l e n d e d f a b r i c sw e r e p r o v e do w i n g t ot h ea d d i t i o no fp t ts t a p l e m e a n w h i l es o m em a i nf a c t o r sw h i c hh a dg r e a ti m p a c t s o n f a b r i cr e b o u n de l a s t i c i t yw e r ea n a l y z e da n ds e v e r a lp i e c e so f a d v i c eo nt h e i m p r o v e m e n t o fr e b o u n d e l a s t i c i t y f o rp t t b l e n d e df a b r i c s o f ta n d b u l k y h a n di so n eo ft h em o s t i m p o r t a n t p r o p e r t i e s o fp t t b yc o m p a r i n gs o f t a n d b u l k y h a n do f p a r t i c u l a rf a b r i c s ，i tt u r n e do u tt h a ts o f ta n db u l k yh a n dw e r e g r e a t l yi m p r o v e d d u et ot h ea d d i t i o n o fp t t s p u ny a r n t h e r e f o r e ，t h ea m o u n t o fw 0 0 1c o u l db er e d u c e db ya d d i n gp t t ， d e c r e a s i n gt h ep r o d u c t i o nc o s ts i g n i f i c a n t l y f i n a l l y ，b yu s i n gf u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nw i t ht h e e s t a b l i s h m e n to fm a t h e m a t i c a lm o d a l ，ac o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o no ff a b r i c sw a sg i v e nw h i c hp r o v e dt h a tt h ea d d i t i o n o fp t t s p u ny a r nd i di m p r o v e f a b r i ch a n d i nc o n c l u s i o n ，t h ev a l u ep r o p o s i t i o no fp t t s p u ny a r n i n t e x t i l ea p p a r e la p p l i c a t i o n sw e r ed e s c r i b e db yt e s ta n da n a l y s i s o ft h ep r o p e r t i e so ff i b e r ，b l e n d e ds p u ny a r na n df a b r i c t h e a u t h o rh o p e sa l lo ft h e s ew i l lp r o v i d eas o l i df o u n d a t i o nf o rt h e d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h i sf i b e ri nt h en e a rf u t u r e l in a ( k n i t t i n ge n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db ya s s o c i a t ep r o f z h a ol i k e yw o r d s ：p t ts t a p l e ，f a b r i c ，r e b o u n d e l a s t i c i t y ，s o f t ， b u l k y ，w e a r i n gp r o p e r t i e s 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，崇尚严谨学风。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 文中己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 专研 日期：知- 妒年，0 月，d 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 不保密曰。 学位论文作者签名 指导教师签名 日期：如年版月5 0 曰 日期：妒年1 ) 月9 曰 唧 考 第一章绪论 第一章绪论 p t t 纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维( 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 ) 的简称。自从1 9 5 3 年涤纶纤维问世以来，一直领导着 合成纤维的发展趋势，可以说在2 0 世纪中还没有开发出能与其匹敌的 合成纤维。作为2 l 世纪的大型纤维，所期待的p t t 纤维现已开发成功。 它所以被称为2 1 世纪大型纤维，是因为p t t 纤维与p e t ( 聚对苯二甲 酸乙二酯) 纤维、p b t ( 聚对苯二甲酸丁二酯) 纤维同属聚酯纤维，由同 类聚合物纺丝而成，在2 0 世纪p e t ( 涤纶) 纤维的产量居各种纤维之冠 ( 1 4 5 0 万吨年) ，而p t t 纤维的各项物理机械指标和性能都表现优越。 p t t 纤维的开发成功，将大大丰富聚酯家族。另外，p t t 纤维兼有涤纶 和锦纶的特性，除防污性能外，还有易于染色、手感柔软、富有弹性、 易于保养等特性。 因此，在不久的将来，p t t 纤维将作为新原料而成为常用的主流纺 织材料之一。 1 1p i t 纤维概述 1 1 1p t t 的分子结构 p t t 是由对苯二甲酸( p t a ) 与i ，3 一丙二醇( p d o ) 酯化、缩聚合 成的聚对苯二甲酸丙二醇酯。p t t 分子结构的重复单元如图1 1 所示 卵b l 驴e 酬喇h ： 。 图1 1p t t 聚合物分子结构 2 1 与p e t 和p b t 化学结构中的偶数个亚甲基单元相比，p t t 在结构 单元r i | 含有三个竹甲基单元。研究表j j ，在许多缩聚高聚物中化学结 第一章绪论 构中的奇数或者偶数个甲基单元会影响高聚物的性能，即“奇碳效 应”【3j ，使苯环不能与三个亚甲基处于扁一平面，临近两个羰基的斥 力不能呈18 0 。平面排列，只能以空间12 0 。错开，由此使分子链形成 螺旋状排列，最终影响p t t 的物理性能【4 】【“。 d a n d u r a n d 6 】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o 一【c h 2 ) 3 o 一单元具有能量最 低的反式一旁式一旁式反式构象，即呈现明显的“z ”字形构象， 使得p t t 大分子链具有如同弹簧一样的变形弹性。j a k e w a y s 和w a r d 等7 】也发现了同样的规律。这种非伸直链型的螺旋结构就象弹簧一样， 在纵向外力的作用下，“旁式”单元发生键旋转，分子链的伸长很容易 发生，而且在这种键旋转过程中分子的构型并未发生变化。所以擒象 转变完全是可逆的，外力去除后又恢复原状。这种结构赋予p t t 良好 的内在回弹性，而且纤维的模量较低。p r t 的大分子链空间结构见图1 2 1 1 2p t t 的合成技术 图1 2p t t 大分子构型f 8 】 p t t 是一种芳族聚合物。其制备方法有两种，即对苯二甲酸二甲酯 ( d m t ) 的酯交换法和对苯二甲酸( p t a ) 直接酯化法。它是由i ，3 丙 二醇( 1 ，3 一p d 0 ) 和对苯二甲酸( p t a ) 或对苯二甲酸二甲酯( d m t ) 经缩聚制成的。合成图如l 一3 所示 第一章绪论 圉1 3p t t 的合成圈”l ( 1 ) d m t 酯交换法 在酯交换反应中，d m t 和p d o 在催化剂钛、钻、锌的存在下，在 常压下进行反应，初始反应温度是1 4 0 ，当d m t 完全溶解后开始搅 拌，将温度升至2 2 0 直至酯交换结束，生成对苯二甲酸双羟丙酯 ( b h t t ) 和甲醇。b h t t 在催化剂和稳定剂下进行缩聚反应，其反应温 度比常规p e t 缩聚温度稍低。同样，缩聚反应后期真空度越高，越有 利于排除p d o ，使反应朝生成p t t 的方向进行。 ( 2 ) p t a 直接酯化法 用p t a 直接酯化路线比d m t 路线要经济些，国外目前也致力于 研究这路线。p t a 法中p t a 和p d o 以小于1 ：1 5 的比例加入反应器 中，在定温度( 2 6 0 2 7 0 ) 和反应时间( 1 0 0 14 0 mj _ n ) 下进行酯 化反应，反应结束后在3 0 4 5 m 1 1 3 内降压，在钛和锑催化剂的作用下 进行缩聚反应，温度从2 7 0 下降到2 6 0 ，反应时间一般需要1 6 0 2 1 0 m i l q ，最后生成p t t 和副产物，副产物通过精馏方法除去。直接酝 化可在常压下进行，但是需要催化剂。无论是醮交换路线还是直接酯 化路线，p t t 合成的暮键主要还是催化剂。 1 ，3 一丙二醇( 1 ，3 - p d o ) 是生产p t t 的主要原料。由于p d o 的昂 贵价格阻碍了其发展，直到z 0 世纪9 0 年代中期，低成本的1 ，3 一丙 二醇( 1 ，3 - p d o ) 合成技术有所突破，p t t 的工业化才得以实现”。 目前只有德国d e g u ss a 公司、美国壳牌( s h e l l ) 公司和杜邦( d up o n t ) 公司实现了l ，3 - p d o 的生产的工业化。比较成熟的l ，3 一丙二醇( p 0 0 ) 合成方法主要有三种，即环氧乙烷法、丙烯醛水合法和生物合成技术。 箱一章绪论 环氧乙烷法( 壳牌公司) 该方法分为一步法和两步法两种技术路线。一步法是坏氧乙烷在 9 0 、10 m p a 和催化剂及配位化台物存在的条件下反应生成l ，3 - p d o ： 两步法是在环氧乙烷催化剂及配位化合物存在的条件下，先在8 0 、 l0 m p a 下氢甲酰化，生成3 一羟基丙醛( 3 - h p a ) ，然后3 - h p a 在5 0 1 2 5 、l o m p a 下加氢，生成l ，3 - p d o 。 反应式如下： 一步法：c h ：一c h ：+ c o h 。一h o c h 。c h 。c h ：o h( 卜1 ) o 两步法：c h 。一c h 。+ c o h ：一h o c h 。c h 。c h o( 卜2 ) o h o c h ：c h ：c h o + h 。一h o c h 。c hz c h 。o h( 1 3 ) 该工艺的关键是配位化合物的选择。壳牌公司以钴、钉的羰基化 合物作为主催化剂，并配位化合物为二叔膦类化合物。环氧乙烷法设 备投资大，但产品成本价格较低，原料容易得到，易于储运，所得产 品的羟基含量较丙烯醛法低，但环氧乙烷路线的技术难度大，特别是 催化剂的制各与选用较为复杂。壳牌公司已将环氧乙烷法应用于工业 生产中f 10 1 。 丙烯醛水合法( d e g u ss a 公司) 该技术路线中，丙烯醛先在5 0 。c 、1 0 m p a 条件下水合生成3 - h p a ， 然后3 - h p a 在5 0 1 2 5 、1 0 m p a 下加氢，生成1 ，3 - p d o 。反应式如下： c h2 = c h c h o + h ：o h o c h ：c h ：c h o( 1 4 ) o c h ：c h 。c h o + h2 一h o c h 。c h ：c h 。o h ( 卜5 ) 丙烯醛合成1 ，3 - p d o 的技术关键是丙烯醛水合转化率和催化剂选 择性的高低，所以水合催化剂的性能和水合工艺决定了工艺路线的先 进性。丙烯醛路线成本较高，反应条件比较缓和，技术难度也不是很 大。但丙烯醛本身也是一种重要的有机中间体，而且属剧毒易燃易爆 物品，难于储运和运输。1 94 2 午d e g us s a 公司建成了第一个丙烯醛工 业化装置，其合成路线为： n a s i 0 ，s i0 ， h c h o + c h a c h o 一_ 一 3 0 )3 2 0 目前，1 ) e g us s a 公司己建成了 装胃也即将投产。 l ，3 一p d o 试装置，大规模的 i 业化 生物合成技术( 杜邦公司) 该法采用葡萄糖或淀粉等碳水化合物作为碳底物，通过与单一微 生物接触，在适当的发酵条件下制备1 ，3 - p d o 。所使用的单微生物 含有一种活性脱水酶或二：醇脱水酶的基因，以这类生物酶作为催化剂， 可以将碳水化合物转化为1 ，3 - p d o 。加藤拜等利用含有编码h “油一3 一 磷酸脱氧酶、甘油3 磷酸酶、甘油脱水酶和1 ，3 一丙二醇氧化还原酶 活性基团的重组生物体，使多种碳水化合物经生物发酵制备l ，3 p d o 。 生物发酵方法合成l ，3 一p d 0 可以表示为： 碳水化合物 酶催化剂一t t o c h2 c h 。c h ：o h( 卜7 ) 1 ，2p i t 发展动态 1 21 国外发展动态 p t t ( 聚对苯二甲酸丙二醇酯) 纤维是一种性能优异的聚酯纤维，它 是由对苯二_ 甲酸( p t a ) 与l ，3 一丙二醇( p 1 ) o ) 酯化、缩聚得到的。，早征 l9 4 1 年美国c a l ic 0p r i n t ersa s s 公司的w h i n f l ie i d 和d ic k s 0f i 就成 功地合成了p t i ，但是由j 二p d o 价格昂贵没能进行工业化生产。迈年来， 随着p d o 生产新工艺的成功开发，p t 、纤维的研制和开发也取得了惊人 的进步。 目前p t q l 纤维在商、止化居领先地位的是壳牌化学公司，预期在 第一章绪论 2 0 1 0 年能提供p t t 聚酯1 百万吨年产能。虽然，目前壳牌化学公司 在路易斯安那厂生产p d o ，年产能仅为7 3 万吨，但在美国西维尼哑 的p o i n tp 1 e a s a n 工厂，p t t 聚合体的年产能为2 万吨。另外，壳牌 化学公司也运用策略联盟方式与德国l u r g iz i m m e r ( 鲁齐吉玛) 公 司合作生产p t t ，除考虑如何简化制造工艺外，也希望在价格策略上 能更具竞争力，2 0 0 1 年更进一步在墨西哥扩厂增产1 2 万吨，目前壳 牌化学公司总产能为1 4 万吨年。根据壳牌的预测，2 0 l0 年世界p t t 需求将达1 0 0 万吨，主要用于纺织领域，约5 5 用于地毯生产。 在美国s h e l l 化学公司p t t 聚合物“c o r t e r r a ”的基础上，p t t 的工业化正迅猛发展。日本、韩国、中国台湾、欧洲和美国的一些纤 维生产厂均开始了工业化生产。 杜邦( d u p o n t ) 公司开发出用生物酶催化法制备l ，3 一丙二醇( 3 g ) ， 用于生产3 g t ( p i t ) 。杜邦公司声称用低廉的碳水化合物通过微生物酶 催化发酵的方法可制得3 g ( p d o ) ，方法简单，副产物少，成本低。公 司年生产3 g ( p d o ) 可达6 亿磅，而且成本仅0 2 0 $ b ( 合人民币约1 6 元磅) 。其生产的3 g ( p d o ) 用于生产3 g t ( p t t ) ，现在年产p t t 纤维约 1 万吨，计划到2 0 0 0 年达到年产量1 0 万吨。这种来自玉米淀粉的葡 萄糖所生产的纤维，可被热定型，也可以被拉伸至1 5 以上，而回复 时不会产生永久性的蠕变，并且具有抗污性，可使用传统颜料染色。 此纤维可以应用在很多方面，铡如服装、家具、家饰织物、地毯和汽 车内部装饰料等市场。 在韩国，现在主要有三家公司生产p t t 纤维，s k 化学公司从1 9 9 9 年7 月开始以“e s p o l ”商标销售p t t 纤维，其生产能力为1 万吨年： 韩国合纤公司以“z i s p a n ”商标生产p t t 纤维；晓星公司以“n e o p o l ” 商标生产p t t 纤维，生产能力为5 0 吨月。计划本年初增至2 0 0 吨 月。还有四家公司准备涉足p t t 纤维的生产，分别是s a m y a n g ，k o l o n ， k o h a p ，t e e k w a n g 公司。 在台湾，华隆公司1 9 9 6 年从壳牌接受许可开发p t t 纤维，1 9 9 9 年获得成功。同年，工业研究院化工所、纺织研究中心对? t t 纤维进 第一章绪论 行了商业验证，化工所负责聚合、纺丝，纺研中心负责变形加工、织 布、染整及服装设计一条龙科研计划。华隆负责上、中、下工序的整 体放大，推向工业化。华隆计划以“e s t e r a ”商标销售p t t 纤维产品， 以丝和针织品展开。 此外，臼本方面，旭化成公司亦与壳牌化学公司签约，使用其3 g t 聚合物来制造纤维出售，并将其命名为s 0 10 纤维，年产2 0 0 吨。更计 划于2 0 0 5 年时，增产为2 万吨。 1 2 2 国内p i t 开发存在的问题 国内对丙二酵和p t t 的研究开发尚处于起步阶段，一些单位正在进 行l ，3 一丙二醇合成方法的试验。国内几家知名化纤公司也都有意开发 p t t ，但无论投资力度还是已获取的成果都与国际水平有较大的差距。 国内在p t t 开发上，尚未解决的问题主要是集中在催化剂的选择和改善 u t 色相上，p t t 纤维高回弹性的结构原因也是有待于进一步研究的方 面。所以国内应尽快抓住机遇，进一步进行对p t t 深入的研究和产品开 发，以参与国际竞争。 1 3p t t 的纤维的应用领域 1 3 1 服用领域 曾有人将p t t 描述成“未来的弹力纤维”。p t t 之所以如此引人 注目，在于它的各种优异性能：柔软的手感、悬垂性、可延伸性、高回 弹性、洗可穿性、可在低温和低压下无载体染色、在含氯水中良好的 色牢度以及在湿态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t 】。作为一种理想的多用途聚合物，p t t 纤维把各种纤 维的优良服用性能集于一身，并将成为最流行的纤维品种之一。几种服 用纤维的性能比较见表1 1 【】1 1 2 1 1 1 3 l f l4 第一章绪论 表1 一i p t t 纤维的性能与常见的儿种化学纤维对比 p t t 纤襄p i t 量f 雏显摇野襄 聚奔媾籍拜雏亲氧取谭毪符毫 f-tt-t ttttt 周弹性 t 蓬 l 往 t t 釉| 睦 ttt t 执污蛙 t ， ， 隶瓣渡 t t tt 日晒牢度 t t 蝻龟性 一 t 晕色深度 t t ttt 竹格 最垂性 tt 注：t 优晃良戆赶t 蔻报基 采用p t t 纤维生产的面料具有以下优点：染色一低温易染，且色 牢度高：服用一舒适性好，因为它具有良好的可拉伸性和回复性、抗 静电性；手感一一柔软：外观一一色彩明亮、艳丽，悬垂性好，且具有流 动的褶皱：维护一易于维护，具有良好的抗污性，且可以机洗烘干，耐 用性好。p t t 纤维与其它纤维混纺，具有如下优点：与棉混纺一一可赋予 织物柔软性、适宜的伸长度及提高尺寸稳定性；与醋纤混纺一可赋予 织物伸长性和优异的染色均匀性：与毛混纺一一可避免织物泛黄，使织 物保持柔软的手感。 p t t 纤维诸多优异特性使它可用于生产各种类型的服装：休闲服、 运动服、内衣及礼服。【1 3 1 5 0 年代，杜邦公司首先工业化生产出聚氨酯纤维l y c r a ，国内称之 为“氨纶“，从此新一代的弹性纤维得到了广泛使用。但是，聚氮酯 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，其产 品不能满足市场需要。为进一步满足市场需求，从降低成本，简化工 艺方面考虑，人们又开发出改性的聚酯类弹性纤维代替昂贵的聚氮酯 弹性纤维。 由于p t t 纤维制成的织物具有舒适性，耐久性和易保养性，结合了 尼龙和聚酯的优点，且p t t 编织工艺中工序简单，冲击韧性优越，很适 合做泳装、内衣和其他高档服装。但目前p l 、t 仍处在丌弩阶段，价格优 第一章绪论 势并不明显，但与尼龙相比，其成本明显降低。成本因素与最终产品 的开发仍是p t t 走向市场的关键 “1 1 1 5 1 。 132 地毯领域 p t t 纤维有优异的回弹性、染色性、抗沾污性。由于它的玻璃化转 变温度高于室温，假捻定型后形状能固定下来。p t t 用作地毯不仅具有 与p a 纤维相似的性能，而且有比p a 纤维更优异的性能一一抗污性。 s h e l l 公司己成功推出了地毯工业用p t t 纤维商品一一c o r te r r a 。如果 p t t 占有美国地毯市场的2 0 ，p t t 纤维的需求量为2 8 万t ( 按1 9 9 4 年 计) 。我国1 9 9 5 年地毯耗量5 0 0 0 万i l l2 ，预计2 0 0 0 年为7 0 0 0 万m2 ，每平方 米地毯需纤维约4 0 0 8 5 0 0 9 ，因此约需3 万t 纤维。 1 3 3 非织造布领域 p t t 用于非织造布领域具有优异的混纺性，如：柔软性、弹性和良好 的蓬松性，而p t t 潜在的可回收性和防v 一射线性对于其应用于非织造 布领域也很有价值。p t t 在开发非织造布市场具有巨大的潜力，如妇女 卫生巾、一次性尿布、棉胎、外衣和装饰布以及汽车、家具坐垫、建 筑安全网等。 1 3 4 工程塑料领域 p t t 的抗冲击强度和尺寸稳定性都较好。s h e l l 化学公司于1 9 9 7 年6 月在日本塑料展览会上展出的牌号为“c o r t e r r a ”的p t t 树脂，由于其 使用性能优于p e t ，成型加工性能优于p b t 而引起了工程塑料界的极大 关注。p t t 的优异特性使其可完全取代p b t ，以及取代一部分p e t 。另 外，p t t 采用直接聚合法生产，p b t 的聚合大部分采用d b i t 路线，生产过程 中将产生甲醇和四氢呋喃。而且p t t 单体p d o 已具备工业化生产条件，来 源可保证。因此与p b t 相比，p t t 有价格方面的优势。 第一章绪论 1 4 本课题进行的目的、意义与内容 1 4 1 目的及意义 当今的生活和工作方式会影响今后服装的走向。由于我们的工作 时间正在逐步延长，适宜工作场合穿着的服装也在逐步体阑化。无论 在工作还是在娱乐，舒适性成为服装最为重要的一个特性。弹性服装 的舒适灵活性，合体性以及洒脱自然的风格自然就越来越受到消费者 的青睐。于是，在服装潮流向着舒适健美的方向发展时，弹力织物风 靡国际国内市场。 目前，弹力织物主要产品是高弹性织物。这些织物里面添加了高 弹长丝，如氨纶、锦纶等，广泛地用于开发游泳衣、美体塑身内衣、 健美服连裤袜等方面。但是，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，故其产品不能满足市场需要。为进一 步满足市场需要，而且从降低成本和加工比较方便等方面考虑，人们 又开发出改性的聚酯类弹性纤维和聚醚类弹性纤维代替造价昂贵的聚 氨酯弹性纤维。在这个背景之下，被称作为“未来的弹力纤维一p t t ” 成为弹性纤维探究热点。 李京歌通过大量的实验，研究了p t t 长丝在定伸长重复拉伸下的 弹性回复性能，并与市场上常见的p b t 长丝、p a 6 6 长丝、棉氢包芯纱 进行对比，得出结论；p t t 长丝在重复拉伸条件下具有优越的弹性回 复性能以及较小的塑性积累，是一种很具有开发前景，可以成为多衲 弹性纤维的替代产品。1 1 6 1 蔡平平和曹丽敏刚用p t t 长丝，分别在横机、圆机上开发了大量 的p t t 纬编弹力针织物。通过实验发现，纯p t t 长丝织物在拉伸4 0 的情况下，弹性回复率高达9 5 ，在拉伸7 0 的情况下，弹性回复率 仍有7 6 。证实了p t t 长丝确实是一种很有潜力的弹力材料，应用于 高弹面料领域。u t i 1 8 】 上面提到的这三位同学均是对于p t t 长丝及其应用进行的研究， 研究的重点都在于其优越的弹性，以商弹力织物为开发目标。 第一章绪论 事实上，p t t 产品包括p t t 长丝和p t t 短纤维两大类，而p t t 短 纤维与p t t 长丝有着截然不同的风格。在本课题中，我 f 致力于p t t 短纤混纺纱及其织成的织物的性能研究，并与几种类似织物进行对比 和分析，为今后p t t 短纤维产品在服装领域的开发和应用提供有并j 的 依据。 14 2 内容 本课题目在研究p t t 短纤维在针织上的应用。在编织以及对织物进 行整理的基础上，针对纬编针织物的回弹性、柔软、蓬松等服用性能 进行了研究和探讨，开发了多种服装厩料，并比较了几种类似织物的 性能差异。着重研究p t t 短纤维对面料服用性能的改善作用。以推动p t t 新产品的开发、开拓p t t 纤维的应用领域。 本课题主要研究内容包括： ( 1 ) p t t 短纤维与普通涤纶p e t 短纤维的基本力学性能的差异，p t t 棉、p t t 竹、p t t 粘胶羊毛、涤棉、纯棉、p t t 羊毛、腈纶羊毛混 纺纱线的性能对比研究。 ( 2 ) p t t 短纤混纺纱纬编针织实验试样的生产工艺的探讨：编织四 平结构，开发混纺织物，并对其进行后整理。 ( 3 ) p t t 短纤混纺针织物的弹性回复性能研究：在初步研究织物的 拉伸性能基础上，着重研究了织物在三种较小的定伸长下循环拉伸的 弹性回复性能。 ( 4 ) p t t 短纤混纺针织物的柔软手感和蓬松性的研究：探讨了p t t 短纤维对织物的柔软和蓬松性能的改善a ( 5 ) p t t 短纤混纺针织物的折痕回复性能探究及织物风格的模糊综 合评判：综合考虑多项重要的织物性能，运用模糊数学的方法，对试 样的服用性能进行模糊综合评判e 第二章p t t 短纤维及土i 混纺纱线的性能研究 第二章p t t 短纤维及其混纺纱线的性能研究 纺织纤维的力学性能直接影响到成纱性能，二者很大程度上决定 了织物服用性能。所以在这一章中，我们先研究本课题中所用的p t t 短纤维及所纺的混纺纱的基本力学性能，为进一步研究织物性能奠定 基础。 2 1 p t t 短纤维的基本性能 2 1 ，1 纺织纤维断裂原理 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。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，在非结晶区中的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，大分子或基原纾在结晶区被 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，从而 明显的相对滑移，大批分子抽拔( 对于螺旋结构的大分子则使螺旋线 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拔滑移作用而达到基本上沿纤维轴 第二章p t t 短纤维及其混纺纱线的性能1 i 】| = 究 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 基原纤和大分子出于长距离抽拔，有的头端也游离。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 对应的结晶区中抽拔出来) 达到断裂点”。 2 ，1 2p t t 短纤维的强伸性雏 纺织材料的力学性能，即机械性能是纺织材料最主要的技术指标 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。它己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