PTT纤维工艺及性能

1、PTT纤维工艺及性能 【作者：赵春保】一、前言 随着人们生活水平的提高，舒适、易护理的服装愈来愈受到人们的青睬，各种新型化学纤维相继问世。PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)就是一种新型的聚酯纤维。PTT纤维兼具涤纶、锦纶、氨纶的优点。克服了PET纤维过于刚性的不足，具有优异的拉伸回弹性。可用分散性染料在无载体情况下常压沸染，更利于与各种天然纤维交织或混纺。不仅可以节约染料和能源，还可以降低环境污染，具有明显的经济效益和环境效益。PTT纤维与高弹的氨纶相比，可不用包芯而直接作为弹性纱使用，更易于加工。利用PTT纤维制成的织物，具有弹性回复性好、手感柔软、悬垂性高、耐磨性好、易洗快干、免烫以及良好的湿

2、态尺寸稳定性。因此，用PTT长丝针织或机织的弹力织物，可用于贴身内衣、游泳衣及保形性要求较高的高级服饰等。PTT纤维在日益增长的弹性市场有很大魅力和开发潜力，在不久的将来，PTT纤维将成为继PET后最为热门的纤维材料。 如今，许多消费群体已经认可：PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)是由PTA与1，3一丙二醇(PD0)缩聚生成的聚酯，集PET与PA的优点，具有弹性好、蓬松性好、易染色、色牢度好而鲜艳、耐脏、耐紫外线、静电低、悬垂性好等优点，可制成高效的伸缩及回复、手感柔软的弹性机织物及针织物。 二、PTT的发展历史 虽然早在1941年研究PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）树脂时就已成功地在实验室合成PT

3、T，但直至20世纪90年代PTT才实现工业化，原因是制备PTT的主要原料1，3丙二醇单体工业化较难。20世纪90年代，国际上几家大公司相继在1，3丙二醇合成新工艺上取得突破，从而使PTT 生产进入工业化开发阶段。由于工业化1，3丙二醇装置建成投产，各纤维厂商纷纷加入PTT开发行列。目前美国、欧洲、日本、韩国及我国台湾都已开始工业化生产PTT，并掀起开发热潮，但世界PTT生产能力主要集中在美国。 我国内地PTT工业化生产尚处于立项阶段，但从地毯、纺织品及工程塑料市场容量看，具有广阔的前景。随着PTT工艺不断完善，生产成本下降和应用市场开拓，它将在性能、价格上与PET、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯

4、）和PA66等竞争。国家产业部门已将发展PTT列入“十一五” 合纤结构调整规划。 我国1，3丙二醇开发也处于起步阶段。国内已有一些单位进行了 1，3丙二醇合成的小试研究。据了解，黑龙江石化研究院已开发出从丙烯醛开始合成1，3丙二醇的小试工艺。另外，辽阳化纤、仪征化纤、上海石化等都有开发PTT的兴趣，但关键在于能否得到低成本的1，3丙二醇。 三、PTT的聚合过程 1.1，3-丙二醇的合成 由于长期以来，作为其重要原料之一的 l，3一丙二醇(PDO)单体价格昂贵，致使PTT无法工业化生产。通常PDO有3条制备路线， 以丙烯醛为原料(Degussa)；以环氧乙烷为原料(Shell)； 以丙三醇为原料

5、(DuPont)。 传统的PDO合成路线是以丙烯醛为原料，通过水合作用来制取，现在已被以环氧乙烷为原料所取代。而以丙三醇为原料通过发酵作用来制备PDO，因为生产过程的凌乱而失去吸引力。目前国产的PDO单体经过上海石化的实验证明，其效果尚不如从国外进口的PDO原料，如聚合物的色泽。 2.PTT合成的工艺路线研究 PTT如同PET及PBT相似，也就是说PTT也是半结晶性热塑性聚酯，可以经过DMT或PTA路线聚合得到： 2.1苯二甲酸二甲酯(DMT)与 PDO酯交换，继而缩聚制得PTT(DMT法) 酯交换法在温度140-220，采用 Ti系催化剂，先脱除甲醇，缩聚升温至270并减压到5kPa缩聚。

6、2.2苯二甲酸(PTA)与PDO直接酯化(PTA法) 由 Zimmer公司与 Degussa公司研究开发的直接酯化法生产工艺，包括PTA与丙二醇酯化、预缩聚及终缩聚3个主聚合阶段组成。为了与大生产相结合，且PTA路线比DMT路线的生产成本低，不需要回收甲醇，流程简单，节约成本，直接酯化路线是现在研究的重点。 目前国内在聚合反应的各个阶段如何划分，以及各反应阶段动力学方面并没有进行研究，造成聚合物的粘度基本上低于0.90。国内一般将聚合分为3个阶段，即酯化、预缩聚和终缩聚，通过搅拌器的功率来区分不同反应阶段的聚合结束时间，基本上模仿 PET的聚合；而 Zimmer公司采用5段连续熔融过程(240

7、-270)制取。PTA和 PDO在前2段内被酯化，过剩的PTA从第二段除去；第3和第4段为预缩聚反应器；第5段为缩聚反应器。前3个反应器为搅拌釜式反应器，第4和第5段采用 Zimmer公司开发的盘环式反应器。 3.酯化催化剂体系研究 研究集中在酯化催化剂体系，不同催化剂种类和不同催化剂浓度对PTA与PDO直接酯化反应速度的影响，表明使用 Ti系催化剂和合适的含量，可以获得良好的酯化效果。 4.缩聚反应与缩聚催化剂体系的研究 通过对缩聚反应和缩聚催化剂体系的研究，获得最佳聚合工艺。国内在这方面需要进行更多的研究。 5.对PTT结构性能的研究 运用差示扫描量热法(DSC)对合成的PTT进行结构性能

8、研究，表明PTT的玻璃化温度(Tg)、结晶温度(Tc)和熔点(Tm)均介于 PET和 PBT之间。 通过等温结晶动力学和非等温结晶动力学研究表明，PBT的结晶能力最强， PET较弱，PTT则介于两者之间。 X衍射研究结果表明，在同样的热处理温度和时间下，PTT的结晶能力介于 PET和PBT之间。一系列结构性能研究结果证明，在聚酯大分子链上，亚甲基数量的多少对分子链的柔性起决定性的作用。 运用热台偏光显微镜对PTT的结晶过程进行了动态测试分析，表明PTT在从熔体生长的结晶过程中生成球晶，随着结晶温度的降低，有一个从以异相成核结晶为主转向以均相成核结晶为主的过程。 四、PTT长丝工艺方面情况简述

9、1.PTT长丝生产工艺流程 PTT纤维生产工艺流程与涤纶长丝生产工艺流程非常相似，PTT纤维生产工艺流程如下：PTT 切片投料筛选切片输送切片料仓干燥机螺杆挤压机预过滤器计量泵纺丝组件侧吹风上油卷取落筒（PTT-POY丝）。然后是PTT-POY丝第一罗拉第一热箱第二罗拉第二热箱第三罗拉上油卷绕(PTT-DTY丝)。 2.干燥工艺的选择 PTT与PET及PA一样，容易水解，含水率的高低对纺丝的影响与PET纤维一样，微量的水分也会大大加速聚酯水解的进行。随着水解反应的加快，PTT的分子量降低，不仅影响纤维的质量，而且使可纺性变差。对同一纺丝条件下，不同含水率的切片对可纺性的影响作了比较。也就是说，

10、当含水率大于68104 时，无油丝黏度降增加，可纺性变差； 同时考虑到PTT聚合物链的空间结构是由亚甲基片段(键合的PDO组分)歪扭构象和对苯二甲酸单元的刚性线性结构形成的，因而其玻璃化温度、熔点较PET低，但由于PTT具有较强的 结晶趋势，结晶速率比PET快得多，介于PBT和PET之间。因此，可采用与PET切片类似的干燥工艺，使干燥主加热器温度略低于PET切片，使切片不粘结，降解小，切片含水率控制在60104以下。 3. PTT-POY丝纺丝卷绕工艺的选择 PTT由于其分子结构柔性链的增加而使玻璃化温度降低，结晶温度也低，结晶速度较快，在纺丝中部分结晶，因此，必须选择合适的纺丝卷绕工艺条件。

11、 3.1 纺丝温度 在纺丝过程中发现，PTT对温度变化的灵敏度要比PET高，虽然纺丝温度变化不大，但对P0Y的后加工性能影响却较大，故在纺制PTT纤维时，必须严格控制纺丝温度。为了得到流动性好、黏度均匀的熔体，除了根据PTT切片的特性数据来设计纺丝温度外，还要考虑纺制纤维的纤度， 即泵供量的大小和受热时间的长短。一般来说，在一定纺速下，粗旦丝的熔量大于细旦丝，聚合体在螺杆中停留时间短，故温度相应增高， 这样流变性能均匀性提高，可纺性良好。综合各种因素，在纺制PTT纤维时，纺丝温度控制在245-265 为好。 3.2 过滤条件 从PTT切片的性能指标可以看出，PTT的特性黏度明显较PET大，纺丝

12、时熔体黏度也较PET高，使过滤器和组件升压快，更换周期短，纺PTT纤维在纺丝组件的过滤介质选用上，必须选择适当目数的介质和合理的配比，以有效地去除熔体杂质并保证合适的组件压力。装砂时考虑组件起始压力情况以及使用周期等，采用了升压速度较慢而过滤效果较好的金属砂，并采用30目60g，20目100g，此时组件起始压力较正常，压力上升稳定，断头少，熔体过滤器芯也必须合理选择，根据PTT分子的特性及升压时间的长短，将20 u m的更换成30 u m的过滤芯，以保证正常的更换周期和满足工业化的生产条件。 3.3 卷绕速度 PTT在不同卷绕速度下的POY，其最终性能有很大差别。由于PTT结晶度随纺丝速度的提

13、高有明显增加。因此，应考虑卷绕速度对剩余牵伸倍数和结晶度的影响。通过试验，可知在相似条件下PTT的P0Y其断裂伸长强度明显低于PET的POY，而强度则高于PET的POY，为了便于后道加工的顺利进行，PTT的POY剩余伸长要大。因此， 应适当降低卷绕速度，一般在2700-3000m/min之间，同时相应调整其他卷绕工艺参数，得到了性能优异的PTT-POY丝。 五、PTT纤维性能与价格比较 1.PTT与其他纤维性能比较 见下表1所示。 表1 PTT纤维与其它纤维的比较 项目PTTPETPA6PA66膨松性及弹性优中中良抗折皱性优优中良静电低很高高高拉伸回复性优差良优吸水性差差中中抗日光性优良差差尺

14、寸稳定性良良良良染色性优优良良印花适应性优中良良加工及后处理费用低高中中耐污性优良优优项目单位PET-FDYPTT-FDYPA-FDY抗拉强度cN/tex383040断裂伸长%304035回弹性良优优沸水收缩率%81410染色性能差优良染料分散染料分散染料酸性染料热定型良良差热定型卷曲率%2042冷却定型卷曲率%4250502.PTT纤维的价格比较 PTT是集各种化学合成纤维的优良性能指标为一体的优秀高分子聚合产品，它与碳纤维、芳纶、氨纶等高性能纤维不同，它不是以其制品的某项指标上的特别表现为其价值，而是以其优良的综合性能指标、以及部分指标的合适的改良值为其特色的新的聚合材料。PTT的应用领域

15、将主要是对于传统纤维制品的升级换代，它的发展价值在于它将是一种大类材料，它面对的将是成百万吨的大市场；而不同于上述尖端特殊高性能材料的比较狭窄的特别市场领域。从另一角度上说，与此紧密相连的是，PTT的价位必须是大众化的。 由于近年来PTT纤维尚处于市场开拓时期，PTT还没有真正明显的被市场所了解、所接受，还没有真正形成规模的市场需求量，因此，PTT的经济规模生产水平还形成不了、还发挥不出来；加上一个新产品的开发初期，需要大量的资金作为技术开发和市场开发之用。这一切便造成了目前PTT的价位偏高的现象。华源股份在从事工艺开发的同时，正积极寻找可以消化PTT价位的应用品种实施市场开拓。业内人士将全力以赴努力实现市场对于PTT的认识和接受，而使PTT产品能尽早造福于社会，并且寄希望于PTT随市场的迅速拓展而使其价位迅速归于正常；也更寄希望于PDO的合成技术的新的发展以支持PTT的成本的进一步下降。PTT的价位能尽快归于正常，则必将促使PTT及早被市场所接受，从而得到飞跃发展。 因此PTT的市场价格的下降潜力，是PTT的市场接受程度的根本保障。当PTT的价位低于PBT，则PTT的市场接受程度必将产生第一个飞跃；一旦PTT的价位能进一步低于尼龙，则将是PTT的一个更大的飞跃。如果比涤纶贵20%的预言果真实现，则PTT将无可置疑地步入它的全盛时代。 六、结束语 PTT是最新实现工业化开发并取得