与天然纤维不同的是,合成纤维根据其分子组成具有独特的性能,如强度高、重量轻、易洗快干、弹性好、不怕发霉等。目前,它们在纺织领域的应用正逐渐超过天然纤维。
聚酯纤维作为合成纤维的一大类,自1941年研制成功以来,受到各界的青睐,发展迅速。近年来,其市场份额逐渐超过聚酰胺纤维,成为合成纤维中最大的品种。
聚酯纤维的种类很多,GB/T4146.1-2009中给出了三种,分别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维和PTT纤维。
其中PET纤维在中国的商品名是聚酯,聚酯只是聚酯纤维的一种。聚酯纤维因其原料易得、性能优异,已成为化学纤维中产量最大、用途最广的纤维。也正因为如此,人们才会误以为聚酯纤维就是聚酯纤维。但近年来,随着纤维生产技术的提高,在聚酯纤维中加入了PBT和PTT。随着PTT纤维和PBT纤维尺寸的出现,聚酯纤维不再是聚酯纤维的专属。但在实际检测中,由于这三种纤维很难用普通方法区分,理论上可以用红外光谱结合熔点法进行鉴别,但鉴别过程也有一定难度。所以根据GB/T 4146.1-2009标准,一般情况下会出具“聚酯纤维”报告。只有在委托方明确要求,且样品能鉴定为“聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)”的情况下,检测机构才能出具“聚酯纤维”的证明。
PET、PBT、PTT纤维虽然都是聚酯纤维,但性能不同,应用领域也不完全相同。
PET纤维PET纤维又称聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维,在国内常被称为聚酯。目前,PET纤维主要由对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)直接酯化或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)酯交换生产。
PET纤维的纵向截面与PTT纤维相似,在百特网显微镜下PET纤维截面呈圆形,纵向粗细均匀,毛羽少,表面光滑。PET纤维的分子式为[-OC-Ph-COOCH2CH2O-]n,单基团由一个苯环、两个酯基和两个亚甲基组成。由于PET分子中存在苯环,传统熔融纺丝后需要拉伸,使其快速结晶,可以使制备的纤维取向度和结晶度更高。由此生产的PET纤维具有强度高、弹性好、热定型性能优异、耐热性好、耐酸碱等特点。
涤纶因其加工简单、价格低廉,广泛应用于服装、装饰和工业。在服装领域,PET制成的面料易洗快干,有“可洗可穿”之称。而且其分子中的酯键抗氧化能力强,不易被洗涤剂、肥皂等产品破坏。同时,PET纤维不易被微生物侵蚀,因此面料具有良好的耐久性。涤纶织物热定型后,尺寸和形状稳定,挺括不易缩水,可用于制作衬衫、男式西服、夹克等。聚酯的缺点主要是由于分子排列紧密,缺少亲水基团,所以染色性、吸湿性、抗静电性较差,产品易燃烧。
随着科技的发展和人们对高品质服装的追求,PET纤维的多功能应用是目前的一个研究方向。为了改善方莉聚酯纤维吸湿性差、易产生静电的缺点,采用纳米二氧化钛对聚酯纤维进行表面改性,不仅改善了聚酯纤维的缺陷,而且由于二氧化钛的加入,赋予了其抗菌、抗紫外线、光催化自清洁等特性。郑石通过金属离子和有机酸等化学改性方法开发了抗菌PET纤维。孙研究了医用人工韧带材料PET纤维的表面改性和编织方法。
PBT纤维聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是由对苯二甲酸二甲酯(DMT)或对苯二甲酸(TPA)和丁二醇通过酯化和缩聚反应制成的。PBT纤维由于原料丰富,生产工艺与聚酯纤维相似,近年来已大规模生产。PBT的分子式为[(CH2)4 OCC 6h 4 COO]n,比PET多两个亚甲基链,PBT较大的亚甲基分子主链结构为螺旋状,与尼龙相似,而亚甲基Baxter网络链长比PET长,所以PBT纤维的柔软性、耐磨性和弹性与尼龙相似,化学性质与PET纤维相似。由于PBT纤维的分子可以自由移动,所以PBT纤维具有优异的拉伸和压缩弹性以及抗皱性。相对于PET的可染性差,PBT的玻璃化转变温度仅为22℃,可以在无载体的情况下与分散染料常压煮练。然而,由于A型和B型晶体变形,PBT在高温下具有差的尺寸稳定性。
PBT纤维广泛用于弹性服装,如泳衣、运动服、滑雪服、连体裤、舞蹈紧身衣等。由于其优良的回弹性、防霉防蛀性、良好的卷曲弹性、抗静电性和可染性。氨纶价格昂贵且耐光易泛黄,而PBT纤维的弹性仅次于氨纶但优于尼龙。在某些面料中完全可以替代氨纶。比如弹力牛仔裤通常用氨纶做弹力纱,但强度低,长时间穿着摩擦容易断。用PBT纤维代替氨纶作为弹力纱可以有效改善这种情况。PBT纤维可与棉、麻等交织。在毛纺行业用作秋冬服装,也是理想的仿羽绒和填充料。
PBT纤维不仅单独作为纺织材料使用,近年来其改性应用也在多方面得到了研究和开发。如PBT/PET复合纺纤维不仅可纺性好,而且织物手感柔软、蓬松、易染色,可用作仿毛纤维,也可替代氨纶。目前PBT嵌段共聚物纤维的弹性可以达到氨纶的80%,而其他性能优于氨纶。同时,这种纤维看起来像真丝绸,可以与真丝绸交织形成特殊风格的织物。
PTT纤维PTT纤维(聚对苯二甲酸丙二醇酯)是壳牌公司在90年代中期开发的一种新型聚酯纤维。PTT可以通过1,3-丙二醇(PDO)和对苯二甲酸二甲酯(DMT)在酯交换后熔融缩聚制备,或者通过PDO和对苯二甲酸(PTA)熔融缩聚制备。
PTT纤维是一种表面光滑的半结晶热塑性聚酯。与PBT纤维和PET纤维不同的是,PTT纤维的化学结构中存在能量最低的反式-侧式-侧式-反式构象,呈明显的Z形构象。同时,分子链中PET和PBT上有两个亚甲基,而PTT分子链上有三个亚甲基单元,所以分子链之间会出现“奇碳效应”。这种分子结构使得PTT纤维像一个线圈。
聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维作为一种新型合成纤维,因其优异的尺寸稳定性、耐污性、抗皱性、耐磨性和易染色性,以及独特的分子链结构带来的高回弹性,被称为“21世纪新型聚酯纤维”。
PTT纤维作为一种新型材料,具有PET纤维和PBT纤维的优点,同时也克服了它们的一些缺点。
目前市场上的泳装大多采用尼龙面料,但尼龙泳装的耐光性和耐氯性较低,应用受到限制。通过对比尼龙和PET的弹性,发现PTT面料的弹性优于PET和尼龙,能够满足泳衣弹性、尺寸适应性和压力舒适性的要求,如百特网。同时,PTT织物易染色、色牢度高、耐氯性好、抗紫外线等特性使PTT纤维成为理想的泳衣材料。
而PTT/羊毛混纺织物,既能解决羊毛产量的问题,又具有丰富的手感和优异的悬垂性,兼具尼龙和氨纶的多重性能。鉴于PTT织物的可塑性和褶皱易恢复的特点,PTT纤维作为形状记忆织物的应用也在发展。PTT纤维非织造布可用于地毯背衬、人造革、防护材料和医疗。同时,由于其手感柔软,悬垂性好,在女性卫生巾和一次性纸尿裤方面潜力巨大。
结语PBT、PET和PTT纤维在纺织领域具有广阔的前景。随着科学技术的发展和人们对服装舒适性和多功能性要求的提高,开发多功能、复合化的新型纤维是未来的方向。作为一种合成纤维,纤维的高效、低碳、环保生产是工艺改进的关键,织物的回收利用也具有潜在的市场价值。
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