浅析PTT纤维的性能和应用

王方

新材料、化工、节能环保

  • 2019-06-21
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PTT纤维是一种环保型纤维材料,具有独特的分子结构,性能优异且应用前景良好。本文重点介绍了PTT纤维的分子结构、性能和用途。

摘要:PTT纤维是一种环保型纤维材料,具有独特的分子结构,性能优异且应用前景良好。本文重点介绍了PTT纤维的分子结构、性能和用途。

合成纤维与天然纤维最大的不同之处在于,不同的分子组成可导致合成纤维具有不同的性能,如良好的弹性、高强度、低密度、不怕霉蛀、易洗快干等,因此合成纤维在纺织领域的应用范围已渐有超过天然纤维的趋势。聚酯纤维是合成纤维的第一大品种,主要包括PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯),其中PET纤维和PBT纤维已经实现了大规模工业化生产,且已经广泛应用。

PTT纤维是一种生物基合成纤维,由1,3-丙二醇(PDO)和对苯二甲酸(TPA)缩聚制成。PPT的合成方法是先将1,3-丙二醇与对苯甲酸(TPA)或二甲基对苯二甲酸之进行酯交换,然后将酯化后的产品再进行缩聚后得到PTT。以PTT为原料,采用熔融挤出纺丝可以得到PTT的短纤维和长丝。PTT的原料之一1,3-丙二醇是从可再生资源(如玉米)中衍生来的,因而PPT纤维属于一种环保型纤维材料。

PTT纤维分子结构独特,性能优异

PTT纤维的分子结构较为独特(见图1),赋予了PTT纤维优异的拉伸回弹性能、力学性能、热稳定性等多种优异性能。

图1 PTT的化学式

(资料来源:中国知网)

拉伸回弹性能

PTT纤维的大分子基本链节中有3个亚甲基(-CH2-),分子链在3个亚甲基处易弯曲,旋转成Z型构象,从而产生了奇碳效应,使得PPT纤维的大分子链又如弹簧一样的弹性变形,因而PTT纤维具有良好的弹性回复性,这是其优越于其他化学纤维最大的性能特征(见表1 )。

表1 三种芳香族聚酯纤维的弹性性能比较

(资料来源:中国知网)

力学性能

芳香族聚酯纤维分子链中都包括苯环(刚性链)和一定数量的亚甲基(柔性链),使得纤维兼具一定强度和一定柔性。而PTT纤维、PBT纤维和PET纤维中包含的亚甲基数量不同,不同纤维的分子链中不同链段的运行的难易程度存在差异。包含的亚甲基数量方面,PET纤维<PTT纤维<PBT纤维,因此PTT纤维分子链的柔性小于PBT而大于PET。PTT纤维既克服了PET纤维的刚性和PBT纤维的柔性,同时还具有了良好的回弹性和较高的伸长率。

表2 PET纤维、PTT纤维和PBT纤维的力学性质

(数据来源:中国知网)

热稳定性

聚酯纤维热稳定性的最主要影响因素是温度。PTT纤维的熔点远小于PET纤维,玻璃化温度和热变形温度介于PBT和PET之间(见表3)。另外,PTT的热稳定性比PET纤维差,但PTT纤维的熔点比PET纤维低,在受热300℃一下不会有明显的质量减少,因此,PTT纤维可以在熔融状态下纺丝。

PBT的玻璃化温度过低,结晶和成型速度快,但产品易变性,熔融纺丝过程需要加入其它材料来增加尺寸稳定性;PET的玻璃化温度过高,熔融纺丝过程中结晶区形成速度慢,成型纤维经过快速冷却固化导致结晶不完善,PET纤维的尺寸稳定性较差;而PTT纤维的玻璃化温度适中,结晶速度适中,纤维稳定性优于前两种聚酯纤维。

表3 三种聚酯纤维的热学性质

(资料来源:中国知网)

染色性能

聚酯纤维的染色性能取决于纤维的晶格堆砌方式,染料容易从纤维材料的无定形区进入纤维内部,而纤维结晶程度越高,染色性能就越差。PET纤维的结晶度达到98%,在三种聚酯纤维中结晶度最高,染料难以进入纤维内部;PTT纤维的分子链折叠度高,不易形成结晶区,无定形区比例大,染料容易进入纤维内部,染色性要优于PET纤维。

PTT纤维的应用

服装:在服装领域,由于PTT纤维具有特殊分子链结构,赋予其良好的回弹性,还具有抗皱抗污、耐磨、易染色、尺寸稳定性强等优点,既具有PET、PBT的优点,也克服了这二者的一些缺点,被称为“21世纪的新型聚酯纤维”。三种聚酯纤维的服用性能对比见表4。PTT纤维综合性能最好,被广泛应用于高档服饰、泳衣、紧身衣等服装制造领域。

表4 PET 、PBT、PTT服用性能对比

(资料来源:中国知网)

地毯:PTT纤维的抗污性能较好,可以应有在地毯制造上。地毯生产的主要原材料有尼龙纤维和丙纶纤维:尼龙纤维地毯耐磨性好,但尺寸稳定性和抗静电性能较差;丙纶纤维地毯的质地轻,价格低,但容易点燃。与前两种材质相比,PPT纤维耐腐蚀、触感柔软、结实耐用、抗静电性能好,更加适合应用于地毯生产。

非织造布:PPT纤维也可用来制备非制造布,可以完全被回收利用。目前PPT纤维制备非织造布的方法有水刺、熔喷等,产品可以有效阻挡γ射线,在医疗用品领域具有很好的应用前景。

PTT纤维综合性能远远优胜于PET纤维、PBT纤维、尼龙纤维等,市场前景较好,目前国内PTT纤维产业尚处于起步阶段,相关科研机构和企业需要更加深入的研究开发PTT纤维。

结语

PTT纤维原料来自于可再生物质,是一种环保性产品;PTT的分子链结构独特,具有良好的拉伸回弹性、热稳定性和力学性能;PTT纤维综合性能优异,在服装、地毯和非织造布等领域都具有良好的应用前景。


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