科普 | 不是所有的聚酯纤维都叫 涤纶

聚酯(polyester)通常是指以二元酸和二元醇缩聚而得的高分子化合物,其基本链节之间以酯键连接。聚酯纤维的品种很多,如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate, PET)纤维、聚对苯二甲酸丁二 酯 (polybutylene terephthalate, PBT) 纤维、聚对苯二甲酸丙二酯(polypropylene terephthalate, PPT)纤维等，其中以聚对苯二甲酸乙二酯含量在 85%以上的纤维为主,分子量一般控制在 18000～25000 之间,其主分子结构简式如下：

上图：涤纶的分子结构。

涤纶的研究始于 20世纪 30年代,是由英国人Whinfield 和 Dickson等发明的,1949 年在英国、1953 年在美国相继实现工业化生产,它是大品种合成纤维中发展较晚的一种产品,但发展速度很快。

涤纶的分子量为18000～25000，聚合度为100～140。大分子具有对称的化学结构，在适宜条件下，大分子易形成结晶，纤维结构紧密。涤纶大分子中含有苯环，基本为刚性大分子，同时又含有脂肪烃链，使分子具有一定的柔曲性。大分子中除了存在两个端醇羟基外，没有其他极性基团。酯基含量高，高温时会发生水解和热裂解。涤纶采用熔体纺丝，其横截面为圆形，纵向呈玻璃棒状，干直光滑，其密度为1.38～1.40g／cm3。

中国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于 85%的纤维简称为涤纶，俗称“的确良”。国外的商品名称很多,如美国的“Dacron(达克纶)”、日本的“Tetoron(帝特纶)”、英国的“Terlenka(特丽纶)”、前苏联的“Lavsan(拉夫桑)”等。

在 PET 分子链中引进能结合阳离子染料的酸性基团,就可制得能用阳离子染料染色的改性涤纶(CDP)。CDP 早由美国杜邦公司研制,20 世纪末其产量已占 PET 纤维总产量的 1/ 6,其典型品种有Dacron T64、Dacron T65 等。CDP 不仅具有良好的染色性能,而且还可与羊毛等天然纤维同浴染色,便于混纺织物简化染色工艺,若与普通涤纶混纺、交织还可产生同浴异色效果,大大丰富了织物的色彩。因此,CDP 成为改性涤纶中发展较快的一个品种。CDP的制备主要是用共聚、接枝共聚等方法在 PET 大分子链上加入第三单体或第四单体,如间苯二甲酸二甲酯磺酸钠(SIPM)等。由于在 CDP 分子链上增加了带负电荷的磺酸基团,当染色时磺酸基团上的金属离子将与染料中的阳离子进行交换,因此染料离子就固定在 CDP的大分子链上,染色生成的盐类在水溶液中不断除去,反应也就不断进行, 终达到染色效果。

CDP的生产工艺与 PET 相似,有连续和间歇之分,又由于原料来源不同,可分为 DMT 路线和PTA 路线。CDP 由于在大分子链上增加了新的基团,因此破坏了纤维的原有结构,使纤维的熔点、玻璃化温度、结晶度有所降低。在无定形区,分子间空隙增加,有利于染料分子渗透到纤维内部。CDP 比普通涤纶的强度有所下降,但使织物的抗起毛起球性能提高,使手感柔软、丰满,可制作高档仿毛制品。普通 CDP 的染色仍需要高温(120～140℃)高压或在加入载体的条件下进行,这样才能有较好的染色性,因此,在选用染料时必须注意所选染料要有较好的热稳定性。

在普通 PET 聚合过程中,加入少量第四单体可制得常温常压可染聚酯 ECDP。这主要是在 PET 大分子链上引入了聚乙二醇柔性链段,它使纤维的分子结构更为疏松,无定形区增大,更有利于阳离子染料进入纤维内部,并与更多的磺酸基团结合,因此可在常压沸染条件下染色。ECDP 纤维比 CDP 和 PET 纤维手感更为柔软,服用性能更好。但由于第四单体聚乙二醇链段的键能较低,ECDP 纤维的热稳定性降低,在 180℃熨烫温度下 ECDP 纤维的强力损失达 30%以上。因此,用 ECDP 纤维制成的织物在后整理及洗涤熨烫时需格外注意。

PTT 纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯(polypropylene terephthalate)纤维的简称。国外有人把PTT 称作 21 世纪的大型纤维,其商品名为“Corterra(科尔泰拉)”。

PTT 和 PET 及 PBT 同属聚酯家族,性能也近似。PTT 纤维兼有涤纶和锦纶的特点,它像涤纶一样易洗快干,有较好的弹性恢复性和抗折皱性,并有较好的耐污性、抗日光性和手感。它比涤纶的染色性能好,可在常压下染色,在相同条件下,染料对 PTT 纤维的渗透力高于 PET,且染色均匀,色牢度好。PTT 纤维与锦纶相比,同样有较好的耐磨性和拉伸恢复性,并有弹性大、蓬松性好的特点,因而更适合制作地毯等材料。

PBT 纤维是聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)纤维的简称。PBT 纤维是由涤纶的主要原料对苯二甲酸二甲酯(DMT)或对苯二甲酸(TPA)与 1,4 – 丁二醇缩聚而成。用DMT 与 1,4 – 丁二醇在较高的温度和真空度下,以有机钛或锡化合物和钛酸四丁酯为催化剂进行缩聚反应,再经熔体纺丝制成 PBT 纤维。PBT 纤维的聚合、纺丝、后加工工艺及设备与涤纶的基本相同。

PBT 纤维具有同涤纶的强度好、易洗快干、尺寸稳定、保形性好等特点,主要的是它的大分子链上柔性部分较长,因而它断裂伸长大,弹性好,受热后弹性变化不大,手感柔软。PBT 纤维的另一优点是染色性比涤纶好。PBT 织物在常压沸染条件下用分散染料染色便可得到满意的染色效果。此外,PBT 纤维还有较好的抗老化性、耐化学品性和耐热性。PBT 纤维在工程塑料、家用电器外壳、机器零件上有着广泛的用途。

PEN 纤维是聚萘二甲酸乙二醇酯 (polyethylene naphthalate) 纤维的简称。与涤纶一样,PEN 纤维是半结晶状的热塑性聚酯材料,初由美国 KASA 公司推出, 它的生产工艺是通过2,6 – 萘二甲酸二甲酯(NDC)与乙二醇(EG)进行酯交换,然后再进行缩聚制得;另一种方法是将2,6 – 萘二甲酸(NDCA)与乙二醇 (EG) 直接酯化, 然后再经缩聚制得。若加入少量含有机胺、有机磷类的化合物则可提高 PEN 的热稳定性。

PEN 纤维的纺丝工艺与涤纶相似,其工艺流程为:切片干燥→高速纺→牵伸。由于 PEN纤维的玻璃化温度高于涤纶,牵伸工艺要相应变动,应采用多道牵伸并提高牵伸温度,以免由于分子取向速度慢而影响了纤维的质量。与常规涤纶相比,PEN 纤维具有较好的机械性能和热性能,如强度高,模量高,抗拉伸性能好,刚性大;耐热性好,尺寸稳定, 不易变形,有较好的阻燃性;耐化学性和抗水解性好；抗紫外线、耐老化。

通过改变纤维截面形状使单纤维之间的空隙增大,比表面积的增大及毛细管效应使其导湿性能大大提高而制成导湿干爽型聚酯长丝。该纤维织物的导湿性能、水分扩散性能极佳,与棉纤维等吸湿性好的纤维搭配,采用合理的组织结构,效果更好,制成的服装穿着干爽、清凉、舒适,适用于针织运动服装、机织衬衫、夏季服装面料、涤纶丝袜等。

杜邦(Du Pont)公司开发了一种四通道(Tefra – Channel)聚酯纤维,具有优良的芯吸能力,是采用疏水性合成纤维制成的高导湿纤维,可将高度出汗皮肤上的汗液用芯吸导到织物表面蒸发冷却。研究表明,30min 后湿度去除百分率棉纤维为 52%,而四通道聚酯纤维为 95%。这种纤维应用于运动服装、军用轻薄保暖内衣特别有效,可保持皮肤干爽和舒适,且具有优良的保暖防寒功能。

WELLKEY 的开发目的是把液态的汗作为对象,实现彻底的吸汗快干。WELLKEY是聚酯中空纤维,从纤维表面看,有许多贯通到中空部分的细孔,液态水可以从纤维表面渗透到中空部分,这种纤维结构以大的吸水速度和含水率为目标。在纺丝过程中,因共混了特殊的微细孔形成剂,再将它溶解,从而形成了这种纤维结构。该纤维具有优良的吸汗快干特性,主要用作衬裙、紧身衣、运动服、衬衫、训练服、外套等服装的面料,另外,由于其吸水速干性和低干燥成本的优点,在非服用领域和医药卫生领域也具有广阔的应用前景。

早期的三维卷曲纤维,是利用两种具有不同收缩性能的聚合物通过复合纺丝技术并配以特定冷却成形工艺,在拉伸后由于收缩率的差异而形成自然卷曲的方法制成,现在的制备工艺有了很大的发展,即采用独特的偏心喷丝孔设计专利技术,结合不对称成形冷却系统和相应的后道拉伸定型工艺,所制得的纤维卷曲度高,卷曲自然永久,保暖性好。目前已开发的品种有四孔、七孔甚至九孔的三维卷曲中空纤维。三维卷曲中空纤维广泛适用于填充、保暖纤维领域。