聚酯纤维- · 科普中国网

发展历史

聚酯纤维，简称PET纤维，是一种合成纤维，由大分子链中的各链节通过酯基连接而成。我国将聚对苯二甲酸乙二醇酯含量大于85%的纤维称为涤纶，而在国外有很多商品名称，比如美国的达克纶（Dacron）、日本的特托纶（Tetoron）、英国的特恩卡（Terlenka）、前苏联的拉乌珊（Lavsan）等。1

聚酯纤维的历史可以追溯到1894年，当时沃尔兰德（Vorlander）使用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的聚酯。随后的几十年间，人们合成了不同类型的聚酯，但早期的聚酯由于分子量低和熔点较低，易溶于水，不适合用于纺织。

直到1941年，英国的温菲尔德（Whinfield）和迪克松（Dickson）合成了聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合物通过熔体纺丝制得的纤维性能优良。1953年，美国首先建厂生产PET纤维，因此PET纤维在合成纤维中算是较晚发展的品种。

随着有机合成、高分子科学和工业的进步，近年来我们开发出多种具有不同特性的实用性PET纤维。例如聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）纤维具有高伸缩弹性，全芳香族聚酯纤维具有超高强度和高模量。一般所说的“聚酯纤维”通常指的是聚对苯二甲酸乙二酯纤维。

聚酯纤维具有很多优点，比如断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定型效果优异，耐热和耐光性好。它的熔点大约在255℃左右，玻璃化温度约为70℃，在广泛的使用条件下形状稳定，织物具有耐洗耐穿的特性。此外，聚酯纤维还具有优异的抗有机溶剂、抗肥皂、抗洗涤剂、抗漂白液、抗氧化剂等性能，同时还有较好的耐腐蚀性，对弱酸和弱碱稳定。因此，在家居纺织品制造和制造工业用防护服等方面有着广泛的用途。随着石油工业的快速发展，聚酯纤维的生产原料变得更加丰富和廉价。加上化工、机械、电子自动化等技术的进步，聚酯纤维的生产过程也变得更加高效。因此，聚酯纤维已成为合成纤维中发展速度最快、产量最高的品种。截至2010年，全球聚酯纤维的产量达到3730万吨，占世界合成纤维总量的74%。

性能与作用

聚酯纤维的物理性质

颜色： 涤纶一般是乳白色并带有丝光。生产不带光泽的产品需要在纺丝前加入消光剂TiO2，生产纯白色的产品需要加入增白剂，而要得到有色的纤维，则需要在纺丝时加入颜料或染料。
表面和横截面形状： 常规涤纶表面光滑，横截面接近圆形。如果采用异形喷丝板，可以制成具有特殊截面形状的纤维，比如三角形、Y形、中空等。
密度： 在完全无定形时，涤纶的密度为1.333g/cm³。完全结晶时为1.455g/cm³。通常涤纶具有较高的结晶度，密度在1.38~1.40g/cm³之间，与羊毛（1.32g/cm³）相近。
回潮率： 标准条件下涤纶的回潮率为0.4%，低于腈纶（1%~2%）和锦纶（4%）。涤纶吸湿性较低，因此湿润时强度下降较少，织物洗后也不容易变形。但在加工和穿着时静电现象严重，织物的透气性和吸湿性差。
热性能： 涤纶的软化点为230-240℃，熔点为255-265℃，分解点约为300℃左右。涤纶在火中能燃烧，发生卷曲，并熔化成珠状物，伴有黑烟和芳香味。
耐光性： 其耐光性仅次于腈纶。涤纶的耐光性与其分子结构有关，在315 nm光波区有强烈的吸收带，因此在日光照射600小时后强度仅损失60%，与棉相近。
电性能： 涤纶因吸湿性低，故导电性差。在-100℃到+160℃范围内的介电常数为3.0~3.8，是一种优良的绝缘体。

聚酯纤维的力学性能

强度高： 干态下强度为4~7cN/dtex，湿态下略有下降。
延伸度适中： 一般为20%~50%。
模量高： 在合成纤维中，涤纶的初始模量最高，可高达14~17GPa。这使得涤纶织物尺寸稳定，不易变形和走样，褶裥持久。
回弹性好： 其弹性接近于羊毛，当伸长5%后，去除负荷后很快就能恢复原形，且不留下皱褶。因此，涤纶织物的抗皱性超过其他纤维织物。
**耐磨性：**其耐磨性仅次于锦纶，在合成纤维中位居第二，比其他天然纤维和合成纤维都好。

聚酯纤维的化学稳定性

涤纶的化学稳定性主要取决于分子链结构。1

耐酸性： 涤纶对酸（尤其是有机酸）很稳定，在100℃下于质量分数为5%的盐酸溶液内浸泡24小时，或在40℃下于质量分数为70%的硫酸溶液内浸泡72小时后，其强度均无损失。但在室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫酸的长时间作用。
耐碱性： 由于涤纶大分子上的酯基受碱作用容易水解。在常温下与浓碱、高温下与稀碱作用会导致纤维破坏，只有在低温下对稀碱或弱碱才比较稳定。
耐溶剂性： 涤纶对一般非极性有机溶剂有强的抵抗力，即使对极性有机溶剂在室温下也有强的抵抗力。例如，在室温下于丙酮、氯仿、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳中浸泡24小时，纤维强度不降低。但在加热状态下，涤纶可溶于苯酚、二甲酚、邻二氯苯酚、苯甲醇、硝基苯和苯酚-四氯化碳、苯酚-氯等混合溶剂中。
**耐微生物性：**涤纶具有很好的耐微生物性，不容易被蛀虫和霉菌侵蚀。在生活照储存涤纶衣物时，无需担心虫蛀问题，织物容易保存。

合成方法

涤纶是聚酯纤维的俗称，它是一种合成纤维，制造过程分为聚酯熔体合成和熔体纺丝两部分。

合成聚酯**：**制造涤纶的原料是聚对苯二甲酸和乙二醇，这些原料主要来自石油、煤和天然气。首先从石油中获得甲苯、二甲苯和乙烯等化学物质，再进行化学反应得到对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯及乙二醇。在过去，由于对苯二甲酸不易精制，人们使用对苯二甲酸二甲酯和乙二醇来制造涤纶。但自从1965年对苯二甲酸的精制成功后，涤纶的生产工序减少，成本降低。现在常用的涤纶是用对苯二甲酸和乙二醇为原料生产的。这些原料通过缩聚反应，形成聚酯熔体。

纺丝**：**聚酯熔体可以用于制备聚酯纤维。首先，将聚酯熔体经过干燥和熔融处理，以降低水分含量。然后，将干燥后的聚酯熔体加热至高温，通过纺丝工艺，将熔融的聚酯挤压出来形成细丝。这些细丝可以根据加工方式分为聚酯长丝和聚酯短纤维。

**聚酯长丝：**聚酯长丝通常通过拉伸、加捻等处理得到。拉伸丝（DT）和拉伸变形丝（DTY）是用来织布的。全拉伸丝（FDY）可以直接用于织造织物。另外，还有一种叫做“科代尔”的聚酯纤维，它比涤纶稍轻，强度和伸长率略低，适合与棉、毛等混纺。

涤纶是一种常用的合成纤维，具有很好的性能，广泛用于纺织和其他领域。以上是涤纶的合成过程和不同类型的制备方法。

聚酯纤维在沥青混凝土中的主要作用

提高高温稳定性： 聚酯纤维的三维立体分布和强吸附性能使其能够吸附大量的自由沥青，增加沥青的粘稠度和粘聚力。同时，纤维在混凝土中形成纵横交错的加筋和桥接效应，限制了沥青的流动性，防止集料的侧向位移或流动，有效地提高了高温稳定性，使纤维沥青混凝土更加耐高温变形，提高了路面的稳定性。
改善低温抗裂性： 聚酯纤维对沥青的强吸附作用导致最佳沥青用量增加，使纤维沥青混合料具有较高的沥青含量。这使得混合料在低温（-40℃）下仍保持柔韧性和较高的抗拉强度，有效地抵抗收缩应力，增强了混合料的低温抗裂性能，减少了温度引起的裂缝和反射裂缝的产生。改善了沥青混凝土的低温抗裂性能。
改善抗疲劳性能： 在外界气温环境和车轮荷载的反复作用下，沥青路面会产生疲劳断裂破坏。聚酯纤维的加入能够均匀分布在混合料中，并起到加筋作用，提高混凝土的劲度模量，从而改善了沥青混凝土的抗疲劳性能，减缓了路面的疲劳断裂破坏。
提高水稳定性： 沥青路面的水稳性是指在水存在的条件下，经受交通荷载和温度涨缩的反复作用。聚酯纤维的加入使沥青膜增厚，减小了水分对沥青的置换作用。同时，纤维的吸附作用增加了沥青的粘滞度，提高了沥青与集料之间的粘结作用力，增强了沥青混合料中沥青与集料之间形成的界面膜抵抗水分剥离作用的能力，从而提高了沥青混合料的水稳定性。

以上就是聚酯纤维在沥青混凝土中的主要作用，通过这些作用，聚酯纤维能够显著改善沥青混凝土的性能，使路面更加耐用和稳定。2

涤纶改性的方法

涤纶与天然纤维相比存在一些缺点，如含水率低、透气性差、染色性差、容易起球起毛、易沾污等。为了改善这些缺点，我们采取了化学改性和物理变形的方法。3

化学改性的方法

增加吸湿性： 添加含有亲水基团的单体或低聚体聚乙二醇进行共聚，能够提高纤维的吸湿率，让涤纶更具吸湿性，减少干燥不透气的感觉。
抗静电和抗沾污： 添加具有抗静电性能的单体进行共聚，可以提高纤维的抗静电和抗沾污性能，减少静电产生和污渍附着。
提高耐燃性： 添加含磷、含卤素和锑的化合物，改善纤维的耐燃烧性能，使其更加安全。
增强耐磨性： 采用较低聚合度的聚酯纺丝，以提高抗起球能力，让纤维更加耐磨，不容易起球。
改善染色性能： 与亲染料基团的单体（如磺酸盐等）进行共聚，以改善纤维的染色性能，使染色更加均匀且容易上色。

物理变形的方法

制成各种异形涤纶纤维；
与其他高聚物进行复合纺丝；
对涤纶进行着色；
制成细旦涤纶；
制成高收缩涤纶等。

通过这些改性方法，我们能够优化涤纶的性能，使其满足各种应用需求，提高涤纶在不同领域的应用范围和效果。

涤纶的用途

涤纶是一种具有高强度、高模量和低吸水性的合成纤维，因此在民用织物和工业用织物中都有广泛的应用。作为纺织材料，涤纶短纤维既可以纯纺，也适合与其他纤维混纺使用。它可以与天然纤维如棉、麻、羊毛混纺，也可以与其他化学短纤维如粘纤、醋酯纤维、聚丙烯腈纤维等混纺。纺制出的仿棉、仿毛、仿麻织物通常保留了涤纶的优良特性，如抗皱性、尺寸稳定性、耐磨性、洗后不变形等。通过混纺亲水性纤维，还可以一定程度上减轻和改善一些涤纶原有的缺点，比如减少静电现象、提高染色性能、增强透气性等。2

涤纶加捻长丝（DTY）主要用于织造仿丝绸织物，也可与天然纤维或化学短纤维纱线交织，甚至与蚕丝或其他化学纤维长丝交织。这种交织物保留了涤纶的一系列优点，并且织物具有高蓬松、大卷曲度、毛感强、柔软等特点，适用于制作仿毛呢、哔叽等西装面料，外衣、外套，以及各种装饰织物如窗帘、台布、沙发面料等。

涤纶空气变形丝（ATY）和网络丝的抱合性和平滑性良好，适合直接用于喷水织机，特别适用于织造仿真丝绸和薄型织物，也可用于织造中厚型织物。

涤纶纤维在工业、农业及新技术领域的应用日益广泛，例如制造帘子线、输送带、绳索、电绝缘材料等。涤纶强力丝的强度和初始模量高，以及良好的耐热性、耐疲劳性和形态稳定性，使其特别适用于纺制轮胎帘子线，能够减少轮胎的平点现象。

聚酯纤维在各个领域中发挥着重要的作用，为我们的生活和生产提供了多样化的选择。