PTT纤维的结构和性能特点
PTT 纤维的结构和性能特点
聚对苯二甲酸丙二醇酯(简称PTT) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET即涤纶) 为同系物,二者同时于1941年在实验室合成,其中PET 于20世纪50年代就已经实现了工业化生产,而PTT 由于主要合成单体1,3丙二醇(PDO)制备难、成本高,直到90年代才由美国的Shell 化学公司通过环氧乙烷法制备PDO 实现了PTT 的商业化。PTT 纤维兼具涤纶和锦纶的优点,且可以通过生物法制备具有资源优势,符合可持续发展和以人为本的未来产业发展方向,因此,PTT 纤维被誉为21世纪极具潜力的合成纤维。
化学及大分子链结构
PET 和PTT 同属于聚酯系列,其分子链中同时存在刚性链苯环和柔性亚甲基(-CH2-),并由酯基(-CO-O-)连接,是典型的刚柔性共存的线型大分子。两者化学结构主要差异在于:PET 分子链链节上有两个亚甲基,而PTT 分子链链节上有三个亚甲基。
PTT 分子链的三个亚甲基使其具有“奇碳效应”,分子链呈现类似于羊毛蛋白质分子链的螺旋结构,具有明显的“Z”字形构象,导致其大分子链具有如同弹簧一样的形变和形变回复能力,在纵向外力作用下,分子链很容易发生伸长,且在外力去除后又恢复原状,赋予其优良的回弹性。
结晶和取向结构
PET 和PTT 都属于高速熔融纺丝取向诱导结晶,但是PET 纤维的晶区模量高达108GPa ,而PTT 晶区模量只有3.16GPa ,基本接近于无定形区的模量值。这导致PTT 纤维的模量并不随着牵伸比而发生变化,基本恒定。由于模量低,导致PTT 纺丝过程中,更容易添加各种功能性粉体、色母粒等,从而获得功能性PTT 和原液着色PTT 。总后军需装备研究所基于此,利用Shell 化学公司的PTT 切片,研发了原液着色PTT 短纤维及部分功能性PTT 短纤维,其中部分产品成功应用于我军07式新一代军官常服面料中,实现了批量装备。
热学性能
和PET 纤维相比,PTT 纤维具有较低的玻璃化温度(45~65℃)和熔融温度(228℃)、较高的沸水缩率(14%左右) 。玻璃化转变温度较低导致了PTT 纤维可常压染色,建议在100~110℃染色,上染率高于PET ,利于工厂实现节能减排。熔融温度低要求在PTT 织物的定型过程中,温度要低于PET 织物,建议在160℃左右。沸水缩率差异表明了PTT 纤维具有较大的解取向能力,利用这一点,将PTT 和PET 进行复合纺丝,可获得具有永久卷曲的弹性纤维。
力学性能
由于PTT 独特的结构特征导致了其具有优于其他聚酯纤维的回弹性能、较低的拉伸模量、较高的断裂伸长。同样线密度条件下,PTT 纤维的弹性回复率、杨氏模量和断裂伸长分别为22%、22.01cN/dtex、55%,而PET 纤维分别为4%、81.56cN/dtex和27%左右。但是,PTT 纤维的杨氏模量和羊毛纤维(20-30cN/dtex)相接近。
纤维的蠕变和应力松弛实验表明PTT 较PET 具有良好弹性,和锦纶(PA)相当。PTT 的弹性和耐磨性优势,使其可取代高价位的PA66和PA6作为地毯和服用面料使用。