Die Nr. 1 in Sachen Chemiefaser -- Polyester.

Die Nr. 1 in Sachen Chemiefaser -- Polyester.

Polyester, wissenschaftlicher Name Polyester, englischer Name Polyester, chemische Formel (C10H8O4)n.

Es handelt sich um eine synthetische Faser, die aus der Kondensation von organischer zweibasiger Säure und zweibasigem Alkohol „Polyethylenterephthalat“ durch Spinnen gewonnen wird und als PET-Faser bezeichnet wird. Es ist eine Polymerverbindung und die erste große Art synthetischer Fasern.

Der größte Vorteil besteht darin, dass die Knitterfestigkeit und Formbeständigkeit bei hoher Festigkeit und Elastizität sehr gut sindWiederherstellungsfähigkeit. Fest und langlebig, knitterfrei, bügelfrei, nicht klebrig.

Entwicklungsgeschichte

Polyesterfasern sind synthetische Fasern aus makromolekularen Ketten, die durch Estergruppen zu Faserpolymeren verbunden sind.

In China beträgt der Polyethylenterephthalatgehalt von mehr als 85 % der als Polyester bezeichneten Faser.

Es gibt viele ausländische Produktnamen, wie Dacron in den Vereinigten Staaten, Tetoron in Japan, Terlenka im Vereinigten Königreich und Lavsan in der ehemaligen Sowjetunion.

1894 stellte Vorlander mit Bernsteinsäurechlorid und Ethylenglykol einen Polyester mit niedrigem Molekulargewicht her.

Im Jahr 1898 synthetisierte Einkorn Polycarbonat.

1930 synthetisierte Carothers aliphatischen Polyester.

Der in den Anfangsjahren synthetisierte Polyester besteht hauptsächlich aus aliphatischen Verbindungen, sein relatives Molekulargewicht und sein Schmelzpunkt sind niedrig, leicht wasserlöslich und haben daher nicht den Gebrauchswert von Textilfasern.

Im Jahr 1941 synthetisierten Whinfield und Dickson im Vereinigten Königreich Polyethylenterephthalat (PET) mit Dimethylterephthalat (DMT) und Ethylenglykol (EG), das durch die Schmelze gesponnen werden kann, um Fasern mit hervorragender Leistung herzustellen.

1953 bauten die USA erstmals eine Anlage zur Herstellung von PET-Fasern.

PET-Fasern sind die Spätentwicklung der drei synthetischen Fasern.

Mit der Entwicklung der organischen Synthese, der Polymerwissenschaft und der Industrie wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl praktischer Polyesterfasern mit unterschiedlichen Eigenschaften entwickelt. Zum Beispiel Polybutylenterephthalat (PBT)-Fasern und Polypropylenterephthalat (PTT)-Fasern mit hoher Dehnbarkeit und vollaromatische Polyesterfasern mit ultrahoher Festigkeit und hohem Modul.

Polyesterfasern weisen eine Reihe hervorragender Eigenschaften auf, wie z. B. hohe Bruchfestigkeit und Elastizitätsmodul, mäßige Elastizität, ausgezeichnete thermische Fixierwirkung sowie gute Hitze- und Lichtbeständigkeit. Der Schmelzpunkt von Polyesterfasern liegt bei etwa 255 °C, die Glasübergangstemperatur liegt bei etwa 70 °C, die Form ist unter einer Vielzahl von Endbedingungen stabil und der Stoff ist waschbar.

Darüber hinaus verfügt es über eine hervorragende Impedanz (z. B. Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln, Seifen, Reinigungsmitteln, Bleichlösungen, Oxidationsmitteln) und eine gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine Stabilität gegenüber schwachen Säuren, Laugen usw., sodass es ein breites Anwendungsspektrum und industrielle Verwendungsmöglichkeiten bietet.

Die rasante Entwicklung der Erdölindustrie liefert auch reichlichere und billigere Rohstoffe für die Herstellung von Polyesterfasern, gepaart mit der Entwicklung von Chemikalien, Maschinen, elektronischer automatischer Steuerungstechnik und anderen Technologien in den letzten Jahren, so dass die Rohstoffproduktion, die Faserbildung und der Verarbeitungsprozess nach und nach kurze Reichweite, kontinuierliche Automatisierung und Hochgeschwindigkeit realisieren. Polyesterfasern haben sich zur schnellsten Entwicklungsgeschwindigkeit und zur höchsten Ausbeute synthetischer Fasersorten entwickelt.

Im Jahr 2010 erreichte die weltweite Polyesterfaserproduktion 37,3 Millionen Tonnen, was 74 % der weltweiten Gesamtproduktion synthetischer Fasern ausmacht.

Leistung und Action

1. Physikalische Eigenschaften

① Farbe. Polyester ist im Allgemeinen milchig weiß mit Merzerisierung, vor dem Spinnen muss Mattierungsmittel TiO2 zugesetzt werden, um Mattierungsprodukte herzustellen, Weißmacher muss hinzugefügt werden, um reinweiße Produkte herzustellen, und Pigmente oder Farbstoffe müssen der Spinnschmelze zugesetzt werden, um farbige Seide herzustellen.

② Oberflächen- und Querschnittsform. Herkömmlicher Polyester hat eine glatte Oberfläche und einen nahezu kreisförmigen Querschnitt. Wenn die speziell geformte Spinndüse verwendet wird, können daraus Fasern mit speziellen Querschnittsformen hergestellt werden, beispielsweise Drähte mit dreieckigem, Y-förmigem, hohlem und anderem Querschnitt.

③ Dichte. Im vollständig amorphen Zustand hat Polyester eine Dichte von 1,333 g/cm3. Bei vollständiger Kristallisation 1,455 g/cm3. Normalerweise hat Polyester eine höhere Kristallinität mit einer Dichte von 1,38 bis 1,40 g/cm3, ähnlich wie Wolle (1,32 g/cm3).

④ Feuchtigkeitsrückgewinnungsrate. Unter Standardbedingungen beträgt die Feuchtigkeitsaufnahmerate von Polyester 0,4 % und ist damit niedriger als die von Acrylfasern (1 % bis 2 %) und Nylonfasern (4 %). Polyester hat eine geringe hygroskopische Eigenschaft, sodass seine Nassfestigkeit weniger abnimmt und der Stoff waschbar und tragbar ist. Allerdings ist das Phänomen der statischen Elektrizität bei der Verarbeitung und beim Tragen schwerwiegend und die Durchlässigkeit und Feuchtigkeitsaufnahme des Stoffes ist schlecht.

⑤ Wärmeleistung. Der Erweichungspunkt T von Polyester beträgt 230-240℃, der Schmelzpunkt Tm beträgt 255-265℃ und der Zersetzungspunkt T liegt bei etwa 300℃. Polyester kann im Feuer brennen, sich kräuseln und zu Perlen schmelzen, mit schwarzem Rauch und Aroma.

⑥ Lichtbeständigkeit. Seine Lichtbeständigkeit übertrifft die von Acrylfasern. Die Lichtbeständigkeit von Polyester hängt mit seiner Molekularstruktur zusammen, und Polyester weist nur eine starke Absorptionsbande im Lichtwellenbereich von 315 nm auf, sodass seine Festigkeit nach 600 Stunden Sonneneinstrahlung nur 60 % verliert, ähnlich wie bei Baumwolle.

⑦ Elektrische Eigenschaften. Polyester ist aufgrund seiner geringen hygroskopischen Eigenschaft ein ausgezeichneter Isolator, weshalb seine Leitfähigkeit schlecht ist und seine Dielektrizitätskonstante 3,0 bis 3,8 im Bereich von -100 bis +160 °C beträgt.

2. Mechanische Eigenschaften

① Hohe Festigkeit. Die Festigkeit im trockenen Zustand beträgt 4 bis 7 cN/Dex und im nassen Zustand nimmt sie ab.

② Die Dehnung ist moderat, 20 % bis 50 %.

③ Hoher Modul. Unter den großen Arten synthetischer Fasern ist der Anfangsmodul von Polyester der höchste und kann bis zu 14–17 GPa betragen, was dafür sorgt, dass das Polyestergewebe größenstabil ist, sich nicht verformt, nicht aus der Form gerät und die Falten lange anhalten.

④ Gute Belastbarkeit. Seine Elastizität kommt der von Wolle nahe, und wenn es um 5 % gedehnt wird, kann es nach Entlastung fast vollständig wiederhergestellt werden. Daher übertrifft die Knitterfestigkeit von Polyestergewebe die anderer Faserstoffe.

⑤ Verschleißfestigkeit. Seine Verschleißfestigkeit ist nach Nylon die zweitgrößte und übertrifft die anderer synthetischer Fasern, und die Verschleißfestigkeit ist nahezu gleich.

3. Chemische Stabilität. Die chemische Stabilität von Polyester hängt hauptsächlich von der Molekülkettenstruktur ab. Zusätzlich zur geringen Alkalibeständigkeit weist Polyester eine gute Beständigkeit gegenüber anderen Reagenzien auf.

① Säurebeständigkeit. Polyestersäure (insbesondere organische Säure) ist sehr stabil. Bei 100 °C im Massenanteil einer 5 %igen Salzsäurelösung, die 24 Stunden lang eingeweicht wurde, oder bei 40 °C im Massenanteil einer 70 %igen Schwefelsäurelösung, die 72 Stunden lang eingeweicht wurde, geht ihre Festigkeit nicht verloren, kann aber bei Raumtemperatur der Langzeitwirkung von konzentrierter Salpetersäure oder konzentrierter Schwefelsäure nicht widerstehen.

② Alkalibeständigkeit. Die Estergruppe am Polyester-Makromolekül wird durch Alkalieinwirkung leicht hydrolysiert. Bei Raumtemperatur und konzentriertem Alkali können hohe Temperaturen und die Wechselwirkung mit verdünntem Alkali zur Faserzerstörung führen. Nur bei niedriger Temperatur ist verdünntes Alkali oder schwaches Alkali relativ stabil.

③ Lösungsmittelbeständigkeit. Polyester weist eine starke Beständigkeit gegenüber allgemeinen unpolaren organischen Lösungsmitteln auf, selbst polare organische Lösungsmittel weisen bei Raumtemperatur ebenfalls eine starke Beständigkeit auf. Beispielsweise nimmt die Faserfestigkeit nicht ab, wenn man sie bei Raumtemperatur 24 Stunden lang in Aceton, Chloroform, Toluol, Trichlorethylen oder Tetrachlorkohlenstoff einweicht. Unter Erhitzungsbedingungen kann Polyester in Phenol, Xylenol, Dichlorphenol, Benzylalkohol, Nitrobenzol und Phenol gelöst werden Tetrachlorkohlenstoff, Phenol - Chloroform, Phenol - Toluol und andere gemischte Lösungsmittel.

4. Mikrobielle Resistenz. Polyester ist resistent gegen Mikroorganismen, nicht gegen Motten, Schimmel und andere Einwirkungen, das Sammeln von Polyesterkleidung ohne Motten, die Stoffkonservierung ist einfacher.

Syntheseverfahren

Der Produktionsprozess von Polyester umfasst zwei Teile: Polyesterschmelzsynthese und Schmelzspinnen. Die Rohstoffe für die Synthese von Polyester sind Polyterephthalsäure und Ethylenglykol, die hauptsächlich aus der Erdölspaltung, aber auch aus Kohle und Erdgas gewonnen werden. Toluol, Xylol und Ethylen werden durch Pyrolyse von Erdöl gewonnen, Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat und Ethylenglykol können durch chemische Verarbeitung gewonnen werden. Dimethylterephthalat und Ethylenglykol wurden in der frühen Polyesterproduktion als Rohstoffe verwendet, da Terephthalsäure nicht leicht zu raffinieren war. Im Jahr 1965 war die Raffination von Terephthalsäure erfolgreich, was den Produktionsprozess und die Kosten für Polyester reduzierte. Die Produktion der Rohstoffe Terephthalsäure und Ethylenglykol steigt von Jahr zu Jahr. Polykondensation: Dimethylterephthalat und Ethylenglykol werden umgeestert. Das resultierende Diethylenterephthalat-Oligomer wird bei 280 bis 290 °C und unter Vakuumbedingungen polykondensiert, um Polyethylenterephthalat zu erhalten. Oder Terephthalsäure wird direkt mit Ethylenglykol verestert und anschließend Ethylterephthalat polykondensiert, um eine Polyesterschmelze zu erhalten. Die Polyesterschmelze kann zur Herstellung von Polyesterscheiben und zum direkten Verspinnen der Schmelze verwendet werden. Zum Schneiden von Polyester wird Polyesterschmelze gegossen und in Stücke geschnitten.

1、 Spinnen. Nach dem Trocknen und Schmelzen können Polyesterchips zum Spinnen, zur Herstellung von Polyesterfolien, Polyesterflaschen usw. verwendet werden. Während des Schmelzvorgangs kann das in der Scheibe enthaltene Wasser den Polyester hydrolysieren und die Spinnleistung und Faserqualität beeinträchtigen. Daher müssen sie vor dem Spinnen getrocknet werden, um den Scheibenwassergehalt auf weniger als 0,01 % zu reduzieren. Die getrocknete Polyesterscheibe wird in der Schnecke erhitzt und geschmolzen, in jeden Spinnteil des Spinnkastens extrudiert, von der Dosierpumpe genau abgemessen und gefiltert und aus dem Spinndüsenloch gesprüht. Der Durchmesser des Spinndüsenlochs beträgt im Allgemeinen 0,15 bis 0,30 mm. Die ausgestoßenen Schmelzeströme werden abgekühlt und durch Kühlluft zu Filamenten verfestigt. Das abgekühlte Filament wird je nach Verarbeitungsprozess in Polyesterfilament und Polyesterstapelfaser (oder Polyesterfilament) unterteilt.

2、Polyesterfilament. Beim Spinnen von Stapelfasern werden mehrere Fäden gebündelt und mit Öl befeuchtet, bevor sie in den Seideneimer fallen. Anschließend erfolgt das Bündeln, Strecken, Kräuseln, Thermofixieren, Schneiden und andere Prozesse, um das fertige Produkt zu erhalten. Wenn die Zugwärme nach dem Recken auf etwa 180 °C eingestellt wird, können hochfeste und dehnungsarme Stapelfasern mit einer Festigkeit von mehr als 6 cN/dtex und einer Dehnung von weniger als 30 % erhalten werden. Polyester-Stapelfasern werden in Stapelfasern vom Baumwolltyp (Länge 38 mm) und Stapelfasern vom Wolltyp (Länge 56 mm) unterteilt, die zum Mischen mit Baumwollfasern bzw. Wolle verwendet werden.

• Polyesterfilament. Beim Spinnen von Filamenten wird das verfestigte Filament mit Öl benetzt, das heißt, es wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 3500 m/min auf die Spule gewickelt, um vororientiertes Filament (POY) zu erhalten. POY kann nicht direkt zum Weben verwendet werden. POY kann nach dem Dehnen in Form, elastisch oder verdreht, um einen Dehndraht (DT), Dehnverformungsdraht (DTY) oder verdrillten Draht zu erhalten, direkt zum Weben oder zur Verformungsverarbeitung zu Verformungsgarn verwendet werden. Nach dem Erstarren werden die Streifen geölt und zum Aufwickeln direkt mit 4500 - 5000 m/min gestreckt, um vollständig gestreckte Seide (FDY) zu erhalten, die zum Weben verwendet werden kann. Der amerikanische Rohstoff Kodel ist eine weitere Polyesterfaser, die industriell hergestellt wurde. Es wird durch Spinnen eines Hochpolymers aus der Kondensation von Terephthalsäure und 1,4-Cyclohexandimethanol hergestellt. Im Vergleich zu Polyester ist das spezifische Gewicht geringer (1,22), der Schmelzpunkt ist höher (290 ~ 295℃), die Zersetzungsbeständigkeit ist hoch und die Festigkeit und Dehnung der Faser sind etwas geringer. Der hergestellte Stoff eignet sich zum Mischen mit Baumwolle, Wolle usw. und weist eine gute Elastizität, Haptik, Knitterfestigkeit und Pillingbeständigkeit auf, weist jedoch eine geringe Festigkeit und Verschleißfestigkeit auf.

Polyestermodifikation

Im Vergleich zu Naturfasern weist Polyester einige Nachteile auf, wie z. B. einen geringen Feuchtigkeitsgehalt, eine schlechte Luftdurchlässigkeit, eine schlechte Färbung, ein leichtes Pilling und Abblättern sowie eine leichte Fleckenbildung. Um diese Mängel zu beheben, werden chemische Modifikation und physikalische Verformung eingesetzt. Chemische Modifizierungsmethoden sind:

① Die Zugabe von Monomer- oder Oligomer-Polyethylenglykol mit hydrophilen Gruppen zur Copolymerisation kann die Feuchtigkeitsaufnahmerate der Faser verbessern;

②Die antistatischen und Antifouling-Eigenschaften von Fasern können durch Zugabe von Monomeren mit antistatischen Eigenschaften zur Copolymerisation verbessert werden;

③ Zur Verbesserung der Verbrennungsbeständigkeit der Faser wurden Verbindungen zugesetzt, die Phosphor, Halogen und Antimon enthalten;

④ Die Verwendung von Polyesterspinnen mit niedrigerem Polymerisationsgrad zur Verbesserung der Pilling-Beständigkeit;

⑤ Copolymerisation mit farbstoffphilem Monomer (wie Sulfonat usw.) zur Verbesserung der Färbeeigenschaften der Faser.

Nach der physikalischen Verformung gibt es eine Vielzahl von profiliertem Polyester, mit anderen Polymeren zusammengesetztes Spinnen, farbiges Polyester, Polyester mit feinem Denier und Polyester mit hoher Schrumpfung.

verwenden

Polyesterfasern weisen eine hohe Festigkeit, einen hohen Modul und eine geringe Wasseraufnahme auf und werden häufig als Zivilgewebe und Industriegewebe verwendet. Als Textilmaterial ist Polyester-Stapelfaser rein versponnen und eignet sich besonders für die Mischung mit anderen Fasern. Es kann mit Naturfasern wie Baumwolle, Leinen, Wolle und anderen chemischen Stapelfasern wie Viskosefasern, Acetatfasern, Polyacrylnitrilfasern und anderen Kurzfasern gemischt werden. Sein reines Spinnen oder Mischen aus nachgeahmten Baumwoll-, Woll- und Leinenstoffen weist im Allgemeinen die ursprünglichen hervorragenden Eigenschaften von Polyesterfasern auf, wie z. B. Knitterfestigkeit und Faltenbeständigkeit des Stoffes, Dimensionsstabilität, Verschleißfestigkeit, Waschbarkeit und Tragbarkeit, sowie einige der ursprünglichen Mängel von Polyesterfasern, wie z. B. elektrostatische Phänomene und Färbeschwierigkeiten bei der Textilverarbeitung, schlechte Schweißabsorption und Luftdurchlässigkeit sowie leichtes Verschmelzen in einem Loch B. des Mars usw. Sie kann durch die Einbeziehung hydrophiler Fasern bis zu einem gewissen Grad gelindert und verbessert werden. Polyester-Twisted-Filament (DT) wird hauptsächlich zum Weben einer Vielzahl von Seidenimitationsstoffen verwendet. Es kann auch mit Naturfasern oder chemischen Stapelfasergarnen verwoben werden und kann auch mit Seide oder anderen chemischen Faserfilamenten verwoben werden. Dieses Verflechtungsmaterial behält eine Reihe von Vorteilen von Polyester bei.

Texturiertes Polyestergarn (hauptsächlich DTY mit geringer Elastizität) ist in den letzten Jahren eine der Hauptarten in China. Es unterscheidet sich von gewöhnlichem Filament durch seine hohe Flauschigkeit, große Kräuselung, starke Wolle, Weichheit und eine hohe elastische Dehnung (bis zu 400 %). Der damit gewebte Stoff zeichnet sich durch gute Wärme, gute Bedeckung und Drapierung, weichen Glanz usw. aus und eignet sich besonders zum Weben von wollähnlichen Stoffen, Serge und anderen Anzugstoffen, Mänteln, Mänteln und verschiedenen Dekorationsstoffen wie Vorhängen, Tischdecken und Sofastoffen. Polyester-Luftstrukturseide ATY und Netzwerkseide haben eine gute Haftung und Glätte und können direkt in Wasserstrahlwebstühlen in Form von Schlauchseide verwendet werden, eignen sich zum Weben von Kunstseide und dünnen Stoffen und können auch mittlere und dicke Stoffe weben. Polyesterfasern werden zunehmend in der Industrie, Landwirtschaft und in neuen Technologiebereichen eingesetzt, beispielsweise als Kordel, Förderband, Seil und elektrische Isoliermaterialien. Polyesterfilamente haben eine hohe Festigkeit und einen hohen Anfangsmodul, eine gute Hitzebeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Formstabilität und eignen sich besonders zum Spinnen von Reifencord. Die Verwendung von Polyestercord zur Herstellung von Reifen kann das Flat-Spot-Phänomen reduzieren.