新型聚酯纖維PTT的多種功能開發(fā)的研究進展

李汀陽

（吉林大學材料科學與工程學院 吉林 長春 130000）

新型聚酯纖維PTT的多種功能開發(fā)的研究進展

李汀陽

（吉林大學材料科學與工程學院 吉林 長春 130000）

PTT纖維是一種新型聚酯纖維，其具有優(yōu)良的高彈性和回復性、優(yōu)良的染色性能以及良好的熱固性等一系列優(yōu)勢特性，但國內(nèi)一直困于其制備方法，無法低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。2017年3月15日，張家港美景榮化學工業(yè)有限公司和中國化學纖維工業(yè)協(xié)會聯(lián)合舉辦的“二十萬噸/年P(guān)TT聚合紡絲一體化”項目啟動新聞發(fā)布會在上海國家會展中心召開。美景榮公司宣布攻克了PTT重要原料1，3-丙二醇的生物法制備技術(shù)難題，打破了國外壟斷，意味著我國將能自主大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)PTT纖維。以下就PTT的結(jié)構(gòu)、性能、近年對PTT纖維的性能提高以及其產(chǎn)品開發(fā)等研究展開綜述。美景榮公司宣布能夠大規(guī)模生產(chǎn)PTT，這無疑為PTT的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展?jié)摿Α１疚膹腜TT的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良特性出發(fā)，介紹了近年來PTT在抗菌、電磁屏蔽和記憶材料等方面的研究進展展開綜述，并對PTT纖維向多功能材料發(fā)展，向特種領(lǐng)域的推進做出了發(fā)展展望。

聚酯纖維；PPT；多功能；研究進展

1 PTT的結(jié)構(gòu)及表面形態(tài)

PTT即對苯二甲酸丙二醇酯（polytrimethylene terephthalate），是由對苯二甲酸和1，3-丙二醇進行酯化縮聚而形成的芳香族高聚物。因有三個亞甲基且呈螺旋形，故有奇碳效應(yīng)且整個高分子呈Z字型。PTT纖維縱向呈光滑條狀，對光的折射和反射有較強的作用，因此有較好的纖維光澤度。同時，在PTT纖維的表面有顆粒狀空隙。PTT纖維的橫向截面類似圓形，但也可通過紡絲工藝改變其形狀。PTT屬于高速熔融紡絲取向誘導結(jié)晶，晶區(qū)模量基本接近于無定形區(qū)的模量值，因此其模量基本恒定。結(jié)構(gòu)式如下式（1）。

2 PTT的性能

因PTT纖維的結(jié)構(gòu)，PTT纖維具有高彈性，其楊氏模量僅為2.58N/m2，遠低于PET，柔軟性強[1]。PTT晶區(qū)模量低，使其紡絲過程中，更容易添加各種功能性粉體、色母粒等，從而獲得豐富功能性，且更利于著色。回復性好，在2.5cN/detx的應(yīng)力作用下對PTT的反復拉伸試驗表明伸長率20%時，撤除應(yīng)力后，PTT纖維可完全恢復原狀。PTT的玻璃化溫度在50℃～55℃之間，熱固性好，可采用無載體常壓染色且易于加工生產(chǎn)。PTT相較于其他纖維的性能比較如表1。

表1 常用纖維主要性能指標的比較Table1 Comparision of main performance indexes of common fiber

3 PTT的近年性能豐富與提高研究

3.1 抗菌PTT纖維的研究與制備

2014年，沈金科在對常規(guī)PTT-POY紡制及結(jié)構(gòu)性能研究的基礎(chǔ)上，通過將PTT切片與抗菌母粒熔融共混紡絲法制備出了抗菌PTT-POY，并經(jīng)加工得到抗菌TT-DTY[2]。在試驗中PTT切片在120～140℃、真空條件下預(yù)先干燥12h，以保證切片的含水率低于30μg/g。采用抗菌母粒添加法，將銀系抗菌母粒與PTT切片熔融共混紡絲。紡絲工藝如圖1。

圖1

最后得出，在紡速為2800m/min下制出的規(guī)格為125 dtex/48f、175dtex/48f、225dtex/48f的PTT-POY纖維力學性能較好，內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定，可紡性較好。由5%抗菌母粒與PTT切片熔融共混紡絲法制的抗菌PTT纖維有較好的抗菌效果，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別為95.5%、94.2%，并且，在一周后纖維的結(jié)構(gòu)性能即趨于穩(wěn)定。

PTT的結(jié)構(gòu)的深入研究發(fā)現(xiàn)可以向其結(jié)構(gòu)中添加更多粉體，可以嘗試多種抗菌藥劑或其他特殊功能的物質(zhì)，以多樣化PTT的性能，在特殊領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

3.2 記憶PTT纖維的研究開發(fā)

大多數(shù)聚合物都有記憶行為，高聚物的記憶行為表現(xiàn)一般與其玻璃化轉(zhuǎn)化溫度等其他機械行為有關(guān)。但是PTT形狀記憶面料的記憶功能不只與纖維的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度、分子模量和取向度等有關(guān)，還與紡織工藝等因素密切相關(guān)，且其記憶特性來源于PTT本身結(jié)構(gòu)。PTT具有固定的相和軟化-硬化兩種結(jié)構(gòu)。其中固定相由結(jié)晶組成，進行初始形狀的記憶和恢復；可逆相由非晶相和產(chǎn)生結(jié)晶與結(jié)晶熔融可逆變化的部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)組成，進行第二次的變形和固定。PTT的結(jié)晶度是決定回復到初始狀態(tài)所需外界誘因的主要因素。不同于傳統(tǒng)記憶材料，PTT纖維的恢復到原始狀態(tài)的誘因是力，而不是熱、光、電或化學刺激等因素[3]。并且PTT纖維具有記憶賦予形狀和回復賦予形狀雙重功能。由于PTT纖維本身的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度略比環(huán)境溫度高，所以可以加強對PTT結(jié)構(gòu)的研究，適當調(diào)整其超分子結(jié)構(gòu)，那么就可能會使PTT的形狀記憶功能在普通環(huán)境溫度下實現(xiàn)，同時設(shè)法提高PTT纖維的記憶度，降低PTT纖維回復所需的力，亦可多嘗試與不同纖維進行混紡，這些將使記憶PTT材料有大的進步。薛淑云采用：PTT纖維加捻的捻度800T/m、定型溫度155℃、整經(jīng)單紗張力5～7g、織造的張力80kg左右的生產(chǎn)工藝，在此基礎(chǔ)上研制了12種規(guī)格的織物樣品，得出的PTT記憶織物的造型度為5級，可塑性較高，在無力作用下保型性最好；PTT記憶織物的記憶度為4～5級，記憶效果比半記憶、仿記憶織物高出1～4個等級，給予很小的力150～450gf/cm2就可以使記憶織物所塑造的形狀回復到初始狀態(tài)。雖然定型溫度較高，但其造型度和記憶度效果較佳，未來，PTT纖維的記憶性能需從多方面同時加強，不斷開發(fā)記憶功能，降低生產(chǎn)成本[9]。

3.3 PTT電磁屏蔽織物的研究與制備

隨著科技的進步，越來越多的電子產(chǎn)品涌入人們的生活中，我們被越來越多的電磁波干擾著，這也對人體健康造成著不容忽視的干擾。為減少損傷，一方面減少電磁輻射，一方面研制防護材料。目前投入生產(chǎn)的主要是將金屬粉末摻雜在各種纖維當中，但這也使纖維織物的力學性能下降。2013年，張曉婷等人以PTT/毛混紡紗為基體，以苯胺為原料采用原位聚合法制備了PTT/毛/PANI復合導電紗[4]。其纖維表面幾乎完全被聚苯胺覆蓋，形成了較為完整的聚苯胺薄膜，而且纖維與纖維之間的空隙也被聚苯胺填充。其抗輻射性能較好，具體如表2。

表2 織物電磁屏蔽效能與電磁波屏蔽率

2015年，雷開強同樣用其他PTT織物作為基質(zhì)材料，苯胺單體為原材料，通過化學原位聚合法，將苯胺單體氧化形成聚苯胺（PANI）導電網(wǎng)絡(luò)層，并吸附在PTT織物表面，從而也得到具有較好導電性和電磁屏蔽效能的PANI/PTT復合導電織物[5]。

4 結(jié)論與PTT的發(fā)展展望

PTT的獨特結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能，以及能夠大規(guī)模生產(chǎn)的現(xiàn)狀無疑使PTT有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ訌妼TT結(jié)構(gòu)的深入研究，各種性能的機理研究，將多種加工技術(shù)應(yīng)用到PTT纖維上來，開發(fā)出新功能，提高多功能性。近年，在PTT中添加粉體，利用PTT的結(jié)構(gòu)性能制造記憶材料，PTT的表面覆蓋物質(zhì)等很多新的研究進展都取得一定進展，都啟發(fā)著我們要深入理解PTT的結(jié)構(gòu)，不斷提高開發(fā)技術(shù)，創(chuàng)新功能，使其成為多功能材料，不只局限于民用，向特種材料等多功能材料領(lǐng)域發(fā)展。

[1]杜姍姍，蔡曉翔，于軼.PTT纖維及其產(chǎn)品開發(fā)[J].聚酯工業(yè)，2011，24(06):12-15.[2017-09-11].

[2]沈金科.抗菌PTT纖維的制備及性能研究[D].浙江理工大學，2014.

[3]秦麗.PTT“形狀記憶”織物研究[D].東華大學，2008.

[4]張曉婷，高衛(wèi)東，王鴻博，潘如如.PTT/毛/PANI復合導電紗的制備及其織物電磁屏蔽效能研究[J].毛紡科技，2013，41(11):1-5.[2017-09-14].DOI：10.19333/j.mfkj.2013.11.001

[5]雷開強.鎳/聚苯胺/PTT電磁屏蔽織物的制備及其性能[D].東華大學，2015.

[6]王秀榮，祝麗娟.PTT纖維的開發(fā)狀況及發(fā)展趨勢[J].聚酯工業(yè)，2007，(04):12-14.[2017-09-11].

[7]錢以竑.PTT纖維與形狀記憶面料的市場發(fā)展[J].針織工業(yè)，2008，(11):21-22.[2017-09-11].

[8]辛婷芬.新型形狀記憶PTT長絲面料的開發(fā)與應(yīng)用[A]. 中國紡織科學研究院、紡織行業(yè)生產(chǎn)力促進中心、北京紡織工程學會、天津工業(yè)大學改性與功能纖維天津市重點實驗室、北京服裝學院服裝材料研發(fā)與評價北京市重點實驗室、浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院寧波市先進紡織技術(shù)與服裝CAD重點實驗室.第八屆功能性紡織品及納米技術(shù)研討會論文集[C].中國紡織科學研究院、紡織行業(yè)生產(chǎn)力促進中心、北京紡織工程學會、天津工業(yè)大學改性與功能纖維天津市重點實驗室、北京服裝學院服裝材料研發(fā)與評價北京市重點實驗室、浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院寧波市先進紡織技術(shù)與服裝CAD重點實驗室，2008:6.

[9]薛淑云.PTT記憶織物加工工藝與性能研究[D].蘇州大學，2009.

Research Progress of Various Functional Development of New Polyester Fiber PTT

Li Tingyang.
College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 1300000, China.

The company announced the availability of PTT on a large scale, which undoubtedly offers great potentialfor the development of PTT. Based on the structure and excellent characteristics of PTT, this paper introduces the researchprogress of PTT in anti-bacterial, electromagnetic shielding and memory materials in recent years, and develops thedevelopment of PTT fiber to multifunctional materials and advances to special field Looking ahead.PTT fiber is a new type of polyester fiber, which has excellent high elasticity and recovery, excellent dyeing performance and good thermosetting and a series of advantages and characteristics, but the country has been trapped in its preparationmethod, can not be low-cost large-scale produce. March 15, 2017, ZhangjiagangMeijingsong Chemical Industry Co., Ltd.and China Chemical Fiber Industry Association jointly organized the "200,000 tons / year PTT polymerization spinningintegration" project launched a press conference held in Shanghai National Convention and Exhibition Center. The UnitedStates Jingrong company announced the capture of PTT important raw materials 1,3 - propanediol biological preparationtechnology problems, breaking the foreign monopoly, which means that China will be able to independently large - scaleindustrial production of PTT fiber. The following on the PTT structure, performance, in recent years to improve theperformance of PTT fiber and its product development and other research review.

Polyester fiber; PPT; Multifunction; Research progress

TQ316.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0003-03

李汀陽（1998-），女，漢族，內(nèi)蒙古包頭，本科生，單位：吉林大學，研究方向：材料科學與工程。