聚酯工业丝的化学性能

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简介:

由于聚酯工业丝具有强度重量比高，在重负荷下依然可以保持较高的强伸比，在恶劣的气候条件下，强度损失低等的优点，因此聚酯工业丝是所有所有增强材料中应用最为广泛的材料。在实际使用中安全可靠，是一种优异的材料。目前正在逐步替代棉纺织品和低强度的合成纤维。

选用聚酯工业丝作为原材料的各类工业用增强材料的主要应用场合为： ?

机械橡胶制品中的骨架材料，如：子午线轮胎、运输带、V 型传动带、胶管。 ? 用于运输货物时的紧固带、起重吊索、缆绳、蓬布。 ? 用于建筑的安全网、防水材料和土建工程的土工织物。 ? 用作散装货袋的增强材料。 ? 用作汽车安全带、安全气囊。

? 用作各类过滤材料或无纺织物的增强材料。 ? 用作室外帐篷、广告灯箱。 ? 用作消防水带。

由于其应用广泛，使用场合中可能会受到热和化学材料的影响。因此本文将重点讨论聚酯工业丝的耐热和耐化学性能。特别是橡胶配方、硫化和最终成品可能接触到的化学物对聚酯工业丝的影响。

联系人：顾征宇

电话： 139********

发布日期： 1999年1月6日

A.耐热性

合成纤维的强度一般与温度相关，测试时温度高，强度就低，伸长就大；反之，温度低，强度高，伸长低。

由于我们测试材料时的实验室温度一般为22℃，材料在室外的实际使用温度一般可高达38℃，轮胎实际运行时的温度可在100℃左右，同时机械橡胶制品需要经过高温硫化这一工序，硫化温度在130℃到180℃甚至更高，硫化时间则也不等，从几分钟到几个小时。因此聚酯工业丝的高温特性是十分重要的。

十分良好的耐高温

性能，在100℃的

干热空气中，经过

500小时后，在室

温下测试，强度保

持率为100%，在

150℃的干热空气

中，经过500小

时，强度保持率为

87%，详见左图：

B.化学性能

在机械橡胶制品中，可采用多种骨架材料，但需要经过高温硫化这一工序，硫化温度在130℃到180℃甚至更高，硫化时间则也不等，从几分钟到几个小时，橡胶中的加速剂和硫化助剂是否对骨架材料有影响？如果采取蒸汽硫化，则高温蒸汽对骨架材料的影响如何？此外硫化时的温度和环境对骨架材料的降解有何影响？

对于土建工程，土工材料在潮湿环境里使用，土壤中的有机物和无机物对其有影响？

作为散装货袋的增强材料，可能要接触各种不同的化学材料。各种不同化学材料对聚酯工业丝的影响如何？

以上种种问题是我们所关心的，因此了解聚酯工业丝的耐化学性能十分重要。

一般来说：合成纤维的结晶区有良好的耐溶剂和耐化学物的性能，化学降解

主要发生在无定型区。聚酯工业丝的降解反应主要是与碱进行的，对硫化和高温十分敏感，特别是存在水分时尤为明显。高温下的水解和胺解是最主要的化学降解，在酸碱的催化作用下，可使降解速度加快。以下我们将讨论在一般自然温度下，聚酯工业丝在各种不同化学物中的强度保持情况。

1.水解

聚酯工业丝可在酸或碱的催化下发生水解和胺解。但酸的催化较为少见，主要是碱的催化

降解，原因是

聚酯工业丝中

的端羧基加速

降解反应。水

解机理如右：

水解反应是在材料与水之间进行的。由于聚酯工业丝是一种疏水性好的材料，在25℃，相对湿度为65%时的吸湿率为0.4%，因此聚酯工业丝在室温下，浸泡在水中12各月，强度基本上

为100%。对强伸曲线几乎没有影

响。经过长期浸泡，聚酯工业丝会

发生逐步水解，但水解过程缓慢。

聚酯工业丝在高温下易水解，

聚酯工业丝在水中和蒸汽中的特性

见右图，从图中可见聚酯的水解所

造成的强力损失比热氧化严重。水

解过程主要发生在纤维表面。

左图为聚酯的热氧化

降解和水解的对比情况

2.胺解

对聚酯工业丝降解影响最大的是胺解。胺解是由于在硫化过程中以及硫化后橡胶中存在胺，这些胺是硫化时加速剂和S-DONORS等化学反应后的生成物，并始终存在于橡胶中，在天然橡胶中，也始终存在有多种胺类:氨基酸、蛋白质。天然橡胶中氮化物的含量为0.6%。在高温下，这些化合物可以分解生成胺，损伤聚酯。

左图为热氧

化、水解、胺解对

聚酯强度的影响。

聚酯的强度保持率

主要取决于橡胶的

组分。

聚酯在硫化中

的强力损失见右

图：实际生产中硫

化温度一般为10—

20分钟，不会达

到6小时，所以在

硫化时聚酯的强力损失不大，甚至没有损失。

胺解是胺基与聚酯相结合，其降解反应机理如下：

聚酯纤维的强力损

失随硫化温度增加而

增加，胺解是一种酸

催化的分解。由于胺

解是与聚酯的无定型

区反应，所以胺解可

使聚酯的无定型区减少，相对结晶度提高，但破坏了纤维，造成强力下降。

3.橡胶对聚酯的影响

从下图可见，不同的橡胶对聚酯的影响也不相同，天然橡胶的影响比合成橡胶（SBR、IR）的影响大。

4.加速剂对聚酯的影响

聚酯的胺解主要取决于所选用的加速剂，在150℃高温下经过48小时后，在天然橡胶中，

不同种类的加速

剂和不同含量对

聚酯的降解影响

详见左图：

在丁苯橡胶

（SBR）中，不

同种类的加速剂

和不同含量对聚

酯的降解影响详

见右图：

强促进剂：

* 促进剂D（DPG）* 2-硫基咪唑啉* 促进剂NBBS（TBBS）*（ZDEC）

促进剂：

* 二硫化四甲基秋兰姆（TMTD） * N-环乙烷基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CBS）

* 1,2-二甲基咪唑呤* 六亚甲基四胺

弱促进剂：

* 二硫化-2-苯并噻唑基（MBTS）* 2-琉基苯并噻唑（MBT）因此在聚酯作骨架材料时必须正确选用橡胶中的添加剂，避免添加有损伤性的组分，否则将影响最终产品的使用寿命。

5.抗氧化剂对聚酯的影响

抗氧化剂可以防止生胶氧化、热降解、疲劳和臭氧的影响，抗氧化剂有利于骨架材料。

6.耐酸性

由于聚酯工业丝的许多应用场合为露天，容易受酸雨的影响。酸雨是由于空气中的二氧化硫和雨水结合而成的，其成分为硫酸。聚酯工业丝的其他许多应用场合更有可能直接接触其他酸性材料，因此聚酯工业丝对酸的敏感度十分重要。

十分高兴的是聚酯工业丝有相当好的耐酸性，大多数有机酸和部分稀释的无机酸，即使在pH值较低的情况下，对其影响不大。在室温下，浸泡一年后，大多数酸类对其无影响，因此酸雨对聚酯工业丝无任何影响。各类酸对其的具体影响见下表：

化学材料浓度% 温度时间稳定性乙酸 5 21 2月+

5 60 2月0

5 80 2月-

5 100 10小时+

10 21 2月+

10 60 2月0

10 80 2月-

100 60 2月0

100 80 2月-

苯甲酸 3 100 10小时+

铬酸40 80 2月+

柠檬酸10 80 2月+

甲酸 5 21 2月+

5 80 2月0

5 100 10小时-

90 21 10小时+

90 21 2月0

90 60 2月-

盐酸10 21 24月+

10 60 2月0

10 80 2月- 化学材料浓度% 温度时间稳定性

20 21 12月0

30 21 12月-

37 21 100小时+

37 21 1月0

37 21 2月-

硝酸10 21 24月+

15 21 12月+

20 21 1月+

30 21 12月0

50 21 1月0

50 21 12月-

70 21 0.1小时0

95 21 0.1小时-

油酸100 80 2月+

草酸 5 100 10小时+

乳酸21 12月+

马来酸25 21 12月+

磷酸85 21 12月+

硫酸30 80 2月+

50 21 12月+

70 21 12月0

90 21 1月-

7.耐碱性

聚酯工业丝对碱性环境较为敏感，特别是胺类。影响程度取决于温度、接触的时间长短和浓度。

化学材料浓度% 温度时间稳定性氢氧化铵 2 21 12月-

5 21 1月0

10 21 1月-

氢氧化钾0.1 21 1月+

0.1 21 12月0

1 21 2月+

1 60 2月0

1 80 2月-

5 21 1月0

5 21 12月-

10 21 1月0

20 21 1月- 化学材料浓度% 温度时间稳定性

40 21 100小时-

氢氧化钠0.1 21 12月+

1 100 10小时+

1 100 100小时0

1 120 10小时-

2 21 12月0

5 21 1月-

10 21 10小时+

10 21 1月-

10 100 10小时-

肥皂 1 120 10小时+

8.耐有机化合物

聚酯工业丝有良好的耐有机化合物性能。有机化合物对聚酯工业丝的影响如下：

化学材料浓度% 温度时间稳定性丙酮100 21 12月+

苯胺100 21 12月+

苯100 21 2月+

100 60 2月-

丁烷100 21 2月+

丁醇100 21 12月+

100 60 2月0

乙酸丁酯100 21 12月+

100 60 2月+

二硫化碳100 21 2月+

四氯化碳100 21 2月+

氯仿100 21 2月0

棉子油100 21 2月+

100 80 2月+

甲酚100 21 12月+

100 60 2月+

邻苯二甲酸二丁酯

100 60 2月+

乙醚100 21 12月+

二恶烷100 21 2月+

10 60 2月-

乙醇100 21 2月+

乙酸乙酯100 21 2月+ 化学材料浓度% 温度时间稳定性二氯乙酯100 21 2月-

甲醛30 21 12月+

氟利昂100 21 2月+

甘油100 60 2月+

庚烷100 21 2月+

已烷100 60 2月+

异丙醇100 60 2月0

煤油100 21 2月+

甲醇100 21 2月+

二氯甲烷100 21 2月-

甲基乙基酮100 21 12月+

100 60 2月-

矿物油100 80 2月+

橄榄油100 80 2月+

全氯乙烯100 60 2月+

汽油100 21 2月+

苯酚100 21 12月+

100 60 2月-

100 100 0.1小时-

吡啶100 21 12月+

间苯二酚10 21 2月+

硅油100 80 2月+

四氢呋喃100 21 1月0

甲苯100 21 2月+

三氯乙烯100 21 12月+ 凡士林100 80 2月+ 菜油100 80 2月+ 二甲苯100 60 2月+

9.耐油性

聚酯工业丝有良好的耐油性，聚酯工业丝浸放在柴油、汽油和石油中，经过一年的时间，强度基本不损失。详见上表。

10.耐溶剂性

大多数溶剂对聚酯工业丝没有影响，仅少数溶剂会造成其降解。详见上表。

11.耐无机物

大多数无机物对聚酯工业丝影响不大。详见下表。

化学材料浓度% 温度时间稳定性氯化铝 5 60 1周+

氯化钙50 21 12月+

10 60 2月+

次氯酸钙0.01 60 2月+

硫酸铜 3 21 12月+

3 100 10小时+

氯化铁 3 21 12月+

3 100 10小时+

过氧化氢 3 70 10小时+

氯化钾10 21 12月+

10 80 2月+

高锰酸钾10 21 12月+

50 21 2月+ 化学材料浓度% 温度时间稳定性碳酸氢钠10 60 2月+

10 80 2月0

亚硫酸氢钠1 100 10小时-

10 60 2月-

10 80 2月-

碳酸钠 1 120 10小时+

氯化钠80 2月+

0.7 100 10小时+

次氯酸钠0.4 70 10小时+

10 80 2月+

硫酸钠 1 100 10小时+

氯化锌 3 100 10小时

C.导电性能

聚酯工业丝是一种良好的绝缘体，其导电率比锦纶工业丝低。

D.阻燃性

聚酯工业丝在火焰下会熔融，因此其不会快速燃烧。即使着火燃烧，由于纤维会熔融滴落，因此火焰的蔓延可以降低到最少程度。

E.气候对聚酯工业丝的影响

聚酯工业丝在阳光直射下，经过400小时的照射（约2个月），强度保持率为90%，经过4800小时照射，强度保持率为50%。由于纱线之间和布层之间存在遮盖效应现象，因此较粗的纱线的强度保持率略高一些。

在短时间（一年以内）锦纶的光化分解程度比聚酯小，但一年以后，聚酯的耐光性能将大大优于锦纶。如果有玻璃遮挡，聚酯的光化分解速度可以大幅度放缓。

气温温度提高可使其与锦纶等其他合成纤维一样，强度略有降低，伸长略有提高，温度降低则现象与上相反，但聚酯的变化小，较为稳定。

F.聚酯工业丝与其他骨架材料的性能对比

1.耐热性比较

聚酯工业丝在高温下，材料

的特性比芳纶差，但比其他材料

好。聚酯、锦纶6和锦纶66、芳

纶以及粘胶在100℃、150℃、

180℃和205℃的干热空气中，

经过500小时后，在室温下测试

比较，除粘胶发生降解，强度下

降很大外，其他材料的特性基本相同，芳纶的耐热氧化性能最佳。聚酯工业丝与其他材料的耐高温特性比较如右

各种材料在不同温度下的强

度保持率如下，粘胶纤维由于干

燥作用，开始时强度反而提高：

各种材料的断裂伸长对比如

下：

各种材料的定伸长负荷如

下，其中芳纶为1%伸长时的负

荷。

2.耐水解性能比较

下图为各种纺织骨架材料在

120℃水中，经过1、2、4、10

天以后的降解情况，从图中可

见，聚酯的耐水解性能不如芳纶

和锦纶，但比粘胶好。但在常温

下，在水中浸放12个月强度无

损伤。

3.在高温硫化时，浸胶帘线的稳定性比较

在非正常的高温硫化（180℃，3小时）条件下，各种材料在强损伤性橡胶中的降解程度见右图。从图中可

见锦纶、芳纶、粘胶的在90%

左右，聚酯为70%左右，主要

原因是硫化时聚酯发生胺解。

由于材料密封在橡胶中，我们

可以忽略水解和热氧化现象。

由于实际硫化的温度和时

间远远低于上述情况，一般为

150-160℃，时间为15-20分钟。聚酯工业丝的强度损失可以忽略不计。

4.耐DOT4制动液和ASTM NO.3 油

一般选用下述两种材料作为标准材料来测试非极性和极性材料的对骨架材料的影响。

DOT4制动液：一种极性材料，合成乙二醇醚类。

ASTM NO.3 油：一种非极性材料。

各种纺织骨架材料浸泡在上述两种材料中，温度分别为20℃和120℃，经过

一年，在20℃中各种材料均无降解，在120℃时，在两种材料中的降解现象时不同的，左下图为DOT4制动液，右下图为ASTM NO.3 油。

结果可见粘胶和芳纶有较好的耐DOT4制动液性能，是制动胶管首先选用的材料。而聚酯的降

解速度太快，因此

不适宜用于制动胶

管。

ASTM NO.3 油

是一种橡胶行业使

用较广的材料，聚

酯有良好的耐

ASTM NO.3 油性

能，锦纶和粘胶的

降解相当快。

5.耐化学材料

聚酯材料有良好的耐酸性材料的性能，锦纶的耐碱性性好。详见下表。

工业丝的物理化学性能比较:

───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────单位棉纱粘胶(HT) 锦纶6/66 聚酯芳纶E-玻璃纤维钢丝帘线

Cordenka Enkalon Diolen twaron Ferenka

────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────比重G/CM3 1.54 1.53 1.14 1.38 1.44 2.58 7.85

熔点℃>230 >200 215/260 260 >500 825 1600

强度mN/tex 150 500 820 820 1950 780 330 MPa 230 750 935 1130 2800 2000 2550

初始模量N/tex 3 13 5 10 55 28 20 GPa 4.5 18 7 14 80 72 160

断裂伸长% 7 14 20 13 3.3 2.0 1.9

干热收缩% 0 1 4 5.5 0.1 0 0

(4min，160℃)

耐热性能% 0 20 45 55 90 95 100 (48H，200℃)

回潮率% 8.5 12.5 4.5 0.5 4.5 0.3 0 阻燃性(LOI) 0.20 0.20 0.21 0.21 0.29 - -

耐酸性能差差较好较好好好较好

耐碱性能好较好好较好好较好很好

耐溶剂性能好好好好很好很好很好