第十三章伸縮性素材 - kun shan...
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第十三章伸縮性素材
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• 伸縮彈性纖維與織品• 伸縮彈性紗有：(1)紡液改質絲；(2)假撚加工絲；(3)複合股紗與(4)短纖包芯紗等４種(表2) 。伸縮彈性織物之伸縮率並非愈大愈好，必須配合實際需求而定，如人體各部位於各種運動時，其水平與垂直之皮膚伸率大約在15~52%，如表3所示，男女之西服外套大約15~20%，褲裙大約20~30%，然屬於運動或韻律服時，則布料之伸縮彈性約需45~55%，如此穿著者才會感到舒適性。 (圖2~4)
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• Spandex 俗稱”PU彈性纖維”• 該纖維具有如橡膠般之高彈性及伸縮性，其拉伸強度、拉伸應力、耐磨損性、耐老化性、耐化學藥品性上均較橡膠更為優越。目前市場上一般係將少量彈性纖維(5-20%)與其他主要纖維一起混織使用，由於彈性纖維特性可令織物在結構上改變，故在各類紡織品上都有應用，如平織品、經織品、針織品均有採用，從內衣到外衣，蕾絲帶到襪子，家庭紡織品到醫療用品皆應用的上。例如針織物本身特性，就是利用Loop(紗圈)結構來產生延伸彈性效果，其伸長及回縮範圍受Loop形態及覆蓋率所控制，使其幅度有限，但加入彈性纖維之高伸度及高回復性能後，則與針織物正好互相配合，可令織物發揮出最佳特性，目前彈性纖維已躍居人造纖維中不可缺少之一種添加纖維。
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• PTMG(聚四甲基醚二醇)• 是一種兩末端含一級OH基的鎖狀二元醇，為白色蠟狀固體。加溫可熔融成無色透明的黏稠液體，PTMG易與異氰酸鹽類(例如：MDI 、TDI等)產生反應，生成物在耐摩耗性、耐加水性、低溫柔軟性、耐菌性等方面十分卓越。除了廣泛用於製造彈性纖維外，近年來PU也用於發泡體、彈性體(成品為高分子物質，在常溫有橡膠狀彈性固體)、塗料、纖維、合成皮革、人工皮革、處理劑、TPU(熱可塑性聚胺脂彈性體 )…等。尤其因環保意識抬頭，PU在燃燒後不會產生戴奧辛，故用途漸漸增廣。
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• PBT彈性纖維• PBT與PET同屬聚酯纖維的一種，將原料乙二醇以丁二醇取代所得的聚合物。
• 聚合物單體，PBT比PET多出二個甲基(-CH2-)，造成分子間較低的凝集力，使PBT纖維具有相當程度的伸縮性。同時其分子因受拉會由平時的α型，伸長成β型，此種α→β，β→α的轉變是利用分子結構之轉變而產生之彈性，可永保彈性而不會像LYCRA R用久了會有彈性疲勞的現象。
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• 特性與用途• PBT因具有以下的特性；而廣泛的應用在各種彈性衣飾上，及各種改善質感與特性的交織物上。
• (一)PBT在鹼液中幾乎不產生加水分解或減量現象，耐鹼性極性。
• (二)PBT之初期抗拉強度較PET為低，使其具有較佳的柔軟及羊毛感。
• (三)在水中耐氯堅牢度佳，不因遇水產生物性降低、彈性疲勞之現象。
• PBT雖在某些物性上不如PET，且價格較高，但卻擁有PET沒有的優良彈性、耐鹼性及易染性，在強調功能及個性化的用途上，仍具有發展的空間，及推廣的價值。
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• PET/ TPEE彈性纖維介紹• 彈性纖維用PU熱塑彈性塑材之優點為耐磨、高抗張強度／斷裂伸長率、高彈性／回復率、制振、消音、耐油、耐水、耐汗、耐海水、耐寒、耐候、耐Ozone、耐屈曲疲勞、觸感高級等特性；惟耐熱性較差，如在120℃沸水浸漬7天後之抗張強度保持率亦僅50%，故僅能與較低溫染色之Nylon纖維交織、交編及混紡，而無法與耐高溫高壓染色之PET纖維交織、交編及混紡以研製高附加價值彈性纖維混紡產品，產業應用領域也因而受限。
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• 另一方面，熱塑性聚酯彈性體(thermoplastic polyester elastomer, TPEE)是由硬鏈段之PBT及polyether polyol(PTMEG)或polyester polyol(PCL, PBA)等軟鏈段所組成之熱塑性團塊共聚酯彈性體(圖一)，具有優越之反撥彈性、耐屈曲疲勞、耐油／耐藥品、結晶快、耐荷重、耐寒，使用環境溫度範圍廣等特性，代表性產品之TPEE熱塑彈性體材料，以最早量產上市之杜邦公司Hytrel最為有名。TPEE可依軟鏈段之組成或硬軟鏈段之含量不同而呈現不同之特性，若以polyether polyol為軟鏈段所研製之TPEE會有較佳之耐寒、柔軟性及耐水解性，但耐光及耐熱較差，若以脂肪族聚酯為軟鏈段所研製之TPEE則具較佳之耐熱老化及耐候性，但耐水解性較差。
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• 因此若以TPEE取代TPU研製彈性纖維，則可彈性化調整TPEE之硬／軟鏈段組成而研製不同特性要求之彈性纖維產品；例如以polyester-carbonate-polyol，或PCL-polyol，或以3-methyl-1,5-pentanediol，及C6～C9之長鏈二醇配合C8～C12之二酸所合成之脂肪族polyester-polyol為軟鏈段以研製TPEE彈性體，會具有較佳之耐熱性。
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• 由於結晶性高熔點之TPEE熱塑彈性體較非晶性TPU彈性體有較佳之耐高熱性及耐濕熱性，因而可承受在130℃之高溫高壓下與一般PET纖維之交織／交編／混紡產品一齊染色，此為PU彈性纖維所無法比擬者。
• 日本帝人株式會社已於近年內量產上市熔融紡絲型之TPEE共聚酯彈性纖維，商品名為，其絲斷面之幾何形狀屬特殊之梅缽型，具有高彈性(高伸縮性及回復性)、耐濕熱性／耐水解性(可耐高溫高壓之染色條件)、heat-set性(賦型加工容易)、耐藥品性(耐氯及耐鹼性)、耐光性與穿著舒適性等特性。
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• 世紀新纖維 PTT• PTT是對苯二甲酸丙二醇酯（PolyTrimethylene
Terephthalate）之簡稱，原料是丙二醇（PDO）與對苯二酸（TPA）所聚合而成之高分子，其反應式如圖1。
• 其中PDO單體早在1940年代便已進入研究階段，但因為生產成本過高而無法商業化，一直到了1990年代Shell公司進一步改善製程將PDO之製程能力提高，而使生產PTT樹酯之成本下降，終於達到商業化之目的，並且投入生產PTT樹酯之生產。
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• PTT纖維、PET纖維及PBT纖維均是聚酯纖維家族成員之一，其組成如化學式（一），所以，基本上PTT纖維擁有PET纖維的優良特性。
• 但是，因為在化學式中這三種聚酯纖維仍有些微的不同，其不同源自其CH2基團數量不同。因為CH2基團的數量改變這三種聚酯纖維之特性，尤其PTT纖維之CH2基團的數量為三，形成特殊之奇碳效應，所以在三度空間的分子排列便和PET纖維有明顯的不同，反而與Nylon比較接近。PET、PTT及Nylon 三者之差異如圖2。
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• 從圖2中可以明顯看出PET纖維之形狀為一曲柄軸狀之構造，而PTT纖維則為Z 字結構，其二者之形狀完全不同，反而PTT纖維之形狀和Nylon纖維比較接近，所以PTT纖維又擁有了Nylon纖維之特點。
• 因此，PTT纖維和PET纖維同為聚酯纖維家族之一員，其基本組成是相同的；再加上，PTT纖維因為奇碳效應導致其三度空間之構造又和Nylon纖維相似，所以，PTT 纖維同時擁有了二大合成纖維之柔軟蓬鬆、反撥性佳、容易染色、適度彈性回復性及垂性佳等特色。