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第八章 聚氨酯纤维

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聚氨酯弹性纤维生产及质量控制

聚氨酯弹性纤维生产及质量控制

制定详细的原材料质量标准，确保生产过程中使 用的原材料质量稳定。
生产工艺问题及解决方案
01
02
03
04
生产工艺不成熟
生产工艺不成熟可能导致聚氨 酯弹性纤维的性能不稳定。
研发改进生产工艺
投入研发资源，不断改进和优 化生产工艺，提高生产效率和
产品质量。
引入自动化生产线
通过引入自动化生产线，降低 人为操作失误，提高生产过程
02
聚氨酯弹性纤维的生产工艺
原材料的选择与准备
02
01
03
高纯度多元醇
选择高纯度多元醇作为主要原料，确保纤维性能优良 。
异氰酸酯
采用高活性异氰酸酯，提高聚合反应效率。
其他助剂
添加适量催化剂、稳定剂等，调节生产过程。
聚合反应过程
80%
预聚合
将多元醇和异氰酸酯在一定温度 和压力下进行预聚合，形成预聚 体。
100%
扩链
向预聚体中加入扩链剂，增加分 子量，提高纤维性能。
80%
熟化
在一定温度下进行熟化反应，使 纤维结构更加稳定。
纺丝及后处理
纺丝
将聚氨酯弹性纤维通过 纺丝机加工成纤维束。
后拉伸
热定型
对纤维束进行拉伸处理， 提高纤维的弹性与强度。
在一定温度下进行热定 型，稳定纤维形状。
表面处理
对纤维表面进行涂层、浸 渍等处理，提高纤维的耐 磨性、阻燃性等性能。
聚氨酯弹性纤维的应用
01
02
03
04
纺织领域
用于制作运动服、泳装、内衣 等，因其良好的弹性和回复性 而受到青睐。
医疗领域
用于制作医用绷带、手术缝合 线等，因其无毒、无刺激、低 致敏性等特点。
聚氨酯弹性纤维的生产原理只是课件

聚氨酯弹性纤维的生产原理只是课件


（二）二步法
二步法又称为预聚体法，是将聚氨酯切片熔融后， 加入二异氰酸酯基过量的预聚体，和羟基过量的 聚氨酯发生交联反应，修补断裂的软段,改善纤维 的热性能和弹性回复率。
工艺流程:
该生产方法大都是首先合成弹性体，弹性体经过 螺杆挤压机熔融、挤出，在螺杆的出口处与预聚 体在静态混合器充分混合后，通过计量泵、分配 板到达喷丝板纺丝。
（一）纺丝原液的准备
分子量1000～3000的含二个羟基的脂肪族聚醚与二异氰酸酯按1∶2的摩尔比 进行反应生成预聚物。一般来讲，聚酯二醇不能用于干法纺丝，因为纺丝时的脱 溶剂困难。
硬链段多采用二苯基甲烷－4，4′－二异氰酸酯（MDI）； 软链段选用聚四亚甲基醚二醇（PTMG）（也称聚四氢呋喃PTHF）。 溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）Βιβλιοθήκη 熔纺聚氨酯纤维纺丝工艺流程图
1—聚氨酯湿切片料罐 2—干燥塔 3—螺杆挤出机 4—预聚体罐 5—预聚体计量泵 6—熔体计量泵 7—纺丝箱 8—侧吹风装置 9—纺丝甬道 10—第一导丝辊 11—第二导丝辊 12—卷绕头
三）封端法:
以封端剂（例如酚、胺等）将MDI分子上的 异氰酸基先行封闭，合成一种稳定衍生物，然 后与聚氨酯弹性体混合进行纺丝。在挤出时此 衍生物是稳定的，在纺丝时解封闭，使- NCO 基团再活化，解封闭后的由- NCO 基团在纤 维固化成形过程中与聚氨基甲酸酯大分子发生 交联，使纺丝过程中弹性体耐热性能提高，有 利于熔纺，同时提高了纤维的物理机械性能， 这种衍生物称为潜在交联剂。
聚氨酯浓度不断提高，纺丝聚合物溶液细流的表面开始凝固，逐步从凝固浴中析出
形成初生纤维，但是初生态纤维的抗拉强度很低，不能承受过大倍数的喷丝板拉
伸，故采用负拉伸、零拉伸和拉伸倍数不大的正拉伸。纤维在凝固浴出口按所需线
聚氨酯弹性纤维概论结业论文

聚氨酯弹性纤维概论结业论文

结业论文学院化学化工与环境学院专业班级姓名学号科目纤维生产各论聚氨酯弹性纤维概论摘要: 介绍了氨纶纤维的生产、结构、性能及在产业用纺织品行业的应用, 说明了氨纶纤维具有良好的性能, 在产业用纺织品行业具有良好的发展前景。

关键词: 弹性纤维; 氨纶; 生产; 性能; 结构；应用1 前言氨纶是由氨基甲酸酯嵌段共聚物组成的聚氨酯系纤维, 是一种高弹性纤维, 世界上通称为spandex , 我国简称氨纶。

由于氨纶具有很高的强力、良好的回弹性与耐磨性等特点, 因而获得迅速发展。

氨纶纤维是高弹性合成纤维，用氨纶做成的内衣伸缩自如，被誉为“第二皮肤”，广泛用于游泳衣、运动服、内衣、袜子、外衣及医用绷带等领域。

从本世纪开始，我国氨纶产业呈现跳跃式发展：2001～2006 和2007 年，我国氨纶产能从2.51 万吨/年猛增到23.56 万吨/年和26.26 万吨/年；产量从1.7 万吨/年增至15.5 万吨/年和16.4 万吨/年；表观消费量由3.5 万吨/年增至17.04 万吨/年和18.24 万吨/年；氨纶自给率由48.57%提高至2007 年基本实现自给。

到2009 年年底，全球氨纶总产能达到约62.58万吨/年，而我国氨纶总产能达到35.5 万吨/年，占世界57%，成为全球最大的氨纶生产和消费国。

氨纶产业与纺织业（包括针织、机织、化纤、服装业等）有着非常密切的关系。

我国是一个纺织业大国也是一个纺织品出口大国。

在化纤纺织品出口服装中有70%含有氨纶成分（含3%~18%）。

随着氨纶质量日臻完善、氨纶产品优势日渐凸显，“无氨不成布”将逐渐成为现实。

我国纺织业的快速发展，无疑是氨纶产业可持续发展最有力的保障。

2 聚氨酯纤维的结构与性能2.1.结构及弹性产生机理氨纶之所以具有较高的弹性和良好的回弹性,是由它的高分子嵌段共聚物结构所决定的。

聚氨酯纤维是一种以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚物纤维。

大分子由软链段和硬链段组成软链段由非结晶性的聚酯或聚醚组成，玻璃化温度很低，常温下处于高弹态，在室温下被拉伸时，纤维可以产生很大的伸长变形，并具有优异的回弹性。

聚氨酯纤维的研究与应用

聚氨酯纤维的研究与应用

聚氨酯纤维的研究与应用1.概况【1-6.7】聚氨酯纤维是聚氨基甲酸酯纤维的简称，在国内称作氨纶。

它是由聚氨基甲酸酯合成的纤维。

根据ISO2076 12.89定义其指分子链忠至少含有85%的聚氨酯链段的合成纤维。

聚氨酯纤维属于高弹纤维中的合成橡胶纤维，这类纤维因其化学结构所决定，断裂伸长至少达200%，通常为400~800%在机械变形后，几乎可完全回复到初始形状。

即聚氨酯纤维具有橡胶丝般的高延伸性和高弹性恢复，所以又称作是弹性纤维。

2.聚氨酯纤维的结构与弹性【2.3.5.6】聚氨酯纤维的结构，简而言之就是（A-B）n型的交替嵌段的共聚物，其中一种是软链段，另一种是硬链段。

软链段是由不具有结晶性的低相对分子量（800~3000）的聚酯或聚醚多元醇组成，占总量的60%~90%。

其玻璃化温度较低，常温下处于高弹状态，受到应力后很容易受到变形，从而赋予了纤维的高弹特性。

无规卷曲的软链部分在纤维中为其重要作用的连续相，用作软链段组分的聚酯类很多但只有玻璃化温度低于室温的才适用。

软链段的长度（分子量）决定了纤维的最大可延伸性，软链段的稳定性由于纤维的稳定性密切相关。

硬链段含有多种极性基团，它是由二异氰酸酯与多元醇的氰基反应所形成的，具有结晶性，熔融温度很高，并可以发生大分子的横向交联，防止大分子链间的滑移。

若干链节的硬链段，紧紧聚集成簇，这样就形成了不连续相的“岛”，为软链段的大幅度伸长和回复提供了必要的节点条件，从而使聚合物转变成三锥的分子网状结构，这样便赋予了聚氨酯纤维的高弹回缩特性。

3.聚氨酯纤维的纺丝技术【7】到目前为止,世界工业化氨纶纺丝方法有4 种, 即熔融挤压法纺丝、化学反应法纺丝、湿法纺丝和干法纺丝。

熔融挤压法纺丝,是将由二醇类即聚酯二醇或聚醚二醇( PEG 或PTMEG) 与二异氰酸酯(MDI 或TDI) 进行反应生成异氰酸酯端基的预聚物在链增长剂二元醇的作用下生成熔融温度较低的聚合物, 并铸带切粒, 再进行熔融挤压纺丝此法不用溶剂,也就无溶剂回收,不仅设备少, 建筑面积小,定员少,投资少,更主要的是没有溶剂造成的污水及污水处理。

聚氨酯纤维

聚氨酯纤维

聚氨酯纤维是一种含有85%以上氨基甲酸酯的、具有线性链段结构的高分子化合物制成的弹性纤维(Spandex)，我国商品名称为氨纶。

由于结构的特殊性，氨纶强度高，比重轻，具有优良的高弹性和弹性回复率，其制品柔软而富有弹性，既贴身又无约束及松弛感，有良好的服用性能，还广泛应用于产业、医疗、体育等领域。

氨纶的研究最早始于德国，1959年杜邦首先实现了干法纺氨纶的工业化生产，60年代日本旭化成、东洋纺等公司也先后开发出了氨纶生产技术。

20世纪80年代后，由于氨纶包覆纱和包芯纱技术的开发，氨纶的应用领域不断扩大，市场需求不断增加。

1989年，我国在山东烟台建成第一个氨纶生产装置，90年代一批氨纶企业也先后投产，2001年后中国企业全面进入，产能迅猛增加，截至04年11月，我国氨纶产量已占世界产量的40%多。

一、氨纶的主要生产方法根据纺丝方法的不同，氨纶生产的工艺路线可分为溶液纺丝法、熔融纺丝法、化学反应纺丝法，其中溶液纺丝又根据凝固介质不同分为干法溶液纺丝和湿法溶液纺丝。

目前，世界范围内干法纺丝占全球氨纶生产的80%以上、湿法纺丝约占10%左右、其它两种约占10%。

而在我国至今没有化学反应法。

化学反应纺丝法因工艺复杂，纺丝速度低，生产成本高，设备投资大且存在二胺环境污染等问题，今后发展的可能性也不大。

1、干法溶液纺丝干法纺丝以聚醚二醇与二异氰酸酯以1：2的摩尔比在一定的反应温度及时间条件下形成预聚物，预聚物经溶剂混合溶解后，再加入二胺进行链增长反应，形成嵌段共聚物溶液，再经混合、过滤、脱泡等工序，制成性能均匀一致的纺丝原液。

然后用计量泵定量均匀地压入纺丝头。

在压力的作用下，纺丝液从喷丝板毛细孔中被挤出形成丝条细流，并进入甬道。

甬道中充有热空气，使丝条细流中的溶剂迅速挥发，并被空气带走，丝条浓度不断提高直至凝固，与此同时丝条细流被拉伸变细，最后被卷绕成一定的卷装。

可纺氨纶丝的纤度范围为1.1-246.4tex，纺丝速度200-600 m/min，有的可高达1000 m/min。

合成纤维第八章讲课文档

合成纤维第八章讲课文档

• 1954年，联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与丙烯 腈的共聚物制得纤维，改进了纤维性能，提高了实用 性，促进了聚丙烯腈纤维的发展。
6
第六页，共66页。
• 腈纶工业从2O世纪5O年代在美国、德国和日 本实现了工业化生产，6O年代和7O年代世界 腈纶工业快速发展，到8O年代由于服用纤维 转向棉和天然纤维，而且原料价格上涨，成
1122
第二节 腈纶的生产
2.1 PAN的合成
聚合机理
自由基 共聚合反应
引发剂
有机化过氧 化物、无机过 氧化物和偶氮 类化合物
工业聚合方法
溶液聚合法（ 一步法）、 水相沉淀聚合 法（ 二步法）
1133
第十三页，共66页。
2.1 PAN的合成
一步法：用油溶性引发剂，反应热容易控制 ，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝；要有 溶剂回收工序。
反应时间1～2h ； 高聚物产率80%～85%。
为了降低表面张力以使相对分子质量稳定，一般要 向反应混合物中加入硫醇及其他物质。
2211
第二十一页，共66页。
2.2聚丙烯腈纤维的生产
纺丝方法 聚丙烯腈具有很高的软化点，其理论熔点Tm（267℃）超过分
解温度Td (200-250℃)，所以聚丙烯腈不能用熔融纺丝法纺丝。
水洗的目的
由凝固浴或拉伸浴出来的丝束含有一定量的溶剂
不除
使纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发粘，不易 梳分，干燥和热定型时纤维容易发黄，特别是在以后 的染色过程中更会有不良影响，使染料沉淀，产生斑 点。
水洗后纤维上的残余溶剂含量<0.1%
3322
第三十二页，共66页。
拉伸后纤维形态结构的变化
合成纤维第八章
第一页，共66页。
聚氨酯纤维

聚氨酯纤维

聚氨酯纤维聚氨酯纤维是聚氨基甲酸酯纤维的简称，又称聚氨酯弹性纤维，中国称氨纶。

一、纤维的发展聚氨酯(PU)纤维是高弹性纤维，由含质量分数85％以上的线性聚氨基甲酸酯高聚物加工制成。

国际上统称为“斯潘德克斯”(Spandex)，我国称为“氨纶”，各公司又都有自己的商品名。

它是一种由PU嵌段共聚物制成的纤维，该共聚物由软段和硬段2种链段构成。

1937年O．Bayer和H．Rinke首先用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和1，4-丁二醇(BDO)合成了PU材料，但未能工业化生产。

随着对PU研究的深入，人们逐渐认识了PU的多种优异性能，高弹性机理也被深入研究。

1959年美国杜邦公司R．J．Ater报道了以聚四氢呋喃(PTMEG)和甲苯二异氰酸酯(TDI)制取PU弹性纤维的技术，开始实现工业化生产，并命名为Lycra(莱卡)。

从20世纪60年代开始，世界许多国家生产氨纶，欧洲、日本及世界各地陆续建立起不少生产装置，至1967年厂商已有30家左右。

20世纪70年代世界氨纶总产量为0.7万t/a，1990年总产量超过5．8万t/a。

从20世纪90年代末开始，由于市场需求迅速增加，使氨纶生产进入了快速发展阶段，平均年增长率超过l0％。

我国的发展状况我国PU纤维工业起步较晚。

1988年底，烟台氨纶厂引进日本东洋纺织株式会社干法纺丝氨纶生产技术，建成了我国第一套氨纶生产装置，形成了300t/a 的生产规模，后又经过5期改造，扩大了产能。

随后江苏连云港、上海杜邦、广东鹤山、河北保定和浙江华峰等相继引进了国外生产装置，使我国2005年氨纶产能达到21万t/a。

我国氨纶生产工艺技术和装置主要从美、日、韩及德国引进，其他仅有郑州中原氨纶技术工程有限公司自主开发的连续干法氨纶成套生产技术和大连合成纤维研究所与B．F．Goodrich化学公司合作开发的熔融纺丝技术。

中国氨纶技术与发达国家之间的差距至少有10年，70％国内氨纶厂使用的技术是20世纪70年代的东洋纺织技术，虽有改进，但产品质量与国外产品仍存在明显差距。

聚氨酯纤维

聚氨酯纤维

聚氨酯纤维聚氨酯纤维聚氨酯纤维是聚氨基甲酸酯纤维的简称，又称聚氨酯弹性纤维，中国称氨纶。

一、纤维的发展聚氨酯(PU)纤维是高弹性纤维，由含质量分数85％以上的线性聚氨基甲酸酯高聚物加工制成。

国际上统称为“斯潘德克斯”(Spandex)，我国称为“氨纶”，各公司又都有自己的商品名。

它是一种由PU嵌段共聚物制成的纤维，该共聚物由软段和硬段2种链段构成。

1937年O．Bayer和H．Rinke首先用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和1，4-丁二醇(BDO)合成了PU材料，但未能工业化生产。

随着对PU研究的深入，人们逐渐认识了PU的多种优异性能，高弹性机理也被深入研究。

1959年美国杜邦公司R．J．Ater报道了以聚四氢呋喃(PTMEG)和甲苯二异氰酸酯(TDI)制取PU弹性纤维的技术，开始实现工业化生产，并命名为Lycra(莱卡)。

从20世纪60年代开始，世界许多国家生产氨纶，欧洲、日本及世界各地陆续建立起不少生产装置，至1967年厂商已有30家左右。

20世纪70年代世界氨纶总产量为0.7万t/a，1990年总产量超过5．8万t/a。

从20世纪90年代末开始，由于市场需求迅速增加，使氨纶生产进入了快速发展阶段，平均年增长率超过l0％。

我国的发展状况我国PU纤维工业起步较晚。

1988年底，烟台氨纶厂引进日本东洋纺织株式会社干法纺丝氨纶生产技术，建成了我国第一套氨纶生产装置，形成了300t/a 的生产规模，后又经过5期改造，扩大了产能。

随后江苏连云港、上海杜邦、广东鹤山、河北保定和浙江华峰等相继引进了国外生产装置，使我国2005年氨纶产能达到21万t/a。

我国氨纶生产工艺技术和装置主要从美、日、韩及德国引进，其他仅有郑州中原氨纶技术工程有限公司自主开发的连续干法氨纶成套生产技术和大连合成纤维研究所与B．F．Goodrich化学公司合作开发的熔融纺丝技术。

中国氨纶技术与发达国家之间的差距至少有10年，70％国内氨纶厂使用的技术是20世纪70年代的东洋纺织技术，虽有改进，但产品质量与国外产品仍存在明显差距。

聚氨酯弹性纤维的生产原理

聚氨酯弹性纤维的生产原理

如吡啶、咪唑等，能够催化异氰酸酯与多元醇的反应，提高产物的反应速率和 性能。
其他添加剂
抗氧剂
色料
能够抑制聚氨酯高分子链的氧化降解， 提高产物的耐久性。
能够赋予产物特定的颜色和外观质量。
紫外光吸收剂
能够吸收紫外光，防止聚氨酯高分子 链的光降解。
03
聚氨酯弹性纤维的生产工艺
熔融聚合
原理
熔融聚合是聚氨酯弹性纤维生产 中的一种常见聚合方法，通过加 热将小分子单体熔化，并在高温 下进行聚合反应，生成高分子量
05
聚氨酯弹性纤维的生产挑战 与解决方案
生产过程中的问题
反应不完全
在生产过程中，由于反应条件不 充分或反应时间不足，可能导致 聚氨酯分子链中存在未反应的官 能团，影响纤维性能。
杂质与残留物
生产过程中使用的原料或催化剂 可能未完全反应或去除，导致纤 维中存在杂质和残留物，影响纤 维的稳定性和性能。
聚氨酯弹性纤维的生产原理
目录 Contents
• 聚氨酯弹性纤维简介 • 聚氨酯弹性纤维的生产原料 • 聚氨酯弹性纤维的生产工艺 • 聚氨酯弹性纤维的性能特点 • 聚氨酯弹性纤维的生产挑战与解决方案 • 聚氨酯弹性纤维的未来发展前景
01
聚氨酯弹性纤维简介
聚氨酯弹性纤维的定义
01
聚氨酯弹性纤维是一种高分子材 料，由聚合物和异氰酸酯反应生 成，具有优良的弹性和回弹性。
耐化学腐蚀性
聚氨酯弹性纤维具有较好的耐 化学腐蚀性，能够抵御酸、碱、
盐等化学物质的侵蚀。
在长期与化学物质接触的过 程中，聚氨酯弹性纤维不易
发生性能下降或损坏。
耐化学腐蚀性使得聚氨酯弹性 纤维在化工、石油等领域具有
潜在的应用价值。
第八章 聚氨酯纤维

第八章 聚氨酯纤维

8
氨纶湿法纺丝示意图
凝固浴：水+溶剂，凝固浴中DMF或DMAc的质量分数15%～30%。 湿法纺丝的纤维中含有大量的溶剂，萃取液与丝条的运动方向相反，向机头方向 流动。浴槽需20m长，前几浴为凝固浴，后几浴为水洗浴。为了保持溶剂浓度的恒 定，必须连续除去溶剂－水混合物，并不断地添加蒸馏回收的溶剂以补充。湿法纺 丝的溶剂须蒸馏后回收。
8
三、干法纺丝
产品质量优良、强度高、弹性恢复率好、细旦及中旦丝 ，纤度范围为2.2～ 29.2dtex；纺速300～600m/min。
（一）纺丝原液的准备
分子量1000～3000的含二个羟基的脂肪族聚醚与二异氰酸酯按1∶2的摩尔比 进行反应生成预聚物。一般来讲，聚酯二醇不能用于干法纺丝，因为纺丝时的脱 溶剂困难。 硬链段多采用二苯基甲烷－4，4′－二异氰酸酯（MDI）； 软链段选用聚四亚甲基醚二醇（PTMG）（也称聚四氢呋喃PTHF）。 溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）
第八章 聚氨酯纤维
聚氨酯弹性纤维是一种含有85%以上氨基甲酸酯的、具有线型链 段结构的嵌段高分子化合物制成的纤维，国际统称“斯潘得克斯” （Spandex）， 我国商品名称为氨纶，是一种性能优异的合成纤维。
氨纶长丝
8
第一节 概述
一、聚氨酯弹性纤维的结构
聚氨基甲酸酯均聚物无弹性。 聚氨基甲酸酯均聚物无弹性。聚氨酯弹性纤维是以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚 物纤维。 物纤维。
式中： 式中：Re——脂肪族聚醚二醇或聚酯二醇基 脂肪族聚醚二醇或聚酯二醇基 R1——次脂肪族基，如－CH2－CH2－ 次脂肪族基， 次脂肪族基 R2——次芳香族基 次芳香族基 软链段： 软链段： 非结晶性的低相对分子量脂肪族聚酯（ 非结晶性的低相对分子量脂肪族聚酯（1000～5000）或脂肪族聚醚（1500～ ～ ）或脂肪族聚醚（ ～ 3500）， g=－50℃～－ ℃，链段长度 ～30nm，为硬链段的 倍，常温 ），T － ℃～－70℃ 链段长度15～ ）， ，为硬链段的10倍 下处于高弹态，纤维被拉长时，软链段能伸展变直，纤维被拉长变形。 下处于高弹态，纤维被拉长时，软链段能伸展变直，纤维被拉长变形。 质量= 总质量， 质量 65%～90%总质量，连续相； ～ 总质量 连续相； 硬链段： 硬链段： 结晶且能发生横向交联的二异氰酸酯和扩链剂，相对分子质量（ 结晶且能发生横向交联的二异氰酸酯和扩链剂，相对分子质量（500-700）， 链段短， ）， 链段短， 苯环的刚性和强的氢键及结晶性的相互作用使若干硬链段紧紧地聚集成簇状或形成 缚结点” 形成非连续相的“ 使聚合物形成三维网状结构， “缚结点”，形成非连续相的“岛”，使聚合物形成三维网状结构，起着大分子链间 的交联作用，一方面可为软链段的大幅度伸长和回弹提供必要的结点条件（ 的交联作用，一方面可为软链段的大幅度伸长和回弹提供必要的结点条件（阻止分子 间的相对滑移），另一方面可赋予纤维一定的强度，从而使聚氨酯纤维具备高弹性。 ），另一方面可赋予纤维一定的强度 间的相对滑移），另一方面可赋予纤维一定的强度，从而使聚氨酯纤维具备高弹性。
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硬链段： 结晶且能发生横向交联的二异氰酸酯和扩链剂，相对分子质量（500-700）， 链段短， 苯环的刚性和强的氢键及结晶性的相互作用使若干硬链段紧紧地聚集成簇状或形成 “缚结点”，形成非连续相的“岛”，使聚合物形成三维网状结构，起着大分子链间 的交联作用，一方面可为软链段的大幅度伸长和回弹提供必要的结点条件（阻止分子 间的相对滑移），另一方面可赋予纤维一定的强度，从而使聚氨酯纤维具备高弹性。
由纺丝液转化成固态纤维时，必须经过化学反应或用化学反应控制成纤速度， 反应纺丝法由单体或预聚体形成高聚物的过程与成纤过程同时进行。反应纺丝 法工艺过程可分为预聚体的制备、预聚体溶液的配制、扩链固化反应、后处理。
氨纶反应纺丝工艺流程示意图
8
预聚体的制备 将相对分子质量为1000～3000的聚酯二醇或聚醚二醇与过量的二异
两步法：首先由脂肪族聚醚或脂肪族聚酯与二异氰酸酯加成生成预聚 体，预聚体的端基为异氰酸酯基（－NCO），平均相对分子质 量较低（ < 5000），然后在预聚体中加入扩链剂进行反应，扩 链剂（低分子二醇或二胺）中的双官能团（－OH或－NH2）与 预聚体分子中的异氰酸酯基反应，使分子链进一步扩展，生成 相对分子质量在2×104～5×104之间的嵌段共聚物。 以两步法为例，介绍聚氨酯的合成。
8
纺丝温度 纺丝温度控制在180～240℃。生产中提高螺杆2～4区温度，3、4区温度梯度
适当缩小，减少熔体停留时间，以减少黏度降解，箱体温度与第5区的相近，并 保证喷丝板面温度不致太低。
环境温度 由于聚氨酯切片的玻璃化温度很低,，如果纺丝环境温度过高，自喷丝头喷出的
8
2．工艺控制 聚氨酯
线性聚酯型热塑性聚氨酯弹性体（TPU），其中聚酯二醇一般是相对分子质量 为1000～2000的聚己二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚碳酸酯等。 熔纺氨纶的TPU合成主要采用一步法工艺，即将二异氰酸酯、聚酯二醇、扩链 剂、催化剂、助剂等经计量后直接加入双螺杆反应器中聚合而成。 在TPU合成过程中，体系中的R值（－NCO与－OH的摩尔比，表示聚合物的 硬段与软段比值）控制在1.02～1.06之间。
第八章 聚氨酯纤维
聚氨酯弹性纤维是一种含有85%以上氨基甲酸酯的、具有线型链 段结构的嵌段高分子化合物制成的纤维，国际统称“斯潘得克斯” （Spandex）， 我国商品名称为氨纶，是一种性能优异的合成纤维。
氨纶长丝
8
第一节 概述
一、聚氨酯弹性纤维的结构
聚氨基甲酸酯均聚物无弹性。聚氨酯弹性纤维是以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚 物纤维。
8
氨纶湿法纺丝示意图
凝固浴：水+溶剂，凝固浴中DMF或DMAc的质量分数15%～30%。 湿法纺丝的纤维中含有大量的溶剂，萃取液与丝条的运动方向相反，向机头方向
流动。浴槽需20m长，前几浴为凝固浴，后几浴为水洗浴。为了保持溶剂浓度的恒 定，必须连续除去溶剂－水混合物，并不断地添加蒸馏回收的溶剂以补充。湿法纺 丝的溶剂须蒸馏后回收。
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二、聚氨酯弹性纤维的性能
氨纶具有断裂伸长率大（500%～800%）；弹性回复率高（伸长 500%时，回弹率为95%～99%），氨纶分子结构中，软链段部分的 分子量越大，纤维的断裂伸长率和回弹率越高，聚醚型氨纶比聚酯型 氨纶回弹率高；弹性模量低（0.11cN/dtex）；耐疲劳性好（伸 长50%～300% 的抗拉收缩疲劳次数超过100万次）；强度较低 （0.88cN/dtex）；密度小（1.0～1.39 g/cm3）；耐腐蚀、耐晒、耐 热和抗老化，对染料有良好的亲和力。
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第二节 聚氨酯的合成
一、原料的准备
芳香族二异氰酸酯 硬链段，二苯基甲烷－4，4′－二异氰酸酯（MDI）或2，4－甲苯二异氰酸 酯（2，4－TDI）；此外，还有2，6－甲苯二异氰酸酯、l，4－苯二异氰酸 酯、1，5－萘二异氰酸酯。
二羟基化合物 软链段，其相对分子质量越大，聚合物的分子极性越小，分子链越柔软。相对 分子质量800～3000，分子两个末端基均为羟基的脂肪族聚酯或聚醚。 脂肪族聚醚：聚醚多元醇（聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚四亚甲基醚二醇） 脂肪族聚酯：聚酯多元醇（聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸 丁二醇酯）
扩链剂 分子链增长作用，低分子化合物（二胺类、二肼类、二元醇）。
添加剂 催化剂（叔胺类化合物或有机锡化合物）、抗氧化剂（抗氧化剂3114）、抗
静电剂（烷基三甲基氯化铵）、光稳定剂、消光剂（二氧化钛）、润滑剂、颜料 等添加剂。
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二、聚氨酯的合成
一步法：将聚合物二醇和扩链剂低分子二醇同时加入反应体系中，聚 合物二醇和低分子二醇交替与异氰酸酯基作用生成聚氨酯大 分子；
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预聚体 预聚体是二异氰酸酯和聚合物二醇合成的聚醚或聚酯型预聚物，常温下为固
态。100℃下的黏度仅为0.7～0.8 Pa·s，极易水解，生产中采用干氮保护。预聚 物在供给罐内用低于100℃的温度熔融，并在熔融时抽真空脱泡。预聚体起着添 加剂作用，使熔融的大分子弹性体黏度下降，喷丝孔孔口膨化效应降低，使纺丝 顺利进行；预聚体又起交联剂作用，使形成的弹性纤维有较高的强度，具备良好 的使用性能。预聚体加入量5%～25%，加入量过大，则与聚氨酯熔体混合不均 匀，熔体的可塑性加快，活性基团的量增加，造成纺丝无法卷绕，即使卷绕到筒 管上也会发生胶合，无法退绕；加入量过小，聚氨酯纤维的热性能改善不充分。
氰酸酯反应，制取端基为异氰酸酯基的预聚体。为了提高聚氨酯纤维的 耐热性，在聚酯二醇或聚醚二醇中加入少量的三羟基化合物（如三羟甲 基丙烷、丙三醇）作为交联剂。 预聚体溶液的配制
在进行反应纺丝法前，要将预聚物配制成溶液（浓度为40%）。所 选的溶剂是不能与预聚体和扩链剂反应的，不影响预聚体合成速度，且 不污染纤维的惰性溶剂，如甲苯等。 扩链固化反应
硬链段多采用二苯基甲烷－4，4′－二异氰酸酯（MDI）； 软链段选用聚四亚甲基醚二醇（PTMG）（也称聚四氢呋喃PTHF）。 溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）
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（二）纺丝成型
聚氨酯纺丝原液由纺丝泵在恒温下定量将纺丝原液压入喷丝头，从喷丝孔挤 出的原液细流进入直径30～50cm、长3～6m的纺丝甬道，由溶剂蒸气－惰性气体 N2组成的热气体，由甬道的顶部引入并通过位于喷丝板上方的气体分布板向下流 动。甬道上部温度280～320℃，下部温度200～240℃，由于甬道和甬道中的气体 高温，丝条细流内的溶剂迅速挥发，并移向甬道底部，丝条中聚氨酯浓度提高直 至凝固。
先将两端含有二异氰酸酯的预聚体与有机溶剂配成纺丝原液，由计量 泵定量挤入喷丝头。经稳压、过滤、分配后从喷丝板的喷丝孔挤出，从 喷丝孔挤出的预聚体溶液细流进入凝固浴中，与凝固浴中的链扩展剂— —二元胺（如乙二胺）发生化学反应，预聚物的链随之发生增长，形成 嵌段共聚物的长链。另外，在纤维内的大分子间也会产生一定程度的 向交联，使之成为具有网状结构的大分子。
干燥 由于聚氨酯切片中含有极性基团，具有较强的亲水性，水分的存在加剧熔融过
程中的降解，引起毛丝和断头，严重时无法正常纺丝。另外，TPU切片中水分与 熔体中异氰酸酯反应，生成胺并放出二氧化碳，起发泡作用等，使初生纤维泛 白，成柱状喷出。一般生产上干燥后切片含水率控制在40×10-6以内。干燥塔升 温不宜过快，为防止切片在干燥塔中出现”架桥”现象，干燥塔温度应控制80℃， 干燥时间8～12h 。
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由于凝固浴从纤维表层向内部渗透是逐步进行的，当纤维表层已充分 反应而硬化时，纤维的内层尚未充分反应。为此，在得到初生纤维以 后，还应将它在加压的水中进行硬化处理，使纤维内层未起反应的那 部分两端含二异氰酸酯的预聚物，很快地在大分子之间建立起具尿素 结合型式的横向连接，从而转变为具三维结构的聚氨酯镶嵌共聚物。 后处理 离开凝固浴的初生态纤维，要经过水洗工序洗去过量的乙二胺。再经 过干燥、熟成等后处理工艺。用化学反应法溶液纺制的丝，其丝条之 间易发生粘连，故使用前应重新倒筒，否则退绕不好。
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四、熔融纺丝
熔纺氨纶丝质柔软；耐气候佳、保存时间长；单根纤维均一性良好；热定型性 良好；产品品种变换快；熔融纺丝工艺流程简单，设备投资低，生产效率高，不 使用溶剂、凝固剂，无废水废液处理问题，生产成本低。 熔纺氨纶的生产方法大致分为3种: 一步法、二步法与封端法。
（一）一步法
将聚氨基甲酸酯原材料聚酯或聚醚二醇与二异氰酸酯(MDI) 和短链脂肪族二醇 扩链剂按一定配比(二异氰酸酯需过量) 在螺杆挤出机熔融聚合、造粒, 经干燥、 熔融、计量、纺丝、卷绕、上油、平衡等工序,即得到熔融纺丝氨纶产品。
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三、干法纺丝
产品质量优良、强度高、弹性恢复率好、细旦及中旦丝 ，纤度范围为2.2～ 29.2dtex；纺速300～600m/min。
（一）纺丝原液的准备
分子量1000～3000的含二个羟基的脂肪族聚醚与二异氰酸酯按1∶2的摩尔比 进行反应生成预聚物。一般来讲，聚酯二醇不能用于干法纺丝，因为纺丝时的脱 溶剂困难。
（二）二步法
二步法又称为预聚体法，是将聚氨酯切片熔融后，加入二异氰酸酯基过量的 预聚体，和羟基过量的聚氨酯发生交联反应，修补断裂的软段,改善纤维的热性 能和弹性回复率。 1．工艺流程
该生产方法大都是首先合成弹性体，弹性体经过螺杆挤压机熔融、挤出，在螺 杆的出口处与预聚体在静态混合器充分混合后，通过计量泵、分配板到达喷丝板 纺丝。
（一）预聚体的制备
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（二）扩链反应
二元醇作扩链剂
二元胺作扩链剂
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第三节 聚氨酯弹性纤维的纺丝成型
熔体纺丝、 干法纺丝、湿法纺丝、反应纺丝
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一、反应纺丝法
反应纺丝法亦称化学纺丝法或化学反应法溶液纺丝，是高聚物制成溶液经扩 链剂使其发生化学反应而固化成丝的方法。反应纺丝法的纺丝速度一般为50～ 150m/min，以生产粗旦丝为主，一般44～6000dtex。
式中：Re——脂肪族聚醚二醇或聚酯二醇基 R1——次脂肪族基，如－CH2－CH2－ R2——次芳香族基