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聚氨酯弹性纤维的生产原理

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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。

3.纤维品种-氨纶

3.纤维品种-氨纶
– – – – Spandex纤维（美国） Elastane（欧洲） Neolon（日本） Dorlastan（德国）
氨纶-概述
• 简史
• 聚氨酯弹性纤维最早由德国拜耳 (Bayer) 公司于 1937 年试制 • • •
•
成功，但当时未能实现工业规模生产。 成功，但当时未能实现工业规模生产。 1958 年美国杜邦公司也研制出这种纤维 ， 并实现了工业化 年美国杜邦公司也研制出这种纤维， 生产。 生产。最初的商品名为Spandex，后来更名为Lycra。 60 年代初聚氨酯弹性纤维的生产出现高潮 ， 发展速度较快 。 年代初聚氨酯弹性纤维的生产出现高潮，发展速度较快。 60 年代末及 70 年代 ， 由于生产技术 、 成本核算 、 推广应用 年代，由于生产技术、成本核算、 以及聚酰胺弹力丝的高速发展对聚氨酯弹性纤维市场的冲 击等原因，其发展速度较为缓慢。 击等原因，其发展速度较为缓慢。 年代，随着加工技术的进步，包芯纱、 包覆纱、 进入 80 年代 ， 随着加工技术的进步 ， 包芯纱 、 包覆纱 、 细 旦丝等新产品不断涌现，使聚氨酯弹性纤维的用途逐步扩 旦丝等新产品不断涌现 ， 使聚氨酯 弹性纤维的用途逐步扩 进入了第二个高速发展时期。 大，进入了第二个高速发展时期。
氨纶-概述
包覆纱
• 包覆纱又称包缠纱。它是以聚氨酯弹性纤维为芯，用合成纤维长 包覆纱又称包缠纱。它是以聚氨酯弹性纤维为芯， 丝或纱线以螺旋形的方式对其予以包覆而形成的弹力纱。 丝或纱线以螺旋形的方式对其予以包覆而形成的弹力纱。 • 包覆纱的手感比较硬挺，纱线较粗，织造的面料比较厚实。 包覆纱的手感比较硬挺，纱线较粗，织造的面料比较厚实。 • 包覆纱又可分为单包覆纱和双包覆纱。单包覆纱是在聚氨酯弹性 包覆纱又可分为单包覆纱和双包覆纱。 纤维外层包上一层长丝或纱线。 纤维外层包上一层长丝或纱线。由于施加于芯纱上的包覆圈数较 在高伸长的弹性织物上有时会出现露芯现象，主要用于袜子、 少，在高伸长的弹性织物上有时会出现露芯现象，主要用于袜子、 纬编内衣等弹力织物。 纬编内衣等弹力织物。 • 双包覆纱是在聚氨酯弹性纤维外层包覆两层长丝或纱线，且两层 双包覆纱是在聚氨酯弹性纤维外层包覆两层长丝或纱线， 包裹方向相反。由于外层纤维以相反的螺旋角对称包裹， 包裹方向相反。由于外层纤维以相反的螺旋角对称包裹，纱线不 用再加捻就可以达到成纱弹力的平衡。 用再加捻就可以达到成纱弹力的平衡。 • 双包覆纱的加工费用较高，主要用于护腿、弹力带、袜子口、连 双包覆纱的加工费用较高，主要用于护腿、弹力带、袜子口、 袜裤等弹力织物。 袜裤等弹力织物。

第9章聚氨酯弹性纤维

第9章聚氨酯弹性纤维

2. 包芯纱 ：以聚氨酯弹性纤维为芯纱，外包
一种或几 种非弹力短纤维纺成的纱线。芯层提 供优良的弹性，外 围纤维提供所需要的表面特 征。例如棉包芯纱，除了弹性好以外，还保持 了一般棉纱的手感和外观，其织物具有棉布的 风格手感和性能，可以制出多种棉型织物；
包芯纱是聚氨酯弹交联的二异氰 酸酯组 成，虽然链段短，但由于含有多种极性基团，分子间的氢 键和结晶性起着大分子链间的交联作用，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)，还可赋予纤维一定的强度。
软硬 链段镶嵌共存的结构赋予聚氨酯纤维的高弹性和强度 的 统一。
3.包覆纱：又称包缠纱。以聚氨酯弹性纤维为 芯，用合 成纤维长丝或纱线以螺旋形的方式对 其予以包覆而形成 的弹力纱。手感比较硬挺， 纱线较粗，织造的面料比较 厚实。
4、合捻纱：又称合股纱。它是在对聚氨酯弹 性纤维牵伸 的同时，与其它无弹性的两根纱并 合加捻而成。如果使这种纱线退捻，在使张力 减弱的同时对整个纱线施加较 轻的冲击，使各 纱线间相对移动达稳定状态，最后导致 弹性纤 维进入纱芯中，其它无弹性的纱成为外包层， 合 捻纱结构得以稳定。用这种方法也可以生产 各种花式捻 线或三合一的合捻纱。多用于织造 粗厚织物，如弹力劳 动布、弹力单面华达呢等。
第九章 聚氨酯弹性纤维
聚氨酯弹性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，简称氨纶。大分子由软链 段和硬链段组成．
1958 年美国杜邦（Du Pont）公司也研制出这种 纤维，并实现了工业化生产。最初的商品名为斯 潘德克斯（Spandex），后来更名为莱卡 （Lycra），意为像橡胶一样的纤维。
世界聚氨酯弹性纤维产量 (kt)
年份 产量
1985 1990 1995 1996 1998 2000 2002 2005 25 38 60 100 120 180 240 248

氨纶弹性纤维资料

氨纶弹性纤维资料
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%）。
世界聚氨酯弹性纤维产量 (kt)
年996 1998 2000 2002 2005 2009 25 38 60 100 120 180 240 248 626
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。
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。
聚氨酯纤维的结构与性能 1. 结构及弹性产生机理
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。
硬链段采用具有结晶性且能发生横向交联的二异氰酸酯组 成，虽然链段短，但由于含有多种极性基团，分子间的氢键和 结晶性起着大分子链间的交联作用，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)，还可赋 予纤维一定的强度。软硬链段镶嵌共存的结构赋予聚氨酯纤

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

第九章 聚氨酯弹性纤维

第九章 聚氨酯弹性纤维
氧化乙烯的聚合是采用环氧乙烷为原料，在水和碱催化剂的存在下进行的， 即：
由于聚氧丙烯比聚氧乙烯多了一个侧甲基，所以它的疏水性稍好。 3．聚酯二醇的合成 聚酯二醇也组成是聚氨酯中的软链段之一。常用的合成聚氨酯的聚酯二醇 有：聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯等。合成 聚酯二醇常用的二元羧酸有己二酸、苯二甲酸等，常用的二元醇有 1,4-丁二醇、 1,6-己二醇，乙二醇、1,2 丙二醇等。也可以采用混合二元醇，如乙二醇和 1,2 丙二醇的混合物。二元醇和二元羧酸在加热条件下，缩聚生成聚酯二醇和水。聚 酯合成反应通式如下： （n +1）HO-R-OH + n HOOC-R′-COOH —→
合捻纱多用于织造粗厚织物，如弹力劳动布、弹力单面华达呢等。优点是条 干均匀、产品洁净。缺点是手感稍硬，弹力纤维有的露在外面，使染色时容易造 成色差，一般不用于深色织物。
第二节 聚氨酯的合成 一、主要单体及合成 1.二异氰酸酯的合成 生产聚氨酯弹性纤维一般选用芳香族二异氰酸酯，以满足硬链段的硬度。常 用的芳香族二异氰酸酯有 4，4ˊ-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）或 2，4-甲苯 二异氰酸酯(TDI)。现以 4，4ˊ-二苯基甲烷二异氰酸酯为例，介绍其合成过程。 4，4ˊ-二苯基甲烷二异氰酸酯可以用苯胺与甲醛反应缩合，生成二苯基甲 烷二胺，再将其光气化，得到粗 MDI，其反应原理如下：
部分年份的产量。
表 9-1 世界聚氨酯弹性纤维产量 (kt) 年份 1985 1990 1995 1996 1998 2000 产量 25 38 60 100 120 180
2002 240
2005 248
我国聚氨酯弹性纤维的开发较晚，但发展速度很快。在 20 世纪 80 年代末和 90 年代初先后从日本东洋纺公司引进技术设备，在烟台和连云港建成两个年产 300t 聚氨酯弹性纤维的氨纶厂。最近上述两厂经多次扩建，产量分别达到 3500t。 1998 年 Dupont 纤维（中国）有限公司与中国华源有限公司合资建成、并投产年 生产能力 2500t 氨纶厂。2003 年、2004 年我国新投产氨纶企业 39 家，新增产能 15kt，国内氨纶企业已达六十多家。这种重复建设已导致产能过剩，随着通用氨 纶品种价格跌至每吨 6 万元，氨纶告别了高利时代。

聚氨酯PU


聚氨酯的主要原料-添加剂
2.扩链剂及交联剂 扩链剂用于改善PUR软、硬度，常用的有伯胺、仲胺、乙醇
等；交联剂为产生交联点的反应物，常用的有甘油、季戊四醇 等。 3.发泡剂 用于生产PUR泡沫塑料。一种为水或液态CO2，用于生产开孔 软质泡沫塑料；另一种为一氟三氯甲烷，主要用于生产闭孔硬 质泡沫塑料。但由于其分解物会破坏臭氧生态环境，世界各国 多致力于研究其代用品。
书》后，有关氟氯烃(CFC)发泡剂的替代问题，经10多年的研 究，已取得显著进展。
概述-聚氨酯的主要原料 脂肪族
异氰酸酯 脂环族
芳香族
聚酯多元醇 环氧丙烷聚醚多元醇
低聚物多元醇 聚醚多元醇 四氢呋喃聚醚多元醇
聚氨酯原料
其它聚醚多元醇 其它多元醇
扩链（交联）剂 胺类扩链剂 醇类扩链（交联）剂
催化 剂
软质PU泡沫塑料-应用 1、座椅、沙发、头枕、床垫等
软质PU泡沫塑料-应用
2、各种服装衬里
3、各种减震、包装垫材 4、密封条
5、其它：
各种玩具、超柔软泡沫、网化泡沫、高吸水泡沫、 吸音泡沫等。
硬质PU泡沫塑料
硬质PUR泡沫塑料为高度交联结构，基本为闭孔结构， 在一定负荷作用下不发生明显变形，当负荷过大时发生 变形不能恢复到原来形状。已成为一类重要的合成树脂 绝热材料，用量仅次于聚氨酯软泡。
顶发泡法及立式发泡法3种。
①圆顶发泡法：泡沫利用率只有85％左右，边角废料多。
②卧式平顶发泡法 ：泡沫利用率提高到90％～92％，其中发 泡技术又分为：溢流槽式、溢流板式、低压压顶式和高压压顶 式4种。
③立式发泡：泡沫利用率进一步提高到95％～98％，边角废料 少，而且设 备占地面积小，异氰酸酯扩散少，色泽、形状与品 种易变更。

弹性纤维PPT课件


2 OCN—R2—NCO + HO—R1—OH —→
二异氰酸酯
聚醚或聚酯
HO
OH
∣‖
‖∣
OCN—R2—N—C—O—R1—O—C—N—R2—NCO
预聚体（OCN—R3—NCO）
11
2. 扩链反应
(1)用二元醇作扩链剂
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。
硬链段采用具有结晶性且能发生横向交联的二异氰酸酯组 成，虽然链段短，但由于含有多种极性基团，分子间的氢键和 结晶性起着大分子链间的交联作用，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)，还可赋 予纤维一定的强度。软硬链段镶嵌共存的结构赋予聚氨酯纤维 的高弹性和强度的统一。
10
二、聚氨酯嵌段共聚物的制备
纺丝用聚氨酯为线型结构，合成过程一般分两步完成。第
一步为预聚合，即用l摩尔的聚醚或聚酯与2摩尔的芳香二异
氰酸酯反应，生成分子两端含有异氰酸酯基(一NCO)的预聚
体。第二步采用扩链剂与预聚物继续反应，生成相对分子质
量为20000～50000的线型聚氨酯嵌段共聚物。
1. 预聚体的制备
分解温度约270℃，优于橡胶丝。 吸湿性较强：回潮率为1.1％，优于涤纶和丙纶。 染色性优良：可以使用所有类型的染料染色。在使用裸丝的
场合，其优越性更加明显。
4
三、聚氨酯弹性纤维的用途
1. 裸丝 ： 拉伸与回复性能好。适宜在针织机上与其它化纤长丝 交织。主要纺织产品有：紧身衣、运动衣、护腿袜、外科用 绷带和袜口、袖口等。
2. 包芯纱 ：以聚氨酯弹性纤维为芯纱，外包一种或几种非弹力 短纤维纺成的纱线。芯层提供优良的弹性，外围纤维提供所 需要的表面特征。例如棉包芯纱，除了弹性好以外，还保持 了一般棉纱的手感和外观，其织物具有棉布的风格手感和性 能，可以制出多种棉型织物；毛包芯纱的服装面料不仅要有 一般毛织物的外观和良好的保暖性，而且织物的回弹性好， 穿着时伸缩自如，增强了舒适感，并能显现出优美的体型。 包芯纱是聚氨酯弹性纤维中应用最广泛的品种。

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。

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。

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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。
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。
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。
（二）纺丝成型
干法纺丝工艺流程示意图
二、湿法纺丝
生产过程中污染大、纺丝速度慢、成本高。 工艺过程：预聚体的制备、纺丝原液的准备、湿法纺丝、后处理纺丝原液→纺丝 泵（过滤）→从喷丝板进入温水（＜90℃）→再生槽凝固浴→脱去溶剂→丝条 洗涤→干燥→卷绕成型 湿法纺丝采用DMF为溶剂，预聚体的制备和纺丝原液的准备与干法纺丝类似。 纺丝原液（浓度5%～35%）经混合、过滤、脱泡后送至纺丝机，再经过滤、分 配、稳压后，通过计量泵打入喷丝头，从喷丝孔挤出的原液细流进入由水和15%～ 30%溶剂组成的凝固浴中。当纺丝聚合物从喷丝孔挤出时，由于纺丝聚合物中的溶 剂浓度大于凝固浴中的浓度，纺丝聚合物溶液中的溶剂便向凝固浴中扩散，细流中 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 密度集束，并假捻成圆形截面的多股丝，合股后的丝条经与丝条逆向的多级萃取液 洗涤，洗去纤维中残存的溶剂，并在加热辊上进行干燥、控制收缩热定型、上油等 工序，最后卷绕在单独的筒管上。一条湿法纺丝生产线往往可以同时生产100~300 根多股丝。
熔纺氨纶挤压系统
熔纺氨纶纺丝系统
熔纺氨纶卷绕系统
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； 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。 （一）预聚体的制备
（二）扩链反应
二元醇作扩链剂
二元胺作扩链剂
聚氨酯弹性纤维的纺丝成型
干法纺丝、湿法纺丝、熔体纺丝、反应纺丝
一、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）
聚氨酯弹性纤维的生产 原理
----AP09111 董猛
一、聚氨酯弹性纤维的结构
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。
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 软链段：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～ 3500），Tg=－50℃～－70℃，链段长度15～30nm， 为硬链段的10倍，常温 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= 65%～90%总质量，连续相； 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。
（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。
San 、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。