聚氨酯弹性纤维的生产原理

1基本介绍氨纶（spandex）氨纶是聚氨基甲酸酯纤维的简称，是一种弹性纤维。

2基本特性Spandex译名"斯潘德克斯"，是一种弹性纤维，学名聚氨酯纤维(Polyurethane)，简写(PU)。

中国大陆称为"氨纶"，它具有高度弹性，能够拉长6～7倍，但随张力的消失能迅速恢复到初始状态，其分子结构为一个像链状的、柔软及可伸长性的聚氨基甲酸酯，通过与硬链段连接在一起而增强其特性。

弹性纤维分为两类：一类为聚酯链类；一为聚醚链类。

聚酯类弹性纤维抗氧化、抗油性较强；聚醚类弹性纤维防霉性，抗洗涤剂较好。

3优点氨纶弹性优异。

而强度比乳胶丝高2～3倍，线密度也更细，并且更耐化学降解。

氨纶的耐酸碱性、耐汗、耐海水性、耐干洗性、耐磨性均较好。

[1]4合成纤维化学纤维是指那些以天然或者合成的高聚合物为原料，经过化学方法加工制造出来的纤维，它可以分为人造纤维和合成纤维两大类。

人造纤维有两种，即人造纤维素纤维（如粘胶纤维，富强纤维等）和人造蛋白质纤维（如大豆纤维，花生纤维等），而合成纤维的阵营比较庞大，有聚酯纤维（即涤纶），聚酰胺纤维（锦纶6，锦纶66等），聚丙烯腈纤维（腈纶），聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶），聚丙烯纤维（丙纶），聚氯乙烯纤维（氯纶），聚氨基甲酸酯纤维（氨纶）。

组成物质含有85%以上组分的聚氨基甲酸酯，商品名称有莱卡（Lycra、美国、英国、荷兰、加拿大、巴西）、尼奥纶（Neolon、日本）、多拉斯坦（Dorlastan、德国）等。

首先由德国Bayer公司于1937年研究成功，美国杜邦公司于1959年开始工业化生产，现已将其氨纶产业卖给美国科氏工业集团，总产能约为10万吨左右。

现全球氨纶总产能约60万吨，而韩国晓星公司的氨纶产能接近12万吨，成为全球第一。

中国第一家氨纶企业是烟台氨纶厂，1989年开始生产。

中国大陆现有生产能力35万吨左右，为全球最大氨纶生产国。

氨纶共有两个品种，一种是由芳香双异氰酸酯和含有羟基的聚酯链段的镶嵌共聚物（简称聚酯型氨纶），另一种是由芳香双异氰酸酯与含有羟基的聚醚链段镶嵌共聚物（简称聚醚型氨纶）。

聚氨酯弹性体工艺流程一、聚氨酯弹性体的概述二、聚氨酯弹性体的主要原料三、聚氨酯弹性体主要生产设备四、模具的加工五、聚氨酯弹性体生产工艺流程六、生产过程中注意事项一、聚氨酯弹性体的概述所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温，扯断伸长率＞50%，外力撤出后复原性比较好的高分子材料，而玻璃化温度高于室温的高分子材料称为塑料。

在弹性体中，其扯断伸长率较大（＞200%）、100%定伸应力较小（如＜30Mpa）、弹性较好的可称为橡胶。

所以弹性体是比橡胶更为广泛的一类高分子材料。

聚氨酯弹性体，又称聚氨酯橡胶是弹性体中比较特殊的一大类，其原材料品种繁多，配方各种各样，可调范围很大。

聚氨酯弹性体硬度范围很宽，低至绍尔A10以下的低模量橡胶，高至绍尔D85的高抗冲击橡胶弹性材料。

所以聚氨酯弹性体的性能范围很宽，是介于从橡胶到塑料的一类高分子材料。

二、聚氨酯弹性体主要原材料聚氨酯弹性体用的原料主要是三大类，即低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂（交联剂）。

除此之外，有时为了提高反应速度，改善加工性能及制品性能，还需加入某些配合剂。

下面只对生产的聚氨酯鞍座所用原材料进行具体描述。

反应过程：多元醇与二异氰酸酯反应，制成低分子量的预聚体；经扩链反应，生成高分子量聚合物；然后添加适当的交联剂，生成聚氨酯弹性体。

其工艺流程如下：扩链剂多元醇预聚体浇注硫化二异氰酸酯2.1 低聚物多元醇聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度较低，通常为2或2~3.相对分子质量为400~6000，但常用的为1000~2000.主要品类有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚ε-己内酯二醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇等。

它们在合成聚氨酯树脂中起着非常重要的作用。

一般可通过改变多元醇化合物的种类、分子量、官能度与分子结构等调节聚氨酯的物理化学性能。

2.1.1聚酯多元醇聚酯多元醇简称聚酯，是聚氨酯弹性体最重要的原料之一。

它是由二元羧酸和多元醇缩聚而成，最常用的二元羧酸是己二酸，最常用的多元醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇。

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。

聚氨酯基本常识一、聚氨酯基础知识聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革、铺面材料等到品种。

广泛用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工业以及纺织等领域。

（一）PU制品的基本组成：生产聚氨酯（PU）制品，其所用的原材料按性质、功能来分，可分为如下几个组份：组份一:异氰酸酯（盐）类—此类原料是PU树脂主要原料之一.其官能团为:—NCO（即为异氰酸酯基）,此类原料中一般在其分子结构中有两个或两个以上的—NCO基。

常用的原料有：MDI、PAPI、TDI三种。

特殊的：HDI（1，6—己二异氰酸酯）,IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯），H12MDI（二环己基甲烷二异氰酸酯)，HTDI （甲基环己基二异氰酸酯)。

XDI(苯二亚甲基二异氰酸酯），NDI（萘—1,5—二异氰酸酯).改性的异氰酸酯类：是指过量的异氰酸酯与含活泼氢类化合物反应,生成末端是—NCO的预聚物.如液化MDI（碳化二亚胺改性MDI）,鞋底原液B料（聚酯多元醇改性MDI),弹性体所用的预聚物等。

组份二：活泼氢类——此类原料是PU树脂主要原料之一。

一般在其分子结构中有两个或两个以上的羟基(—OH)或胺基（—NH2）等.常用的有:聚酯多元醇，聚醚多元醇，二元醇（EG，BDO，1,6—HDO，PG等），MOCA,TMP，HQEE，水等组份三：溶剂类—此类原料量大，在合成中不参与反应.常用的有：DMF,MEK,TOL，ETAC，CY，二甲苯，汽油,水等。

组份四：助剂类—此类原料量少,但对制品的品质影响很大，同时其种类很多,根据其作用来分有：催化剂：有机锡类(DBTDL，辛酸亚锡)，叔胺类（三亚乙基三胺，三乙醇胺，三乙胺等）表面活性剂：改善制品内部或表面性质。

如硅油匀泡剂（DC—193，DC—5043），DS—80,OT—70等.抗氧化剂：防止制品在制作过程中，被空气氧化发生颜色变化。

常用的是BHT,I—1010等。

着色剂：分无机和有机颜料，常将颜料与多元醇研磨成糊状物——色浆或色膏，有红、黄、绿、蓝、黑五种颜色。