氨纶弹性纤维

氨纶的生产流程
二异氰酸酯 预聚合 聚酯/聚醚 嵌段共聚物 共聚物溶液 纺丝原液
产品
卷绕丝
在热空气中成型/上油
原液细流
2.1 嵌段共聚物合成 根据所选用的原料不同, 生成聚氨酯弹性纤 维链段结构中软链段部分分为两大类 2.1.1聚醚二醇型 2.1.2聚酯二醇型
2.1.1聚醚二醇型
以聚四氢呋喃、二苯基甲烷-4,4 -二异氰酸酯, 间 本二胺为原料, 合成大分子中具有醚结构-软醚段 和氨基甲酸酯的及脲结构- 硬链段的嵌段共聚物。 在制备嵌段共聚物的反应中必须严格控制三种原 料的摩尔比, 任何一种造成原料的欠量或过量等因 素均影响共聚物的形成。 反应式如下：

2.1.2聚酯二醇型
以二元醇和已二酸反应制成末端含有羧基
的聚酯起到软链段的作用, 然后再与过量的 芳香族二异氰酸酯反应, 起到硬链段的作用, 合成具有二异氰酸酯端基的预聚物。这种 预聚物再加二元胺或二元醇反应而获得镶 嵌共聚物, 是纺丝的原料。 聚酯合成反应通式如下：
（n +1）HO-R-OH + n HOOC-R′-COOH —→ HO-( ROOCR′COO)n-R-OH + 2n H2O

3 后加工
裸丝的加工 包芯纱的加工 （环锭纺、气流纺、涡流纺、 静电纺等，以环锭纺的应用最为泛） 。 包覆纱的加工 合捻纱的加工
包芯纱
包覆纱
合捻纱
氨 纶 包 芯 纱 纺 制 示 意 图
1-喂入辊 2-氨纶丝筒 3-氨纶丝 4-预牵伸辊 5-导丝轮 6-粗纱筒管 7-后罗拉 8-中罗拉 9-前罗拉 10-导丝钩 11-锭子
2 氨纶的生产
氨纶的生产分三部分：嵌段共聚物合成、纺丝及后处理。
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二苯基甲烷4，4ˊ-二异氰 酸酯（MDI）或2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)。 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， 如图：
纺丝温度/ ℃ 线密度范围/ dtex 占氨纶总产量比例/% 产品质量
200～600
200～230 22.2～1244 80 品质最好
50～150
≤90 44～440 10 品质尚可
400～1000
160～220 22～1100 8
50～150
—— 44～380 2 品质尚可
代表厂家
Dupont 德国拜耳 日本东洋纺
金属硅酸盐粉末组成的添加剂，再经干法纺丝制取聚氨酯纤
维，灭菌率可达到99.5％。
四、具有良好低温性能的聚氨酯纤维
旭化成公司研制了一种新型催化剂，用于合成含有支链的 2,3-丁二醇的生产。再用2,3-丁二醇合成含有支链的聚醚二 醇来生产聚氨酯纤维，其纤维模量较低，适于老年人和幼儿 穿着；在低温下有良好的低温性能，可用于制作冰上运动服

世界聚氨酯弹性纤维产量 (kt)
年份
1985
1990
1995
1996
1998
2000
2002
2005
2009
产量
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。 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。
工 艺 流 程
2.2.3 化学反应纺丝
将预聚物溶液在甲苯、乙二胺的反应浴中进
行反应成形, 纤维出纺丝浴时, 完成聚合反应。 这种纺丝方法因工艺复杂, 纺丝速度低, 生产 成本高, 设备投资大等问题, 逐渐被淘汰。
各种纺丝方法的比较
项 目 干法 湿法 熔法 反应法
纺丝速度/ m· min-1
三、耐潮、耐菌的聚氨酯纤维 东洋纺采用聚己二酸乙二醇丁二醇共聚酯和MDI制成的预
聚物，用1,2-丁二醇扩链并添加2,3,5,6-四氯代烷-4-甲磺基 吡啶，再经干法纺丝纺制的聚氨酯纤维织物经20次洗涤后， 其抗菌性能仍符合日本工业标准的要求。在70℃和相对湿度 为95％的条件下，保持14d后，其强度仍保持90％，而一般 的聚氨酯纤维织物的强度保持率仅有30％。 富士纺公司研究出一种抗菌吸臭的聚氨酯纤维。在氨基甲 酸酯纺丝溶液中加入环糊精包囊杀菌剂和Zn、Cu或Ni的2价
源自文库 4 氨纶主要的检测方法

手工拆分法， 国家标准GB/T 2910．1—2009 《纺织
品定量化学分析第1 部分：试验通则》中对具体拆分手法有 详细描述，本文不再赘述。该方法准确性高，低碳环保，节 约能源，但消耗人力较大，完全依赖手工操作，对于某些特 殊工艺织造的纺织品无法通过手工方法拆分出氨纶；
溶解法， 该方法主要通过二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、 硫酸或盐酸等溶液的溶解实现。
2.2 纺丝方法
到目前为止, 世界上工业化氨纶纺丝方法有: 熔融挤压纺丝、化学反应纺丝、湿法纺丝和干 法纺丝。 氨纶的纺丝方法与纤维的最后形成的结构有关： 如果纤维是由物理交联型结构的线型嵌段共聚物制备, 则可采用熔融挤压、干法和湿法纺丝法; 如果纤维是由化学交联型的非线性嵌段高聚物所制备, 则必须采用化学反应纺丝法。
5 聚氨酯弹性纤维的新品种
一、耐高温聚氨酯纤维
日本钟纺公司在80％的聚己二酸己二醇酯和MDI及1,4-丁 二醇组成的聚合物中，加入20％的聚己二酸丁二醇酯和MDI合 成的预聚体，得到的熔纺聚氨酯纤维，具有较好的耐热性能。 日本旭化成公司用脂肪族聚碳酸酯二醇、1,6-己二醇和1,5戊二醇的混合醇与MDI合成的聚氨酯，采用干法纺丝，得到的 纤维的伸长率为618％，具有较好的耐高温性能。 日本可乐丽公司用含有1,9-壬二醇或聚碳酸酯二醇的混合二 醇，制取得熔纺聚氨酯纤维，具有优异的耐高温性能。 美国NOVEON公司采用聚四氢呋喃二醇、MDI、芳香族低 分子二醇制取的熔纺聚氨酯纤维，可以在130C下染色，具有 良好的耐高温性能。
2．聚氨酯弹性纤维的性能 （与橡胶丝相比）
线密度低：为22～4778dtex，最细的可达11dtex； 强度高：湿态为0.35～0.88dN／tex，
干态为0.5～0.9dN／tex，是橡胶丝的2～4倍。
弹性好：聚氨酯弹性纤维的伸长率达500％～800％，瞬时弹 性回复率为90％以上，与橡胶丝接近
污染较大
日本富士 纺
污染严重
日本日清 日本钟纺 日本帝人
美国环球
环境影响
基本无污染 污染严重
生产成本
成本高
成本高
成本低
成本高
干法纺丝仍占主导地位 从全球氨纶制造工 艺来看, 干法纺丝产能占总产能8 6. 3 9 % , 占据了主导地位, 并将在未来相当长时间内成 为投资主流。杜邦、旭化成、晓星、拜耳等 氨纶企业是干法技术发展的主要推动者。 熔融纺丝法兴起及产品质量日趋完善
聚 氨 酯 干 法 纺 丝 工 艺 流 程 示 意 图
2.2.2 湿法纺丝
湿法纺丝是原液在凝固浴中经双扩散作用而固化 成丝的方法。 将预聚物在链增长剂二元胺的作用下, 制成聚合物 溶液, 使丝条在凝固浴中固化成形, 液态细流中的 DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂扩散到水中, 得到初 生纤维。 湿法纺丝必须配备凝固浴、循环回收等系统, 设备 投资大, 生产成本高, 纺丝速度低, 正逐渐被淘汰。
近来,
因其穿着舒适性和设计对应性良好,迅 速地应用到衬衫、网球短裤、羊毛混纺外衣、 针织外衣等有弹性的面料。此外, 还开始应用 于纸尿布、鞋面等材料, 其以7%～10% 的年 增长率扩大需求。
二、耐氯、耐水解聚氨酯纤维
水中含有的活性氯扩散到纤维的内部，容易使 醚键氧化断裂，导致纤维脆化、强度下降。在纤 维中添加活性氯中和剂，如络合氧化物、氢氧化 镁、锌和铝，再用聚烷基硅氧烷和含磷酸酯的矿 物油处理，在醚键断裂之前，纤维中含有的氧化 物微粒，可捕捉到活性氯，可以防止醚键破坏， 提高纤维的耐氯性。
聚氨酯弹性纤维
1 概况
以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种嵌段共聚物制成的纤维 叫聚氨酯纤维，简称氨纶。 氨纶纤维是高弹性合成纤维。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。 最初的商品名为Spandex，后来更名为莱卡，意为像橡胶 一样的纤维。由于它不仅具有像橡胶丝那样的弹性，而且还 具有一般纤维的特征，受到人们的青睐。

聚氨酯湿法纺丝工艺流程示意图
2.2.4 熔融纺丝（Melt -Spinning）
熔融纺丝是成纤高聚物加热到熔点以上成为熔体而成 丝的方法。 只适用于热稳定性良好的聚氨酯嵌段共聚物,将异氨酸 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, 然后铸带切粒, 再进行熔融挤 压纺丝。 熔融挤压纺丝法是近几年新兴起的纺丝技术, 此方法不 用溶剂, 也无溶剂回收, 不仅设备投资少, 建设周期短, 生产流程简单, 产量大,成本低, 更主要的是没有溶剂 造成的污水及污水处理, 是最具发展前途的氨纶纺丝 技术。
日本大赛路公司采用聚己二酸戊四醇酯与ε-己内酯进行 酯交换的产物，与MDI反应合成聚氨酯，再经熔法纺丝制取 聚氨酯纤维，其弹性回复率可达75％～90％，具有良好低温 性能的聚氨酯纤维，主要用于制作运动装。
6 氨纶的应用
6.1氨纶的应用概况

聚氨酯纤维是1959 年由美国杜邦公司实现工业化生 产的。与聚酯、尼龙、聚丙烯腈等常规纤维不同, 聚氨酯纤维是有橡胶般伸缩性能的特殊纤维。因此, 聚氨酯纤维的发展过程也与其他纤维不同, 是随着 新商品的不断开发而发展起来的。从袜套、连裤袜 开始, 进入到具有功能性的游泳衣、紧身衣裤等运 动服面料, 继而发展到要求审美性和舒适性的紧身 内衣、衬裙、衬裤、衬衣等内衣用衣料。
2.2.1 干法纺丝（Dry Spinning）
干法纺丝是溶液在热气流下，因溶剂挥发而固化成丝的方法。 将预聚物在链增长剂的作用下生成聚合物, 将聚合物溶液细 流压入热的惰性气体中( 如氮气等) ,再将丝条中DMF(N,N-二 甲基甲酰胺) 溶剂脱出扩散到空气中, 进而固化成丝条。然后 经上油卷绕等制成氨纶。 目前, 世界干法纺丝产量较大, 约占氨纶总产品的80% 。干 法纺丝工艺路线及技术成熟, 产品性能优良, 但干法纺丝设备 投资大, 产品成本高, 干法纺丝使用的溶剂毒性大, 影响生产 者的身体健康, 对环境有很大的污染。
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。

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 维的高弹性和强度的统一。
耐热性较好：聚氨酯弹性纤维的软化温度约200℃，熔点或
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。
从表1 中可知, 橡胶丝除在残余伸长方面特别出
色外, 其强度、模量、耐老化、染色性、回弹力、 纤度和热稳定性等都不如氨纶。