氨纶纤维的生产与应用

1、氨纶纤维的生产与应用江苏仪化公司涤纶五厂总师室 顾超英一、概述氨纶纤维学术名称为“聚氨基甲酸酯纤维” ，也叫“聚氨酯弹性纤维” ，英文名 称为Polyurethane Fiber ，国际通称为“斯潘得克斯” （Spandex）,是一种具有高 弹性能的特种化学纤维，氨纶纤维更是目前快速发展起来的高弹性合成纤维，氨纶 是世界已知最富有弹性的合成纤维，其伸长长度高达500 800，而且具有优良的耐疲劳性和极高的弹性恢复率，弹力持久不变，任何合成纤维都无法与之相提并 论。氨纶最早由德国着名的拜耳（Barer）公司研制成功，并申请了专利。1959 年,美国杜邦（DuPont）公司用自己的方法研制出氨纶，

2、并最早幵始了氨纶的工业化生 产，产品注册为“莱卡” （ Lycra ）。近几年来，国内纷纷投资氨纶行业，生产能力正在迅速上升，预计至 2005年， 中国将成为最大的氨纶生产国。二、氨纶的化学结构氨纶的化学结构很独特，氨纶的化学分子结构比较复杂，其分子链中有两种链 段，一种是软链段，赋予纤维以弹性；另一种是硬链段，赋予分子间的相互作用力， 保证纤维具有一定强度。这两种不同性能的链段相互镶嵌，在纤维自然放松期间， 它们无规则地缠结在一起。当有外力作用时，软链段间由于相互作用力小，易拉长 变形， 而硬链段不会发生滑动， 为软链段的大幅度伸长和回弹提供了必要的结合点， 从而使纤维具有高弹性能。 氨纶唯

3、一的缺点是耐氯性稍差。 因此氨纶织物在洗涤时，要避免使用次氯酸钠型漂白剂三、氨纶纤维的制造技术根据纺丝方法的不同，氨纶生产的工艺路线可分为干法纺丝、湿法纺丝、熔法 纺丝及化学反应纺丝四种。1、干法纺丝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

4、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。干法纺丝是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法。可纺氨纶丝的纤度范围为,纺丝速度200-600 m/min，有的可高达1000 m/min。世界氨纶第一大厂商德国拜耳 公司的Dorlastan氨纶纺丝工艺就是典型的干法纺丝。2、熔法纺丝熔法纺丝是将干燥后的热塑性聚氨酯切片送入螺杆挤压机，切片由于受热而熔 融，熔体以一定压力被挤出并输送到纺丝部位，然后用纺丝泵将熔体定量均匀地压 至纺丝组件。熔融细流从喷丝板小孔挤出，在甬道中冷却而凝固成纤维。熔融纺丝只适用于易熔的和熔融温度下稳定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，如由芳香族二异氰 酸酯和线性聚酯或聚

5、醚多元醇反应，采用 1,4- 丁二醇为扩链剂所得的聚氨酯为熔融 纺丝原料。纺丝温度为 160-200 C,纺丝速度为 200-800m/min。熔融纺丝工艺受原料的影响极大，切片制造技术、切片的成分及其性能直接影 响到纺丝过程和成品质量。日清纺、钟纺、德国福奈、美国诺誉等企业以及国内自 主研究开发是熔融纺丝技术的主要推动者。3、湿法用与干法纺丝类似的方法制成嵌段共聚物溶液,经纺前准备,送至纺丝机,通 过计量泵压入喷丝头。从喷丝板毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴。凝固浴以温 水（90 C以下）为凝固介质，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，原液细流中聚合物 的浓度不断提高, 于是高聚物在凝固浴中析出形

6、成纤维, 再经洗涤干燥后进行卷绕。 湿法纺丝速度一般为 5-50 m/min ，加工纤度。日本富士纺公司的 Fujibo 氨纶生产 技术就是具有代表性的湿法纺丝。4、化学反应法它是将两端含有二异氰酸酯的聚酯或聚醚预聚体经计量泵喷丝头压出而进入纺 丝浴，与纺丝浴中的链扩展剂（如乙二胺）组分产生化学反应，预聚物链增长的同 时生成不溶于二甲基甲酰胺的共价交链结构初生纤维。从反应浴中析出的丝条经喷 淋水管洗去夹带的乙二胺后送入干燥定型机进行干燥定型。初生纤维经卷绕后，在 加压的水中进行硬化以使其内部尚未反应的部分交联，从而转变成三维结构的聚氨 界上用这种方法纺丝的产量占氨纶总产量的 2%。美国的 Gl

7、obe 、西班牙的 Enkaswing、 英国的 Spanzelle 等公司拥有这种生产技术。酯嵌段共聚物。反应纺丝法的纺丝速度一般为50-150m/min ，加工纤度为。目前世四、氨纶纤维工艺技术发展前景目前，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， 干法、湿法和熔融法各约占 83%、 6%和 11%。干法纺丝工艺技术成熟，制成的纤维质量和性能优良，在氨纶生产技术中占有 主导地位，并将在未来相当长时间内成为投资主流。由于工艺流程复杂，装置设备 投资费用大，生产过程需用有毒溶剂，纺丝速度较低，生产成本高，湿法

8、纺丝产能 比重较小，已逐渐被淘汰。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。目前国内 90%以上的氨纶产量由干纺和熔纺所生产，因此下面重点对这两种纺 丝方法及其产品性能进行比较。1、干法纺丝与熔法纺丝工艺路线的比较干法纺丝和熔法纺丝的工艺路线有很大差异。首先，采用的原料不同：干纺是 以聚醚二醇与二异氰酸酯为主要原料，采用二元胺为扩链剂；而熔纺则是以热塑性 聚氨酯切片（聚酯型或聚醚型）为原料，采用二元醇为扩链剂。其次，两种方法的 工艺流程也完全不同，干法纺丝技术成熟，但路线长，工艺复杂，有溶剂回收，设 备较多。熔融纺丝技术工艺

9、流程短，设备简单、投资少、见效快，不需溶剂回收， 无环境污染，目前熔融纺丝技术被国外垄断，由于引进技术需要花费一笔价格不菲的技术转让费，国内大部分熔纺氨纶生产厂家都采用自己成套技术或采取引进一些 硬件自己幵车的方法，存在成套能力和工艺技术的风险。干法纺丝与熔法纺丝工艺 路线比较见表1。表1干法纺丝与熔法纺丝工艺路线比较干法纺丝熔法纺丝优占八、技术成熟；产品质量优良，产品规格齐全，适用面广；纺速快、产量大；不需要TPU干燥绿色环保技术；工乙流程短、工乙灵活；生产易于管理；投资周期短、投资费用低；产品、规模灵活；库存时间长缺占八、投资规模大；工艺流程长；需回收溶剂对环境有污染；库存时间短技术不成熟

10、；原料受制于人；成品质量稍 差；应用范围小。2、干纺氨纶与熔纺氨纶结构和性能比较由于纺丝工艺和纺丝原料的不同，干纺氨纶与熔纺氨纶在结构和性能上存在一 定的差异，干纺氨纶性能优良，而熔纺氨纶在生产过程中由于预聚体在加工温度下 不稳定，在高温的停留时间稍长时，会发生过量交联，生成凝胶，导致成品物理机 械能也比干纺差。具体如表 2所示：表2干纺氨纶与熔纺氨纶结构和性能比较项目进口干纺进口熔纺国产熔纺线密度变异系数CV%断裂强度cN/tex断裂伸长率%弹性回复率%沸水收缩率%结晶度%晶粒大小A0耐氯性.、八 较差较好耐碱性较好较差热定型性稍差良好丝卷状况均一良好丝卷不匀耐菌性较好较差吸湿性较好较差五、

11、氨纶的性能、纺织加工与用途1、氨纶的性能氨纶的性能优良，有着其他任何一种纤维无法比拟的弹性，其断裂伸长率大于400% 通常在500%-700%最高可达800%形变300%寸的弹性回复率达 95%以上。另外氨纶还具有白度保持性好、耐疲劳性好、弹性模量低（ dtex ）、密度小（）、耐 热性较好（软化点约 200C，分解温度为270C）、吸湿性较好（在 20C、65%勺相 对湿度下，回潮率为 %等特点，氨纶能溶于强极性溶剂，因此其织物在洗涤时应避 免使用次氯酸钠型漂白剂。氨纶被喻为纺织品“工业味精”，在天然纤维与合成纤维中加入少许氨纶可大大提高其最终产品的服用性能与产品的附加值。表3为氨纶性能一览

12、表。表3氨纶性能一览表项目指标拉伸强度/cN dtex -1断裂伸长，%400-800模量 /cN dtex残余伸长，%20耐老化好染色性好耐磨性良好抗臭氧性好耐化学品性较强热稳定性好耐碱性.、八 较差耐微生物降解性.、八 较差抗油性一般耐光性.、八 较差氨纶的特性，使织物在结构上发生改变，在各类纺织品上都有应用，如梳织品，经 织品，针织品，均有米用，从内衣到外衣，从花边到袜子，从家庭纺织品到医疗用 品，均用得上。针织物本身的特色，就是利用线圈的结构，产生延伸弹性的效果,但其伸长及回缩范围受线圈形态及覆盖率所控制，幅度有限，氨纶的高伸度及回复 性能与针织物正好互相配合，令织物发挥出最佳特性。氨

13、纶又属于一种特殊的纺织 用纤维，其本身并不能独立做成纺织品，但可与几乎所有的其它纺织原料交织。纺织上应用的氨纶弹力丝有两种类型：氨纶裸丝及氨纶加工纱。2、氨纶的纺织加工氨纶裸丝氨纶裸丝与加工纱由于性能上的差异在应用上有所不同。加工纱虽然价格昂贵。 但可提供更好的控制弹性使用性及手感，应用范围及数量增长迅速。氨纶裸丝弹性 高，不易控制，且使用过程中存在断裂问题，但价格相对低廉，因而应用数量较大， 如1997年西欧国家3万吨的全部氨纶消耗中，以裸丝形式使用的约占 70%氨纶加工纱根据所用纤维或纱线类型及加工方式的不同， 氨纶加工纱又可分为包芯纱、 包覆 纱或合捻纱。氨纶包芯纱是以氨纶裸丝作芯纱外层

14、包覆以不同的非弹性纤维如棉、 毛、涤棉、 腈纶、涤纶等。可以通过环锭纺、气流纺、涡流纺等加工方法纺制。该纱具有纺纱 成本低、纱支范围大、外包纤维广及弹性可选择等优点。包芯纱弹性伸长为 150%-200%，氨纶用量为 7%-12%。氨纶包覆纱是指经预拉伸的氨纶弹力丝经空习锭子的中心而成为芯线， 锭子上 的纱线或长丝作为外包覆纱均匀螺旋状地缠绕于氨纶上，然后同步卷取而成。该纱 具有弹性伸长大( 300%-400%)，纱支粗及强力高的特点，多用于针织高弹织物，分 单包、双包两种方式， 是氨纶加工纱中最常使用的品种， 约占整个加工纱类型的 65%， 其外包纱多为锦纶加弹性或棉纱，亦有采用丙纶作为外包纱

15、。氨纶合捻纱是将经过预拉伸的氨纶丝与一股(或多股)非弹性纱线合并，然后 根据需要的捻度加捻而成。3、氨纶纤维与织物的用途氨纶纤维原料的优良性能使其织物穿着舒适，能适合身体部位弯曲的需要，使 服装对身体的束缚力很小，同时织物还有很好的防皱性、无褶绉性，皱折定型能力 永久不变。 主要用于制造各种运动衣、游泳衣、溜冰衣、高尔夫球等体育运动服； 还有宇航服、飞行服、工作服等各种专用服装的束带紧向部分；妇女的紧身衣、健 美服、内衣、胸罩、裤袜、束腰带、高弹袜、手套、夹克、裙子等女性用品；弹力 灯心绒、弹力劳动布、弹力毛华达呢和毛花呢服装用料；家具汽车座椅外裹装饰面料织物；医药方面作外科弹性绷带、皮管、人工器官材料等各种辅助器材设备。可以说，氨纶的用途非常广阔，不同的国家对氨纶的用途各有偏重。例如，欧 美地区以游泳衣、紧身衣为主，亚洲地区以连裤袜、短袜为主。美国 Dupont 公司的 产品主要用于泳装、高级运动衣。该公司开发的 Lycra3D 产品是氨纶与超细纤维 Tatel 结合而成的纤维，还开发了双组分尼龙与氨纶交织产品等。日本的各大公司 也积极开发具有特色的产品，如东丽等公司开发羊毛一氨纶针织服装，可乐丽的长 短丝 SPantel 产品用于女衬衫、裙