3.纤维品种氨纶

1、 q氨纶的学名是聚氨基甲酸酯弹性纤维。 q聚氨酯弹性纤维是指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，我国简称氨 纶 q氨纶是指由至少85%(重量)聚氨酯链段组成的 线型大分子，拉长至3倍后能快速回复到原来 长度的纤维。 spandex纤维（美国） elastane（欧洲） neolon（日本） dorlastan（德国） v我国氨纶工业起步较晚,1988年底,烟台氨 纶厂引进日本东洋纺织株式会社干法氨 纶生产技术,形成了3,200/的生产规模. v1992年江苏连云港钟山氨纶有限公司也 引进相同生产技术,建成相同规模的氨纶 厂。 v1996年广东鹤山又引进意大利公 司500/，湿

2、法氨纶生产技术设备。 q应用领域：聚氨酯弹性纤维在针织或机应用领域：聚氨酯弹性纤维在针织或机 织的弹力织物中得到广泛应用。织的弹力织物中得到广泛应用。 q应用形式主要有以下四种：应用形式主要有以下四种： q裸丝裸丝 q包芯纱包芯纱 q包覆纱包覆纱 q合捻纱合捻纱 裸丝裸丝 v裸丝是最早开发的聚氨酯弹性纤维品种。裸丝裸丝是最早开发的聚氨酯弹性纤维品种。裸丝 的拉伸与回复性能好，且不用纺纱加工便可用的拉伸与回复性能好，且不用纺纱加工便可用 于生产，因此具有成本低的优点。于生产，因此具有成本低的优点。 v由于裸丝的摩擦系数大，滑动性差，直接用于由于裸丝的摩擦系数大，滑动性差，直接用于 织造织物的不多

3、，一般适宜在针织机上与其它织造织物的不多，一般适宜在针织机上与其它 化纤长丝交织。化纤长丝交织。 v主要纺织产品有：紧身衣、运动衣、护腿袜、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。外科用绷带和袜口、袖口等。 以聚氨酯弹性纤维为芯纱，外包一种或几种非弹力短以聚氨酯弹性纤维为芯纱，外包一种或几种非弹力短 纤维纤维(棉、毛、腈纶、涤纶等棉、毛、腈纶、涤纶等)纺成的纱线。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芯层提供优良的弹性，外围纤维提供所需要的表面特 征。征。 例如棉包芯纱，除了弹性好以外，还保持了一般棉纱例如棉包芯纱，除了弹性好以外，还保持了一般

4、棉纱 的手感和外观，其织物具有棉布的风格、手感和性能，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。可以制出多种棉型织物。 毛包芯纱的服装面料不仅具有一般毛织物的外观和良毛包芯纱的服装面料不仅具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，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。增强了舒适感，并能显现出优美的体型。 包芯纱是聚包芯纱是聚氨酯弹性纤维中应用最广泛的纱线品种。氨酯弹性纤维中应用最广泛的纱线品种。 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

5、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。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。单包覆纱是在聚氨酯弹性 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 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、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

6、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，且两层 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、连 袜裤等弹力织物。袜裤等弹力织物。 q 合捻纱又称合股纱。它是在对聚氨酯弹性纤维牵伸的合捻纱又称合股纱。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

7、同时，与其它无弹性的两根纱并合加捻而成。 q 退捻这种纱线，在使张力减弱的同时对整个纱线施加退捻这种纱线，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导致弹性纤维进入纱芯中，其它无弹性的纱成为外包 层。层。 q 合捻纱多用于织造粗厚织物，如弹力劳动布、弹力单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。面华达呢等。优点是条干均匀，产品洁净。 q 缺点是手感稍硬，弹性纤维有的露在外面，使染色时缺点是手感稍硬，弹性纤维有的露在外面

8、，使染色时 容易造成色差。一般不用于深色织物容易造成色差。一般不用于深色织物。 一般的聚氨基甲酸酯均聚物并不具有弹性。一般的聚氨基甲酸酯均聚物并不具有弹性。 聚氨酯弹性纤维实际上是一种以聚氨基甲酸聚氨酯弹性纤维实际上是一种以聚氨基甲酸 酯为主要成分的嵌段共聚物纤维。其结构式酯为主要成分的嵌段共聚物纤维。其结构式 如下：如下： v在聚氨酯嵌段共聚物中有两种链段，即软链段在聚氨酯嵌段共聚物中有两种链段，即软链段 和硬链段。和硬链段。 v软链段由非结晶性的聚酯或聚醚组成，玻璃化软链段由非结晶性的聚酯或聚醚组成，玻璃化 温度很低温度很低(tg-50-70)，常温下处于高弹，常温下处于高弹 态，它的相对

9、分子质量为态，它的相对分子质量为15003500，链段长，链段长 度度1530nm。 v硬链段多采用具有结晶性且能发生横向交联的硬链段多采用具有结晶性且能发生横向交联的 二异氰酸酯，虽然它的分子量较小二异氰酸酯，虽然它的分子量较小(m500 700)，链段短。，链段短。 v软链段长度为硬链段的软链段长度为硬链段的10倍左右。倍左右。 v软链段赋予纤维的高弹性。软链段赋予纤维的高弹性。 v硬链段含有多种极性基团硬链段含有多种极性基团(如脲基飞氨基甲酸如脲基飞氨基甲酸 酯基等酯基等)，分子间的氢键和结晶性起着大分子，分子间的氢键和结晶性起着大分子 链间的交联作用，一方面可为软链段的大幅度链间的交联

10、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伸长和回弹提供必要的结点条件(阻止分子间阻止分子间 的相对滑移的相对滑移)，另一方面可赋予纤维一定的强，另一方面可赋予纤维一定的强 度。度。 v正是这种软硬链段镶嵌共存的结构才赋予聚氨正是这种软硬链段镶嵌共存的结构才赋予聚氨 酯纤维的高弹性和强度的统一，所以聚氨酯纤酯纤维的高弹性和强度的统一，所以聚氨酯纤 维是一种性能优良的弹性纤维。维是一种性能优良的弹性纤维。 v软链段可为聚醚或聚酯，又有聚醚型聚软链段可为聚醚或聚酯，又有聚醚型聚 氨酯弹性纤维和聚酯型聚氨酯弹性纤维氨酯弹性纤维和聚酯型聚氨酯弹性纤维 之分。之分。 v如杜邦公司的如杜

11、邦公司的lycra、我国烟台和连云港、我国烟台和连云港 氨纶厂的产品均属聚醚型氨纶厂的产品均属聚醚型 v而德国的而德国的dorlastan和美国橡胶公司的和美国橡胶公司的 vyrene则属聚酯型。则属聚酯型。 线密度低：聚氨酯弹性纤维的线密度范围为22 4778dtex，最细的可达11dtex；而最细的橡胶丝约180 号(约合156dtex)。 强度高：聚氨酯弹性纤维的断裂强度，湿态为0.35 0.88dntex，干态为0.50.9dntex，是橡胶丝的 24倍。 弹性好：聚氨酯弹性纤维的伸长率达500800， 瞬时弹性回复率为90以上，与橡胶丝相差无几。 耐热性较好：聚氨酯弹性纤维的软化温度

12、约耐热性较好：聚氨酯弹性纤维的软化温度约200oc， 熔点或分解温度约熔点或分解温度约270oc，优于橡胶丝，在化学纤，优于橡胶丝，在化学纤 维中属耐热性较好的品种维中属耐热性较好的品种 吸湿性较强：橡胶丝几乎不吸湿，而在吸湿性较强：橡胶丝几乎不吸湿，而在20oc、65 的相对湿度下，聚氨酯弹性纤维的回潮率为的相对湿度下，聚氨酯弹性纤维的回潮率为1.1， 虽较棉、羊毛及锦纶等小，但优于涤纶和丙纶。虽较棉、羊毛及锦纶等小，但优于涤纶和丙纶。 密度较低：聚氨酯弹性纤维的密度为密度较低：聚氨酯弹性纤维的密度为1.11.2g cm3，虽略高于橡胶丝，但在化学纤维中仍属较轻，虽略高于橡胶丝，但在化学纤维

13、中仍属较轻 的纤维。的纤维。 染色性优良：由于聚氨酯弹性纤维具有类似海绵的染色性优良：由于聚氨酯弹性纤维具有类似海绵的 性质，因此可以使用所有类型的染料染色。在使用性质，因此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。裸丝的场合，其优越性更加明显。 聚氨酯弹性纤维还具有良好的耐气候性、耐聚氨酯弹性纤维还具有良好的耐气候性、耐 挠曲、耐磨、耐一般化学药品性等。挠曲、耐磨、耐一般化学药品性等。 对次氯酸钠型漂白剂的稳定性较差，推荐使对次氯酸钠型漂白剂的稳定性较差，推荐使 用过硼酸钠、过硫酸钠等含氧型漂白剂用过硼酸钠、过硫酸钠等含氧型漂白剂。 聚醚型的聚氨酯纤维耐水解性好；而聚

14、酯型聚醚型的聚氨酯纤维耐水解性好；而聚酯型 的聚氨酯纤维的耐碱、耐水解性稍差。的聚氨酯纤维的耐碱、耐水解性稍差。 v生产聚氨酯弹性纤维之所以要采用芳香族的二生产聚氨酯弹性纤维之所以要采用芳香族的二 异氰酸酯，是体现硬链段的硬度所必须的。异氰酸酯，是体现硬链段的硬度所必须的。 v常用的芳香二异氰酸酯是常用的芳香二异氰酸酯是2,4-甲苯二异氰酸酯甲苯二异氰酸酯 (2,4-tdi)或或4,4-甲撑二苯二异氰酸酯甲撑二苯二异氰酸酯(mdi) v此外，还有此外，还有2,6-甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、l,4-苯二异氰苯二异氰 酸酯、酸酯、l,5-萘二异氰酸酯等萘二异氰酸酯等。 v以合成的以合成的2,

15、4tdi为例，为例， 甲苯经硝化生成含甲苯经硝化生成含80的的2,4-二硝基甲苯和二硝基甲苯和20的的2,6- 二硝基甲苯的异构混合物，该混合物再经催化还原成二硝基甲苯的异构混合物，该混合物再经催化还原成 为相应的甲苯二胺，并与光气反应则生成为相应的甲苯二胺，并与光气反应则生成2,4-甲苯二异甲苯二异 氰酸酯和氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。通过分步结晶甲苯二异氰酸酯的混合物。通过分步结晶 从混从混合物中提纯的合物中提纯的2,4-甲苯二异氰酸酯。甲苯二异氰酸酯。 q常用的聚醚有聚氧乙烯、聚氧丙烯和多缩正丁常用的聚醚有聚氧乙烯、聚氧丙烯和多缩正丁 醇等醇等。 q聚醚是构成聚氨酯弹性纤维的

16、软链段部分，其聚醚是构成聚氨酯弹性纤维的软链段部分，其 分子量越大，聚合物的分子极性越小，分子链分子量越大，聚合物的分子极性越小，分子链 越柔软。越柔软。 q一般将其分子量控制在一般将其分子量控制在15003500。 q氧化乙烯的聚合是采用环氧乙烷为原料，在水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。和碱催化剂的存在下进行的。 q 取过量的二元醇与己二酸反应，生成相对分子质晕为取过量的二元醇与己二酸反应，生成相对分子质晕为 10005000、末端含有羟基的聚酯。、末端含有羟基的聚酯。 q 常用的二元酸有：己二酸、苯二甲酸等。常用的二元酸有：己二酸、苯二甲酸等。 q 常

17、用的二元醇有常用的二元醇有l,4-丁二醇、丁二醇、l,6-己二醇、乙二醇、己二醇、乙二醇、1,2- 丙二醇丙二醇等。也可采用混合二元醇，如用乙二醇和等。也可采用混合二元醇，如用乙二醇和l,2-丙丙 二醇的混合物等。二醇的混合物等。 v用于干法纺丝、湿法纺丝和熔体纺丝的聚氨酯用于干法纺丝、湿法纺丝和熔体纺丝的聚氨酯 嵌段共聚物都为线型结构，其合成过程一般分嵌段共聚物都为线型结构，其合成过程一般分 两步完成。两步完成。 v第一步为预聚合，即用第一步为预聚合，即用l摩尔的聚醚或聚酯与摩尔的聚醚或聚酯与2 摩尔的芳香二异氰酸酯反应，生成分子两端含摩尔的芳香二异氰酸酯反应，生成分子两端含 有异氰酸酪基有

18、异氰酸酪基(一一nco)的预聚物。的预聚物。 v第二步是用低分子量的含有活泼氢原子的双官第二步是用低分子量的含有活泼氢原子的双官 能团化合物作链增长剂，如二胺、肼或二醇等，能团化合物作链增长剂，如二胺、肼或二醇等， 与预聚物继续反应，生成相对分子质量为与预聚物继续反应，生成相对分子质量为 2000050000的线型聚氨酯嵌段共聚物。的线型聚氨酯嵌段共聚物。 弹性纤维的基本结构是按照橡胶的经典弹性理弹性纤维的基本结构是按照橡胶的经典弹性理 论来设计的。论来设计的。 聚氨酯嵌段共聚物的软链段在常温下受力后可聚氨酯嵌段共聚物的软链段在常温下受力后可 以自由移动以自由移动,分子链间作用力很弱分子链间作

19、用力很弱,类似于液体类似于液体 分子的相互作用。分子的相互作用。 硬链段是易结晶的氨基甲酸乙酯和脲基结构，硬链段是易结晶的氨基甲酸乙酯和脲基结构， 分子链间的亚氨基和羰基可形成较强的氢键结分子链间的亚氨基和羰基可形成较强的氢键结 合合: 氨纶的弹性结构氨纶的弹性结构 模型模型(伸长伸长200%) ： q干法纺丝干法纺丝 q湿法纺丝湿法纺丝 q熔体纺丝熔体纺丝 q反应纺丝等四种方法反应纺丝等四种方法 q干法纺丝是历史上最早的化学纤维成型方法。干法纺丝是历史上最早的化学纤维成型方法。 q属溶液纺丝方法。属溶液纺丝方法。 q适用于某些熔点在其分解温度之上的成纤聚适用于某些熔点在其分解温度之上的成纤聚

20、 合物合物 q在挥发性的溶剂中能溶解而成浓溶液。在挥发性的溶剂中能溶解而成浓溶液。 q干法纺丝过程中通常受到溶剂从丝条中挥发干法纺丝过程中通常受到溶剂从丝条中挥发 速度的限制，聚合物固化速度较慢，这就决速度的限制，聚合物固化速度较慢，这就决 定了干纺工艺的特点。定了干纺工艺的特点。 q 溶液的浓度高，一般达溶液的浓度高，一般达1845，相应的粘度也高，相应的粘度也高， 能承受更大的喷丝头拉伸能承受更大的喷丝头拉伸(27倍倍)。 q 纺丝线上丝条受到的阻力远比湿纺小，故其纺速比湿纺丝线上丝条受到的阻力远比湿纺小，故其纺速比湿 纺高，一般达纺高，一般达300600mmin，高者可达，高者可达100

21、0mmin 或更高些。或更高些。 q 喷丝头孔数远比湿纺少，这是因为干法固化慢，固化喷丝头孔数远比湿纺少，这是因为干法固化慢，固化 前丝条易粘连，一般干纺短纤维的喷丝板孔数不超过前丝条易粘连，一般干纺短纤维的喷丝板孔数不超过 1200孔。孔。 q 干法成型涉及聚合物干法成型涉及聚合物-溶剂二元体系，因此比三元体系溶剂二元体系，因此比三元体系 的湿纺简单，但比单组分体系的熔纺复杂。的湿纺简单，但比单组分体系的熔纺复杂。 基于众多假设： 体系处于稳态；体系处于稳态；纺丝线的密度与比热容为常数；纺丝线的密度与比热容为常数；纤维截纤维截 面为圆形；面为圆形； 轴向速度的径向分量轴向速度的径向分量v相当

22、小；相当小；与纺丝线上与纺丝线上 切向位置相关的参数不变；切向位置相关的参数不变；热扩散与粘滞损耗可忽略不热扩散与粘滞损耗可忽略不 计；计；溶剂溶剂(丙酮丙酮)沿轴向的扩散小于径向，因此可以忽略不沿轴向的扩散小于径向，因此可以忽略不 计；计；由浓由浓 度差所引起的热传导可忽略不计；度差所引起的热传导可忽略不计；与径耐相与径耐相 比，沿轴向的比，沿轴向的 热传导可忽略不计；热传导可忽略不计；与溶剂径向扩散有关与溶剂径向扩散有关 的焓变可以忽的焓变可以忽 略；略；11. 所有作用于纺丝线上的力均视为与所有作用于纺丝线上的力均视为与 纤维轴平行；纤维轴平行；12.从最大挤出物胀大处以下为牛顿流体；从

23、最大挤出物胀大处以下为牛顿流体；13. 在喷丝头表面和最大挤出物胀大处的区间内，纺丝线上的在喷丝头表面和最大挤出物胀大处的区间内，纺丝线上的 热量和质量传递可忽略不计；热量和质量传递可忽略不计；14. 14. 轴向速度不随径向速度轴向速度不随径向速度 而改变，即纺丝线呈柱塞流动。而改变，即纺丝线呈柱塞流动。 方程表示溶剂在丝条内的扩散方程表示溶剂在丝条内的扩散 右端末项为纺丝线上热传导率的变化右端末项为纺丝线上热传导率的变化 干纺时，固化是由于溶剂从丝条细流中挥发的结果。干纺时，固化是由于溶剂从丝条细流中挥发的结果。 这实际上与纤维状聚合物材料的干燥过程相类似。这实际上与纤维状聚合物材料的干燥

24、过程相类似。 由于溶剂的挥发耗费了大量的热能，所以成型过程由于溶剂的挥发耗费了大量的热能，所以成型过程 同时取决于热量和质量交换的动力学。同时取决于热量和质量交换的动力学。 干纺过程溶剂的挥发干燥与丝条的细化同时发生干纺过程溶剂的挥发干燥与丝条的细化同时发生。 溶剂除去有三种机理：溶剂除去有三种机理：1.1.闪蒸；闪蒸；2.2.纺丝线内部的扩纺丝线内部的扩 散；散；3.3.从纺丝线表面向周围介质的对流传质从纺丝线表面向周围介质的对流传质。 q干纺初生纤维中分子和微晶的取向度很低，它在干纺初生纤维中分子和微晶的取向度很低，它在 纺程上通常是各向同性的纺程上通常是各向同性的 q纤维的微观结构、形态结构以及