聚氨酯弹性纤维的生产原理只是课件
聚氨酯弹性纤维生产及质量控制
生产工艺问题及解决方案
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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
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聚氨酯弹性纤维的生产工艺
原材料的选择与准备
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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
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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。
聚氨酯树脂的生产培训课程PPT课件
2、脂肪族二异氰酸酯
（3）四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI） 特点：不会产生自缩聚反应，预聚物粘度低， －NCO基与水反应速度慢，价格很高。
应用： TMXDI的预聚物适宜制造水性聚氨酯 漆。
二、含活性氢的化合物与树脂
最重要的是多元醇与多羟基树脂，它们可 用于与二异氰酸酯反应以制造多异氰酸酯预聚物， 也可以在-NCO/OH型双组分涂料中作为羟基组 分。胺类则常用作催化剂、扩链剂或者兼任催化 剂与交联剂。
③可以在室温固化乃至在低温下固化，尤其是可以 制造不需经烘烤就能固化的高耐候涂料。
应用：汽车、铁路车辆、飞机、航天 器及桥梁、塔、罐等大型户外 建筑的耐久性保护涂料。
二、聚氨酯树脂涂料的特性与应用
④通过原料的选用、组分的配合与比例的变化以 及助剂的应用，可以调节固化条件与漆膜性能， 制造出用于不同领域的性能特点各异的涂料。
除水剂 减色剂 流平剂、消泡剂 消光剂
1、催化剂
（1）树脂合成催化剂
多异氰酸酯树脂的合成一般是依据于 NCO/OH氨基甲酸酯化反应（预聚物）与 —NCO自聚成异氰脲酸酯环反应（三聚体）。
1、催化剂
（1）树脂合成催化剂
氨基甲酸酯化反应的催化剂一般为金属皂类，
最常用的是二丁基二月桂酸锡（DBTDL）、辛酸 亚锡。
2、脂肪族二异氰酸酯
（1）六亚甲基二异氰酸酯（HDI）
OCN CH2CH2CH2CH2CH2CH2 NCO
分子式：C8H12N2O2 分子量：168.2
2、脂肪族二异氰酸酯 （1）六亚甲基二异氰酸酯（HDI）
特点：可以制得高耐候，保光、保色性优良 的外用聚氨酯涂料。 缺点：挥发性较强，有明显的刺激性与毒性， 价格比TDI高得多。
1、多元醇
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
PU树脂原理简介ppt课件
可用于合成聚氨酯预聚体、多异氰酸酯的加和物以及羟基型树脂（如羟
基丙烯酸树脂、羟基聚酯和羟基短油醇酸树脂等）的交联固化。配漆时
nNCO:nOH一般在1～1.05︰1。水性化多异氰酸酯用于水性羟基组分的交 联，此时nNCO:nOH一般在1.2～1.6︰1。
异氰酸酯基和水的反应机理如下：
H O
R N C O + H 2 O R N C O H R N H 2 + C O 2
O 2 N
N C O >
N C O > C H 3
N C O >
C H 2N C O >
N C O > RN C O
由于电子效应的影响，聚氨酯合成用的二异氰酸酯的活性往往增加。 而当第一个 NCO基团反应后，第二个的活性往往降低。如甲苯二 异氰酸酯，两个 NCO 基团活性相差2~4倍。但当二者距离较远时， 活性差别减少。如MDI上的两个 NCO基团活性接近。
O O C NH
C HO3 NH C O hv
H2N
CH3 O
NH C O
[O]
[O ] HN
H3C O O C HN
NN
CH3 O
NH C O
CH2 O
NH C O
德国Bayer公司TDI产品性能指标 :
项目
2,4-TDI含量 TDI纯度 凝固点/0C 水解氯/% 酸度/% 总氯量/% 色度（AHPA） 相对密度/d254 沸点/℃ 黏度（25 ℃ ）
/mPa.s 闪点/0C
T65
65.5±1 >99.5 6～7 <0.01 <0.01 <0.1 <50 1.22 246～247 约3 127
聚氨酯化学和工艺弹性体PPT讲稿
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(4)其它低聚物多元醇
低官能度的聚丙烯酸酯多元醇制得的弹性体具 有良好的耐水和耐紫外光性能。
精制蓖麻油是一种含烯键的植物油多元醇，制 得的弹性体耐水解、成本低，但强度不高。还有苯 乙烯及丙烯腈接枝聚醚多元醇、接枝聚酯多元醇、 聚脲改性聚醚多元醇等。
承载性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可浇注、硬度范 围广等优点。
聚氨酯弹性体加工方法多样，新技术新品种不断涌现，其 应用前景将十分广阔。
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5.1.2 基本分类
1、按低聚物多元醇原料分，聚氨酯弹性体可分为聚酯型、聚 醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型中根据具体品种
稳定剂。碳化二亚胺类化合物是重要的水解稳定剂，德 国Bayer公司生产的单碳化二亚胺牌号为Stabaxol-1，聚碳 化二亚胺（PCD）牌号为Stabaxol-P。 (3)阻燃剂等助剂
在特殊场合使用时，配方中需加入具有不同作用 的助剂，如阻燃剂前你正在浏览到的事第二十四页PPTT，共四十八页。
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5.2.1.3 扩链剂及交联剂
用于聚氨酯弹性体的扩链剂比较多，通
常分为二元胺类和醇类。
(1)二胺类扩链剂
浇注型聚氨酯弹性体工艺中普遍使用二胺 扩链剂。芳香族二胺的反应活性低，使得浇注 工艺具有良好的可操作性。浇注型聚氨酯中常 用的、用量最大的是3，3’二氯-4，4’-二苯基甲 烷二胺(亚甲基双邻氯苯胺，MOCA，国外又称 MBCA和MBOCA）。
E-300及E-100
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聚氨酯PPT原稿
聚氨酯及其绝缘制品● 聚氨酯概述● 异氰酸酯基的反应性● 聚氨酯生成原理及制备工艺 ●聚氨酯绝缘制品及应用聚氨酯概述聚氨酯是指大分子链上含有氨酯键结构的聚合物。
简称PU （Polyurethane ）C ONH R NH C O OR'On聚氨基甲酸酯聚氨酯由多元异氰酸酯与多元醇经加聚反应制得。
制备聚氨酯的主要原材料 多元异氰酸酯HDI 己二异氰酸酯 26()OCN CH NCO 液体 沸点127℃ TDI 甲苯二异氰酸酯 熔点21.8℃NCOCH 3NCOCH 3OCN2,4-TDI 2,6-TDI 常用的工业品：TDI-100 TDI-80TDI-65MDI 二苯甲烷二异氰酸酯 熔点40℃OCNCH 2NCOTTI 三苯基甲烷三异氰酸酯OCNCHNCONCO多元醇：化合物， 1，4一丁二醇聚合物，聚醚多元醇，聚酯多元醇聚醚多元醇聚醚多元醇由环氧化烯烃开环聚合制备。
常用环氧化烯烃：环氧乙烷环氧丙烷 四氢呋喃CH 2OH CH 2OH+(n 1+n 2) CH 2CHCH 3O CH 2O(CH 2CHO)n 1H CH 32O(CH 2CHO)n 2H3乙二醇是开环聚合的起始剂聚醚多元醇的官能度取决于起始剂的官能度起始剂为二元醇时，聚醚 f ＝2起始剂为三元醇时，聚醚 f ＝3聚醚多元醇的羟基种类取决于环氧化烯烃以环氧乙烷为单体时，是伯羟基以环氧丙烷为单体时，是仲羟基 以四氢呋喃为单体时，是伯羟基聚酯多元醇聚酯多元醇由二元酸和二元醇在醇过量的条件下缩聚而得。
400~6000Mn f ＝2异氰酸酯基的反应性异氰酸酯的反应活性：与活性氢反应 自聚合反应异氰酸酯基 —N=C=O — 是杂积累双键，非常活泼。
电荷分布和电子云密度的共振结构式如下R N CORCOR C O在化学反应中，异氰酸酯基表现为亲电试剂。
含活性氢的物质BH 能与异氰酸酯基进行亲核加成反应 亲核中心B 进攻正碳离子 活性氢H 转移到N 原子上亲核加成反应历程：R N C O +BH[R N C O]BH[R O]当R 为吸电子基，B 含推电子基时，有利于亲核加成反应进行。
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）
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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。
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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。
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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。
PU聚氨酯课件解析
PU聚氨酯课件解析PU1、概念：羟值：1克聚合物多元醇所含的羟基（－OH）量相当于KOH的毫克数，单位mgKOH/g。
当量：当量＝56100/羟值异氰酸根含量：异氰酸酯指数：反应基团的比例数，即-NCO/-OH的当量数之比发泡指数：把相当于在100份聚醚中使用的水的份数定义为发泡指数(IF)。
发泡反应：所谓“发泡反应”，一般是指有水与异氰酸酯反应生成取代脲，并放出CO2的反应。
凝胶反应：发泡过程中的“凝胶反应”一般即指氨基甲酸酯的形成反应。
因为泡沫原料采用多官能度原料，得到的是交联网络，这使得发泡体系能够迅速凝胶。
凝胶时间：在一定条件下，液态物质形成凝胶所需的时间。
一般是指液态树脂或胶液在规定的温度下由能流动的液态转变为固体凝胶所需的时间。
乳白时间：在I区即将结束时，在液相聚氨酯混合物料中即出现乳白现象。
该时间在聚氨酯泡沫体生成中称为乳白时间(cream time)。
扩链剂：指能使分子链延伸、扩展或形成空间网状交联的低分子量醇类、胺类化合物。
交联剂：能在线性分子间起架桥作用从而使多个线性分子相互键合交联成网络结构的物质扩链系数：指扩链剂组分(包括混合扩链剂)中氨基、羟基的量(单位：mo1)与预聚体中NC O的量的比值，也就是活性氢基团与NCO 的摩尔数（当量数）比值。
低不饱和度聚醚：主要针对PTMG开发，PPG的价格，不饱和度降低到0.05mol/kg,接近PTMG的性能，采用DMC催化剂氨酯级溶剂：杂质含量极少，可供聚氨酯涂料使用的溶剂，他们的纯度比一般的工业品要高。
一步法：指将低聚物多元醇、二异氰酸酯、扩链剂和催化剂等同时混合后直接注入模具中，在一定温度下固化成型的方法。
预聚物法：首先将低聚物多元醇与二异氰酸酯进行预聚反应，生成端NCO基的聚氨酯预聚物，浇注时再将预聚物与扩链剂反应，制备聚氨酯弹性体的方法，称之为预聚体法。
半预聚物法：将部分聚酯多元醇或聚醚多元醇跟扩链剂、催化剂等以混合物的形式添加到预聚物中。
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（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
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
聚氨酯弹性纤维的生产原理
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。
（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
熔纺氨纶挤压系统
熔纺氨纶纺丝系统
熔纺氨纶卷绕系统
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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；热定型性良好；产品品种变 换快；熔融纺丝工艺流程简单，设备投资低，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。
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。
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。