聚氨酯弹性纤维的生产原理
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聚氨酯的合成原理
如2，4—甲苯二异氰酸酯（TDI）和带有三 个端经基的文化型聚酯(可由已二酸、1，3— 丁二醇及三羟甲基丙烷合成)混合后反应， 即可合成得交联型聚氨酯树脂。这个反应相 当于缩聚反应中的2—3官能度体系，可直接 获得交联产物。
2. 两步法（预聚体法）
第一步，合成预聚体。
二元醇和过量的二元异氰酸酯反应，生成两端皆为一 NCO基团的加成物，这种加成物，称为预聚体。反应中 的HO—R’—OH，除了采用二元醇外，更常用的是含有 端羧基的聚醚、聚酯或聚烯烃树脂。因而预聚体分子量 的大小．取决于聚醚或聚酯等树脂的分子量，通常为数 百至数千。如下:
第二步，预聚体进行扩链应和交联反应。
即将分子量不高的预聚体进一步反应生成高分子量 的聚氯酯树脂。如热塑性聚氨酯弹性体，就是先合 成预聚体，再经扩链反应得到高分子量的产物。也 可将扩链后的聚合物再行交联，生成交联结构的聚 氨酯，用作聚氨酯橡胶、泡沫塑料、涂料或粘合剂 等。
b. PU粘合剂 (PU bond)
PU黏合剂的特性：①分子中含有很 多高极性的基团，黏结性强，几乎 能粘合所有的材料；②很容易调节 其组成、结构及使用配方，可方便 地改变其性能；③可在室温下固化， 也可加热固化，粘合工艺方便；④ 固化时不生成副产物，粘结层不产 生缺陷；⑤黏结度较高，具有较好 的耐油、耐臭氧、耐化学品、耐低 温性。
反应特点 (reaction character)
逐步、不可逆反 应、无小分子产 生
应用(application)
工业生产的逐步加成聚合物品种不多，主 要有聚氨酯（－ NHCOO－）、聚脲（－ NHCONH－） 、环氧树脂三大类。 聚氨 酯（Polyurethane)发展最快、产量也最大， 主要用在塑料、橡胶、合成纤维、涂料、 粘合剂等方面, 本章主要讲述PU
聚氨酯弹性纤维生产及质量控制
制定详细的原材料质量标准，确保生产过程中使 用的原材料质量稳定。
生产工艺问题及解决方案
01
02
03
04
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
02
聚氨酯弹性纤维的生产工艺
原材料的选择与准备
02
01
03
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
01
02
03
04
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。
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
02
01
03
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
01
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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。
氨纶基本介绍
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）。
3.纤维品种-氨纶
– – – – Spandex纤维（美国） Elastane（欧洲） Neolon（日本） Dorlastan（德国）
氨纶-概述
• 简史
• 聚氨酯弹性纤维最早由德国拜耳 (Bayer) 公司于 1937 年试制 • • •
•
成功，但当时未能实现工业规模生产。 成功，但当时未能实现工业规模生产。 1958 年美国杜邦公司也研制出这种纤维 ， 并实现了工业化 年美国杜邦公司也研制出这种纤维， 生产。 生产。最初的商品名为Spandex，后来更名为Lycra。 60 年代初聚氨酯弹性纤维的生产出现高潮 ， 发展速度较快 。 年代初聚氨酯弹性纤维的生产出现高潮，发展速度较快。 60 年代末及 70 年代 ， 由于生产技术 、 成本核算 、 推广应用 年代，由于生产技术、成本核算、 以及聚酰胺弹力丝的高速发展对聚氨酯弹性纤维市场的冲 击等原因，其发展速度较为缓慢。 击等原因，其发展速度较为缓慢。 年代，随着加工技术的进步，包芯纱、 包覆纱、 进入 80 年代 ， 随着加工技术的进步 ， 包芯纱 、 包覆纱 、 细 旦丝等新产品不断涌现，使聚氨酯弹性纤维的用途逐步扩 旦丝等新产品不断涌现 ， 使聚氨酯 弹性纤维的用途逐步扩 进入了第二个高速发展时期。 大，进入了第二个高速发展时期。
氨纶-概述
包覆纱
• 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。它是以聚氨酯弹性纤维为芯， 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。 纤维外层包上一层长丝或纱线。 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 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， 包裹方向相反。由于外层纤维以相反的螺旋角对称包裹， 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、 袜裤等弹力织物。 袜裤等弹力织物。
氨纶-概述
• 简史
• 聚氨酯弹性纤维最早由德国拜耳 (Bayer) 公司于 1937 年试制 • • •
•
成功，但当时未能实现工业规模生产。 成功，但当时未能实现工业规模生产。 1958 年美国杜邦公司也研制出这种纤维 ， 并实现了工业化 年美国杜邦公司也研制出这种纤维， 生产。 生产。最初的商品名为Spandex，后来更名为Lycra。 60 年代初聚氨酯弹性纤维的生产出现高潮 ， 发展速度较快 。 年代初聚氨酯弹性纤维的生产出现高潮，发展速度较快。 60 年代末及 70 年代 ， 由于生产技术 、 成本核算 、 推广应用 年代，由于生产技术、成本核算、 以及聚酰胺弹力丝的高速发展对聚氨酯弹性纤维市场的冲 击等原因，其发展速度较为缓慢。 击等原因，其发展速度较为缓慢。 年代，随着加工技术的进步，包芯纱、 包覆纱、 进入 80 年代 ， 随着加工技术的进步 ， 包芯纱 、 包覆纱 、 细 旦丝等新产品不断涌现，使聚氨酯弹性纤维的用途逐步扩 旦丝等新产品不断涌现 ， 使聚氨酯 弹性纤维的用途逐步扩 进入了第二个高速发展时期。 大，进入了第二个高速发展时期。
氨纶-概述
包覆纱
• 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。它是以聚氨酯弹性纤维为芯， 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。 纤维外层包上一层长丝或纱线。 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 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， 包裹方向相反。由于外层纤维以相反的螺旋角对称包裹， 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、 袜裤等弹力织物。 袜裤等弹力织物。
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
氨纶弹性纤维资料
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。
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%）。
世界聚氨酯弹性纤维产量 (kt)
年996 1998 2000 2002 2005 2009 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。
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
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%）。
世界聚氨酯弹性纤维产量 (kt)
年996 1998 2000 2002 2005 2009 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。
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
聚氨酯弹性纤维的生产原理只是课件
（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
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）
11
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。
4
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。
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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
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。
熔纺氨纶挤压系统
熔纺氨纶纺丝系统
熔纺氨纶卷绕系统
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。
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。
（二）扩链反应
二元醇作扩链剂
二元胺作扩链剂
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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。
（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）
一、聚氨酯弹性纤维的结构
聚氨酯弹性纤维是以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚物纤维。
式中：Re——脂肪族聚醚二醇或聚酯二醇基 R1——次脂肪族基，如－CH2－CH2－ R2——次芳香族基 软链段：非结晶性的低相对分子量脂肪族聚酯（1000～5000）或脂肪 族聚醚（1500～ 3500），Tg=－50℃～－70℃，链段长度15～30nm， 为硬链段的10倍，常温 下处于高弹态，纤维被拉长时，软链段能伸展变 直，纤维被拉长变形。 质量= 65%～90%总质量，连续相； 硬链段：结晶且能发生横向交联的二异氰酸酯和扩链剂,相对分子质量 （500～700）,链段短，苯环的刚性和强的氢键及结晶性的相互作用使 若干硬链段紧紧地聚集成簇状或形成“缚结点”，形成非连续相的 “岛”，使聚合物形成三维网状结构，起着大分子链间的交联作用，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（阻止分子间 的相对滑移），另一方面可赋予纤维一定的强度，从而使聚氨酯纤维具 备高弹性。
聚氨酯的合成
一、原料的准备
芳香族二异氰酸酯 硬链段，二苯基甲烷－4，4′－二异氰酸酯（MDI）或2，4－甲苯二异氰酸 酯（2，4－TDI）；此外，还有2，6－甲苯二异氰酸酯、l，4－苯二异氰酸 酯、1，5－萘二异氰酸酯。 二羟基化合物 软链段，其相对分子质量越大，聚合物的分子极性越小，分子链越柔软。相 对分子质量800～3000，分子两个末端基均为羟基的脂肪族聚酯或聚醚。 脂肪族聚醚：聚醚多元醇（聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚四亚甲基醚二醇） 脂肪族聚酯：聚酯多元醇（聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二 酸丁二醇酯） 扩链剂 分子链增长作用，低分子化合物（二胺类、二肼类、二元醇）。 添加剂 催化剂（叔胺类化合物或有机锡化合物）、抗氧化剂（抗氧化剂3114）、抗 静电剂（烷基三甲基氯化铵）、光稳定剂、消光剂（二氧化钛）、润滑剂、颜料 等添加剂。
（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。
（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 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 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。