聚氨酯彈性纖維的生產(chǎn)原理

聚氨酯彈性纖維的生產(chǎn)原理第一頁，共十六頁，2022年，8月28日一、聚氨酯彈性纖維的結(jié)構(gòu)聚氨酯彈性纖維是以聚氨基甲酸酯為主要成分的嵌段共聚物纖維。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——次芳香族基軟鏈段：非結(jié)晶性的低相對分子量脂肪族聚酯（1000～5000）或脂肪族聚醚（1500～3500），Tg=－50℃～－70℃，鏈段長度15～30nm，為硬鏈段的10倍，常溫下處于高彈態(tài)，纖維被拉長時(shí)，軟鏈段能伸展變直，纖維被拉長變形。質(zhì)量=65%～90%總質(zhì)量，連續(xù)相；硬鏈段：結(jié)晶且能發(fā)生橫向交聯(lián)的二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑,相對分子質(zhì)量（500～700）,鏈段短，苯環(huán)的剛性和強(qiáng)的氫鍵及結(jié)晶性的相互作用使若干硬鏈段緊緊地聚集成簇狀或形成“縛結(jié)點(diǎn)”，形成非連續(xù)相的“島”，使聚合物形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起著大分子鏈間的交聯(lián)作用，一方面可為軟鏈段的大幅度伸長和回彈提供必要的結(jié)點(diǎn)條件（阻止分子間的相對滑移），另一方面可賦予纖維一定的強(qiáng)度，從而使聚氨酯纖維具備高彈性。第二頁，共十六頁，2022年，8月28日聚氨酯的合成一、原料的準(zhǔn)備芳香族二異氰酸酯

硬鏈段，二苯基甲烷－4，4′－二異氰酸酯（MDI）或2，4－甲苯二異氰酸酯（2，4－TDI）；此外，還有2，6－甲苯二異氰酸酯、l，4－苯二異氰酸酯、1，5－萘二異氰酸酯。二羥基化合物

軟鏈段，其相對分子質(zhì)量越大，聚合物的分子極性越小，分子鏈越柔軟。相對分子質(zhì)量800～3000，分子兩個(gè)末端基均為羥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、聚四亞甲基醚二醇）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）擴(kuò)鏈劑

分子鏈增長作用，低分子化合物（二胺類、二肼類、二元醇）。添加劑

催化劑（叔胺類化合物或有機(jī)錫化合物）、抗氧化劑（抗氧化劑3114）、抗靜電劑（烷基三甲基氯化銨）、光穩(wěn)定劑、消光劑（二氧化鈦）、潤滑劑、顏料等添加劑。第三頁，共十六頁，2022年，8月28日二、聚氨酯的合成一步法：將聚合物二醇和擴(kuò)鏈劑低分子二醇同時(shí)加入反應(yīng)體系中，聚合物二醇和低分子二醇交替與異氰酸酯基作用生成聚氨酯大分子；兩步法：首先由脂肪族聚醚或脂肪族聚酯與二異氰酸酯加成生成預(yù)聚體，預(yù)聚體的端基為異氰酸酯基（－NCO），平均相對分子質(zhì)量較低（<5000），然后在預(yù)聚體中加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行反應(yīng)，擴(kuò)鏈劑（低分子二醇或二胺）中的雙官能團(tuán)（－OH或－NH2）與預(yù)聚體分子中的異氰酸酯基反應(yīng)，使分子鏈進(jìn)一步擴(kuò)展，生成相對分子質(zhì)量在2×104～5×104之間的嵌段共聚物。以兩步法為例，介紹聚氨酯的合成。（一）預(yù)聚體的制備第四頁，共十六頁，2022年，8月28日（二）擴(kuò)鏈反應(yīng)二元醇作擴(kuò)鏈劑二元胺作擴(kuò)鏈劑第五頁，共十六頁，2022年，8月28日聚氨酯彈性纖維的紡絲成型干法紡絲、濕法紡絲、熔體紡絲、反應(yīng)紡絲第六頁，共十六頁，2022年，8月28日一、干法紡絲產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、強(qiáng)度高、彈性恢復(fù)率好、細(xì)旦及中旦絲，纖度范圍為2.2～29.2dtex；紡速300～600m/min。（一）紡絲原液的準(zhǔn)備分子量1000～3000的含二個(gè)羥基的脂肪族聚醚與二異氰酸酯按1∶2的摩爾比進(jìn)行反應(yīng)生成預(yù)聚物。一般來講，聚酯二醇不能用于干法紡絲，因?yàn)榧徑z時(shí)的脫溶劑困難。硬鏈段多采用二苯基甲烷－4，4′－二異氰酸酯（MDI）；軟鏈段選用聚四亞甲基醚二醇（PTMG）（也稱聚四氫呋喃PTHF）。溶劑：二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）（二）紡絲成型第七頁，共十六頁，2022年，8月28日干法紡絲工藝流程示意圖

第八頁，共十六頁，2022年，8月28日二、濕法紡絲生產(chǎn)過程中污染大、紡絲速度慢、成本高。工藝過程：預(yù)聚體的制備、紡絲原液的準(zhǔn)備、濕法紡絲、后處理紡絲原液→紡絲泵（過濾）→從噴絲板進(jìn)入溫水（＜90℃）→再生槽凝固浴→脫去溶劑→絲條洗滌→干燥→卷繞成型濕法紡絲采用DMF為溶劑，預(yù)聚體的制備和紡絲原液的準(zhǔn)備與干法紡絲類似。紡絲原液（濃度5%～35%）經(jīng)混合、過濾、脫泡后送至紡絲機(jī)，再經(jīng)過濾、分配、穩(wěn)壓后，通過計(jì)量泵打入噴絲頭，從噴絲孔擠出的原液細(xì)流進(jìn)入由水和15%～30%溶劑組成的凝固浴中。當(dāng)紡絲聚合物從噴絲孔擠出時(shí)，由于紡絲聚合物中的溶劑濃度大于凝固浴中的濃度，紡絲聚合物溶液中的溶劑便向凝固浴中擴(kuò)散，細(xì)流中聚氨酯濃度不斷提高，紡絲聚合物溶液細(xì)流的表面開始凝固，逐步從凝固浴中析出形成初生纖維，但是初生態(tài)纖維的抗拉強(qiáng)度很低，不能承受過大倍數(shù)的噴絲板拉伸，故采用負(fù)拉伸、零拉伸和拉伸倍數(shù)不大的正拉伸。纖維在凝固浴出口按所需線密度集束，并假捻成圓形截面的多股絲，合股后的絲條經(jīng)與絲條逆向的多級(jí)萃取液洗滌，洗去纖維中殘存的溶劑，并在加熱輥上進(jìn)行干燥、控制收縮熱定型、上油等工序，最后卷繞在單獨(dú)的筒管上。一條濕法紡絲生產(chǎn)線往往可以同時(shí)生產(chǎn)100~300根多股絲。第九頁，共十六頁，2022年，8月28日氨綸濕法紡絲示意圖凝固?。核?溶劑，凝固浴中DMF或DMAc的質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～30%。濕法紡絲的纖維中含有大量的溶劑，萃取液與絲條的運(yùn)動(dòng)方向相反，向機(jī)頭方向流動(dòng)。浴槽需20m長，前幾浴為凝固浴，后幾浴為水洗浴。為了保持溶劑濃度的恒定，必須連續(xù)除去溶劑－水混合物，并不斷地添加蒸餾回收的溶劑以補(bǔ)充。濕法紡絲的溶劑須蒸餾后回收。第十頁，共十六頁，2022年，8月28日San、熔融紡絲熔紡氨綸絲質(zhì)柔軟；耐氣候佳、保存時(shí)間長；單根纖維均一性良好；熱定型性良好；產(chǎn)品品種變換快；熔融紡絲工藝流程簡單，設(shè)備投資低，生產(chǎn)效率高，不使用溶劑、凝固劑，無廢水廢液處理問題，生產(chǎn)成本低.熔紡氨綸的生產(chǎn)方法大致分為3種:一步法、二步法與封端法。（一）一步法將聚氨基甲酸酯原材料聚酯或聚醚二醇與二異氰酸酯(MDI)和短鏈脂肪族二醇擴(kuò)鏈劑按一定配比(二異氰酸酯需過量)在螺桿擠出機(jī)熔融聚合、造粒,經(jīng)干燥、熔融、計(jì)量、紡絲、卷繞、上油、平衡等工序,即得到熔融紡絲氨綸產(chǎn)品。第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日（二）二步法二步法又稱為預(yù)聚體法，是將聚氨酯切片熔融后，加入二異氰酸酯基過量的預(yù)聚體，和羥基過量的聚氨酯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，修補(bǔ)斷裂的軟段,改善纖維的熱性能和彈性回復(fù)率。工藝流程:該生產(chǎn)方法大都是首先合成彈性體，彈性體經(jīng)過螺桿擠壓機(jī)熔融、擠出，在螺桿的出口處與預(yù)聚體在靜態(tài)混合器充分混合后，通過計(jì)量泵、分配板到達(dá)噴絲板紡絲。

第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日熔紡聚氨酯纖維紡絲工藝流程圖

1—聚氨酯濕切片料罐2—干燥塔3—螺桿擠出機(jī)4—預(yù)聚體罐5—預(yù)聚體計(jì)量泵6—熔體計(jì)量泵7—紡絲箱8—側(cè)吹風(fēng)裝置9—紡絲甬道10—第一導(dǎo)絲輥11—第二導(dǎo)絲輥12—卷繞頭

第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日三）封端法:以封端劑（例如酚、胺等）將MDI分子上的異氰酸基先行封閉，合成一種穩(wěn)定衍生物，然后與聚氨酯彈性體混合進(jìn)行紡絲。在擠出時(shí)此衍生物是穩(wěn)定的，在紡絲時(shí)解封閉，使-NCO基團(tuán)再活化，解封閉后的