氨綸纖維概論

氨綸纖維概論班級(jí)：08高材(2)班姓名：郭爽 學(xué)號(hào):200841603036引言氨綸纖維是聚氨基甲酸酯纖維的簡稱，國際上統(tǒng)稱為“斯潘德克斯”(Spandex)，我國稱為“氨綸”各公司又都有自己的商品名。氨綸是一種由含聚氨基甲酸酯大于85%(重量)[1]的具有線型鏈段結(jié)構(gòu)的高分子化合物制成的彈性纖維。氨綸強(qiáng)度高、密度小，具有優(yōu)良的高彈性和彈性回復(fù)率，彈性伸長大于400%，最高可達(dá)700%，是其他纖維無法比擬的。一、氨綸纖維的發(fā)展⑵⑶聚氨酯彈性纖維最早由德國拜耳(Bayer)公司于1937年首先用六亞甲基二異氤酸酯(HDI)和1,4-丁二醇(BDO)合成了PU材料，牌號(hào)為貝綸U，其特點(diǎn)是具有剛性與低吸濕性，可制成鬃絲與纖維，但未能工業(yè)化生產(chǎn)。1959年美國杜邦公司R.J.Ater報(bào)道了以聚四氫呋喃(PTMEG)和甲苯二異氤酸酯(TDI)制取PU彈性纖維的技術(shù)，開始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，最初的商品名為Spandex，后來更名為Lycra(萊卡)。20世紀(jì)60年代初聚氨酯彈性纖維的生產(chǎn)出現(xiàn)高潮，發(fā)展速度較快，世界許多國家生產(chǎn)氨綸，歐洲、日本及世界各地陸續(xù)建立起不少生產(chǎn)裝置，至1967年廠商已有30家左右。60年代末及70年代，由于生產(chǎn)技術(shù)、成本核算、推廣應(yīng)用以及聚酰胺彈力絲的高速發(fā)展對聚氨酯彈性纖維市場的沖擊等原因，其發(fā)展速度較為緩慢。進(jìn)入80年代，隨著加工技術(shù)的進(jìn)步，包芯紗、包覆紗、細(xì)旦絲等新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，使聚氨酯彈性纖維的用途逐步擴(kuò)大，進(jìn)入了第二個(gè)高速發(fā)展時(shí)期。。從20世紀(jì)90年代末開始，由于市場需求迅速增加，使氨綸生產(chǎn)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，平均年增長率超過10%。我國氨綸工業(yè)起步較晚，1988年底，煙臺(tái)氨綸廠引進(jìn)日本東洋紡織株式會(huì)社干法氨綸生產(chǎn)技術(shù)，形成了300t/a的生產(chǎn)規(guī)模。1992年江蘇連云港鐘山氨綸有限公司也引進(jìn)相同生產(chǎn)技術(shù)，建成相同規(guī)模的氨綸廠。1996年廣東鶴山又引進(jìn)意大利NOY公司500t/a濕法氨綸生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備。1997年與美國杜邦公司在上海合資建成規(guī)模為2000t/a的氨綸裝置。我國氨綸生產(chǎn)工藝技術(shù)和裝置主要從美、日、韓及德國引進(jìn)，其他僅有鄭州中原氨綸技術(shù)工程有限公司自主開發(fā)的連續(xù)干法氨綸成套生產(chǎn)技術(shù)和大連合成纖維研究所與B.F.Goodrich化學(xué)公司合作開發(fā)的熔融紡絲技術(shù)。中國氨綸技術(shù)與發(fā)達(dá)國家之間還有很大差距，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與國外產(chǎn)品仍存在明顯差距。中國大陸現(xiàn)有生產(chǎn)能力35萬噸左右，為全球最大氨綸生產(chǎn)國。二、結(jié)構(gòu)與性能1）結(jié)構(gòu)一般的聚氨基甲酸酯均聚物并不具有彈性。聚氨酯彈性纖維實(shí)際上是一種以聚氨基甲酸酯為主要成分的嵌段共聚物纖維。其結(jié)構(gòu)式如下：?Rt—0—C—N—R]—N—C—N—RN—C—N—Ri—N—C—O—ReI!! I；I !III III0H H0H HOH H0式中:Re——脂肪族聚酷二醇或聚酯二醇基；Rj——次脂肪族基，如一CHz—CHl;戰(zhàn)——次芳香族基由可看出在聚氨酯嵌段共聚物中有兩種鏈段R「R2,即軟鏈段和硬鏈段。軟鏈段由非結(jié)品性的聚酯或聚醚組成，玻璃化溫度很低（Tg=-50?-70°C）,常溫下處于高彈態(tài)，它的相對分子質(zhì)量為1500?3500，鏈段長度15?30nm。軟連段賦予纖維高彈性；硬鏈段含有多種極性基團(tuán)（如脲基飛氨基甲酸酯基等），分子間的氫鍵和結(jié)品性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），使分子鏈不會(huì)無限制地伸長，造成高的回彈性；另一方面可賦予纖維一定的強(qiáng)度。正是這種軟硬鏈段鑲嵌共存的結(jié)構(gòu)才賦予聚氨酯纖維的高彈性和強(qiáng)度的統(tǒng)一，所以聚氨酯纖維是一種性能優(yōu)良的彈性纖維。由軟鏈段種類的不同，彈性纖維分為兩類:一類為聚酯鏈類;一為聚醚鏈類。聚酯類彈性纖維抗氧化、抗油性較強(qiáng)；聚醚類彈性纖維防霉性，抗洗滌劑較好。2）性能4E由于聚氨酯彈性纖維高分子鏈?zhǔn)怯傻腿埸c(diǎn)、無定型的〃軟〃鏈段為母體和嵌在其中的高熔點(diǎn)、結(jié)品的〃硬〃鏈段所組成，其纖維特點(diǎn)如下:線密度低：聚氨酯彈性纖維的線密度范圍為22?4778dtex,最細(xì)的可達(dá)11dtex；而最細(xì)的橡膠絲約180號(hào)（約合156dtex）。強(qiáng)度高：聚氨酯彈性纖維的斷裂強(qiáng)度，濕態(tài)為0.35?0.88dN/tex,十態(tài)為0.5?0.9dN/tex，是橡膠絲的2~4倍。彈性好：聚氨酯彈性纖維的伸長率達(dá)500%?700%，在拉伸300%時(shí)，瞬時(shí)彈性回復(fù)率為90%以上，與橡膠絲相差無幾。耐熱性較好：聚氨酯彈性纖維的軟化溫度約200。。，熔點(diǎn)或分解溫度約270°C，優(yōu)于橡膠絲，在化學(xué)纖維中屬耐熱性較好的品種。在95?150°C時(shí)，短時(shí)間受熱不會(huì)損傷纖維。在150C時(shí)，纖維變黃、發(fā)黏、強(qiáng)度下降。吸濕性較強(qiáng)：橡膠絲幾乎不吸濕，而在20C、65%的相對濕度下，聚氨酯彈性纖維的回潮率為1.1%，雖較棉、羊毛及錦綸等小，但優(yōu)于滌綸和丙綸。密度較低:聚氨酯彈性纖維的密度為1.1?1.2g/cm3,雖略高于橡膠絲，但在化學(xué)纖維中仍屬較輕的纖維。染色性優(yōu)良：由于聚氨酯彈性纖維具有類似海綿的性質(zhì)，染料對纖維親和力強(qiáng)，可適應(yīng)絕大多數(shù)品種的染料。用于合成纖維和天然纖維的大多數(shù)染料和整理劑，也適用于氨綸的染色和整理。在使用裸絲的場合，其優(yōu)越性更加明顯。聚氨酯彈性纖維還具有良好的耐氣候性、耐撓曲、耐磨、耐一般化學(xué)藥品性等。對次氯酸鈉型漂白劑的穩(wěn)定性較差，推薦使用過硼酸鈉、過硫酸鈉等含氧型漂白劑。聚醚型的聚氨酯纖維耐水解性好；而聚酯型的聚氨酯纖維的耐堿、耐水解性稍差。氨綸具有高延伸性（500%?700%）、低彈性模量（200%伸長，0.04?0.12克/旦）和高彈性回復(fù)率（200%伸長，95%?99%回復(fù)率）。除強(qiáng)度較大外，其他物理機(jī)械性能與天然乳膠絲十分相似。氨綸耐汗、耐海水并耐各種十洗劑和大多數(shù)防曬油。長期暴露在日光下或在氯漂白劑中也會(huì)退色，但退色程度隨氨綸的類型而不同，差異很大。三、用途[1]氨綸具有極好的伸縮彈性和強(qiáng)度，目前在國內(nèi)外已被廣泛地應(yīng)用到針織或機(jī)織的彈力織物中。目前，氨綸的應(yīng)用形式主要有四種：氨綸裸絲、氨綸包芯紗、氨綸包覆紗和空氣變形紗。（1） 氨綸裸絲裸絲是最早開發(fā)的聚氨酯彈性纖維品種，它分低特的長絲單纖紗和高特的復(fù)合絲。這種絲拉伸回復(fù)性能好,不用紡紗加工便能使用，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。由于裸絲的摩擦系數(shù)大，滑動(dòng)性差，直接用于織造織物的不多，一般適宜在針織機(jī)上與其它化纖長絲交織。主要紡織產(chǎn)品有：緊身衣、運(yùn)動(dòng)衣、護(hù)腿襪、外科用繃帶和襪口、袖口等。（2） 氨綸包芯紗氨綸包芯紗是以氨綸絲為紗芯，外包1種或幾種非彈力的短纖維（棉、毛、滌棉、腈綸、滌綸等）紡成的紗線，可以紡成較細(xì)的紗（8.4tex）。紗芯可提供優(yōu)良的彈性，而外圍纖維則提供所需要的表面特征。這種紗的彈性好，具有與棉（毛、滌棉等）紗同樣的手感和外觀，由天然纖維組成的外鞘吸濕性好，其彈性百分率能控制在20%以下，可根據(jù)產(chǎn)品的用途，選擇不同的彈性值。這種紗線適用于中、低彈力織物，既可用于機(jī)織物，也可用于針織物毛包芯紗的服裝面料不僅具有一般毛織物的外觀和良好的保暖性，而且織物的回彈性好，穿著時(shí)伸縮自如，增強(qiáng)了舒適感，并能顯現(xiàn)出優(yōu)美的體型，深受人們喜愛。包芯紗是聚氨酯彈性纖維中應(yīng)用最廣泛的紗線品種。（3）包覆紗氨綸包覆紗又叫包纏紗，是以氨綸絲為芯，外包以合成纖維長絲或短纖維紗線按螺旋形的方式對伸長狀態(tài)的彈力長絲予以包覆而形成的彈力紗，稱為包覆紗。氨綸包覆紗表面光潔，氨綸絲在紗中無捻度、居中，紗線拉伸回復(fù)均勻，，其伸長性能可達(dá)200%，在高彈織物中可獲得50%左右的彈性，其成布布面平整，是加工高檔色織彈力布和彈力毛織物的優(yōu)選彈力紗線，但紗線外表缺乏天然纖維的特色，并且加工成本高、產(chǎn)量低。包覆紗的手感比較硬挺，紗線較粗，織造的面料比較厚實(shí)。雙包覆紗的加工費(fèi)用較高，主要用于護(hù)腿、彈力帶、襪子口、連襪褲等彈力織物，也特別適用于織造運(yùn)動(dòng)緊身衣，如游泳衣、滑雪服與婦女緊身衣等?？諝庾冃渭喞每諝狻熬W(wǎng)絡(luò)變形”的原理，將適當(dāng)超喂的化纖長絲與經(jīng)過牽伸的氨綸絲一起喂入網(wǎng)絡(luò)噴嘴，在高壓氣流的作用下，形成2種組分并列的具有網(wǎng)絡(luò)絲結(jié)構(gòu)的彈力紗線。其特點(diǎn)是單產(chǎn)高，加工成本低，但無包覆作用?？梢杂脕碇谱鲀?nèi)衣、外衣等。四、技術(shù)進(jìn)展⑸氨綸具有優(yōu)異彈性和彈性回復(fù)力，常用于游泳衣、健身衣和自行車服等。其圓形針織物主要用于短襪、長襪和針織品等。隨著科技進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域拓展，氨綸合成技術(shù)也不斷發(fā)展。高吸濕、散濕氨綸一般氨綸吸濕率小，穿著悶熱。采用相對分子質(zhì)量200~13000的烷基聚醚多元醇制備的熔紡氨綸，25^吸水率達(dá)200%?3000%，但吸水后溶脹，纖維易斷裂，同時(shí)吸水量太多，不適宜制游泳服裝。日本旭化成公司［25］將PTMEG/MDI/EDA制的PU-U與質(zhì)量分?jǐn)?shù)11%聚乙二醇(PEG)基的PU混合物配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%DMAc紡絲液，在紡速800m/min下制備成2.2tex透明氨綸，它具有高伸長率、高彈性回復(fù)力，力學(xué)性能受損極少，在20°C、相對濕度65%下吸濕率為1.9%及在30C、相對濕度90%下吸濕率為6.9%，散濕性能也優(yōu)良，穿著舒適性極好。在氨綸中添加聚乙烯醇(PVA)、改性聚丙烯酸酯(聚丙烯酸-磺酸鈉、丙烯酸鈉)或共聚物等可改善纖維及連衣褲等的吸濕/散濕性［31］，其吸濕/散濕系數(shù)由＜1%升高至4.4%?5.1%，同時(shí)提高了熱定型效率及耐氯、氮氧化物、紫外線等性能。無臭、抗霉變氨綸日本專利［40］提出，在紡絲液中添加赫克醇(hinokitiol)及環(huán)戊二烯殺菌劑，適用于紡絲溫度較低(約100C)的濕紡工藝。旭化成公司開發(fā)的十紡絲用防臭、殺菌劑體系，除氨效率約90%，殺菌效果顯著。用納米新技術(shù)提高氨綸性能我國蘇亞貴等人將聚醚多元醇改性鈉基蒙脫土加入到端異氤酸酯預(yù)聚體中，用EDA/丙二胺擴(kuò)鏈，所制氨綸的熱失重溫度提高10C，斷裂伸長率增加約50%，斷裂強(qiáng)度由0.15N/tex增至0.22N/tex。北京化工大學(xué)將有機(jī)蒙脫土(OMMT)或有機(jī)水滑石(OLDHs)類的層狀納米材料加入到EDA/丙二胺擴(kuò)鏈劑混合液中，與端異氤酸酯預(yù)聚體反應(yīng)、紡絲，其斷裂伸長率由666%增至998%，斷裂強(qiáng)度由0.073N/tex增至0.099N/tex，300%定伸回復(fù)率為98%。東華大學(xué)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%端基為乙?；某Щ酆衔锛{米材料加入到氨綸紡絲溶液中，以降低紡絲液黏度(約104mPa.s)和提高固含量，而且可減少環(huán)境污染，有效提高紡絲速度。杜邦公司在PU彈性纖維中添加MMT等納米粒子，以改善纖維及薄膜的可染性和降低粘連性，抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率和韌性也得到改善，其回彈性稍有下降，壓縮變定稍增，但總體相差不大，仍能滿足要求。耐氯性PU彈性纖維氨綸最主要的缺點(diǎn)是耐氯性差，尤其是聚醚型氨綸。根本原因在于其分子結(jié)構(gòu)中有易受有效氯攻擊的基團(tuán)，它們是聚醚部分醚氧原子的a碳原子上的氫、酰亞胺基氮原子上的氫、脲結(jié)構(gòu)中氮原子上的氫。一般在氨綸大分子中接入某些基團(tuán)及氨綸中加入ZnO、MgO等難溶性化學(xué)物，使氨綸具有降低有效氯的氧化還原電位的能力，提高耐氯性，但效果差。旭化成公司用脂肪酸、脂肪酸酯、硬脂酸磷酸酯、苯乙烯/馬來酸酐共聚物等處理ZnO、MgO等作氨綸耐氯助劑，其缺點(diǎn)是織物染色時(shí)浸出流失，含鋅染色廢水能殺死生化法處理污水中的細(xì)菌。也可采用水滑石作耐氯劑，缺點(diǎn)是水滑石微粒在極性溶劑DMAcDMF中聚集，堵塞紡絲過濾孔，導(dǎo)致斷絲或壓力增高而停工或氨綸絲均勻性降低。在專利中，研究了用脂肪酸、十二烷基磺化琥珀酸和二烷基磺化琥珀酸堿金屬鹽分別處理的水滑石作為氨綸的耐氯助劑，其中二烷基磺化琥珀酸堿金屬鹽的效果明顯，連續(xù)14日十法紡絲時(shí)，過濾孔無堵塞現(xiàn)象發(fā)生，壓力不增高，不斷絲，氨綸有高抗氯性。五、氨綸纖維面料的風(fēng)格特征⑸⑹氨綸最大的優(yōu)點(diǎn)是彈性好，可以拉伸5-8倍，不老化，氨綸不能單獨(dú)織布，一般都與其他原料織在一起，氨綸比例大約在3-10%之間，泳裝面料氨綸的比例達(dá)到20%。氨綸纖維是具有高斷裂伸長(400%以上)、低模量和高彈性回復(fù)率的合成纖維。除強(qiáng)度較大外，其他物理機(jī)械性能與天然乳膠絲十分相似。它比乳膠絲更耐化學(xué)降解，具有中等的熱穩(wěn)定性，軟化溫度約在200°C以上。氨綸一般不單獨(dú)使用，而是少量地?fù)饺肟椢镏?。這種纖維既具有橡膠性能又具有纖維的性能，多數(shù)用于以氨綸為芯紗的包芯紗，稱為彈力包芯紗，這種紗的主要特點(diǎn)：一是可獲得良好的手感與外觀，以天然纖維組成的外纖維吸濕性好；二是只用1-10%的氨綸長絲就可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的彈力紗；三是彈性百分率控制范圍從10%到20%，能根據(jù)產(chǎn)品的用途，選擇不同的彈性值。易于紡制25?2500旦不同粗細(xì)的絲，因此廣泛被用來制作彈性編織物，如襪口、家具罩、滑雪衣、運(yùn)動(dòng)服、醫(yī)療織物、帶類、軍需裝備、宇航服的彈性部分等。隨著人們對織物提出新的要求，如重量輕、穿著舒適合身、質(zhì)地柔軟等，低纖度氨綸織物在合成纖維織物中所占的比例也越來越大。也有用氨綸裸體絲和氨綸與其它纖維合并加捻而成的加捻絲，主要用于各種經(jīng)編、緯編織物，機(jī)織物和彈性布等。該面料制成的女裝，具有良好的手感與外觀，以天然纖維組成的外纖維吸濕性好，它主要編制有彈性的織物，比如性感內(nèi)衣，當(dāng)然也通常將氨綸絲與其他纖維紡成包芯紗后，供織造使用。它可用于制造各種內(nèi)衣、游泳衣、緊身衣、牛仔褲、運(yùn)動(dòng)服、帶類的彈性部分等。氨綸制成的服裝，穿著舒適，能適應(yīng)身體各部分變形的需要，并能減輕服裝對身體的