弹性纤维的熔融纺丝技术

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第 2 2卷

第 3期

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ls 9 9年 6月

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弹性纤维的熔融纺丝技术一

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(连台戚纤维研究所、】 6 2 )太 1 0 1

(连天乐良纤维公司 )大

摘要：述丁适于弹性纤维熔融纺丝的聚台物聚氯酯和霖醚酯白结构特点；出用预聚体作为屏蔽培阐勺指体枯弹性舔加刺是一种 n提高成品丝强度和有利干稳态特丝的方法绍丁弹性纤维生产所采甩韵] 赍于热氮气切干燥设备、有泥台器的低窖量少部位的小型化妨墼设备足低纺速高超喂、温高温净带低却、卷绕张力白平行纺丝工艺低勺主题词：.

竺塑竺竺堑 墨垡兰登丝楚成熔融纺丝聚氨酯软段组分的首选原料。文献研究结果证明]纤维的断裂伸长随软：

.

由于弹性纤维具有很高的附加值，多生产很

厂商都在探索弹性纤维的熔融纺丝生产技术口。一 近年来，仅对纺丝聚台物聚氨酯稳定性的改性不取得了一定的进展，且德国 Ak o No e研究所而 z b l制出可以高温染色的熔融纺丝聚醚酯弹性纤维。

段相对分子质量 ( )长而增加在聚醚多元 M增醇和甲苯二异氰酸酯( TDI预聚后用 3 3一氯一 ) .二 4, .二氯基二苯 ( OCA )扩链剂制成的聚氨 41 M做

1弹性纤维熔融纺丝聚合物的结构特征1 1聚氯酯 .

酯的研究中发现，同 M的聚醚多元醇对聚氨不酯性能的影响不同。着聚醚 M增加，高了聚随提合的柔顺性，氯酯材料的伸长率和冲击回弹性聚相应提高，张强度下降。从表 1中可以看出，抗一随着软段 M的增大，维的伸长和回弹率增加，纤

弹性纤维的基本结构遵循典型的橡胶理论。 能够自由活动的长链象液体样微弱的分子问力 . 借特定部位的交联形成三维网络，联是由硬区交中的结晶硬段实现的。软段基

层在典型的使用温度下有熔体的行为，硬段 玻璃态或半结晶态而

强度下降。在纺丝过程中发现，着软段组分 M 随增加 t于纤维强度下降 .纺性变差。因此在纤由可维弹性指标基本满足要求情况下，相应降低软应段组分 M,满足可纺性要求这可能是熔融纺以丝纤维的指标不能全部达到干法纤维指标的一个根本原因。表 1软段组分埘与纤维弹性性能和强度的关系Ta l b De e de c f e a t￣ p r o ma c卸 d t t iy 0 s f p n n e o l si e f r n e e￣c t Ⅱ o t

被冻结。用于软段组分的聚酯类很多，只有玻可但璃化温度低于室温的才适用，别是己二醇和己特二酸的共聚物较为适用，前多采用聚四氢呋哺目

作为软段组分【。在弹性纤维耐氯性的研究中发 2]现，水中的活性氯原子攻击聚氨醋中的软段。氯

s gme l e l r￣egh e ntmo e u a i t

因此看来，段的性质将影响聚氨酯稳定性。般软一说来，为软段组分本身的稳定性越差，氨酯的作聚

稳定性越差。熔融纺丝过程中 .了提高聚氨醋在为的热稳定性，常采用性能稳定的原料做软段组通分。日本可乐丽公司采用具有水解稳定性的聚碳酸酯二醇作聚氨酯的起始原料；墨化工公司也油采用聚碳酸醋作为聚氨酯的原料，其组成与可但乐丽公司不同；大赛璐公司采用己内酰胺多元而醇代替聚酯二醇一从软段组分原料本身的稳定 。性来看，碳酸酯二醇和己内酰胺多元醇应是台聚聚氨酯的合成中，用 TD常 I或 4 4二苯基，甲烷二异氰酸酯 ( DI, .4一异氰二苯醚 M ) 4二

( ODD与扩链剂如 1 4 7 -醇 ( D构成硬段组，— - - B O)收稿日期 1 s - 92 9 80 1}修改稿收到日期 1 g 2u 9 9 0 1作者简介见 19 9 8年第 1期

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王文科等.性纤维的熔融纺丝挂术弹

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分在以聚四氢呋哺 ( TM O)软段， DI不同 P为 O

和的扩链剂为硬段的聚氨酯抗老化研究中发现， 由 ODI成的聚氨酯对紫外线光老化性能较 M DI合 合成的聚氨酯好得多。一 1 2聚醚酯 .当传统的聚氨酯纤维和聚酰胺纤维、纱交棉织时，在沸水温度下染色。但由于耐热性较差，可 不能和聚酯纤维交织在高温下染色。德国 A z koNo e公司研究所研究出用聚对苯二甲酸丁二酯 bl

预聚体又起到交联剂的作用，纤维具有较高的使强度，添加量在 5~ 2 为佳其 0为理想的熔法纺丝工艺。

用预聚体做

添加剂，维的强度高，产过程稳定，一种较纤生是德国 F u n 司采用封端基法生产熔法弹 o re公性纤维丝，用酚类和醚类化合物将 M D1是分子上的异氰酸基封闭生成一种衍生物，种衍生这物在纺丝过程中分解，一 NC基活化，固化使 O在过程中交联。这种方法可以提高纺丝聚合物的热稳定性，时提高成品丝的机械性能。用封端基同采法生产熔法弹性纤维的还有日本钟纺和旭化成公

作硬段和用四氢呋哺作软段合成一种能熔融纺丝耐高温染色的纺丝聚合物聚醚酯口。通过控制软]段和硬段的长度，以改变纤维的纺织物理性质，可 这种纺丝聚合物具有良好的耐热性能，以在可 j O 30 0m/ n的卷绕速度下进行熔融纺丝。 0~ 0 mi 其成品丝可咀与聚酯纤维交织 .高温下染色，在使弹性纤维的应用领域进一步扩展

司。端基法虽然生产方法简单，解封过程不稳封但定，易造成产品质量上的差异。另外，封过程容解所产生的酚类和胺类的分解物有刺激性气味，污染环境。

文献。中以四氢呋哺聚醚 ( TMG )相对分 P (子质量 10 0 2 0 0为软段， B O为扩链剂， 0, 0 )以 D以 MDI或以 M DI:TDI 8:2的比例混有 (一 0 0

2弹性纤维熔融纺丝过程对熔体粘弹· 陛的屏蔽在熔融纺丝过程中熔体的粘度过大，诺准雷数很小，位体积内贮存的弹性能增至粘滞损失单的能量相当

时，体的层流流动状态被破坏 .生熔发

TDI )为硬段，不同的比例，少量的配合剂，按加 在双螺杆中合成聚氨酯。配合剂的加人量为 0 0 ~ 1。其种类有酚类和胺类，类有 2 6 .5 酚，二特丁基一一基苯酚， 2一甲基一一 4甲基 4甲 2,亚双 ( 6特丁基苯酚 )三 ( 5二特丁基一， 3,一 4羟苄基 )氰异脲酸酯；类有 N,一苯基对苯二胺，,胺 N二 N N二一

弹性湍流。在纺丝过程中便表现出“体破熔裂一严重的将导致纺丝过程失败因此 .性，弹纤维熔融纺丝过程常用添加剂屏蔽粘弹性 .纺使丝聚合物在熔体挤出过程中暂不完全表现出来， 而在丝条成形后又重新恢复。前，性纤维熔融目弹纺丝所采用的一步法、步法、端基法。皆采二封，用了添加剂。

D萘基对苯二胺，苯基 N N异丙基对苯二胺；二苯甲酮类及苯并三唑衍生物有 2羟基一甲氧基一 4二苯甲酮， ( J羟基一。甲基苯基 )并三唑以 2 2_ 5。苯

及 2 ( 5。特丁基一羟苯基 )氯苯并三唑一 3,二 2 5

等。合成的聚氨酯经水下切粒， VC 0和在 41 VC 0 4 4上直接纺丝。虽然成品丝的某些品质和干法纺丝有差异，能满足弹性服装面料用丝要求，但 更为重要的是为小型纺丝机的改造提供了难得的尝试。这种生产方法虽然在纺丝过程中未加添加剂，在聚氨酯的合成过程中加入了少量的配合但剂。配合剂一方面可阻提高聚氨酯的热稳定性和光稳定性，时也起到封端基的作用。同

在日本可乐丽公司的一步法中，用聚硅氧采烷作为添加剂。理论上讲，烷和硼烷及其衍生从硅物皆可咀做为此种类型的添加剂。这种添加剂的主要作用是降低熔体在纺丝过程中的粘弹性，使熔俸较为稳定的形成熔体细流，喷丝扳拉伸和经侧吹风冷却成丝条。故硼烷和硅烷及其衍生物可用于降低纺丝聚合物的粘弹性，不影响成品丝而的品质。其用量不宜过多，则将因为聚合物中但否交联度增大而使

成品丝的弹性下降。 日本钟纺公司所采用的二步法，用预聚体 是做为降低熔体粘弹性的添加剂。预聚体是利用二氰酸酯或聚醚二醇聚合而成，于无扩链剂，相由其对分子质量低，可以降低熔体的粘弹性，善熔故改体的流动性能，纺丝顺利进行在纺丝过程中，使

3弹性纤维熔融纺丝技术熔融纺丝弹性纤维生产和常规的聚酯、酰聚胺纺丝过程相似，溶剂处理过程 (图 1。无见 ) 3 1切片干燥 .采用连续充填式二级供气法干燥塔干燥，干燥周期在 8 1 一级供气设在塔底，用于热~ 0h采

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介绍了聚醚酯熔融纺丝的螺杆挤压机为≠= 3, 0

L D一 2,丝温度为 2 5C,绕速度为 3~/ 0纺 6卷∞ 12 0m/ n,品丝的纤度为 1 O 4 0de。 0 mi成 0~ 0 tx 3 3熔体混炼 .在生产过程中大多加入添加剂，加强混炼应过程。在螺杆上增长混炼段外，出测量头处设除在有动态混合器，进入箱体前设有静态混合器。在3 4纺丝成形 .

聚氨酯弹性纤维纺丝温度为 1 0 2 0C[, 8~ 4 T Z图 1弹性纤维焙融纺丝工艺流程图 Fi 1 M et s i n n r c￣ ( c e te[ g l p n i g p o e s s h ma ia 1 y)

聚醚酯弹性纤维纺丝温度为 2 5 t,丝箱可 6 C[ j纺 4以采用体外热媒系统加热，统的温度控制精度系应在± 2C为了缩短熔体在纺丝箱内的停留时

1 2计量泵 ( o ig p mp );3混料器 t iig v se ) . D s u s n M xn e s];4

预聚台反应器 ( eco o rp lmei o ) R atrfrpe oy r￣d n;5链终止桊加剂计量泵 ( a a t p e d iv n o ig p mp:B双螺 Ch i ss p ra d t e a d d sn u ) o i扦反应器 ( o b s Fw D u￣ ce t r;7输出泵 ( eie yp n )。) D l r m p{ v

间，体分配管道的管径不宜过大。件和喷丝板熔组需采用特

殊设计，件设计以缩短停留时问为原组则，丝板设计以消除熔体的“性湍流”原则。喷弹为

s成粒机及传动器 t a ua o n r e ) Gr n lt ra d d i r;9双螺杆挤出机 v t传动 ) Twi c e x d r c ane tn i n ) 0链 ( n s fw e tu e ih i x e s );1 .添加剂 r o ( d ie;1 .混旨器 ( ie ) 2纺丝箱 ( n f l) 3 Ad hv ) 1 M x r{1 Ma i d;1 o

防止纺丝过程中产生的单体和添加剂分解出的低分子化台物污染环境，喷丝板下方设有单体抽在吸装置在纺丝过程中，于纺丝机的操作热焙比由

喷壁头 L pn ees}1.牵伸辊 ( pnrwig) 5卷绕头 S in rt) 4 S i a n;1c id盯 ) W n

较低，采用低风速侧吹风冷却由于聚氨酯中含故有大量的极性基团，条在成形中将会吸收大量丝

氮气。了低温状态下的干燥效果，热氮气的露为干点温度应控制在一6 0C。塔顶排放的尾气经脱湿后，设在塔中部的二级供气使用。环使用的氮供循气系统采用分子筛脱湿了保证干燥效果，填 为充式干燥塔的直径不能超过 6 0 mm,内的供气 0塔管的分布需采用特殊设计。对循环使用的氮气应采用除单体的装置，延长分子筛使用寿命。减以为少聚氨酯切片降解 .热氮气温度应控制在 10干 0~

的水分而影响退绕，应采用低温高湿的冷却工故艺，要时可在纺丝箱下方增设加湿装置。必

3 5拉伸卷绕 弹性纤维的纺丝过程中关键的同题是克服

。性湍流”引起的熔体破裂，纺丝速度不宜弹所故过高。目前，公司所采用的纺丝速度多为 4 O各 0~8 0 m/ n 0 mi。由于纺丝聚台物的弹性性能决定，应

1 0C。干切片的含水应控制在 6 g g以下。 1 0P/

变滞后于应力，大部分的拉伸应在碛丝板拉伸故过程中完成，导丝辊之间的拉伸倍数应根据成在品丝的永久剩余伸长调节为了降低卷绕张力，实际生产中仍设置牵伸辊，不采用

直接卷绕工艺，而 为了更进一步降低卷绕张力，卷装硬度允许的在情况下可以采用 6~ 8 mi的速度超喂聚 0 0m/ n氨酯的玻璃化温度较低，了使丝条在运行过程为中不受损伤，用平行纺丝工艺。绕前的上油过采卷程应考虑到丝条的补充给湿，剂的成分设计应油考虑到弹性纤维的抗老化问题。文献推荐甲基硅酸或硅作为聚醚酯弹性纤维。由于弹性纤维的卷绕张力较大，目前，有两种卷绕头可用于弹只性纤维的生产这种卷绕头的卷绕速度为 2 O 0~ 12 0m/ n,了降低卷绕张力，绕速度不超 0 mi为卷过 8 0m/ n为了降低丝条在横动过程中的张 0 mi。力 .绕装置宽度设定为 6卷 0mm。在卷绕过程中 .

3 2熔体制备 .由于聚氨酯的热稳定性较差，开放性供料在过程和间歇式干燥工艺过程中，在螺杆挤压机应

的供料段增设氮气保护装置。生产过程中，杆在螺挤压机的进料系统常采用开放式结构。 在纺丝机的设计过程中，了缩小熔体管道为的长度，丝机多采用少部位多螺杆挤压机式结纺构 .般为 4个纺丝位配一台螺杆挤压机，只用一且单丝工艺。在以生产弹性服装面料用丝的熔融纺

丝弹性纤维的生产中，以生产细旦丝为主以多 4 tx的弹性纤维为例， 4de 4部位纺丝机的螺杆挤压机的挤出量为 5 1 g h故生产弹性纤维的 . 2k/,螺杆挤压机多为小直径，长径比。目前，统的小传纺丝聚合物聚氨酯熔融纺丝过程多采用≠4, 0 L D=2/ 4的浅槽长混炼段的螺杆挤压机有文献

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纺丝张力应控制在 0 1c de以内 . N/ tx 。为了保证成品丝质量，在空调环境下平衡 5 7天应~

合物，成品丝的永久剩余伸长大于传统纺丝聚其台物纺制的弹性纤维因此，融纺丝弹性纤维长熔丝只能达到干纺长丝部分性能指标。在某些使用领域内，不需要干纺长丝

所有性能，以熔融纺并所

表 2列出了美国 L ca产品，国拜尔公司 yr德Do[sa产品与熔融纺丝的 F u e产品，本 ra tn om 日

产品的性能。聚醚酯是一种耐高温熔融纺丝聚

丝弹性纤维长丝完全可以代替干纺长丝。

表 2 4 tx弹性纤维部分性能 4deTa Pr pe te f 44 d e l s i i e b 2 o r i so t x e a tc f b r

注：A

经 l谯 3 0拙忡 ( 0 1 0 At3 (

eo g t l i );B经 9敬 3 0反复拉伸 ( 0 eo g to v i s。 ln a i og tme on e 0 At3 0 ln a in f etme ) i维工业， 99 1 4 Z l 9, 9( ): 7

4结论 用相对分子质量适宜的聚碳酸酯类二元醇或己内酰胺多元醇为软段组分， MDI ODI扩链或与剂 B O作硬段组分的聚氨酯以及用聚丁二苯对 D苯二甲酸酯作硬段和四氢呋哺作软段的聚醚酯适于熔融纺丝。纺丝过程中，用预聚体作为添加在采

4棘向蝽纺氨纶工业现状春.

合成纤维工业，g72 ()l l 9,o 2: 9

a6袁明.

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。北京。际化纤国

硫瓷科

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马立人，洪泉 .舱壁聚氯酯椽腔的舍成及浇注工艺埘聚

的研究l高分子材科科学与工程， 9,1:3 1 1() 9 27周舜一培融纺聚氨醋弹性纤维.化纤与纺织·96( )2 19,2:0常志英 .荸抄贞，聂佐·酚醛环氧丙烯酸酯光固化的动力学研。

剂屏蔽熔体枯弹性 .利稳态纺丝瑚片干燥过程有

采用干燥热氮气和带有混炼装置的低容量少部位的小型化设备及低纺速高超喂过程、温高湿冷低却的平行纺丝工艺过程，熔法纺丝生产弹性纤用维是可行的虽然络融纺丝弹性纤维不能完全达

s t l吣 . t . a Y E s19,62 . 4 0 964()1~18 0

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1 0吴太诚等合成纤维培体妨丝北京： T纺甥业出版社，90 183 2~3 1 F F F 1Ⅻ ,。

干纺弹性纤维的所有指标，是在某些使用领

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域完可替纺性维内全代干弹纤。参考文献Ba e n sd0 1 Ve s u sC· i e s E. M et s u a t m e i r l i W l m l l— p n Els o r c Y

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2黄微波，字润，东晖 .聚鞋氮酯结构与阻尼性能的研究 扬刘 (I)高分子材料科学与工程· 9, 2:0 . 19【)12 5 3李瑶君，大俊·威氯纶氯球解及耐氦帆理的探讨台成纤陈廖

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