氨纶（PU）--聚氨酯纤维

小海之家 · 发表于 2021-1-26 14:02:06

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简介

氨纶是聚氨基甲酸酯纤维的简称，是一种弹性纤维。氨纶一般由多根长丝组成，一般为10D/根，现时已有15D/根，甚至20D/根，理论根数愈少，条干均匀度愈好，因重叠形态之机会率愈少，干法纺丝之生产溶液DMAC对人体之肝脏有害，一般10D/根内含控制0.5mg/kg，如15D/根则含0.7mg/kg，超过标准。生产Spandex时，对于打卷张力，筒上支数，断裂强度，断裂伸度，成形度，油附着量，弹性回复率等等，都要特别注意，此等问题直接影响编织，尤以针织生产单面布更加要留意。
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。
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。
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）。氨纶纤维与弹力聚烯烃纤维和弹力复合纤维统称弹力纤维。
物理特性
具有高断裂伸长（400%以上）、低模量和高弹性回复率的合成纤维。多嵌段聚氨酯纤维的中国商品名称。又称弹性纤维。氨纶具有高延伸性(500%～700%)、低弹性模量（200%伸长，0.04～0.12克/旦）和高弹性回复率（ 200%伸长，95%～99%）。除强度较大外，其他物理机械性能与天然乳胶丝十分相似。它比乳胶丝更耐化学降解，具有中等的热稳定性，软化温度约在200℃以上。用于合成纤维和天然纤维的大多数染料和整理剂，也适用于氨纶的染色和整理。氨纶耐汗、耐海水并耐各种干洗剂和大多数防晒油。长期暴露在日光下或在氯漂白剂中也会退色，但退色程度随氨纶的类型而不同，差异很大。
氨纶纤维所以具有如此高的弹力是因为它的高分子链是由低熔点、无定型的"软"链段为母体和嵌在其中的高熔点、结晶的"硬"链段所组成。柔性链段分子链间以一定的交联形成一定的网状结构，由于分子链间相互作用力小，可以自由伸缩，造成大的伸长性能。刚性链段分子链结合力比较大，分子链不会无限制地伸长，造成高的回弹性。氡纶长丝的横截面大部分为狗骨形（dog-bone-shaped）也有一些长丝表面光滑或呈锯齿状。断裂强度在所有纺织纤维中是最低的，只有0.44～0.88CN/dtex（聚醚型的强度要高于聚酯型）。吸湿范围较小，一般为0.3-1.2%（复丝吸湿率要比单丝稍高些）。耐热性视品种不同而有较大差异，大多数纤维在90～150℃范围内短时间存放，纤维不会受到损伤，安全熨烫温度为150℃以下，可以加温干扰与湿洗。染色性能较优，可染成各种顿色，染料对纤维亲和力强，可适应绝大多数品种的染料，并具有较好的耐化学性，耐大多数的酸碱、化学药剂、有机溶剂、干洗剂和漂白剂，以及耐日晒和风雪，但不耐氧化物，易使纤维变黄与强力降低。
氨纶一般不单独使用，而是少量地掺入织物中。这种纤维既具有橡胶性能又具有纤维的性能，多数用于以氨纶为芯纱的包芯纱，称为弹力包芯纱，这种纱的主要特点，一是可获得良好的手感与外观，以天然纤维组成的外纤维吸湿性好；二是只用1-10%的氨纶长丝就可生产出优质的弹力纱；三是弹性百分率控制范围从10%到20%，能根据产品的用途，选择不同的弹性值。易于纺制25～2500旦不同粗细的丝，因此广泛被用来制作弹性编织物，如袜口、家具罩、滑雪衣、运动服、医疗织物、带类、军需装备、宇航服的弹性部分等。随着人们对织物提出新的要求，如重量轻、穿着舒适合身、质地柔软等，低纤度氨纶织物在合成纤维织物中所占的比例也越来越大。也有用氨纶裸体丝和氨纶与其它纤维合并加捻而成的加捻丝，主要用于各种经编、纬编织物，机织物和弹性布等。
形态
1.氨纶生产上亦有分不同亮光度形态，通常有：
透明，CLEAR- LUSTER：表面纤维较平滑，故反光成透明，摩擦率低，条干均匀度较差，上色亦较差，适宜与短纤类材料生产，经织物采用多。
白根，DULL- LUSTER：即本白，表面纤维较凹凸不平，摩擦面大，上色效果好，适宜配长纤类生产，粗支根用，如胸围品及辅料用多。
半透明，BRIGHT- LUSTER：内加进钛白粉及防滑剂，对化学剂较强抵抗力，游泳衣用多，因有抗氯功能。
哑色，MATT- LUSTER：界乎本白与半透明之间，为哑白色，适宜针织采用。
2.氨纶各种用途不同，有各种产品形态，主要分为三种：裸纱、包芯纱、包覆或合捻纱。每种不同组合对应不同用途。
裸纱bare yarn：为100%氨纶纱，裸纱一般不直接用于织物上，大多与对手材料共同生产，并需采用特殊装置生产。针织品最常用，如泳衣、运动服等，一般以22-78Dtex为主。
包芯纱core spun yarn：以裸纱为芯，其它材料为外皮纺成的纱，简称CSY。如以棉包芯一般用环绽纺纱机之细纱车上插入牵伸过的裸纱，包缠包芯纱之裸纱伸长度必需适当调整，其伸缩率被抑制在2～3倍。现今包芯纱分硬芯纱及软芯纱，包芯纱之对手材料有棉、涤、腈等等。被广泛使用在织物，针织品，绷带、袜子、内衣、牛仔服，一般以22-235Dtex为主。
一般包芯纱之支数及混用率（%）：
60s棉包22dtex = 棉92% 氨纶8%；
80s棉包22dtex = 棉90% 氨纶10%；
55s棉包33dtex = 棉91% 氨纶9%；
60s棉包33dtex = 棉90% 氨纶10%；
30s棉包44dtex = 棉92% 氨纶8%；
40s棉包44dtex = 棉90% 氨纶10%；
50s棉包44dtex = 棉87% 氨纶13%；
12s棉包78dtex = 棉96% 氨纶4%；
16s棉包78dtex = 棉95% 氨纶5%；
20s棉包78dtex = 棉93% 氨纶7%；
30s棉包78dtex = 棉90% 氨纶10%；
40s棉包78dtex = 棉87% 氨纶13%；
50s棉包78dtex = 棉84% 氨纶16%；
20s棉包122dtex = 棉93% 氨纶7%；
36s棉包122dtex = 棉91% 氨纶9%；
8s 棉包155dtex = 棉95% 氨纶5%；
20s棉包155dtex = 棉88% 氨纶12%；
36s棉包155dtex = 棉79% 氨纶21%；
40s棉包155dtex = 棉77% 氨纶23%。
包覆或合捻纱：尼龙、涤纶等长纤维、织造弹性织物时，大都用包覆纱合捻纱为裸纱跟与对手纱合捻而成，通常为了提高氨纶的被包覆程度同对手纱两根或三根合捻亦可，把对手纱包一重的叫单包覆纱，包两重的叫双包覆纱，主要用44-620Dtex为主，用于内衣，内衣辅料。
一般包覆及合捻纱之支数混用率（%）：
56dtex尼龙包78dtex = 尼龙88% 氨纶12%；
78dtex尼龙包78dtex = 尼龙92% 氨纶8%；
78dtex尼龙包33dtex = 尼龙88% 氨纶12%；
78dtex尼龙包44dtex = 尼龙63% 氨纶14%；
78dtex尼龙包78dtex = 尼龙78% 氨纶22%；
83dtex尼龙包22dtex = 尼龙92% 氨纶8%；
83dtex尼龙包33dtex = 尼龙89% 氨纶11%；
83dtex尼龙包44dtex = 尼龙86% 氨纶14%；
83dtex尼龙包78dtex = 尼龙78% 氨纶22%。
特殊对物纤维混用率（%）
20s/2棉包44dtex = 棉98% 氨纶2%；
30s/2棉包44dtex = 棉97% 氨纶3%；
40s/2棉包44dtex = 棉96% 氨纶4%；
20s/2棉包78dtex = 棉96% 氨纶4%；
30s/2棉包78dtex = 棉95% 氨纶5%；
40s/2棉包78dtex = 棉93% 氨纶7%；
30s/2涤纶包44dtex = 涤纶97% 氨纶3%。
相关系数
（1）打卷张力（PACKAGE DRAFT %）：弹性纤维之上卷张力十分重要，其张力由内至外要保持平均，如张力不平均，直接影响编织布面效果，最佳之上卷张力为8%-12%，而每个筒子之张力误差不能超过3%。
（2）筒上支数（DTEX ON CHEESE）：筒上支数是受打卷张力所控制，例如：44dtex打卷张力为10%，即在筒上之实际支数为40dtex，即细了10%。现今有些氨纶制造商认为，当每个牌子的氨纶每个重量都相同时，打卷张力大的氨纶无疑是长度较长，编织长度较多，织物亦能织较轻，此点必需留意自己产品之要求情况选用。
（3）断裂强度（BreAKING TENACITY）：通常每种不同牌子或不同系列之氨纶，其强度表现均不同，测试方法可在条件化环境下，取50mm用强力机测试，测试100%（SS100），200%（SS200），300%（SS300），测试各五次，一般观察200%（SS200）数据，及其它数据之稳定性，强度愈大，织物之伸长力大，而编织时机速亦可快些。
（4）断裂伸度（BreAKING ELONGATION）：在测断裂强度时，可测出断裂之伸长度，一般伸度愈大，织物含量成份可少一些。
（5）成形度：以外观测试，如成形不良，每个筒子外形有异，大小不一等，均为不合格。
（6）油附着量：氨纶含油量最好为5%（+/-2%），含油量多或时间愈长，外层油质向内层浸透，而在筒底积聚，影响编织张力及损耗大。一般油剂组份为硅油，含硬脂酸金属离子。
（7）弹性回复率：一般纤维伸长100%或以上，叫弹性纤维，指在张力作用下长度增长，当释放后回复到初始长度，而原长与回复长度之差率，为弹性回复率，一般为95%或以上。
（8）比重：氨纶比重为1.10。
（9）公定回潮率：一般为1.3（ASTM）。
（10）软化温度：一般为190摄氏度/390华氏度。
（11）溶化温度：一般为250摄氏度/437华氏度。
测试方法
沸水收缩测试
（1）取四个氨纶样品,去除表面层，然后分别取长10cm三个段落并且用色笔标识距离。
（2）将样品放入沸水中（100℃），10分钟时间，然后取出在条件室温下挂干，5分钟以后量度其收缩后的长度。
（3）根据沸水前、沸水后的差异,计算其沸水收缩率，标准率为10-15%。
沸水收缩率（%）=（10cm-测试长度）/10×100%
结论：沸水收缩率超过10-15%，表明氨纶的稳定性差。

氨纶弹力测试
（1）取四个氨纶样品，去除表面层，然后分别取长10cm三个段落，并且用色笔标识距离。
（2）将样品的头尾接合，放在单纱强力机上测试，以50cm/分钟速度拉伸。
（3）首先将样品分别伸长100%、150%、200%、250%、300%拉伸3次，然后第4次才计算其拉伸应力（cn）及弹性回复率。弹性回复率%=（10cm-测试长度）/10 X 100%。
结论：不同的产品对氨纶的弹性要求不同，某些产品对氨纶要求低伸长、高弹力或高伸长、低弹力或低伸长、低弹力或高伸长、高弹力，因此不同的布种要选择不同适合的氨纶。标准率与其它牌子以300%之数据比较，确保企业用之氨纶质量一致。
贮存方法
氨纶要保存在温湿均恒的环境内，温度摄氏18-20度之间，温度愈低，贮存期相对可较长，相对湿度为60%-70%，不宜放于日光曝晒之地方，不宜与二氧化硫，氮氧化物等化工产品一起存放，引致其分解。
贮存期限：20D（3个月），30D（4个月），40D-70D（6个月），100D-280D（9个月），粗于420D（12个月），Spandex愈粗，贮存期愈长。
Spandex在织布时，从恒温仓库到车间，至少提前16小时将纸箱打开，放在织布车间回潮，以减少织布时断纱现象。

主要用途

氨纶可用于为满足舒适性要求需要可以拉伸的服装。如：专业运动服、健身服及锻炼用服装、潜水衣、游泳衣、比赛用泳衣、篮球服、胸罩和吊带、滑雪裤、迪斯科、牛仔裤、休闲裤、袜子类、护腿、尿布、紧身裤、带子、内衣、连体衣、氨纶贴身衣、男性芭蕾舞演员用的绑带、外科手术用防护衣、后勤部队用防护衣、骑单车用短袖、摔跤背心、划船用套装、内衣、表演服装、定性服装等。如：乳罩、家饰、微珠枕头。
氨纶用在一般衣服上的比率较小。在北美，用在男性衣服上很少，用在女性衣服上较多。因为女性的衣服都要求比较贴身。在使用时都会大量加入其他纤维如棉、聚酯混纺，以将光泽降低到最小程度。

生产技术

氨纶纤维克服了如应力、应变性能、支数范围和橡胶纱之模朔性的质量缺陷。
最先采用干法纺丝生产，时至今日，生产方法亦大致有四种：

干法纺丝
DRY SPINNING，溶液在热气流下，因溶剂挥发而固化成丝的方法。
生产流程：溶液----纺丝泵----干燥箱，100℃热风吹过，使溶液挥发----纺丝----卷绕成型。
纺丝速度：由200～800M/分钟。
纺丝温度：为200～230℃。
纤维纤度：22.2～1244dtex。
特性：过程污染大，工艺复杂，成本高。

熔融纺丝
MELT-SPINNING，高聚物加热到熔点以上成为熔体而成丝的方法。
生产流程：高聚物在无溶剂下聚合----造粒----在定温下切片----清洗除杂----干燥----脱水----进入螺杆压机制成溶体----喷丝板挤出----通过冷箱冷却----卷绕成型。
纺丝速度：由600～1600M/分钟。
纺丝温度：为160～220℃。
纤维纤度：9～1100dtex。
特性：流程短、成本低、污染小。

湿法纺丝
WET-SPINNING，原液在凝固浴中经双扩散作用而固化成丝的方法。
生产流程：原液----纺丝泵----从喷丝板进入温水，90℃以下----再生槽凝固浴----脱去溶剂----丝条洗涤----干燥----卷绕成型。
纺丝速度：由50～150M/分钟。
纺丝温度：为90℃以下温水。
纤维纤度：44～440dtex。
特性：此法生产过程污染大、纺速慢、成本高。 [2]

化学反应法
高聚物制成溶液经扩链剂使其发生化学反应，而固化成丝的方法。
生产流程：溶液----经喷丝板至凝固液----添加扩链剂---卷绕成形----硬化---处理成网状纤维。
纺丝速度：由50～150M/分钟。
纤维纤度：44～80dtex。
特性：此法生产过程污染大、成本高。

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