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。