聚氨酯（ＰＵ）弹性纤维、氨纶、莱卡的结构和性能

聚氨酯弹性纤维（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｉｃｆｉｂｒｅ）是一种以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚物制成的纤维，我国简称为氨纶，国外的商品名中著名的有美国的“莱卡（Ｌｙｃｒａ）”。
由于氨纶不仅具有橡胶丝那样的弹性，还具有一般纤维的特性，因此作为一种新型纺织纤维受到人们的青睐。它可用于制作各种内衣、游泳衣、松紧带、腰带等，也可制作袜口及绷带等。
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１．聚氨酯弹性纤维（氨纶）的结构
（１）氨纶的结构：氨纶是软硬链嵌段共聚高分子化合物，其结构组成如下：
1 c1 _/ H  s0 FＲ—Ｏ—ＣＯＮＨ　Ｒ′ＮＨＣＯＮＨ　Ｒ″ＮＨＣＯＮＨ　Ｒ′ＮＨＣＯ—Ｏ—Ｒ
+ U$ X( Q# x6 a- `9 @. b式中：Ｒ———脂肪族聚酯二醇或脂肪族聚酯二醚；
% q; b5 c9 t; qＲ′———芳香族基；
Ｒ″———脂肪族基。
聚氨酯弹性纤维根据链结构中软链段部分是聚酯还是聚醚分为聚酯型和聚醚型。聚酯或聚醚与芳香二异氰酸酯反应，生成异氰酸酯端基的预聚物，然后这种预聚物再和扩链剂—低相对分子质量的含有活泼氢原子的双官能团化合物（如二元胺或二元醇）反应而获得嵌段共聚物。合成的嵌段共聚物可通过干纺、湿纺或熔融纺制成氨纶。
7 x* m  N" o7 N/ n# ]6 Q（２）氨纶的弹性体结构：氨纶大分子链中有两种链段。一种为软链段，它由不具结晶性的低相对分子质量聚酯（１０００～５０００）或聚醚（１５００～３５００）链组成，其玻璃化温度很低（－５０～－７０℃），且在常温下，它处于高弹态，在应力作用下，它很容易发生形变，从而赋予纤维容易被拉长变形的特征；另一种为硬链段，它由具有结晶性并能形成横向交联、刚性较大的链段（如芳香族二异氰酸酯链段）组成，这种链段在应力作用下基本上不产生变形，从而防止分子间滑移，并赋予纤维足够的回弹性。在外力作用下，软链段为纤维提供大形变，使纤维容易被拉伸，而硬链段则用于防止长链分子在外力作用下发生相对滑移，并在外力去除后迅速回弹，起到物理交联的作用。用化学反应纺丝法制造的氨纶只有一种软链段，但交错的软链段之间有由化学交联形成的结合点，它与软链段配合，共同赋予纤维高伸长、高回弹的特点。这两种类型的氨纶分子间结构示意图如图所示。
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氨纶的弹性结构模型

２．氨纶的性能
（１）密度和线密度：氨纶的密度为１．２０～１．２１ｇ／ｃｍ^３，虽略高于橡胶丝（不加填料时，天然橡胶密度为０．９５ｇ／ｃｍ３，各种合成橡胶在０．９２～１．２３ｇ／ｃｍ^３），但在化学纤维中仍属较轻的纤维，氨纶的线密度一般为２２～４７７８ｄｔｅｘ，最细可达１１ｄｔｅｘ。
（２）吸湿性：在温度为２０℃、相对湿度６５％下，氨纶的回潮率为１．１％，虽较棉纤维、羊毛及锦纶等小，但优于涤纶、丙纶和橡胶丝。
（３）力学性能：氨纶的湿态断裂比强度为０．３５～０．８８ｃＮ／ｄｔｅｘ，干态断裂比强度为０．５～０．９ｃＮ／ｄｔｅｘ，是橡胶丝的２～４倍。氨纶的断裂伸长率可达５００％ ～８００％，瞬时弹性回复率为９０％以上，与橡胶丝相差无几，比一般加弹处理的高弹聚酰胺纤维（弹性伸长大于３００％）还大，它的形变回复率也比聚酰胺弹力丝高，见下表。另外，氨纶还具有良好的耐挠曲、耐磨性能等。
, |; G' R' O7 ?2 \. N$ t9 }（４）耐热性：氨纶的软化温度约为２００℃，熔点或分解温度约为２７０℃，优于橡胶丝，在化学纤维中属耐热性较好的品种。
（５）化学稳定性：氨纶对次氯酸钠型漂白剂的稳定性较差，推荐使用过硼酸钠、过硫酸钠等含氧型漂白剂。聚醚型氨纶的耐水解性好；而聚酯型氨纶的耐碱、耐水解性稍差。
（６）染色性：氨纶的染色性能尚可，染锦纶的染料都能使用，通常采用分散染料、酸性染料等染色。

4 o# a5 a9 q& }7 j5 n7 S两类氨纶的性能

项目	聚醚型	聚酯型
断裂比强度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）	０．６２～０．７９	０．４９～０．５７
断裂伸长率（％）	４８０～５５０	６５０～７００
弹性回复率（％）	９５（伸长５００％）	９８（伸长６００％）
弹性模量（ｃＮ／ｄｔｅｘ）	０．１１	０．１３
密度（ｇ／ｃｍ３）	１．２１	１．２０
回潮率（％）	１．３	０．３
耐热性	１５０℃发黄，１７０℃发黏	１５０℃有热裂塑性，１９０℃强度下降
耐酸碱性	耐大多数酸，在稀盐酸和硫酸中变黄	耐冷稀酸，在热碱中快速水解
耐溶剂性	良好	良好
耐气候性	暴晒于日光下强度有下降	暴晒于日光下强度有下降并变色
耐磨性	良好	良好

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