國內外彈性纖維的現狀與發展

黃　慶　崔　寧　崔華帥　高緒珊

本文簡述了彈性纖維的發展過程，簡要介紹了幾種主要彈性纖維種類及其性能特點。同時以氨綸為例討論了我國彈性纖維的生產現狀，并對我國氨綸市場的發展提出了建設性意見。

The development of elastic fiber around the world is discussed in this article, and some primary kinds of elastic fiber are also presented. Taking PU fiber as an example, status-quo of Chinese elastic fiber industry is discussed. Furthermore, the authors put forward some suggestions on the development of PU fiber industry at home.

通常，彈性纖維是指具有高斷裂伸長、低模量和高回彈性的合成纖維。一般來說，可從 3 個方面來衡量纖維的彈性：一是較低的模量，即發生形變所需的外力較小；二是較大的伸長率；三是較高的彈性回復性能。

現在市場上的彈性纖維種類很多，總體可分為：氨綸彈性纖維、聚醚酯類彈性纖維、聚烯烴類彈性纖維、PTT纖維、雙組分復合卷曲纖維、硬彈性纖維等。這些彈性纖維有諸多優點，但同時也存在著不足，需要進一步的改進。隨著人們對舒適性要求的提高，彈性纖維逐漸成為纖維領域的佼佼者，應用領域也從傳統的織襪、內衣、運動服等拓展到休閑裝、高彈力時裝、高檔成衣等新興領域，并繼續向汽車裝飾領域、醫用領域等拓展。

1幾種典型的新型彈性纖維

1.1熔紡氨綸

氨綸是彈性纖維中最早開發且應用最為廣泛、生產技術最為成熟的品種。目前，世界上大部分的氨綸生產采用傳統的溶劑紡絲工藝（如表 1 所示 ）。 在紡絲過程中，需要使用大量的溶劑如DMF或DMAc，這些溶劑的使用會造成環境和人體健康方面的問題。因此，尋找一種健康環保的紡絲工藝成為行業的研究目標，熔紡氨綸應運而生，它以設備投資少、投產周期短、生產流程簡單、產量高、成本低、尤其是無污染的優勢受到關注。

熔融紡絲氨綸產品是由纖維級聚氨酯切片，即線性聚醚（酯）型熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）經干燥、熔融、計量、紡絲、卷繞、上油、平衡等工序得到。所以合成纖維級聚氨酯切片是實現熔紡氨綸的關鍵。目前，纖維級聚氨酯切片的合成主要采用一步法工藝生產，即將二異氰酸酯、聚醚（酯）二醇、擴鏈劑、助劑等經過計量后直接加入雙螺桿反應器中聚合而成。最初，熔紡氨綸產品在彈性回復率、耐水解性、耐熱性等方面還不如傳統的干紡氨綸，但隨著纖維級聚氨酯切片技術的日益成熟以及熔融紡絲技術的完善，熔融紡絲氨綸產品已經可以和干紡氨綸產品相媲美。

1.2聚醚酯纖維

聚醚酯彈性纖維首先由帝人公司在1990年通過TPEE熔融紡絲制得。與聚氨酯相比，聚醚酯彈性纖維具有原料便宜、工藝簡便、加工成本低廉、使用設備簡單、熔融紡絲法即可制取等特點，而且聚醚酯熱穩定性、耐熱性、耐氯漂性優良。

聚醚酯彈性纖維的性能與其化學組成密切相關，研究報道較多的是以PET為硬鏈段，以PEO為軟段，記為PET/PEO；或以PBT為硬鏈段，以PTMO為軟段，記為PBT/PTMO。聚醚酯彈性纖維可以分為普強彈性、中強彈性及高強彈性等類型，可根據產品用途的不同來設計合成不同大分子結構的纖維。各種聚醚酯彈性纖維的性能如表 2 所示。

日本帝人有限公司研制的聚醚酯彈性纖維Rexe?已經實現商品化，該纖維具有很高的彈性，斷裂伸長率超過 600%，其濕熱耐久性好，可以和聚酯纖維混紡，并可在 120 ～ 130 ℃下染色，使得滌綸應用于彈性織物中。同時，Rexe?纖維又具有良好的抗氯性、抗堿性，織成的面料能夠承受堿減量加工，增加了織物的懸重性，從而使纖維有望在仿絲綢服裝中廣泛運用。

1.3聚烯烴類彈性纖維

Lastol纖維商品名為Dow XLATM，是一種獨特的聚烯烴彈性纖維，由Dow（陶氏）化學公司于2002年推出。Dow XLATM纖維采用Dow的專利技術在低結晶度時生產，先由聚合物熔融紡絲法紡成單絲或多絲。為了使Dow XLATM纖維在較高溫度下具有尺寸穩定性，又對纖維進行了共價交聯反應。

Dow XLATM纖維的平均結晶度為 14%，斷裂伸長率達 500%，可伸長回復，并可承受 220 ℃高溫，耐氯漂和強酸強堿，具有很強的抗氙光和紫外線降解性能。而普通聚烯烴纖維的平均結晶度為 50%，斷裂伸長率僅為 33%，且不可伸長回復。Dow XLATM纖維適合與其他各種天然和合成纖維共用，能改善基布織物的懸垂性和手感。用Lastol纖維制成的彈力織物能在不損失彈性、穿著舒適的條件下具有可洗、可漂、可轉筒縮絨、耐蒸汽燙、可干洗等特征。

聚烯烴基共聚物的彈性來源于大分子柔性鏈的網狀結構，結晶區及大分子共價健的粘連點。結晶區是熱轉換區，在熔點下賦予纖維強力；非晶體中的柔性鏈形成的交聯網絡，與高分子的結晶并存起著物理連接的作用。結晶度、柔性鏈長度和交聯網絡的多少共同決定了聚烯烴纖維的彈性。

1.4雙組分復合卷曲纖維

近幾年，聚酯類彈性纖維發展很快，它們的結構和PET相似，但二元醇的烷烴鏈較長。二元醇的碳鏈增長后，聚酯分子鏈柔順性增強，分子鏈中硬鏈段和軟鏈段的“區段”結構特性也逐漸明顯，因此聚合物或纖維的彈性也就增強，但這類彈性纖維的彈性比氨綸低，其主要品種有PBT纖維和PTT纖維。雖然這兩種纖維可以直接進行織造，也能滿足一般紡織品的要求，但由于存在受熱易變形、易燃燒、機械強力較低、織物形態不穩定等缺點，因此人們又將注意力轉向了雙組分復合纖維的開發，并獲得了一定的進展。

雙組分復合卷曲纖維是一種由結構和性能不同的兩種聚合體，按照一定比例通過共軛紡絲形成雙組分復合絲制成的卷曲彈性纖維。其彈性不是基于分子鏈中硬和軟組分的運動，而是纖維中兩種組分的收縮或伸長的差異，經熱處理后，纖維在內應力作用下形成螺旋或波浪狀卷曲。這種卷曲狀的纖維具有不同程度的伸縮性和彈性，其彈性隨兩種聚合物的化學組成、分子結構、在纖維中的分布狀態，以及兩種組分比例不同彈性不同。

目前研究較為成熟的雙組分復合彈性纖維為PTT/PET并列復合纖維，它是由PTT、PET兩種高聚物并列紡絲而成。PTT/PET復合纖維表現出高度卷曲，從而帶來了優良的延伸性和彈性回復率。具有代表性的是英威達公司生產的PTT/PET并列雙組分纖維T400TM。目前，這類纖維已被命名為Elastomultiester，其定義是：由兩種或兩種以上化學成分不同的直鏈大分子構成的纖維（每種成分不超過 80%），酯基作為主要官能團其含量超過 85%，當進行適當處理后，將其拉伸至原長的 1.5 倍后再松開，能迅速回到其原長。

PTT/PET并列雙組分纖維的性能優異。有研究曾對氨綸、Dow XLATM 纖維和PTT/PET并列雙組分纖維的性能進行對比，發現PET/PTT雙組分纖維通過永久卷曲提供彈性，無需包覆可直接使用，初始模量較低，手感柔軟滑爽，不易松弛，具有極好的耐化學品特性，是彈性纖維中的新秀。表 3 為 3 種纖維的性能對比結果。

2彈性纖維技術的發展趨勢

2.1干法氨綸的技術發展

干法紡絲工藝流程復雜，裝置設備投資費用大，對環境也有一定的污染，但工藝技術成熟、紡速高，制成的纖維質量和性能優良，在氨綸生產技術中占有主導地位，并將在相當長的時間內仍是投資主流。

目前，我國主要的氨綸生產企業都采用干法紡絲技術，大部分在建和待建的項目都計劃采用干法紡絲技術。從全球的產能情況來看，采用干法紡絲技術生產的氨綸占據主導地位。氨綸干法紡絲技術以美國杜邦、韓國曉星、日本東洋紡等為代表，不同生產商的聚合方法、纖維生產技術和加工過程具有獨特的技術特征。

杜邦最早實現了氨綸干法紡絲的工業化，采用連續聚合和高速紡絲，比常規的間歇式聚合、中速紡絲具有更好的產品質量，且產量高、公用工程消耗少，單位生產成本低。但杜邦在中國的發展戰略主要以合資建廠為主，沒有進行技術轉讓，因此我國的氨綸企業基本采用日本技術。

東洋紡是日本最早生產氨綸的廠商，1963年開發出了具有自主知識產權的干法生產技術，采用間歇聚合和連續紡絲的工藝路線，紡速在 500 ～ 600 m/min，國內一些企業在此基礎上通過技術改造，紡速可達 800 m/min。產品性能優良、規格齊全，從 20 ～ 210 D，可用于機織、針織、包芯紗、包覆紗等等。在溶劑方面，東洋紡用環保型溶劑DMAc取代DMF，大大降低了環境污染。我國一些主要的氨綸生產企業，如煙臺氨綸股份有限公司、浙江華峰氨綸股份有限公司、連云港杜鐘氨綸有限公司、江蘇雙良氨綸有限公司、杭州舒爾姿氨綸有限公司等都采用了東洋紡技術。

日清紡也采用間歇聚合、連續紡絲的工藝技術，紡速可達 600 ～ 800 m/min，其技術在開發細旦纖維、提高產品彈性伸長等方面有一定的先進性。目前，我國浙江的紹興龍山氨綸有限公司、江蘇雙良氨綸有限公司（四期）等新建項目采用了此技術。

2.2熔紡氨綸的主要技術現狀與發展

2.2.1常規熔紡氨綸的技術改進

在纖維級聚氨酯切片的合成技術方面，選用不同的起始原料可改善TPU的性能，如選用聚己內酯二醇可提高TPU的耐水解性能（日本大賽璐公司）；選用聚碳酸酯二醇為原料，可制備出耐熱性能優良的TPU（日本可樂麗公司）。選擇芳香族二醇作為擴鏈劑可進一步提高纖維級聚氨酯切片的耐熱性；當擴鏈劑為1，4 – 丁二醇時，加入約 5% 的脂肪族聚酯低聚物作為交聯劑，脂肪族聚酯低聚物可將異氰酸酯基封端，再經化學交聯后，纖維的回彈性可顯著改善。而選擇聚氨酯交聯劑，可提高熔紡氨綸的紡絲穩定性、斷裂強度及耐熱性能。選擇合適的添加劑則可增加氨綸大分子鏈間的作用力以及硬段相的結晶度和晶粒尺寸，進而提高氨綸的熱穩定性。

在熔紡過程中，日本鐘紡公司在TPU熔體中加入預聚體，改善了紡絲加工條件和成晶的力學性能。預聚體一方面可以降低TPU切片的熔化溫度，使紡絲可在較低的溫度下進行；另一方面預聚體中的異氰酸酯基在纖維成形過程中，能在TPU大分子間形成化學交聯，提高纖維的力學性能。具體方法是將TPU切片經螺桿擠出機熔融，在其出口處加入由二異氰酸酯和聚酯或聚醚二醇反應生成的預聚體，經靜態混合器均勻混合后在進行紡絲。由于帶有異氰酸酯基的預聚體儲存穩定性差，即活性極大的NCO基團很容易失去活性，無法起到化學交聯的作用。因此研究者們又在預聚體上作了改進，通過使用酚、醇等化合物先將預聚體中的異氰酸酯基封閉。在紡絲溫度下，這種封閉的預聚體將會重新活化，起到化學交聯作用。

在成形過程中，通過嚴格控制切片含水率使切片含水率低于 100 mg/kg，或者選擇合適的熔法氨綸油劑，也可起到優化熔紡氨綸生產的作用。

2.2.2高檔熔紡氨綸的發展

在攻克了氨綸熔融紡絲的各項技術瓶頸后，熔紡氨綸也在逐步適應市場的需求，向高性能、差別化和功能化的方向發展。高吸放濕氨綸，高定型氨綸，抗菌型氨綸，耐磨、抗氯、抗靜電、吸汗、除臭、透氣、保暖等高性能氨綸都有了長足發展。

日本Opelontex推出的泳衣用聚氨酯彈性纖維“LYCRA? T909B”，具有良好的伸縮性能并對泳池里的氯成分具有良好的抵御性能，用其生產的泳衣集功能性和美觀性于一體；旭化成纖維公司推出了一種酸性染料可染的彈性纖維ROICA DS，與錦綸混紡時，具有很好的染色同色性；東麗公司開發了免用有機溶劑，利用水溶性聚氨酯樹脂進行防水透濕功能整理的新面料“ENTRANNTE”，其在防水透濕性、耐洗滌性及防治結露等方面與現有產品相同，可用于戶外運動服、滑雪服等；西班牙Dogi（道吉）公司開發了一系列具有防曬效果的功能性彈性纖維，防曬系數可達SPF + 50；旭化成公司首創的高吸放濕聚氨酯纖維，具有吸濕量大、放濕速度快的特點，主要用于連褲襪、短褲等貼身衣物。

BASF（巴斯夫）公司通過 10 多年的探索和實踐，通過原料改性和紡絲工藝及設備的改造，成功進行了聚氨酯彈性纖維的熔融紡絲，其商品名為Elastollan Lp 9198 – 10，其主要性能如表 4 所示。

日本東洋紡公司研究開發的ESPA – M柔軟性彈性纖維采用酯化聚氨酯聚合物經熔融紡絲制成，具備較低的定形溫度和良好的觸感，解決了普通彈性纖維由于定形溫度較高，在與其他定形溫度較低的纖維進行混紡時易引起這些纖維降解，以致改變纖維手感和混紡面料特性的問題，使彈性纖維與錦綸、腈綸、羊毛等定形溫度較低纖維的混紡成為可能。

3彈性纖維產業鏈的優化與開拓

3.1實現彈性纖維產業鏈效益的同步增長

彈性纖維產業鏈的下游企業包括織造、染整、紡織品和服裝生產商，由于彈性纖維本身的技術難度較大，因此長期以來，彈性纖維的利潤普遍高于下游產業的利潤率，這種狀態如果長期存在，勢必影響本產業的健康發展。因此，國內的彈性纖維生產企業應該根據下游產業利潤率的實際狀況，采取限產、限量和適當降低價格的措施，以激活下游產業的聯動發展，達到該產業鏈效益同步提升的目的。

3.2培植彈性纖維產業鏈集聚效應

英威達以氨綸萊卡? 為核心，將下游織造業和服裝業緊密聯結在一起，成功打造了萊卡? 品牌，從而帶動了以萊卡? 為原料的整個產業鏈的發展。鑒于這一成功案例，國內有條件的彈性纖維生產企業也應與下游企業采取各種合作方式，組成利益共享、風險共擔的聯合體，從而達到增強產業鏈市場競爭能力和實現產業鏈集聚效應的目的。

3.3建立環境友好的生產模式

以熔紡氨綸為代表的環保生產工藝正在不斷擴大應用領域和市場份額，生產成本也要低于已經成熟的干法氨綸。從另一角度來看，熔紡氨綸的原料是熱塑性聚氨酯彈性體，因此其廢絲可以通過熱降解再生聚氨酯的方式加以回收，目前已有相關研究。如東華大學提出在磷酸三乙酯介質中，以乙酰胺對廢絲進行熱降解，將降解產物與新鮮的聚四氫呋喃二醇混合，然后與甲苯二異氰酸酯進行反應，制成了再生聚氨酯薄膜。此類技術同樣可用于聚氨酯纖維的再生和再利用，可解決生產和使用過程中的廢絲污染問題，具有較大的工業化前景。

現階段，國內外彈性纖維的開發已經獲得了很大的進步，各種新型彈性纖維層出不窮，并且在高性能、差別化、功能化上不斷取得新的突破。今后，其發展也將繼續朝著低能耗、高性能方向發展。