[纤维知识]氨纶纺丝方法

发表日期：2014-04-14 点击次数: 1115

聚氨酯纤维(氨纶)是一种含有85%以上氨基甲酸酯的、具有线性链段结构的高分子化合物制成的弹性纤维(Spandex)，我国商品名称为氨纶。由于结构的特殊性，氨纶强度高，比重轻，具有优良的高弹性和弹性回复率，其制品柔软而富有弹性，既贴身又无约束及松弛感，有良好的服用性能，还广泛应用于产业、医疗、体育等领域。氨纶的研究最早始于德国，1959年杜邦首先实现了干法纺氨纶的工业化生产，60年代日本旭化成、东洋纺等公司也先后开发出了氨纶生产技术。20世纪80年代后，由于氨纶包覆纱和包芯纱技术的开发，氨纶的应用领域不断扩大，市场需求不断增加。1989年，我国在山东烟台建成第一个氨纶生产装置，90年代一批氨纶企业也先后投产。

　一、氨纶的主要生产方法

根据纺丝方法的不同，氨纶生产的工艺路线可分为溶液纺丝法、熔融纺丝法、化学反应纺丝法，其中溶液纺丝又根据凝固介质不同分为干法溶液纺丝和湿法溶液纺丝。目前，世界范围内干法纺丝占全球氨纶生产的80%以上、湿法纺丝约占10%左右、其它两种约占10%。而在我国至今没有化学反应法。化学反应纺丝法因工艺复杂，纺丝速度低，生产成本高，设备投资大且存在二胺环境污染等问题，今后发展的可能性也不大。

1、干法溶液纺丝

干法纺丝以聚醚二醇与二异氰酸酯以1：2的摩尔比在一定的反应温度及时间条件下形成预聚物，预聚物经溶剂混合溶解后，再加入二胺进行链增长反应，形成嵌段共聚物溶液，再经混合、过滤、脱泡等工序，制成性能均匀一致的纺丝原液。然后用计量泵定量均匀地压入纺丝头。在压力的作用下，纺丝液从喷丝板毛细孔中被挤出形成丝条细流，并进入甬道。甬道中充有热空气，使丝条细流中的溶剂迅速挥发，并被空气带走，丝条浓度不断提高直至凝固，与此同时丝条细流被拉伸变细，最后被卷绕成一定的卷装。可纺氨纶丝的纤度范围为1.1-246.4tex，纺丝速度200-600 m/min，有的可高达1000 m/min。

　　2、湿法溶液纺丝

　湿法纺丝与干法类似，也形成嵌段共聚物溶液，通过计量泵压入喷丝头。从喷丝板毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，聚合物的浓度不断提高，在凝固浴中析出形成纤维，再经洗涤干燥后进行卷绕。纺丝速度一般为5-50 m/min，加工纤度0.55-44tex。

　　干法纺丝与湿法纺丝相比，纺丝聚合物浓度，粘度也高，能够承受更大的喷丝板拉伸比，纤维比湿纺更细。同时干纺使用热空气作为凝固介质，与凝固浴相比在纺程上丝条流体力学阻力小，纺丝速度高，产量也更大。湿法纺丝由于生产成本高，已逐渐被淘汰。我国仅有的二套湿纺装置都已停产。

　　3、熔法纺丝

　　熔法纺丝是将干燥后的热塑性聚氨酯切片送入螺杆挤压机，切片由于受热而熔融，熔体以一定压力被挤出并输送到纺丝部位，然后用纺丝泵将熔体定量均匀地压至纺丝组件。熔融细流从喷丝板小孔挤出，在甬道中冷却而凝固成纤维。熔融纺丝只适用于易熔的和熔融温度下稳定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，纺丝速度为200-800m/min。

　　熔纺生产流程短，投资少，不需溶剂回收，成本低。但熔纺氨纶技术仍不够成熟，生产成本、产品品质受原料影响较大，而原料切片生产受制于人。同时由于纺丝工艺和纺丝原料的不同，干纺氨纶与熔纺氨纶在结构和性能上存在一定的差异，干纺氨纶性能优良，而熔纺氨纶在生产过程中由于预聚体在加工温度下不稳定，在高温的停留时间稍长时，会发生过量交联，生成凝胶，导致成品物理机械能也比干纺差，产品档次低，应用范围小。目前我国熔纺氨纶装置规模都偏小，产能也低。

　　二、氨纶干法纺丝的主要技术

　　干法纺丝工艺流程复杂，装置设备投资费用大，对环境也有一定污染，但工艺技术成熟，纺速高，制成的纤维质量和性能优良，在氨纶生产技术中占有主导地位，并将在相当长时间内仍成为投资主流。目前我国主要氨纶企业都采用干法纺丝技术，大部分在建和待建的项目计划采用干法纺丝技术，从全球氨纶工厂产能情况来看，采用干法纺丝技术的产能也是占据主导地位。氨纶干法纺丝技术以美国杜邦、韩国晓星、日本东洋纺等为代表，不同生产专利商的纺丝聚合物合成方法、纤维的生产技术和加工过程具有独特的技术特征。

　　1、英威达和晓星技术

　　英威达(原杜邦)最早实现氨纶干法纺丝的工业化，其氨纶产品“莱卡”在产品质量和品牌推广上都独树一帜。英威达和晓星技术采用连续聚合、高速纺丝，比常规的间歇聚合、中速纺丝有更好的产品质量。同时产量高、公用工程消耗少，单位生产成本低。但氨纶生产技术壁垒非常强，英威达和晓星在中国的发展战略主要以合资建厂为主，没有进行技术转让，我国的氨纶企业基本采用日本技术。

　　2、东洋纺技术

　　东洋纺是日本最早生产氨纶和纤维的厂商，1963年开发出自有知识产权的干法生产技术，采用间歇聚合、连续纺丝的工艺技术路线，经过多年的探索和改进，工艺成熟，生产过程稳定。纺速在500-600m/min，国内一些企业在此基础上通过技术改造，目前纺速可达到800m/min。产品性能优良、规格齐全，从20D到210D，应用领域广泛，可用于机织、纬编、经编、织袜、包芯纱、包覆纱等等。在溶剂方面，东洋纺新技术采用环保型溶剂DMAC替代DMF，大大降低了环境污染。我国一些主要的氨纶企业如烟台氨纶、浙江华峰、连云港杜钟、江苏双良、杭州舒尔姿等都采用东洋纺技术。

　　3、日清纺技术

　　日清纺也采用间歇聚合、连续纺丝的工艺技术，纺速可达600-800m/min，其技术在开发细旦纤维、提高产品弹性伸长等方面有一定先进性，一些新建企业如浙江绍兴龙山、江苏双良四期均采用此技术。