11氨綸簡介聚氨酯彈性纖維是由聚氨基甲酸酯制成的纖維。國際商品名稱為SPANDEX，我國商品名則為氨綸。聚氨基甲酸酯是一種以二醇和二異氰酸鹽類進行聚臺加成反應制成的含有85以上氨基甲酸酯的、具有線性鏈段結構的嵌段聚合物,具有天然橡膠絲的彈性。主要商標名稱有LYCRA（英威達）、DORLASTAN（德國拜耳公司）、ESPA（日本東洋公司）、OPELON（日本東麗杜邦公司）等。聚氨酯彈性纖維是一種性能優(yōu)異的化學纖維，具有伸長率大400800彈性回復率高聚酯型氨綸伸長600時，回彈率為95彈性模量低01ICNDTX耐疲勞性好伸長50300，密度小1139CM3；耐腐蝕、耐曬、耐熱、耐光、抗老染料有良好的親和力，無論采用分散性酸性或復舍性還是金屬性染料均可染色均勻。聚氨酯嵌段共聚物可以紡出極細旦的絲且品質優(yōu)良。氨綸織物質地柔軟穿著舒適。主要用于制造各種運動衣，游泳衣溜冰衣，高爾夫球農等體育運動服；還有宇航服飛行服，工作服等各種專用服裝的柬帶緊身部分；婦女的緊身衣，健美服，內衣，高彈棘，手套等女性用品，彈力燈芯皺，勞動布，彈力毛華達呢和毛花呢服裝用料；醫(yī)藥方面用的彈性繃帶，器官材料各種輔助器材設備物品等。氨綸的研究最早始于德國，1959年杜邦首先實現了干法紡氨綸的工業(yè)化生產，60年代日本旭化成、東洋紡等公司也先后開發(fā)出了氨綸生產技術。20世紀80年代后，由于氨綸包覆紗和包芯紗技術的開發(fā)，氨綸的應用領域不斷擴大，市場需求不斷增加。1989年，我國在山東煙臺建成第一個氨綸生產裝置，90年代一批氨綸企業(yè)也先后投產，2001年后中國企業(yè)全面進入，產能迅猛增加，截至04年11月，我國氨綸產量已占世界產量的40多。隨著國內氨綸市場的開發(fā)和發(fā)展，氨綸的應用領域不斷擴大，已從過去的針織用擴大到機織用，從過去單一的服裝內用，擴大到服裝外用、包裝用、醫(yī)藥用等領域，且隨著人們生活水平的不斷提高，氨綸產品的舒適性越來越受到人們的喜愛，氨綸的需求量迅速增加。隨著我國經濟的發(fā)展，出口紡織品和服裝的檔次不斷提高，氨綸必將有廣闊的發(fā)展空間。12氨綸生產技術發(fā)展概況121氨綸的主要生產方法根據紡絲方法的不同，氨綸生產的工藝路線可分為溶液紡絲法、熔融紡絲法、化學反應紡絲法，其中溶液紡絲又根據凝固介質不同分為干法溶液紡絲和濕法溶液紡絲。目前，世界范圍內干法紡絲占全球氨綸生產的80以上、濕法紡絲約占10左右、其它兩種約占10。而在我國至今沒有化學反應法?；瘜W反應紡絲法因工藝復雜，紡絲速度低，生產成本高，設備投資大且存在二胺環(huán)境污染等問題，今后發(fā)展的可能性也不大。1、干法溶液紡絲干法紡絲是目前世界上采用最廣的一種生產聚氨酯彈性纖維的方法，美國的DUPONT、德國的DORLASTAN及日本東洋紡等大廠商均采用干法紡絲的方法生產氨綸。干法紡絲生產的氨綸產量占氨綸總產量80以上干法紡絲以熱塑性聚氨酯為原料。其工藝過程是，以二甲基甲酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMA為溶劑，加熱將聚氨酯溶解，制成聚氨酯質量分數為2535、粘度為1080P丑S的溶液，加入添加劑后，經過濾、脫泡、除氣，得到粘度均勻的紡絲原液。再將紡絲原液用精確齒輪泵定量均勻地壓人紡絲頭，通過噴絲板的小孔擠出，形成細流，進入直徑為3050CRN、長36M、溫度為200250的紡絲甬道，甬道中的高溫氣體迅速將溶劑從原液細流中蒸發(fā)出來，直至絲條凝固成06417TEX單絲，然后集束并進行上油等后處理，最后卷繞成絲錠。根據纖度的不同，每個紡絲甬道可允許有18個彈性纖維絲柬同時通過。用這種方法生產時，還需注意溶劑的回收提純干法紡絲工藝中的纖維卷繞速度一般在200600MMIN，最高可達1000MMIN；所得纖維的纖度為2229TEX。其生產設備占地面積小。2、濕法溶液紡絲濕法紡絲是一個物理過程，通過分子的擴散作用，使從噴絲頭中出來的液態(tài)細流中的溶劑擴散到凝固浴中，進而噴出的細液流固化為絲束。聚氨酯的二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或四氫呋喃溶液，被擠入水或醇和溶劑的凝固浴中。用水為紡絲凝固浴液時，纖維表面凝固快，有皺折現象；用醇時，纖維結構均勻，強度高。凝固浴中DMF或DMA的質量分以1530為宜，并應保持凝固浴液的循環(huán)流動。由于DMA或DMF等分子的擴散較慢，紡絲液凝固時間長，所以浴槽一般需要20M左右的長度，它的前幾段浴槽起凝固絲束的作用，后幾段起水洗作用出浴后的絲條在干燥定型前上油，以防絲束的并粘。干燥定型的絲束，再經一次上油后卷到簡管上。和干法紡絲相似，單絲的纖度為0617，一條濕法生產線可同時生產100300條絲束。濕法紡絲工藝復雜，廠房建筑和設備投資費用大。因凝固浴流體的阻力，紡絲速度一般為50150MMIN。且干燥定型溫度為250270，干燥后的絲條需要經3倍左右的拉仲該法所制纖維的纖度范圍為54O0TEX。目前濕法紡絲的聚氨酯彈性纖維產量約占總量的10。日本富士紡公司的VJIBO氨綸就是采用濕法紡絲技術生產。這種紡絲方法工藝復雜，紡絲速度低，生產成本高，所以發(fā)展較慢。3、熔法紡絲熔融紡絲的過程是，將干燥后的熱塑性聚氨酯切片進入螺桿擠壓機，切片由于受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出并輸送至紡絲部位然后用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細流從噴絲板小孔擠出，在甬道中冷卻而凝固成纖維。一般以易熔的和在熔融溫度下穩(wěn)定性良好的聚合物，如由芳香族二異氰酸酯和線性聚酯或聚醚多元醇反應所制得的聚氨酯為熔融紡絲原料。該熱塑性聚氨酯一般用L，4一丁二醇為擴鏈劑。熱塑性聚氨酯在160220熔融，熔融后從噴絲裝置中擠出，進入熱水浴中進行拉伸。該法的紡絲速度一般在2008130MMIN。熔融紡絲工藝流程簡單，原材料及設備費用都較低，生產效率高特別是不使用可燃和有毒的有機溶劑，因此不需象干紡、濕紡那樣需用昂貴的回收設備。其產品耐熱性、耐氯性、生物相容性均較好。但是由于聚氨酯在高溫下熔融加工不穩(wěn)定，停留時間稍長時，紡成的絲物理機械性能較差。熔紡聚氨酯彈性纖維的生產公司主要有日本的曰清紡、鐘紡、可樂麗、油墨化工及大塞璐公司等。其生產方法主要有一步法、二步法與封端法。熔紡法已受到重視，具有較好的發(fā)展前途。4、化學反應紡絲該法是將端異氰酸酯基聚酯型或聚醚型聚氨酯預聚體經計量泵噴絲頭壓出而進入紡絲浴，與紡絲浴液中的擴鏈劑如乙二胺組分發(fā)生化學反應，預聚物鏈增長的同時生成不溶于紡絲浴的初生纖維。從紡絲浴中出來的絲條經噴淋水洗去絲條上夾帶的乙二胺后，送人干燥定型機上干燥定型。初生纖維經卷繞后，在加壓的水中進一步硬化，以使其內部尚未反應的部分交聯(lián)?；瘜W反應紡絲法的紡絲速度一般為50150MRAIN，單絲的纖度為1137IEX，根據需要撮后纖維絲束的纖度一般為44340TEX，化學紡絲法的缺點是其效率較低，且存在二胺化合物污染環(huán)境的問題，目前世界上用這種方法紡絲的氨綸產量不到其總產量的10。美國GLOBE、西班牙的ENKASWING、英國的SPANZELLE等公司都用這種方法生產。122氨綸干法紡絲的主要技術及特點干法紡絲工藝流程復雜，裝置設備投資費用大，對環(huán)境也有一定污染，但工藝技術成熟，紡速高，制成的纖維質量和性能優(yōu)良，在氨綸生產技術中占有主導地位，并將在相當長時間內仍成為投資主流。目前我國主要氨綸企業(yè)都采用干法紡絲技術，大部分在建和待建的項目計劃采用干法紡絲技術，從全球氨綸工廠產能情況來看，采用干法紡絲技術的產能也是占據主導地位。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，不同生產專利商的紡絲聚合物合成方法、纖維的生產技術和加工過程具有獨特的技術特征。1、英威達和曉星技術英威達原杜邦最早實現氨綸干法紡絲的工業(yè)化，其氨綸產品“萊卡”在產品質量和品牌推廣上都獨樹一幟。英威達和曉星技術采用連續(xù)聚合、高速紡絲，比常規(guī)的間歇聚合、中速紡絲有更好的產品質量。同時產量高、公用工程消耗少，單位生產成本低。但氨綸生產技術壁壘非常強，英威達和曉星在中國的發(fā)展戰(zhàn)略主要以合資建廠為主，沒有進行技術轉讓，我國的氨綸企業(yè)基本采用日本技術。2、東洋紡技術東洋紡是日本最早生產氨綸和纖維的廠商，1963年開發(fā)出自有知識產權的干法生產技術，采用間歇聚合、連續(xù)紡絲的工藝技術路線，經過多年的探索和改進，工藝成熟，生產過程穩(wěn)定。紡速在500600M/MIN，國內一些企業(yè)在此基礎上通過技術改造，目前紡速可達到800M/MIN。紡速高、單位生產成本低、產品性能優(yōu)良、規(guī)格齊全，從20D到210D，應用領域廣泛，可用于機織、緯編、經編、織襪、包芯紗、包覆紗等等。在溶劑方面，東洋紡新技術采用環(huán)保型溶劑DMAC替代DMF，大大降低了環(huán)境污染。我國一些主要的氨綸企業(yè)如煙臺氨綸、浙江華峰、連云港杜鐘、江蘇雙良、杭州舒爾姿等都采用東洋紡技術。3、日清紡技術日清紡也采用間歇聚合、連續(xù)紡絲的工藝技術，紡速可達600800M/MIN，其技術在開發(fā)細旦纖維、提高產品彈性伸長等方面有一定先進性，生產單位成本低、質量穩(wěn)定。一些新建企業(yè)如浙江紹興龍山、江蘇雙良四期均采用此技術。123我國生產氨綸技術近幾年我國氨綸技術水平明顯提高，在引進基礎上不斷改進，生產工藝更加成熟穩(wěn)定，紡速不斷提高，成本逐步降低，部分企業(yè)基本完成了生產技術的國產化。在生產技術快速進步的同時，氨綸應用技術也得到很快發(fā)展，氨綸制品的新工藝、新技術不斷涌現，為氨綸進一步拓展市場提供了可能。目前在氨綸常規(guī)品種上，我國已經具備很強的市場競爭能力，但在差別化、功能化品種上與美國、日本等還存在較大差距。隨著氨綸投資大幅度下降，產能迅速增加，市場競爭進一步加劇，發(fā)展先進生產力，用技術進步促進產業(yè)升級將是氨綸產業(yè)今后的主要任務。目前我國引進和合資的氨綸生產廠的紡絲技術工藝均為干法紡絲法。而隨著環(huán)保要求的不斷提高我國生產廠家應更多地考慮其工藝技術的多樣化和發(fā)展?jié)摿胺较?。目前正逢亞太地區(qū)氨綸綸擴產新建裝置高峰時期，原料輔助原料資源偏緊所以應抓緊氨綸工業(yè)的配套建設，重視氨綸原料輔助料的研制開發(fā)生產，應和氨綸生產同步進行。我國國產氨綸產量尚不能滿足國內市場需求，需求不斷激增的市場幾乎被進口貨壟斷著。要想確保國內氨綸工業(yè)健康、穩(wěn)步發(fā)展，我們認為一是起點要高，同時也應有相關部門提供必要的保護政策，保駕護航另外應加強打擊走私力度，對來料加工要嚴格監(jiān)管，防止在合法外衣下的走私，沖擊國貨的起步。從全球氨綸工廠產能情況來看，采用干法紡絲技術的產能也是占據主導地位。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。近幾年我國氨綸技術水平明顯提高，在引進基礎上不斷改進，生產工藝更加成熟穩(wěn)定，紡速不斷提高，成本逐步降低，部分企業(yè)基本完成了生產技術的國產化。1實驗部分21工藝流程圖1和圖2分別是紡絲流程圖和紡絲設備簡圖，其中在紡絲設備簡圖中的虛線代表二樓和三樓的樓層。原液聚合原液供給罐1第一過濾器原液供給罐2第二過濾器脫泡器紡絲槽計量泵紡前過濾器紡絲組件甬道卷繞泵泵圖1紡絲流程圖紡絲原液是制成纖維的原料，它的合成主要是在聚合車間完成。制備好的原液將被分別送到幾個原液供給罐1（DFETK）中，并且要在供給罐中存放30小時以上，以便原液中的物質反應的更加徹底、均勻。待達到要求的時間后，幾個供給罐1中的原液通過原液供給泵被送到立式過濾器內，這是紡絲總流程中的第一個過濾器，用來除去紡絲原液中的雜質，減少斷絲和各種劣質絲的產生。立式過濾器在試用一段時間后要進行更換，以避免原液堵塞，流通不暢，一般要保證過濾器內部的壓力小于40MPA。原液在通過過濾器后，在泵的作用下被輸送到原液供給罐2中。原液到達供給罐2中，可以避免更換原液配料或其它情況下造成的原液供給不足，使其斷流。以上供給罐中都要充有氮氣來對原液進行保護，避免原液與空氣發(fā)生反應。供給泵圖2紡絲設備簡圖供給罐2中的原液在泵的作用下將被送往脫泡器，途中要再次經過一個立式過濾器（第二過濾器）。脫泡器被放置于紡絲車間的三樓，內部有一定的真空度，其數值設定為01KPA，原液在沿脫泡器內壁以薄膜狀下降過程中被脫去氣泡，脫泡器中的原液在經過很長的一段管道被送往一樓，管道之所以設置很長距離是為了使原液能夠更加充分的進行脫泡。經過脫泡后的原液，在一樓DEA泵的作用下被送往三樓的紡絲槽中。紡絲槽內部用3KPA的氮氣對原液進行保護和穩(wěn)壓，其內部的原液液位一般被控制在76，使脫泡后的紡絲原液能夠連續(xù)供應，保證生產的順利進行。在以上的紡絲槽和脫泡器中都具有夾套結構，內部通有30左右的水，對原液進行保溫。從紡絲槽流出后的原液被SPTK的增壓泵送往計量泵，使計量泵入口保持穩(wěn)定的入口壓力，計量泵以一定轉速按定量輸送原液，在再次經過一個過濾器之后，到達紡絲組件。紡絲組件主要有以下幾個部分組成底座、噴絲頭、過濾網、分配板、聚丙烯墊、分配體、空管、底座短水管。短水管可以向底座內部輸入45熱水，起保溫作用。根據生產的絲的旦數不同，會按要求更換具有不同噴絲孔數目的噴絲頭，而且在使用了一定時間后，紡絲組件及其過濾器要及時更換，送到組建車間清洗。原液在經過組件后已被紡織成纖維狀細流，在一樓卷繞的牽引下經過甬道。甬道含有一個入風口和兩個出風口，主要用來輸送熱風，將原液中的溶劑揮發(fā)，使原液固化成纖，揮發(fā)的溶劑將在回風的作用下被回收。其中甬道中的風量主要根據所要生產的纖維的旦數來進行調整，絲的旦數越大，其風量就越大。經過甬道后，絲便到達了一樓卷繞器。纖維首先通過加捻器，加捻器通過高壓氣體對纖維進行加捻，這樣能夠提高纖維的強度和彈性。加捻后的纖維通過兩個導絲輥和油輥來分別進行牽伸和上油，來提高纖維的強度和均勻性，以及避免纖維粘連，并且提高了纖維的亮度，最后絲卷繞在具有一定轉速的紙管上。紡制成輥的絲被送往外檢部門進行外觀及其重量的檢查，并對絲分成AA、A、B、C、D1、D2五個等級。外觀檢查項目如初絲不良、加捻不良、紙管不良、斷層、邊磨損、蛛網絲、合絲、斷絲、凹面、紙管偏離、絲卷重量是否符合標準（如40D的絲卷要求質量在5108G）等,如果各項符合標準則為AA級，否則降級。通過外檢檢查合格的絲卷將被打包裝箱。22工藝參數系統(tǒng)事項參考值DFL背壓035KPADEAP壓力514KPADEA溫度3060SPTK壓力235KPAN3壓力2535KPADEA真空度01MPASPTKAG油位油管看的見液位US封軸US封軸有USSPBLK背壓1080KPAHW（45）視鏡有水流原液系統(tǒng)DEAEJ壓力上甬伴熱泵入口壓力01MPA上甬伴熱泵出口壓力中甬伴熱泵入口壓力01MPAHM系統(tǒng)中甬伴熱泵出口壓力SM積液有或無SMABS壓力2040H2OMMSMABSP壓力204KGS7壓力16KGPII現場值PIII現場值PIIII現場值SM系統(tǒng)PIIV現場值PIV現場值USWPTK視鏡流量穩(wěn)定閃蒸罐壓力70HW45壓力0203MPAHW45溫度4048HW系統(tǒng)HWTK液位70TUOTK油劑種類YOUTK液位機架后廢油是否傾倒TUO風道廢油是否排放AJ用壓力028033MPAAJ用溫度30AIRWD用壓力055062MPADCS系統(tǒng)DEA真空度215DEA液位2535SPTK液位7080SPTKP出口壓力2006MPADOPESPTKP開度現場值主風道壓力205MMH2O開度70SMCO2/CO4溫度現場值SMHEX1后面溫度215225SMHEX1回風溫度180SMABSCO溫度105USWRTK液位曲線現場值HW30溫度現場值CO開度現場值HW45溫度現場值HWCO開度現場值HMSTK溫度現場值H