稿件 熔融纺丝氨纶生产技术
|
 |
| 2003-05-07 |
氨纶生产技术按可分4种：干纺、湿纺、反应纺和熔纺。不论是使用何种纺丝工艺，所生产出的氨纶化学性质基本上完全相同，多为白色，不透明的消光型长丝，横截面形状依据生产工艺的不同存在一定差异。干纺氨纶丝多为圆型、椭圆型及哑铃形截面，湿纺及化学纺氨纶丝主要为粗大的叶形及不规则截面，并且各丝条之间由于发生熔接（或粘接）而在其纵向形成不规则的粘结点，由此形成粘接复丝束，熔纺氨纶主要为圆形截面的单丝或复丝。干纺是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法，产量约为世界氨纶总产量的80%。干纺工艺技术成熟，制成的纤维质量和性能都很优良，但技术难度较大，需溶剂回收，生产成本相对较高。湿纺工艺流程复杂，装置设备投资费用大，纺丝速度较低，生产成本高，该法已逐渐被淘汰。反应纺因工艺复杂，纺丝速度低，生产成本高，设备投资大等问题也逐渐被淘汰。熔纺是近年发展起来的制造氨纶的新方法，具有干纺和反应纺的优点，并且工艺流程简单、设备投资低、生产效率高，纺速一般可达到400～800m／min，并易于实现氨纶的细旦化，在生产过程中无须使用溶剂，是最为经济和对环境最为友善的氨纶生产技术。运用熔纺氨纶技术，任何生产商都可自行生产氨纶纤维，颜色、添加剂及纤维直径可选择。
1熔纺氨纶的性能优点
熔体纺丝法是利用高聚物熔融的流体进行纤维成形的一种方法。原则上讲，凡能熔融且不发生明显分解的成纤高聚物都可采用熔融纺丝方法。但对氨纶生产来说，熔融纺丝只能适用于热稳定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，如由4,4-甲撑二苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇缩聚所获得的聚氨酯嵌段共聚物等。熔融纺丝得到的氨纶弹性好、容易进行下游加工、无污染、储存期长、耐化学品、耐水解。
近年来，干法、湿法、反应法制得的氨纶因其耐湿热性能差，不能在通常用于聚酯染色的高温条件下染色。而熔纺氨纶就可与涤纶一起染色，可适用于同聚酯混纺制备弹性织物，具有良好的发展前景。由于熔纺氨纶其耐湿热性能好，可采用与聚酯相同的染料、染色条件及色彩进行染色。该纤维还适合与低湿热定形的锦纶、腈纶、毛、蛋白纤维等混用。一般地说，熔融纺氨纶的质量尤其是断裂伸长与弹性恢复率逊色于干法氨纶，其耐氯性、染色性略低于一般合成纤维，但经过不断地探索，通过添加合适助剂，设置合理工艺条件，目前已开始纺制出品质与干纺氨纶相媲美甚至具有更高纺织服用性能的熔纺氨纶品种，熔纺设备也逐步成形。如德国FOURNE聚合技术公司的48头熔纺氨纶设备，采用电加热纺丝（最高温度300℃），原材料为TPU切片和添加剂，每套装置有4个纺丝泵，24套纺丝组件和4台卷绕机，其最大卷绕速度可达1 km/min，产品纤度17-24 dtex。产品品质如张力强度、断裂伸长、模量、回复特性及均匀度均可与干纺产品相比，而且具有生产能耗低的优点。
2熔纺工艺的特点
在纺丝工艺上，熔融纺丝工艺将是发展方向。
目前，世界97%以上的弹性纤维是用传统的溶剂纺丝技术纺制的，这些工艺需要大量的溶剂，如DMF和DMAc。这些溶剂对环境和人体有害，而熔融纺丝工艺正是解决这些问题的方法，因为它是一种不使用溶剂的工艺。
熔融纺丝技术是一种简单的切片纺丝工艺。工艺中使用的大部分设备都是其它熔体纺丝工艺如涤纶纺丝和丙纶纺丝工艺中使用的设备。尽管如此，要想更好地加工弹性纤维，也需要对某些设备加以改进，以适合来自不同供应商的原料。
熔纺氨纶工艺的优点：
（1）生产效益高、投入低、运行成本低；
（2）由于工艺中不需要溶剂，它是一种环保型工艺；
（3）生产灵活，采用不同添加剂和原料，可加工不同伸长、强度、细度的纤维；
（4）产品具有更高的氯漂和水解稳定性
（5）生产简单，不需要提纯合成，只是简单的切片纺丝。
像大部分熔体纺丝工艺一样，熔纺氨纶工艺从切片干燥工序开始，然后切片被输送到一个挤出机，切片在挤出机中熔化，熔体被分配到纺丝位，丝条形成，丝条凝固，然后卷绕成筒。为了获得最佳纤维性能，需要均匀加入第2种成分 （也叫交联剂，一种低分子量聚氨酯预聚物）到切片熔体中。这种预聚物能使纤维具有良好的弹性，同时又提高了软化温度。
氨纶的熔体纺丝主要经氨纶切片烘燥→挤出熔融→添加交联剂→熔体细流形成→纺丝→骤冷及润滑→卷绕→熟化等步骤完成。
氨纶切片烘燥：氨纶切片和交联剂在高温的情况下与湿气接触会产生尿素及二氧化碳。在熔化物挤出的过程中，湿气会使聚合物降解，影响纺丝效果。为防止化学反应及降解的情况出现，氨纶切片的烘燥程序必须在低温及稳定的湿度中进行。湿度应在50-80ppm以下。如用间歇式真空乾燥机将氨纶切片烘燥，该间歇式真空乾燥机的温度应设于80-100℃，烘燥时间约8-12小时；如用连续式烘燥机，可把露点设为 -40℃，而热干氮气温度为80-100℃。
挤出熔融：烘燥后的氨纶切片被挤出及加热后可送至单式螺杆挤出机上。整个挤出过程可分为4-5个加热范围。挤出温度按氨纶切片的熔点设为180-220℃。为确保氨纶切片完全熔融，所设定的温度应高于其熔点。但挤出温度也不可过高，因氨纶切片会在温度过高的情况下降解。
添加交联剂：交联剂是一种与氨纶切片分子结构相同的TPU预聚合物。在挤出的过程中，氨纶切片在高温和高压的情况会出现降解现象。氨纶切片在挤出机末端熔融后与交联剂混合，活泼的预聚物交联剂会与降解了的较短的分子反应交联，重整和还原氨纶切片的分子量。交联剂是活跃的化学物质，容易与湿气发生化学作用，或在高温下形成二聚物或三聚物，要储存于乾燥和低温的地方。此外，也要留意交联剂的有效使用日期。
纺丝：控制喷丝头的温度，减少熔融后的聚合物在喷丝头降解，温度可根据物料的溶融温度及实际纺丝轴的流变程度调节，建议的温度为170℃至200℃。
骤冷及润滑：纺丝轴在纺丝房内由冷空气骤冷而成为实心丝线，为减少粘合的情况和阻力出现，在卷绕前会在实心丝线上涂上润滑剂。
卷绕：卷绕是纺丝最后的一个步骤。富弹性的丝被绕在纸筒上而形成线轴，正常的绕线速度为500m/min，而绕线的张力及超喂的比例会影响丝线筒管的形状。
熟化：熟化程序有别于一般熔体纺丝程序，由于氨纶切片融体与交联剂的化合作用未能在纺丝的过程中完全完成，富弹性的丝线筒子要在60-80℃的熟化房内继续进行12-24小时的熟化过程。
3氨纶切片生产
氨纶切片是一种聚氨酯聚合物，但市场上可供选择的聚氨酯聚合物（TPU），不论是弹性、复原能力、耐热性及纺织性能都未能符合氨纶的生产要求。因此适合于氨纶丝线的氨纶切片必须由专业生产商生产，因为这对确保纺织过程顺利十分重要。氨纶切片主要采用一步法工艺生产，即将二异氰酸酯、聚合物多元醇、扩链剂、助剂等经计量后直接加入双螺杆反应器中聚合造粒而成。
TPU具有“微形态分离(Micromorphology Separation)” 现象是其拥有弹性的重要原因。 TPU分子链中因有软链和硬链二部分组织组成，软链组织像一团不规则块，形成非晶结区，可在分子链中随意移动；硬链组织（由异氰酸酯组成）形成结晶体，分布在软不规则块上，限制着软组织的移动。这种软硬组织兼容于一个大分子链上就产生了“微形态分离” 效果。 当分子链被外力拉动时，其软组织会因应改变移到新的位置。假如聚合作用控制精确的话，TPU可被拉长多达5倍。与此同时，分布在软组织之中的硬组织会约束着软组织的活动，使其回复原来模样。因此，生产氨纶切片的各种原料计量必须十分精确。
各种不同类型氨纶切片的生产均需异氰酸酯、聚合物多元醇及扩链剂3种原料。必要时亦可加入其它物料如稳定剂、润滑剂、填充剂及色素等。
异氰酸酯：TDI和MDI皆适用于氨纶切片的生产，MDI的苯基环状结构令氨纶切片硬度适中，微形态分离效果更佳。
聚合物多元醇：聚合物多元醇与异氰酸酯接触产生化学反应，形成TPU中的软组织，并为聚合物提供诸如弹性及柔韧性等无结晶特点。聚合物多元醇可以是聚酯、聚醚或聚己内胺型，前两种最常用。值得一提的是，聚合物多元醇的种类会影响氨纶丝的抗化学及抗水解性能，而氨纶丝将无可避免在漂染、后整理等加工过程中接触到水及化学品，因此聚合物多元醇的选择十分重要。聚酯的抗紫外线、抗氧化及抗化学性能较佳，聚醚抗水解稳定性较佳。
扩链剂：扩链剂与异氰酸酯反应，形成TPU的硬组织。最常用作生产氨纶切片的扩链剂是1，4-丁二醇。
随着功能性氨纶的开发，如保健型抗菌消臭氨纶、耐氯型氨纶、耐水解聚酯型氨纶、高伸长低应力氨纶、耐热型氨纶、高吸水性氨纶等，氨纶切片的牌号也将在短期内有较大发展，以适应氨纶业的竞争。总之，今后氨纶切片的发展在很大程度上将取决于有益于环保的生产方式的不断改善和社会对氨纶的不断扩大的需求。
作者简介：
韩秀山，笔名金山，高级工程师，工学硕士，先后从事过异丁烯、聚异丁烯、叔丁苯、高吸水性树脂、磷酸三辛酯、乙丙橡胶、聚氨酯、氨纶、MTBE等项课题的研究工作，曾任《弹性体》、《吉化科技》杂志副主编，全国合成橡胶信息总站负责人，获省级科技奖4项，现专业从事化工情报调研与咨询服务工作。
|
|
 |
 声 明 |
|
| 浙江网盛科技股份有限公司对中国纺织网上刊登之所有信息不声明或保证其内容之正确性或可靠性；您于此接受并承认信赖任何信息所生之风险应自行承担。浙江网盛科技股份有限公司，有权但无此义务，改善或更正所刊登信息任何部分之错误或疏失。 |
|
首页 > 行情
化纤·原料行情