氨綸纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用

1、氨綸纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用Prepared on 24 November 2020氨綸纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用江蘇儀化公司滌綸五廠總師室顧超英一、概述氨綸纖維學(xué)術(shù)名稱為“聚氨基甲酸酯纖維二也叫“聚氨酯彈性纖維' 英文名 稱為Polyurethane Fiber,國(guó)際通稱為“斯潘得克斯"（Spandex）,是一種具有 高彈性能的特種化學(xué)纖維，氨綸纖維更是目前快速發(fā)展起來(lái)的高彈性合成纖 維，氨綸是世界已知最富有彈性的合成纖維，其伸長(zhǎng)長(zhǎng)度高達(dá)500%-800%, 而且具有優(yōu)良的耐疲勞性和極高的彈性恢復(fù)率，彈力持久不變，任何合成纖維 都無(wú)法與之相提并論。氨綸最早由德國(guó)著名的拜耳（Barer）公司研

2、制成功，并 申請(qǐng)了專利。1959年，美國(guó)杜邦（DuPont）公司用自己的方法研制出氨綸，并 最早開始了氨綸的工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品注冊(cè)為“萊卡”（Lycra）。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)紛紛投資氨綸行業(yè)，生產(chǎn)能力正在迅速上升，預(yù)計(jì)至2005 年，中國(guó)將成為最大的氨綸生產(chǎn)國(guó)。二、氨綸的化學(xué)結(jié)構(gòu)氨綸的化學(xué)結(jié)構(gòu)很獨(dú)特，氨綸的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其分子鏈中有兩 種鏈段，一種是軟鏈段，賦予纖維以彈性；另一種是硬鏈段，賦予分子間的相 互作用力，保證纖維具有一定強(qiáng)度。這兩種不同性能的鏈段相互鑲嵌，在纖維 自然放松期間，它們無(wú)規(guī)則地纏結(jié)在一起。當(dāng)有外力作用時(shí)，軟鏈段間由于相 互作用力小，易拉長(zhǎng)變形，而硬鏈段不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，為軟

3、鏈段的大幅度伸長(zhǎng)和 回彈提供了必要的結(jié)合點(diǎn)，從而使纖維具有高彈性能。氨綸唯一的缺點(diǎn)是耐氯 性稍差。因此氨綸織物在洗滌時(shí)，要避免使用次氯酸鈉型漂白劑。三、氨綸纖維的制造技術(shù)根據(jù)紡絲方法的不同，氨綸生產(chǎn)的工藝路線可分為干法紡絲、濕法紡絲、 熔法紡絲及化學(xué)反應(yīng)紡絲四種。1、干法紡絲聚酸二醇與二異富酸酯以1 ： 2的摩爾比在一定的反應(yīng)溫度及時(shí)間條件下形 成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑混合溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，形成嵌段 共聚物溶液，再經(jīng)混合、過(guò)濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。 然后用計(jì)量泵定量均勻地壓入紡絲頭。在壓力的作用下，紡絲液從噴絲板毛細(xì) 孔中被擠出形成絲條細(xì)流，并進(jìn)入甬道。甬道中

4、充有熱空氣，使絲條細(xì)流中的 溶劑迅速揮發(fā)，并被空氣帶走，絲條濃度不斷提高直至凝固，與此同時(shí)絲條細(xì) 流被拉伸變細(xì)，最后被卷繞成一定的卷裝。干法紡絲是目前世界上應(yīng)用最廣泛的氨綸紡絲方法?？杉彴本]絲的纖度范 圍為，紡絲速度200-600 m/min,有的可高達(dá)1000 m/min。世界氨綸第一大廠 商德國(guó)拜耳公司的Dorlastan氨綸紡絲工藝就是典型的干法紡絲。2、熔法紡絲熔法紡絲是將干燥后的熱塑性聚會(huì)酯切片送入螺桿擠壓機(jī)，切片由于受熱而熔融， 熔體以一定壓力被擠出并輸送到紡絲部位，然后用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至紡絲組 件。熔融細(xì)流從噴絲板小孔擠出，在甬道中冷卻而凝固成纖維。熔融紡絲只適用于易熔

5、的 和熔融溫度下穩(wěn)定性良好的聚級(jí)酯嵌段共聚物，如由芳香族二異制酸酯和線性聚酯或聚健 多元醉反應(yīng)，采用1,4-丁二醇為獷鏈劑所得的聚級(jí)酯為熔融紡絲原料。紡絲溫度為160- 200C,紡絲速度為 200-800m/min。熔融紡絲工藝受原料的影響極大，切片制造技術(shù)、切片的成分及其性能直接影響到 紡絲過(guò)程和成品質(zhì)量。日清紡、鐘紡、德國(guó)福奈、美國(guó)諾譽(yù)等企業(yè)以及國(guó)內(nèi)自主研究開發(fā) 是熔融紡絲技術(shù)的主要推動(dòng)者。3、濕法用與干法紡絲類似的方法制成嵌段共聚物溶液，經(jīng)紡前準(zhǔn)備，送至紡絲 機(jī)，通過(guò)計(jì)量泵壓入噴絲頭。從噴絲板毛細(xì)孔中壓出的原液細(xì)流進(jìn)入凝固浴。凝固浴以溫水（90C。以下）為凝固介質(zhì)，原液細(xì)流中的溶劑向凝

6、固浴擴(kuò)散，原 液細(xì)流中聚合物的濃度不斷提高，于是高聚物在凝固浴中析出形成纖維，再經(jīng) 洗滌干燥后進(jìn)行卷繞。濕法紡絲速度一般為5-50 m/min,加工纖度。曰本富士 紡公司的Fujibo氨綸生產(chǎn)技術(shù)就是具有代表性的濕法紡絲。4、化學(xué)反應(yīng)法它是將兩端含有二異富酸酯的聚酯或聚酸預(yù)聚體經(jīng)計(jì)量泵噴絲頭壓出而進(jìn) 入紡絲浴，與紡絲浴中的鏈擴(kuò)展劑（如乙二胺）組分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，預(yù)聚物鏈 增長(zhǎng)的同時(shí)生成不溶于二甲基甲酰胺的共價(jià)交鏈結(jié)構(gòu)初生纖維。從反應(yīng)浴中析 出的絲條經(jīng)噴淋水管洗去夾帶的乙二胺后送入干燥定型機(jī)進(jìn)行干燥定型。初生 纖維經(jīng)卷繞后，在加壓的水中進(jìn)行硬化以使其內(nèi)部尚未反應(yīng)的部分交聯(lián)，從而 轉(zhuǎn)變成三維結(jié)構(gòu)的聚

7、氨酯嵌段共聚物。反應(yīng)紡絲法的紡絲速度一般為50- loOm/min,加工纖度為。目前世界上用這種方法紡絲的產(chǎn)量占氨綸總產(chǎn)量的 2%o美國(guó)的Globe、西班牙的Enkaswing、英國(guó)的Spanzelle等公司擁有這種生 產(chǎn)技術(shù)。四、氨綸纖維工藝技術(shù)發(fā)展前景目前，世界范圍內(nèi)干法紡絲占全球氨綸生產(chǎn)的80%以上、濕法紡絲約占10% 左右、其它兩種約占10%。而在我國(guó)至今沒有化學(xué)反應(yīng)法，干法、濕法和熔融 法各約占83%、6%和11%。干法紡絲工藝技術(shù)成熟，制成的纖維質(zhì)量和性能優(yōu)良，在氨綸生產(chǎn)技術(shù)中 占有主導(dǎo)地位，并將在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)成為投資主流。由于工藝流程復(fù)雜， 裝置設(shè)備投資費(fèi)用大，生產(chǎn)過(guò)程需用有

8、毒溶劑，紡絲速度較低，生產(chǎn)成本高， 濕法紡絲產(chǎn)能比重較小，已逐漸被淘汰。化學(xué)反應(yīng)紡絲法因工藝復(fù)雜，紡絲速度低，生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大且存在二胺環(huán)境污染等問(wèn)題，今后發(fā)展的可能性也不大。目前國(guó)內(nèi)90%以上的氨綸產(chǎn)量由干紡和熔紡所生產(chǎn)，因此下面重點(diǎn)對(duì)這兩 種紡絲方法及其產(chǎn)品性能進(jìn)行比較。1、干法紡絲與熔法紡絲工藝路線的比較干法紡絲和熔法紡絲的工藝路線有很大差異。首先，采用的原料不同：干 紡是以聚酸二醇與二異富酸酯為主要原料，采用二元胺為擴(kuò)鏈劑；而熔紡則是 以熱塑性聚氨酯切片（聚酯型或聚酸型）為原料，采用二元醇為擴(kuò)鏈劑。其 次，兩種方法的工藝流程也完全不同，干法紡絲技術(shù)成熟，但路線長(zhǎng)，工藝復(fù) 雜，有溶

9、劑回收，設(shè)備較多。熔融紡絲技術(shù)工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、 見效快，不需溶劑回收，無(wú)環(huán)境污染，目前熔融紡絲技術(shù)被國(guó)外壟斷，由于引 進(jìn)技術(shù)需要花費(fèi)一筆價(jià)格不菲的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)，國(guó)內(nèi)大部分熔紡氨綸生產(chǎn)廠家都 采用自己成套技術(shù)或采取引進(jìn)一些硬件自己開車的方法，存在成套能力和工藝 技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。干法紡絲與熔法紡絲工藝路線比較見表1。表1干法紡絲與熔法紡絲工藝路線比較干法紡絲熔法紡絲優(yōu) 點(diǎn)技術(shù)成熟：產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，產(chǎn)品 規(guī)格齊全，適用面廣：紡速快、 產(chǎn)量大：不需要TPU干燥綠色環(huán)保技術(shù)；工藝流程短、工藝靈活； 生產(chǎn)易于管理；投資周期短、投資費(fèi)用 低；產(chǎn)品、規(guī)模靈活；庫(kù)存時(shí)間長(zhǎng)缺 點(diǎn)投資規(guī)模大；工藝流程長(zhǎng)；需

10、回收溶劑對(duì)環(huán)境有污染；庫(kù)存 時(shí)間短技術(shù)不成熟；原料受制于人；成品質(zhì)量稍 差；應(yīng)用范圍小。2、干紡氨綸與熔紡氨綸結(jié)構(gòu)和性能比較由于紡絲工藝和紡絲原料的不同，干紡紈綸與熔紡氨綸在結(jié)構(gòu)和性能上存在一定的 差異，干紡氨綸性能優(yōu)良，而熔紡緞綸在生產(chǎn)過(guò)程中由于預(yù)聚體在加工溫度下不穩(wěn)定，在 高溫的停留時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)生過(guò)量交聯(lián)，生成凝膠，導(dǎo)致成品物理機(jī)械能也比干紡差。 具體如表2所示：表2干紡氨綸與熔紡氨綸結(jié)構(gòu)和性能比較項(xiàng)目進(jìn)口干紡進(jìn)口熔紡國(guó)產(chǎn)熔紡線密度變異系數(shù)CV%斷裂強(qiáng)度cN/tex斷裂伸長(zhǎng)率彈性回復(fù)率沸水收縮率結(jié)晶度晶粒大小AO耐氯性較差較好耐堿性較好較差熱定型性稍差良好絲卷狀況均一良好絲卷不勻耐菌性

11、較好較差吸濕性較好較差五、氨綸的性能、紡織加工與用途1、氨綸的性能氨綸的性能優(yōu)良，有著其他任何一種纖維無(wú)法比擬的彈性，其斷裂伸長(zhǎng)率大于400%,通常在500%-700凱最高可達(dá)800%,形變300%時(shí)的彈性回復(fù)率達(dá)95%以上。另外氨綸還具有白度保持性好、耐疲勞性好、彈性模量低（dtex）、密度小（）、耐熱性較好（軟化點(diǎn)約200C。，分解溫度為270C。）、吸濕性較好（在20C。、65%的相對(duì)濕度下，回潮率為）等特點(diǎn)，氨綸能溶于強(qiáng)極性溶劑， 因此其織物在洗滌時(shí)應(yīng)避免使用次氯酸鈉型漂白劑。氨綸被喻為紡織品“工業(yè)味 精”，在天然纖維與合成纖維中加入少許氨綸可大大提高其最終產(chǎn)品的服用性能與產(chǎn)品的附加值

12、。表3為氨綸性能一覽表。表3氨綸性能一覽表項(xiàng)目指標(biāo)拉伸強(qiáng)度/cNdte/斷裂伸長(zhǎng)，400-800模量/cNdtex”殘余伸長(zhǎng)，%20耐老化好染色性好耐磨性良好抗臭氧性好耐化學(xué)品性較強(qiáng)熱穩(wěn)定性好耐堿性較差耐微生物降解性較差抗油性一般耐光性較差氨綸的特性，使織物在結(jié)構(gòu)上發(fā)生改變，在各類紡織品上都有應(yīng)用，如梳織品，經(jīng)織品，針織品，均有采用，從內(nèi)衣到外衣，從花邊到襪子，從家庭紡織 品到醫(yī)療用品，均用得上。針織物本身的特色，就是利用線圈的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生延 伸彈性的效果，但其伸長(zhǎng)及回縮范圍受線圈形態(tài)及覆蓋率所控制，幅度有限， 氨綸的高伸度及回復(fù)性能與針織物正好互相配合，令織物發(fā)揮出最佳特性。氨 綸又屬于一種特

13、殊的紡織用纖維，其本身并不能獨(dú)立做成紡織品，但可與幾乎 所有的其它紡織原料交織。紡織上應(yīng)用的氨綸彈力絲有兩種類型：氨綸裸絲及氨綸加工紗。2、氨綸的紡織加工氨綸裸絲氨綸裸絲與加工紗由于性能上的差異在應(yīng)用上有所不同。加工紗雖然價(jià)格 昂貴。但可提供更好的控制彈性使用性及手感，應(yīng)用范圍及數(shù)量增長(zhǎng)迅速。氨綸裸絲彈性高，不易控制，且使用過(guò)程中存在斷裂問(wèn)題，但價(jià)格相對(duì)低廉，因 而應(yīng)用數(shù)量較大，如1997年西歐國(guó)家3萬(wàn)噸的全部氨綸消耗中，以裸絲形式使 用的約占70%。氨綸加工紗根據(jù)所用纖維或紗線類型及加工方式的不同，氨綸加工紗又可分為包芯 紗、包覆紗或合捻紗。氨綸包芯紗是以氨綸裸絲作芯紗外層包覆以不同的非彈性

14、纖維如棉、毛、 滌棉、睛綸、滌綸等?？梢酝ㄟ^(guò)環(huán)錠紡、氣流紡、渦流紡等加工方法紡制。該 紗具有紡紗成本低、紗支范圍大、外包纖維廣及彈性可選擇等優(yōu)點(diǎn)。包芯紗彈 性伸長(zhǎng)為150%-200%,氨綸用量為7%-12%o氨綸包覆紗是指經(jīng)預(yù)拉伸的氨綸彈力絲經(jīng)空習(xí)錠子的中心而成為芯線，錠 子上的紗線或長(zhǎng)絲作為外包覆紗均勻螺旋狀地纏繞于氨綸上，然后同步卷取而 成。該紗具有彈性伸長(zhǎng)大(300%-400%),紗支粗及強(qiáng)力高的特點(diǎn)，多用于針織 高彈織物，分單包、雙包兩種方式，是氨綸加工紗中最常使用的品種，約占整 個(gè)加工紗類型的65%,其外包紗多為錦綸加彈性或棉紗，亦有采用丙綸作為外 包紗。氨綸合捻紗是將經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸的氨

15、綸絲與一股(或多股)非彈性紗線合并， 然后根據(jù)需要的捻度加捻而成。3、氨綸纖維與織物的用途氨綸纖維原料的優(yōu)良性能使其織物穿著舒適，能適合身體部位彎曲的需 要，使服裝對(duì)身體的束縛力很小，同時(shí)織物還有很好的防皺性、無(wú)褶紿性，皺 折定型能力永久不變。主要用于制造各種運(yùn)動(dòng)衣、游泳衣、溜冰衣、高爾夫球 等體育運(yùn)動(dòng)服；還有宇航服、飛行服、工作服等各種專用服裝的束帶緊向部 分；婦女的緊身衣、健美服、內(nèi)衣、胸罩、褲襪、束腰帶、高彈襪、手套、夾 克、裙子等女性用品；彈力燈心絨、彈力勞動(dòng)布、彈力毛華達(dá)呢和毛花呢服裝 用料；家具汽車座椅外裹裝飾面料織物；醫(yī)藥方面作外科彈性繃帶、皮管、人 工器官材料等各種輔助器材設(shè)備?？梢哉f(shuō)，氨綸的用途非常廣闊，不同的國(guó)家對(duì)氨綸的用途各有偏重。例 如，歐美地區(qū)以游泳衣、緊身衣為主，亞洲地區(qū)以連褲襪、短襪為主。美國(guó) Dupont公司的產(chǎn)品主要用于泳裝、高級(jí)運(yùn)動(dòng)衣。該公司開發(fā)的Lycra3D產(chǎn)品是 氨綸與超細(xì)纖維Tatel結(jié)合而成的纖維，還開發(fā)了雙組分尼龍與氨綸交織產(chǎn)品 等。曰本的各大公司也積極開發(fā)具有特色的產(chǎn)品，如東麗等公司開發(fā)羊毛一氨 綸針織服裝，可樂麗的長(zhǎng)短絲SP antel產(chǎn)品用于女襯衫、裙子、