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干货丨氨纶的生产及工艺


  什么是氨纶
  氨纶是一种含聚氨基甲酸酯大于85%的具有线形链段结构的高分子化合物制成的弹性纤维。由于具有其他纤维无法比拟的优点,如比重轻、断裂强度高、断裂伸长高、弹性回复好等,氨纶纤维在各种领域得到了广泛的应用。
  可以以裸丝或合捻、包芯、包复纱等不同的纱线形式,用于经编、机织、针织等多种加工方式,制成泳衣、内衣、外套等多种服装,近年来成为发展高级弹性纺织品不可缺少的特殊纺织纤维,具有相当广泛的应用价值和发展前景。
  氨纶的分子结构
  氨纶(聚氨基甲酸酯纤维)是一种嵌段共聚物,一般由聚氨基甲酸酯键形成的软链段与脲键形成的硬链段交替构成氨纶分子长链(熔融纺氨纶由于其不同的合成工艺,有所不同),一般数均分子量在25,000以上。
  软链段处于蜷曲的无定形状态,分子之间能够滑移,在张力作用下可以被拉长。而硬链段相互之间形成氢键,处于类似于结晶状态,起到“缔结”点的作用。正是由于这种独特的分子结构,氨纶不仅具有高弹性,同时还具有拉伸后优良的恢复性能。下图是氨纶分子形态的示意图。
  氨纶与其他纤维区别
  有的国家将含聚氨基甲酸酯大于85%作为区别氨纶与其他弹性纤维的标准,其实氨纶区别于其他弹性纤维(如橡胶丝)最主要的还是其性能:
  •断裂伸长在400%以上,有的达到600%;
  •300%伸长后弹性恢复率95%以上;
  •具有满足纺织加工所需的强度0.61.3cN/dtex;
  •纤度范围22—6000dtex,甚至10dtex;
  •能够与涤纶、锦纶、棉等一起进行高温定型及染色。
  有人对不明弹性纤维进行强力性能检测来判断其是否氨纶,也是有一定效果的。
  聚醚型和聚酯型氨纶
  按软链段的分子结构区分,氨纶分为聚醚型和聚酯型氨纶,聚醚型氨纶的主原料为聚醚二醇(PTMEG),聚酯型氨纶的主原料为聚酯二醇(PEG)。目前市场上大部分为聚醚型氨纶。
  氨纶的应用
  氨纶有极好的伸缩弹性,断裂强度高,断裂伸长率可达400%-700%,松弛后又可迅速恢复原状,有柔软舒适感,有良好的耐化学、耐油、耐汗水,在阳光下不变黄等特性,其长丝复丝可用于针织品、机织物等多种用途。
  氨纶裸丝主要与锦纶、涤纶等在经编、纬编等设备上交织,用于泳衣、内衣、袜子、织带等。氨纶包覆(包芯)丝一般采用裸丝与锦纶或其它纤维(棉、毛、麻、丝、化纤等)一起制成纱线后,在经编、纬编、机织等设备上进行加工织造,可制成内衣、毛衣、袜子、牛仔外衣等。其纱中氨纶含量较少(2%-25%)就能充分发挥氨纶的弹性作用。
  氨纶制成的成品主要有:男女服装;运动服、游泳衣、紧身衣;袜类(短、中、高统袜)、手套等;松紧带类、花边饰带类等;医 疗保 健用品,护膝、护腕、弹性绷带等。
  随着国内氨纶市场的开发和发展,氨纶的应用领域不断扩大,已从过去的针织用扩大到机织用,从过去单一的服装内用,扩大到服装外用、包装用、医药用等领域,且随着人们生活水平的不断提高,氨纶产品的舒适性越来越受到人们的喜爱,氨纶的需求量迅速增加。
  随着我国经济的发展,出口纺织品和服装的档次不断提高,氨纶必将有广阔的发展空间。
  氨纶生产工艺比较
  根据纺丝工艺的特点,目前的氨纶生产工艺路线有溶液干法、溶液湿法、反应纺、熔融纺四种。以下就几种工艺的技术特点及产品特点作一比较:
  1.溶液干法
  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,再经加入助剂后混合、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喷丝头,纺丝液从喷丝板毛细孔中被挤出形成丝条细流,进入纺丝甬道。甬道中充有热空气(或热氮气),使丝条细流中的溶剂迅速挥发,并被空气(或氮气)带走,丝条浓度不断提高直至凝固,同时氨纶一般为复丝,在凝固前经过加捻器将其抱合,随后上油,卷绕成一定的卷装。
  干法纺丝是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法。干法纺丝产量约为世界氨纶总产量的80%。其纤度为1.1-123tex,纺丝速度一般为200~600 m/min,有的甚至可高达1200 m/min。干法纺丝工艺技术成熟,制成的纤维质量和性能都很优良。杜邦、拜耳、东洋纺等及国内大部分厂家均采用溶液干法纺丝技术。
  2.溶液湿法
  首先用聚酯型二醇与二异氰酸酯以干法纺丝类似的方法制成嵌段共聚物溶液,溶液经纺前准备,送至纺丝机,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。
  凝固浴以温水(90℃以下)为凝固介质,原液细流中的溶剂向凝固浴扩散,原液细流中聚合物的浓度不断提高,形成纤维,再经洗涤干燥后进行卷绕。
  湿法纺丝速度一般为5~50 m/min,纤度0.55-7.7dtex。湿法纺丝工艺流程复杂,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。目前湿法纺丝的产量约占氨纶总产量的10%左右。
  3.反应法
  反应纺丝法亦称化学纺丝法,由纺丝液转化成固态纤维时,必须经过化学反应或用化学反应控制成纤速率。
  反应纺丝法由单体或预聚物形成高聚物的反应过程与成纤过程同时进行。将两端含有二异氰酸酯的聚醚或聚酯预聚物溶液,经喷丝头压出进入凝固浴,与凝固浴中的链增长剂反应,生成初生纤维。
  初生纤维卷绕后还应在加压的水中进行硬化处理,使初生纤维内部未起反应的部分进行交联,从而转变为具有三维结构的聚氨酯嵌段共聚物。
  反应纺丝法的纺丝速度一般为50~150 m/min,纤度为0.56~38tex。
  该法因工艺复杂,纺丝速度低,生产成本高,设备投资大等问题也逐渐被淘汰。目前世界上反应纺丝的产量占氨纶总产量的10%左右。
  4.熔融法
  熔融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。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。纺丝温度为160~220℃,纺丝速度一般为200~800 m/min。
  氨纶的熔体纺丝主要经切片干燥→熔融→熔体细流形成→冷却→延伸→卷绕6步完成。由于在高温挤出过程中会有一些大分子降解,因此在挤出设备中还要添加一定的交联剂,使含有活性的-NCO端基的分子链再重新连接起来。
  由于熔融纺丝的工艺特点,其产品的断裂伸长率可以达到很高,但由于分子间作用力相对于其他方法生产的产品低,造成回复力小,弹性恢复差。所以熔融纺氨纶丝还仅能用于袜子等要求较低的用途,并且由于氨纶切片价格偏高,因此推广受到限制。
  但是,我们也应该看到熔融纺氨纶丝在投资成本、环保方面的优势,如果能解决弹性恢复差的缺点,必将具有较高的竞争力,事实上,近几年,国外如钟纺等公司通过改进交联剂等已在熔融纺氨纶方面占有很强的优势,在某此方面已能与干法纺氨纶相媲美。
  因此国内厂商在大力发展干法纺的同时,应该持续加强熔融纺方面的研发投入,接近国际氨纶技术发展的前沿。


(来源:TEXHR纺织人才网)
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