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东洋纺2

东洋纺、日清纺氨纶纺丝技术比较

2005-03-08 09:

00 来源：

化工世界进入论坛

氨纶的生产方法有四种:

干法溶液纺丝、湿法溶液纺丝、化学反应法、熔融纺丝法。

国内氨纶生产以干法纺丝为主,80年代末期我国引进日本东洋纺干法纺丝技术,建设了国内第一家氨纶工厂-烟台氨纶厂,随后东洋纺技术在国内广泛应用并日渐成熟。

日清纺技术是在东洋纺基础上改良发展起来的,在生产细旦丝、提高产品弹性伸长等方面具有优越性,因此在国内得到快速发展。

东洋纺与日清纺作为干法纺丝技术的代表,各有特点,下面从技术及产品等方面分析二种技术的异同:

一、技术方面东洋纺技术在我国已引进十几年,经过我国氨纶企业的不断消化吸收和技术改造,纺速不断提高,生产工艺更加成熟稳定。

而日清纺在溶剂回收、开发细旦丝、提高产品的弹性伸长方面有一定的先进性。

下表是二种技术的比较:

表一东洋纺、日清纺技术比较一览表:

项目

东洋纺

日清纺

投资

生产设备台数少,占地面积较小,投资少。

投资较高。

采用原料

原料采用PTMEG、MDI,原料配方（PTMEG:

MDI）约为1:

2。

采用PTMEG、MDI,原料配方（PTMEG:

MDI）约为1:

1.8,采用混合胺作为扩链剂,有利于产品弹性伸长等指标的提高。

原液品质

原液稳定。

特有的搅拌装置提高了搅拌效率,改善了原液的均一性,使原液品质更稳定,有更好的纺丝性能。

纺丝方法

间歇聚合、连续纺丝

纺速

纺速快、产量大,可达500M/MIN及以上

纺速较快,可达500M/MIN及以上

环保

对环境影响小,溶剂回收工艺成熟

采用三菱专利技术,溶剂品质提高,运行速度提高,成本经济,生产更加环保。

节能

纺丝热风系统简洁可靠,能耗低

成套装置节能效果明显

产品类别

可生产粗、中、细旦丝,产品品种调整灵活

以生产细旦丝为主。

产品应用领域

质量优良,强度高,弹性恢复率好。

最近几年国内东洋纺氨纶生产厂家经过不断技术改良,已能生产较优秀的差别化氨纶纤维,应用领域从包覆纱市场向纬编、经编领域扩张

产品主要应用在纬编、经编领域

二、产品性能方面东洋纺和日清纺生产工艺的不同决定了它们在产品品质上有所不同。

早期干法纺丝采用DMF作为溶剂,生产的氨纶产品强度大、SS300大,因而回弹性好,适宜生产粗旦丝。

随着人们对环保的重视,对氨纶产品品质的要求提高,国内各大氨纶企业开始采用DMAC作为溶剂,纺速提高的同时氨纶品质明显得到提升,尤其是断裂伸长指标明显改善,解决了客户长期以来对含氨量降低的要求。

产品的应用领域也从中低档的包覆纱市场向圆机（纬编）、经编领域拓展。

下表以江苏双良特种纤维有限公司东洋纺技术DMAC溶剂产品为例说明。

日清纺工艺跟东洋纺工艺相比,其原液的均一性好,圆甬道风向与丝道一致,产品性能较东洋纺有了明显改善:

断裂伸长率扩大,SS300缩小,尤其是均一性比较好,因而细旦丝在圆机（纬编）、经编领域应用很好。

下表从拉伸实验方面分析了东洋纺、东洋纺（双良值）、日清纺产品性能的差异:

表二东洋纺、日清纺产品拉伸实验结果

规格

项目

东洋纺

东洋纺（双良）

日清纺

20D

断裂强力DS（G/D）

≥1.1

≥0.9

断裂伸长DE（%）

425±75

450±35

≥480

300%的伸长应力SS300（G）

9.0

7.0

截面形状

花生状

圆形

注:

数据参考INSTRON仪器检测结果在产品耐热性方面,东洋纺用100℃沸水将未经过牵伸的氨纶丝处理30分钟计算其收缩率,而日清纺工艺却是将牵伸100%的氨纶丝在170℃高温下进行处理来看其耐热性能,产品耐热性能更好,普遍应用在高档领域（如纬编、经编市场）。

表三:

耐热性试验结果

工艺

项目

20D

40D

东洋纺

沸水收缩率（%）

≤18

东洋纺（双良）

沸水收缩率（%）

9～12

日清纺

耐热性

韧性保持率（%）

≥70

应力保持率（%）

≥55

氨纶的生产及工艺

来源：

德国IKN工业设备（上海依肯械设备有限公司）

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，近年来成为发展高档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。

氨纶与其他纤维的区别

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0.6－－1.3cN/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，有良好的耐化学药品、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，最后上油，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200~600m/min，有的甚至可高达1200m/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5~50m/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50~150m/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200~800m/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。

世界氨纶的发展史

氨纶的研究始于20世纪30年代，1937年德国拜耳公司首次开发出氨纶并申请了专利，而美国杜邦公司于1959年研制出自己的技术并开始工业化生产，并命名为Lycra（莱卡）。

与此同时，美国橡胶有限公司推出由聚酯-聚氨基甲酸酯制成的粗支圆形单丝，商标名为“Vyrene”，1963年日本东洋纺公司开始商标名为“Espa”的氨纶生产。

1964年德国拜耳公司和日本富士纺公司分别开始“Dorlastan”和“FujiboSpandex”品牌氨纶的生产，Dupont公司与日本东丽公司合资的“Toray-DuPont”公司也于1966年开始“Lycra”的生产。

到1967年世界氨纶年产量已达6.8kt/a，生产厂已发展到28家。

但由于生产及应用技术上的问题和当时预测需求过大，使得氨纶产品滞销积压，欧美许多生产厂家纷纷停、减产。

60年代末世界氨纶产量不足10kt/a。

70年代以后，除杜邦公司以外，几乎都停留在原有水平上，氨纶业发展不大。

80年代由于氨纶包覆纱和包芯纱应用技术的开发成功，生产能力有了较大的发展，增至20kt/a左右的水平。

进入90年代，随着世界经济形势的好转，同时也由于后道用途的拓展（如氨纶包芯技术的发展），氨纶弹力织物开始了新一轮的生产高潮，氨纶用量增加很快，1990年世界氨纶丝产量接近40kt/a。

1994年总生产能力为81kt/a，总产量为64kt/a。

特别是近几年，国外很多大公司都开发出了自己独特的氨纶生产技术，产品质量有了大幅度提高，如韩国泰光、晓星、东国等，扩产速度也相当快，目前韩国晓星以年产25kt/a的产能已跃居世界第二大氨纶生产企业。

同时熔融纺技术也在得到了突破性进展，在某些应用领域已能与干法纺产品相媲美，由于其投资成本低及在环保方面的优势，发展也较快。

进入90年代末，由于受聚酯纤维市场行情不好等原因影响，一些国外大的化纤生产厂商也纷纷将投资重点转向利润率相对较好的氨纶行业，目前全世界氨纶产能已达到将近150kt/a。

美国在本世纪之前是世界上氨纶产量最大的国家，主要厂商有DuPont公司、Globe公司及Miles公司。

DuPont公司是全球最大的工业化氨纶生产商，最新生产能力估计将超过70kt/a。

“Lycra”是其著名的品牌。

美国、英国、荷兰、巴西、新加坡的氨纶厂皆为杜邦公司的独资企业。

在加拿大、墨西哥、阿根廷、中国都有合资企业。

韩国的氨纶生产发展很快，泰光、东国、晓星、韩国合纤等大公司初期也是引进东洋纺技术，于90年代末通过研发等手段完成了技术水平的更新换代，目前从无论从产品质量还是产量目前都次于美国。

中国近几年发展非常迅速，东洋纺、日清纺、杜邦、晓星、东国等技术都已在中国大陆开花结果，至2004年底中国大陆年产量已将近20万吨，居世界第一位。

浅谈国内氨纶生产技术

聚氨酯纤维是一种含有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，2001年后中国企业全面进入，产能迅猛增加，截至04年11月，我国氨纶产量已占世界产量的40%多。

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200-600m/min，有的可高达1000m/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5-50m/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。

　　近几年我国氨纶技术水平明显提高，在引进基础上不断改进，生产工艺更加成熟稳定，纺速不断提高，成本逐步降低，部分企业基本完成了生产技术的国产化。

在生产技术快速进步的同时，氨纶应用技术也得到很快发展，氨纶制品的新工艺、新技术不断涌现，为氨纶进一步拓展市场提供了可能。

目前在氨纶常规品种上，我国已经具备很强的市场竞争能力，但在差别化、功能化品种上与美国、日本等还存在较大差距。

随着氨纶投资大幅度下降，产能迅速增加，市场竞争进一