什么是氨綸？
氨綸是一種含聚氨基甲酸酯大于85%的具有線形鏈段結(jié)構(gòu)的高分子化合物制成的彈性纖維。由于具有其他纖維*的優(yōu)點,如比重輕、斷裂強度高、斷裂伸長高、彈性回復(fù)好等，氨綸纖維在各種領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，可以以裸絲或合捻、包芯、包復(fù)紗等不同的紗線形式，用于經(jīng)編、機織、針織等多種加工方式，制成泳衣、內(nèi)衣、外套等多種服裝，近年來成為發(fā)展彈性紡織品*的特殊紡織纖維，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。
氨綸的分子結(jié)構(gòu)
氨綸（聚氨基甲酸酯纖維）是一種嵌段共聚物，一般由聚氨基甲酸酯鍵形成的軟鏈段與脲鍵形成的硬鏈段交替構(gòu)成氨綸分子長鏈（熔融紡氨綸由于其不同的合成工藝，有所不同），一般數(shù)均分子量在25,000以上。軟鏈段處于蜷曲的無定形狀態(tài)，分子之間能夠滑移，在張力作用下可以被拉長。而硬鏈段相互之間形成氫鍵，處于類似于結(jié)晶狀態(tài)，起到“締結(jié)”點的作用。正是由于這種*的分子結(jié)構(gòu)，氨綸不僅具有高彈性，同時還具有拉伸后優(yōu)良的恢復(fù)性能。下圖是氨綸分子形態(tài)的示意圖。
氨綸與其他纖維的區(qū)別
有的國家將含聚氨基甲酸酯大于85%作為區(qū)別氨綸與其他彈性纖維的標(biāo)準(zhǔn)，其實氨綸區(qū)別于其他彈性纖維（如橡膠絲）zui主要的還是其性能：
•斷裂伸長在400%以上，有的達(dá)到600%；
•300%伸長后彈性恢復(fù)率95%以上；
•具有滿足紡織加工所需的強度0.6--1.3cN/dtex;
•纖度范圍22—6000dtex，甚至10dtex；
•能夠與滌綸、錦綸、棉等一起進(jìn)行高溫定型及染色。
有人對不明彈性纖維進(jìn)行強力性能檢測來判斷其是否氨綸，也是有一定效果的。
聚醚型和聚酯型氨綸
按軟鏈段的分子結(jié)構(gòu)區(qū)分，氨綸分為聚醚型和聚酯型氨綸，聚醚型氨綸的主原料為聚醚二醇（PTMEG），聚酯型氨綸的主原料為聚酯二醇（PEG）。目前市場上大部分為聚醚型氨綸。
氨綸的應(yīng)用
氨綸有*的伸縮彈性，斷裂強度高，斷裂伸長率可達(dá)400%-700%，松弛后又可迅速恢復(fù)原狀，有柔軟舒適感，有良好的耐化學(xué)藥品、耐油、耐汗水，在陽光下不變黃等特性，其長絲復(fù)絲可用于針織品、機織物等多種用途。
氨綸裸絲主要與錦綸、滌綸等在經(jīng)編、緯編等設(shè)備上交織，用于泳衣、內(nèi)衣、襪子、織帶等。氨綸包覆（包芯）絲一般采用裸絲與錦綸或其它纖維（棉、毛、麻、絲、化纖等）一起制成紗線后，在經(jīng)編、緯編、機織等設(shè)備上進(jìn)行加工織造，可制成內(nèi)衣、毛衣、襪子、牛仔外衣等。其紗中氨綸含量較少（2%-25%）就能充分發(fā)揮氨綸的彈性作用。
氨綸制成的成品主要有：男女服裝；運動服、游泳衣、緊身衣；襪類（短、中、高統(tǒng)襪）、手套等；松緊帶類、花邊飾帶類等；醫(yī)療保健用品，護(hù)膝、護(hù)腕、彈性繃帶等。
隨著國內(nèi)氨綸市場的開發(fā)和發(fā)展，氨綸的應(yīng)用領(lǐng)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(nèi)用，擴大到服裝外用、包裝用、醫(yī)藥用等領(lǐng)域，且隨著人們生活水平的不斷提高，氨綸產(chǎn)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(jīng)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。
氨綸生產(chǎn)工藝比較
根據(jù)紡絲工藝的特點，目前的氨綸生產(chǎn)工藝路線有溶液干法、溶液濕法、反應(yīng)紡、熔融紡四種。以下就幾種工藝的技術(shù)特點及產(chǎn)品特點作一比較：
1．溶液干法
聚醚二醇與二異氰酸酯以1：2的摩爾比在一定的反應(yīng)溫度及時間條件下形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)加入助劑后混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。然后用計量泵定量均勻地壓入噴絲頭，紡絲液從噴絲板毛細(xì)孔中被擠出形成絲條細(xì)流，進(jìn)入紡絲甬道。甬道中充有熱空氣（或熱氮氣），使絲條細(xì)流中的溶劑迅速揮發(fā)，并被空氣（或氮氣）帶走，絲條濃度不斷提高直至凝固，同時氨綸一般為復(fù)絲，在凝固前經(jīng)過加捻器將其抱合，zui后上油，卷繞成一定的卷裝。
干法紡絲是目前世界上應(yīng)用zui廣泛的氨綸紡絲方法。干法紡絲產(chǎn)量約為世界氨綸總產(chǎn)量的80%。其纖度為1.1-123tex，紡絲速度一般為200~600 m/min，有的甚至可高達(dá)1200 m/min。干法紡絲工藝技術(shù)成熟，制成的纖維質(zhì)量和性能都很優(yōu)良。杜邦、拜耳、東洋紡等及國內(nèi)大部分廠家均采用溶液干法紡絲技術(shù)。
2．溶液濕法
首先用聚酯型二醇與二異氰酸酯以干法紡絲類似的方法制成嵌段共聚物溶液，溶液經(jīng)紡前準(zhǔn)備，送至紡絲機，通過計量泵壓入噴絲頭。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（90℃以下）為凝固介質(zhì)，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴散，原液細(xì)流中聚合物的濃度不斷提高，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，纖度0.55-7.7dtex。濕法紡絲工藝流程復(fù)雜，裝置設(shè)備投資費用大，紡絲速度較低，生產(chǎn)成本高。該法已逐漸被淘汰。目前濕法紡絲的產(chǎn)量約占氨綸總產(chǎn)量的10%左右。
3．反應(yīng)法
反應(yīng)紡絲法亦稱化學(xué)紡絲法，由紡絲液轉(zhuǎn)化成固態(tài)纖維時，必須經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)或用化學(xué)反應(yīng)控制成纖速率。反應(yīng)紡絲法由單體或預(yù)聚物形成高聚物的反應(yīng)過程與成纖過程同時進(jìn)行。將兩端含有二異氰酸酯的聚醚或聚酯預(yù)聚物溶液，經(jīng)噴絲頭壓出進(jìn)入凝固浴，與凝固浴中的鏈增長劑反應(yīng)，生成初生纖維。初生纖維卷繞后還應(yīng)在加壓的水中進(jìn)行硬化處理，使初生纖維內(nèi)部未起反應(yīng)的部分進(jìn)行交聯(lián)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥S結(jié)構(gòu)的聚氨酯嵌段共聚物。
反應(yīng)紡絲法的紡絲速度一般為50~150 m/min，纖度為0.56~38 tex。該法因工藝復(fù)雜，紡絲速度低，生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大等問題也逐漸被淘汰。目前世界上反應(yīng)紡絲的產(chǎn)量占氨綸總產(chǎn)量的10%左右。
4．熔融法
熔融紡絲法是利用高聚物熔融的流體進(jìn)行纖維成形的一種方法。熔融紡絲只能適用于熱穩(wěn)定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，如由4,4-甲撐二苯二異氰酸酯和1,4-丁二醇縮聚所獲得的聚氨酯嵌段共聚物等。紡絲溫度為160~220℃，紡絲速度一般為200~800 m/min。氨綸的熔體紡絲主要經(jīng)切片干燥→熔融→熔體細(xì)流形成→冷卻→延伸→卷繞6步完成。由于在高溫擠出過程中會有一些大分子降解，因此在擠出設(shè)備中還要添加一定的交聯(lián)劑，使含有活性的-NCO端基的分子鏈再重新連接起來。
由于熔融紡絲的工藝特點，其產(chǎn)品的斷裂伸長率可以達(dá)到很高，但由于分子間作用力相對于其他方法生產(chǎn)的產(chǎn)品低，造成回復(fù)力小，彈性恢復(fù)差。所以熔融紡氨綸絲還僅能用于襪子等要求較低的用途，并且由于氨綸切片價格偏高，因此推廣受到限制。
但是，我們也應(yīng)該看到熔融紡氨綸絲在投資成本、環(huán)保方面的優(yōu)勢，如果能解決彈性恢復(fù)差的缺點，必將具有較高的競爭力，事實上，近幾年，國外如鐘紡等公司通過改進(jìn)交聯(lián)劑等已在熔融紡氨綸方面占有很強的優(yōu)勢，在某此方面已能與干法紡氨綸相媲美。因此國內(nèi)廠商在大力發(fā)展干法紡的同時，應(yīng)該持續(xù)加強熔融紡方面的研發(fā)投入，接近氨綸技術(shù)發(fā)展的前沿。
世界氨綸的發(fā)展史
氨綸的研究始于20世紀(jì)30年代，1937年德國拜耳公司開發(fā)出氨綸并申請了，而美國杜邦公司于1959年研制出自己的技術(shù)并開始工業(yè)化生產(chǎn)，并命名為Lycra（萊卡）。與此同時，美國橡膠有限公司推出由聚酯-聚氨基甲酸酯制成的粗支圓形單絲，商標(biāo)名為“Vyrene”，1963年日本東洋紡公司開始商標(biāo)名為“Espa”的氨綸生產(chǎn)。1964年德國拜耳公司和日本富士紡公司分別開始“Dorlastan”和“Fujibo Spandex”品牌氨綸的生產(chǎn)，Dupont公司與日本東麗公司合資的“Toray-DuPont”公司也于1966年開始“Lycra”的生產(chǎn)。到1967年世界氨綸年產(chǎn)量已達(dá)6.8 kt/a，生產(chǎn)廠已發(fā)展到28家。但由于生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)上的問題和當(dāng)時預(yù)測需求過大，使得氨綸產(chǎn)品滯銷積壓，歐美許多生產(chǎn)廠家紛紛停、減產(chǎn)。60年代末世界氨綸產(chǎn)量不足10 kt/a。70年代以后，除杜邦公司以外，幾乎都停留在原有水平上，氨綸業(yè)發(fā)展不大。80年代由于氨綸包覆紗和包芯紗應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)成功，生產(chǎn)能力有了較大的發(fā)展，增至20 kt/a左右的水平。
進(jìn)入90年代，隨著世界經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)，同時也由于后道用途的拓展（如氨綸包芯技術(shù)的發(fā)展），氨綸彈力織物開始了新一輪的生產(chǎn)高潮，氨綸用量增加很快，1990年世界氨綸絲產(chǎn)量接近40 kt/a。1994年總生產(chǎn)能力為81 kt/a，總產(chǎn)量為64 kt/a。特別是近幾年，國外很多大公司都開發(fā)出了自己*的氨綸生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量有了大幅度提高，如韓國泰光、曉星、東國等，擴產(chǎn)速度也相當(dāng)快，目前韓國曉星以年產(chǎn)25kt/a的產(chǎn)能已躍居*二大氨綸生產(chǎn)企業(yè)。同時熔融紡技術(shù)也在得到了突破性進(jìn)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域已能與干法紡產(chǎn)品相媲美，由于其投資成本低及在環(huán)保方面的優(yōu)勢，發(fā)展也較快。進(jìn)入90年代末，由于受聚酯纖維市場行情不好等原因影響，一些國外大的化纖生產(chǎn)廠商也紛紛將投資重點轉(zhuǎn)向利潤率相對較好的氨綸行業(yè)，目前*氨綸產(chǎn)能已達(dá)到將近150kt/a。
美國在本世紀(jì)之前是世界上氨綸產(chǎn)量zui大的國家，主要廠商有Du Pont公司、Globe公司及Miles公司。Du Pont公司是zui大的工業(yè)化氨綸生產(chǎn)商，生產(chǎn)能力估計將超過7 0kt/a。“Lycra”是其的品牌。美國、英國、荷蘭、巴西、新加坡的氨綸廠皆為杜邦公司的獨資企業(yè)。在加拿大、墨西哥、阿根廷、中國都有合資企業(yè)。韓國的氨綸生產(chǎn)發(fā)展很快，泰光、東國、曉星、韓國合纖等大公司初期也是引進(jìn)東洋紡技術(shù)，于90年代末通過研發(fā)等手段完成了技術(shù)水平的更新?lián)Q代，目前從無論從產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)量目前都次于美國。中國近幾年發(fā)展非常迅速，東洋紡、日清紡、杜邦、曉星、東國等技術(shù)都已在中國大陸開花結(jié)果，至2004年底中國大陸年產(chǎn)量已將近20萬噸，居世界*位。
淺談國內(nèi)氨綸生產(chǎn)技術(shù)
聚氨酯纖維是一種含有85%以上氨基甲酸酯的、具有線性鏈段結(jié)構(gòu)的高分子化合物制成的彈性纖維（Spandex），我國商品名稱為氨綸。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，氨綸強度高，比重輕，具有優(yōu)良的高彈性和彈性回復(fù)率，其制品柔軟而富有彈性，既貼身又無約束及松弛感，有良好的服用性能，還廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域。
氨綸的研究zui早始于德國，1959年杜邦首先實現(xiàn)了干法紡氨綸的工業(yè)化生產(chǎn)，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(chǎn)技術(shù)。20世紀(jì)80年代后，由于氨綸包覆紗和包芯紗技術(shù)的開發(fā)，氨綸的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，市場需求不斷增加。1989年，我國在山東煙臺建成*個氨綸生產(chǎn)裝置，90年代一批氨綸企業(yè)也先后投產(chǎn)，2001年后中國企業(yè)全面進(jìn)入，產(chǎn)能迅猛增加，截至04年11月，我國氨綸產(chǎn)量已占世界產(chǎn)量的40%多。
一、氨綸的主要生產(chǎn)方法
根據(jù)紡絲方法的不同，氨綸生產(chǎn)的工藝路線可分為溶液紡絲法、熔融紡絲法、化學(xué)反應(yīng)紡絲法，其中溶液紡絲又根據(jù)凝固介質(zhì)不同分為干法溶液紡絲和濕法溶液紡絲。目前，世界范圍內(nèi)干法紡絲占氨綸生產(chǎn)的80%以上、濕法紡絲約占10%左右、其它兩種約占10%。而在我國至今沒有化學(xué)反應(yīng)法。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)境污染等問題，今后發(fā)展的可能性也不大。
1、干法溶液紡絲
干法紡絲以聚醚二醇與二異氰酸酯以1：2的摩爾比在一定的反應(yīng)溫度及時間條件下形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑混合溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。然后用計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，與此同時絲條細(xì)流被拉伸變細(xì)，zui后被卷繞成一定的卷裝?？杉彴本]絲的纖度范圍為1.1-246.4tex，紡絲速度200-600 m/min，有的可高達(dá)1000 m/min。
2、濕法溶液紡絲
濕法紡絲與干法類似，也形成嵌段共聚物溶液，通過計量泵壓入噴絲頭。從噴絲板毛細(xì)孔中壓出的原液細(xì)流進(jìn)入凝固浴，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴散，聚合物的濃度不斷提高，在凝固浴中析出形成纖維，再經(jīng)洗滌干燥后進(jìn)行卷繞。紡絲速度一般為5-50 m/min，加工纖度0.55-44tex。
干法紡絲與濕法紡絲相比，紡絲聚合物濃度，粘度也高，能夠承受更大的噴絲板拉伸比，纖維比濕紡更細(xì)。同時干紡使用熱空氣作為凝固介質(zhì)，與凝固浴相比在紡程上絲條流體力學(xué)阻力小，紡絲速度高，產(chǎn)量也更大。濕法紡絲由于生產(chǎn)成本高，已逐漸被淘汰。我國僅有的二套濕紡裝置都已停產(chǎn)。
3、熔法紡絲
熔法紡絲是將干燥后的熱塑性聚氨酯切片送入螺桿擠壓機，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的和熔融溫度下穩(wěn)定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，紡絲速度為200-800m/min。
熔紡生產(chǎn)流程短，投資少，不需溶劑回收，成本低。但熔紡氨綸技術(shù)仍不夠成熟，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品品質(zhì)受原料影響較大，而原料切片生產(chǎn)受制于人。同時由于紡絲工藝和紡絲原料的不同，干紡氨綸與熔紡氨綸在結(jié)構(gòu)和性能上存在一定的差異，干紡氨綸性能優(yōu)良，而熔紡氨綸在生產(chǎn)過程中由于預(yù)聚體在加工溫度下不穩(wěn)定，在高溫的停留時間稍長時，會發(fā)生過量交聯(lián)，生成凝膠，導(dǎo)致成品物理機械能也比干紡差，產(chǎn)品檔次低，應(yīng)用范圍小。目前我國熔紡氨綸裝置規(guī)模都偏小，產(chǎn)能也低。
二、氨綸干法紡絲的主要技術(shù)
干法紡絲工藝流程復(fù)雜，裝置設(shè)備投資費用大，對環(huán)境也有一定污染，但工藝技術(shù)成熟，紡速高，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，并將在相當(dāng)長時間內(nèi)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(shù)，大部分在建和待建的項目計劃采用干法紡絲技術(shù)，從氨綸工廠產(chǎn)能情況來看，采用干法紡絲技術(shù)的產(chǎn)能也是占據(jù)主導(dǎo)地位。氨綸干法紡絲技術(shù)以美國杜邦、韓國曉星、日本東洋紡等為代表，不同生產(chǎn)商的紡絲聚合物合成方法、纖維的生產(chǎn)技術(shù)和加工過程具有*的技術(shù)特征。
1、英威達(dá)和曉星技術(shù)
英威達(dá)（原杜邦）zui早實現(xiàn)氨綸干法紡絲的工業(yè)化，其氨綸產(chǎn)品“萊卡”在產(chǎn)品質(zhì)量和品牌推廣上都獨樹一幟。英威達(dá)和曉星技術(shù)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(chǎn)品質(zhì)量。同時產(chǎn)量高、公用工程消耗少，單位生產(chǎn)成本低。但氨綸生產(chǎn)技術(shù)壁壘非常強，英威達(dá)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(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓，我國的氨綸企業(yè)基本采用*。
2、東洋紡技術(shù)
東洋紡是日本zui早生產(chǎn)氨綸和纖維的廠商，1963年開發(fā)出自有知識產(chǎn)權(quán)的干法生產(chǎn)技術(shù)，采用間歇聚合、連續(xù)紡絲的工藝技術(shù)路線，經(jīng)過多年的探索和改進(jìn)，工藝成熟，生產(chǎn)過程穩(wěn)定。紡速在500-600m/min，國內(nèi)一些企業(yè)在此基礎(chǔ)上通過技術(shù)改造，目前紡速可達(dá)到800m/min。產(chǎn)品性能優(yōu)良、規(guī)格齊全，從20D到210D，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可用于機織、緯編、經(jīng)編、織襪、包芯紗、包覆紗等等。在溶劑方面，東洋紡新技術(shù)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(shù)。
3、日清紡技術(shù)
日清紡也采用間歇聚合、連續(xù)紡絲的工藝技術(shù)，紡速可達(dá)600-800m/min，其技術(shù)在開發(fā)細(xì)旦纖維、提高產(chǎn)品彈性伸長等方面有一定*性，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(shù)。
近幾年我國氨綸技術(shù)水平明顯提高，在引進(jìn)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的國產(chǎn)化。在生產(chǎn)技術(shù)快速進(jìn)步的同時，氨綸應(yīng)用技術(shù)也得到很快發(fā)展，氨綸制品的新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為氨綸進(jìn)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(jīng)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(chǎn)能迅速增加，市場競爭進(jìn)一
什么是氨綸？
氨綸是一種含聚氨基甲酸酯大于85%的具有線形鏈段結(jié)構(gòu)的高分子化合物制成的彈性纖維。由于具有其他纖維*的優(yōu)點,如比重輕、斷裂強度高、斷裂伸長高、彈性回復(fù)好等，氨綸纖維在各種領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，可以以裸絲或合捻、包芯、包復(fù)紗等不同的紗線形式，用于經(jīng)編、機織、針織等多種加工方式，制成泳衣、內(nèi)衣、外套等多種服裝，近年來成為發(fā)展彈性紡織品*的特殊紡織纖維，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。
氨綸的分子結(jié)構(gòu)
氨綸（聚氨基甲酸酯纖維）是一種嵌段共聚物，一般由聚氨基甲酸酯鍵形成的軟鏈段與脲鍵形成的硬鏈段交替構(gòu)成氨綸分子長鏈（熔融紡氨綸由于其不同的合成工藝，有所不同），一般數(shù)均分子量在25,000以上。軟鏈段處于蜷曲的無定形狀態(tài)，分子之間能夠滑移，在張力作用下可以被拉長。而硬鏈段相互之間形成氫鍵，處于類似于結(jié)晶狀態(tài)，起到“締結(jié)”點的作用。正是由于這種*的分子結(jié)構(gòu)，氨綸不僅具有高彈性，同時還具有拉伸后優(yōu)良的恢復(fù)性能。下圖是氨綸分子形態(tài)的示意圖。
氨綸與其他纖維的區(qū)別
有的國家將含聚氨基甲酸酯大于85%作為區(qū)別氨綸與其他彈性纖維的標(biāo)準(zhǔn)，其實氨綸區(qū)別于其他彈性纖維（如橡膠絲）zui主要的還是其性能：
•斷裂伸長在400%以上，有的達(dá)到600%；
•300%伸長后彈性恢復(fù)率95%以上；
•具有滿足紡織加工所需的強度0.6--1.3cN/dtex;
•纖度范圍22—6000dtex，甚至10dtex；
•能夠與滌綸、錦綸、棉等一起進(jìn)行高溫定型及染色。
有人對不明彈性纖維進(jìn)行強力性能檢測來判斷其是否氨綸，也是有一定效果的。
聚醚型和聚酯型氨綸
按軟鏈段的分子結(jié)構(gòu)區(qū)分，氨綸分為聚醚型和聚酯型氨綸，聚醚型氨綸的主原料為聚醚二醇（PTMEG），聚酯型氨綸的主原料為聚酯二醇（PEG）。目前市場上大部分為聚醚型氨綸。
氨綸的應(yīng)用
氨綸有*的伸縮彈性，斷裂強度高，斷裂伸長率可達(dá)400%-700%，松弛后又可迅速恢復(fù)原狀，有柔軟舒適感，有良好的耐化學(xué)藥品、耐油、耐汗水，在陽光下不變黃等特性，其長絲復(fù)絲可用于針織品、機織物等多種用途。
氨綸裸絲主要與錦綸、滌綸等在經(jīng)編、緯編等設(shè)備上交織，用于泳衣、內(nèi)衣、襪子、織帶等。氨綸包覆（包芯）絲一般采用裸絲與錦綸或其它纖維（棉、毛、麻、絲、化纖等）一起制成紗線后，在經(jīng)編、緯編、機織等設(shè)備上進(jìn)行加工織造，可制成內(nèi)衣、毛衣、襪子、牛仔外衣等。其紗中氨綸含量較少（2%-25%）就能充分發(fā)揮氨綸的彈性作用。
氨綸制成的成品主要有：男女服裝；運動服、游泳衣、緊身衣；襪類（短、中、高統(tǒng)襪）、手套等；松緊帶類、花邊飾帶類等；醫(yī)療保健用品，護(hù)膝、護(hù)腕、彈性繃帶等。
隨著國內(nèi)氨綸市場的開發(fā)和發(fā)展，氨綸的應(yīng)用領(lǐng)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(nèi)用，擴大到服裝外用、包裝用、醫(yī)藥用等領(lǐng)域，且隨著人們生活水平的不斷提高，氨綸產(chǎn)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(jīng)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。
氨綸生產(chǎn)工藝比較
根據(jù)紡絲工藝的特點，目前的氨綸生產(chǎn)工藝路線有溶液干法、溶液濕法、反應(yīng)紡、熔融紡四種。以下就幾種工藝的技術(shù)特點及產(chǎn)品特點作一比較：
1．溶液干法
聚醚二醇與二異氰酸酯以1：2的摩爾比在一定的反應(yīng)溫度及時間條件下形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)加入助劑后混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。然后用計量泵定量均勻地壓入噴絲頭，紡絲液從噴絲板毛細(xì)孔中被擠出形成絲條細(xì)流，進(jìn)入紡絲甬道。甬道中充有熱空氣（或熱氮氣），使絲條細(xì)流中的溶劑迅速揮發(fā)，并被空氣（或氮氣）帶走，絲條濃度不斷提高直至凝固，同時氨綸一般為復(fù)絲，在凝固前經(jīng)過加捻器將其抱合，zui后上油，卷繞成一定的卷裝。
干法紡絲是目前世界上應(yīng)用zui廣泛的氨綸紡絲方法。干法紡絲產(chǎn)量約為世界氨綸總產(chǎn)量的80%。其纖度為1.1-123tex，紡絲速度一般為200~600 m/min，有的甚至可高達(dá)1200 m/min。干法紡絲工藝技術(shù)成熟，制成的纖維質(zhì)量和性能都很優(yōu)良。杜邦、拜耳、東洋紡等及國內(nèi)大部分廠家均采用溶液干法紡絲技術(shù)。
2．溶液濕法
首先用聚酯型二醇與二異氰酸酯以干法紡絲類似的方法制成嵌段共聚物溶液，溶液經(jīng)紡前準(zhǔn)備，送至紡絲機，通過計量泵壓入噴絲頭。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（90℃以下）為凝固介質(zhì)，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴散，原液細(xì)流中聚合物的濃度不斷提高，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，纖度0.55-7.7dtex。濕法紡絲工藝流程復(fù)雜，裝置設(shè)備投資費用大，紡絲速度較低，生產(chǎn)成本高。該法已逐漸被淘汰。目前濕法紡絲的產(chǎn)量約占氨綸總產(chǎn)量的10%左右。
3．反應(yīng)法
反應(yīng)紡絲法亦稱化學(xué)紡絲法，由紡絲液轉(zhuǎn)化成固態(tài)纖維時，必須經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)或用化學(xué)反應(yīng)控制成纖速率。反應(yīng)紡絲法由單體或預(yù)聚物形成高聚物的反應(yīng)過程與成纖過程同時進(jìn)行。將兩端含有二異氰酸酯的聚醚或聚酯預(yù)聚物溶液，經(jīng)噴絲頭壓出進(jìn)入凝固浴，與凝固浴中的鏈增長劑反應(yīng)，生成初生纖維。初生纖維卷繞后還應(yīng)在加壓的水中進(jìn)行硬化處理，使初生纖維內(nèi)部未起反應(yīng)的部分進(jìn)行交聯(lián)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥S結(jié)構(gòu)的聚氨酯嵌段共聚物。
反應(yīng)紡絲法的紡絲速度一般為50~150 m/min，纖度為0.56~38 tex。該法因工藝復(fù)雜，紡絲速度低，生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大等問題也逐漸被淘汰。目前世界上反應(yīng)紡絲的產(chǎn)量占氨綸總產(chǎn)量的10%左右。
4．熔融法
熔融紡絲法是利用高聚物熔融的流體進(jìn)行纖維成形的一種方法。熔融紡絲只能適用于熱穩(wěn)定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，如由4,4-甲撐二苯二異氰酸酯和1,4-丁二醇縮聚所獲得的聚氨酯嵌段共聚物等。紡絲溫度為160~220℃，紡絲速度一般為200~800 m/min。氨綸的熔體紡絲主要經(jīng)切片干燥→熔融→熔體細(xì)流形成→冷卻→延伸→卷繞6步完成。由于在高溫擠出過程中會有一些大分子降解，因此在擠出設(shè)備中還要添加一定的交聯(lián)劑，使含有活性的-NCO端基的分子鏈再重新連接起來。
由于熔融紡絲的工藝特點，其產(chǎn)品的斷裂伸長率可以達(dá)到很高，但由于分子間作用力相對于其他方法生產(chǎn)的產(chǎn)品低，造成回復(fù)力小，彈性恢復(fù)差。所以熔融紡氨綸絲還僅能用于襪子等要求較低的用途，并且由于氨綸切片價格偏高，因此推廣受到限制。
但是，我們也應(yīng)該看到熔融紡氨綸絲在投資成本、環(huán)保方面的優(yōu)勢，如果能解決彈性恢復(fù)差的缺點，必將具有較高的競爭力，事實上，近幾年，國外如鐘紡等公司通過改進(jìn)交聯(lián)劑等已在熔融紡氨綸方面占有很強的優(yōu)勢，在某此方面已能與干法紡氨綸相媲美。因此國內(nèi)廠商在大力發(fā)展干法紡的同時，應(yīng)該持續(xù)加強熔融紡方面的研發(fā)投入，接近氨綸技術(shù)發(fā)展的前沿。
世界氨綸的發(fā)展史
氨綸的研究始于20世紀(jì)30年代，1937年德國拜耳公司開發(fā)出氨綸并申請了，而美國杜邦公司于1959年研制出自己的技術(shù)并開始工業(yè)化生產(chǎn)，并命名為Lycra（萊卡）。與此同時，美國橡膠有限公司推出由聚酯-聚氨基甲酸酯制成的粗支圓形單絲，商標(biāo)名為“Vyrene”，1963年日本東洋紡公司開始商標(biāo)名為“Espa”的氨綸生產(chǎn)。1964年德國拜耳公司和日本富士紡公司分別開始“Dorlastan”和“Fujibo Spandex”品牌氨綸的生產(chǎn)，Dupont公司與日本東麗公司合資的“Toray-DuPont”公司也于1966年開始“Lycra”的生產(chǎn)。到1967年世界氨綸年產(chǎn)量已達(dá)6.8 kt/a，生產(chǎn)廠已發(fā)展到28家。但由于生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)上的問題和當(dāng)時預(yù)測需求過大，使得氨綸產(chǎn)品滯銷積壓，歐美許多生產(chǎn)廠家紛紛停、減產(chǎn)。60年代末世界氨綸產(chǎn)量不足10 kt/a。70年代以后，除杜邦公司以外，幾乎都停留在原有水平上，氨綸業(yè)發(fā)展不大。80年代由于氨綸包覆紗和包芯紗應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)成功，生產(chǎn)能力有了較大的發(fā)展，增至20 kt/a左右的水平。
進(jìn)入90年代，隨著世界經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)，同時也由于后道用途的拓展（如氨綸包芯技術(shù)的發(fā)展），氨綸彈力織物開始了新一輪的生產(chǎn)高潮，氨綸用量增加很快，1990年世界氨綸絲產(chǎn)量接近40 kt/a。1994年總生產(chǎn)能力為81 kt/a，總產(chǎn)量為64 kt/a。特別是近幾年，國外很多大公司都開發(fā)出了自己*的氨綸生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量有了大幅度提高，如韓國泰光、曉星、東國等，擴產(chǎn)速度也相當(dāng)快，目前韓國曉星以年產(chǎn)25kt/a的產(chǎn)能已躍居*二大氨綸生產(chǎn)企業(yè)。同時熔融紡技術(shù)也在得到了突破性進(jìn)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域已能與干法紡產(chǎn)品相媲美，由于其投資成本低及在環(huán)保方面的優(yōu)勢，發(fā)展也較快。進(jìn)入90年代末，由于受聚酯纖維市場行情不好等原因影響，一些國外大的化纖生產(chǎn)廠商也紛紛將投資重點轉(zhuǎn)向利潤率相對較好的氨綸行業(yè)，目前*氨綸產(chǎn)能已達(dá)到將近150kt/a。
美國在本世紀(jì)之前是世界上氨綸產(chǎn)量zui大的國家，主要廠商有Du Pont公司、Globe公司及Miles公司。Du Pont公司是zui大的工業(yè)化氨綸生產(chǎn)商，生產(chǎn)能力估計將超過7 0kt/a。“Lycra”是其的品牌。美國、英國、荷蘭、巴西、新加坡的氨綸廠皆為杜邦公司的獨資企業(yè)。在加拿大、墨西哥、阿根廷、中國都有合資企業(yè)。韓國的氨綸生產(chǎn)發(fā)展很快，泰光、東國、曉星、韓國合纖等大公司初期也是引進(jìn)東洋紡技術(shù)，于90年代末通過研發(fā)等手段完成了技術(shù)水平的更新?lián)Q代，目前從無論從產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)量目前都次于美國。中國近幾年發(fā)展非常迅速，東洋紡、日清紡、杜邦、曉星、東國等技術(shù)都已在中國大陸開花結(jié)果，至2004年底中國大陸年產(chǎn)量已將近20萬噸，居世界*位。
淺談國內(nèi)氨綸生產(chǎn)技術(shù)
聚氨酯纖維是一種含有85%以上氨基甲酸酯的、具有線性鏈段結(jié)構(gòu)的高分子化合物制成的彈性纖維（Spandex），我國商品名稱為氨綸。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，氨綸強度高，比重輕，具有優(yōu)良的高彈性和彈性回復(fù)率，其制品柔軟而富有彈性，既貼身又無約束及松弛感，有良好的服用性能，還廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域。
氨綸的研究zui早始于德國，1959年杜邦首先實現(xiàn)了干法紡氨綸的工業(yè)化生產(chǎn)，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(chǎn)技術(shù)。20世紀(jì)80年代后，由于氨綸包覆紗和包芯紗技術(shù)的開發(fā)，氨綸的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，市場需求不斷增加。1989年，我國在山東煙臺建成*個氨綸生產(chǎn)裝置，90年代一批氨綸企業(yè)也先后投產(chǎn)，2001年后中國企業(yè)全面進(jìn)入，產(chǎn)能迅猛增加，截至04年11月，我國氨綸產(chǎn)量已占世界產(chǎn)量的40%多。
一、氨綸的主要生產(chǎn)方法
根據(jù)紡絲方法的不同，氨綸生產(chǎn)的工藝路線可分為溶液紡絲法、熔融紡絲法、化學(xué)反應(yīng)紡絲法，其中溶液紡絲又根據(jù)凝固介質(zhì)不同分為干法溶液紡絲和濕法溶液紡絲。目前，世界范圍內(nèi)干法紡絲占氨綸生產(chǎn)的80%以上、濕法紡絲約占10%左右、其它兩種約占10%。而在我國至今沒有化學(xué)反應(yīng)法?；瘜W(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)境污染等問題，今后發(fā)展的可能性也不大。
1、干法溶液紡絲
干法紡絲以聚醚二醇與二異氰酸酯以1：2的摩爾比在一定的反應(yīng)溫度及時間條件下形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑混合溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。然后用計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，與此同時絲條細(xì)流被拉伸變細(xì)，zui后被卷繞成一定的卷裝?？杉彴本]絲的纖度范圍為1.1-246.4tex，紡絲速度200-600 m/min，有的可高達(dá)1000 m/min。
2、濕法溶液紡絲
濕法紡絲與干法類似，也形成嵌段共聚物溶液，通過計量泵壓入噴絲頭。從噴絲板毛細(xì)孔中壓出的原液細(xì)流進(jìn)入凝固浴，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴散，聚合物的濃度不斷提高，在凝固浴中析出形成纖維，再經(jīng)洗滌干燥后進(jìn)行卷繞。紡絲速度一般為5-50 m/min，加工纖度0.55-44tex。
干法紡絲與濕法紡絲相比，紡絲聚合物濃度，粘度也高，能夠承受更大的噴絲板拉伸比，纖維比濕紡更細(xì)。同時干紡使用熱空氣作為凝固介質(zhì)，與凝固浴相比在紡程上絲條流體力學(xué)阻力小，紡絲速度高，產(chǎn)量也更大。濕法紡絲由于生產(chǎn)成本高，已逐漸被淘汰。我國僅有的二套濕紡裝置都已停產(chǎn)。
3、熔法紡絲
熔法紡絲是將干燥后的熱塑性聚氨酯切片送入螺桿擠壓機，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的和熔融溫度下穩(wěn)定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，紡絲速度為200-800m/min。
熔紡生產(chǎn)流程短，投資少，不需溶劑回收，成本低。但熔紡氨綸技術(shù)仍不夠成熟，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品品質(zhì)受原料影響較大，而原料切片生產(chǎn)受制于人。同時由于紡絲工藝和紡絲原料的不同，干紡氨綸與熔紡氨綸在結(jié)構(gòu)和性能上存在一定的差異，干紡氨綸性能優(yōu)良，而熔紡氨綸在生產(chǎn)過程中由于預(yù)聚體在加工溫度下不穩(wěn)定，在高溫的停留時間稍長時，會發(fā)生過量交聯(lián)，生成凝膠，導(dǎo)致成品物理機械能也比干紡差，產(chǎn)品檔次低，應(yīng)用范圍小。目前我國熔紡氨綸裝置規(guī)模都偏小，產(chǎn)能也低。
二、氨綸干法紡絲的主要技術(shù)
干法紡絲工藝流程復(fù)雜，裝置設(shè)備投資費用大，對環(huán)境也有一定污染，但工藝技術(shù)成熟，紡速高，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，并將在相當(dāng)長時間內(nèi)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(shù)，大部分在建和待建的項目計劃采用干法紡絲技術(shù)，從氨綸工廠產(chǎn)能情況來看，采用干法紡絲技術(shù)的產(chǎn)能也是占據(jù)主導(dǎo)地位。氨綸干法紡絲技術(shù)以美國杜邦、韓國曉星、日本東洋紡等為代表，不同生產(chǎn)商的紡絲聚合物合成方法、纖維的生產(chǎn)技術(shù)和加工過程具有*的技術(shù)特征。
1、英威達(dá)和曉星技術(shù)
英威達(dá)（原杜邦）zui早實現(xiàn)氨綸干法紡絲的工業(yè)化，其氨綸產(chǎn)品“萊卡”在產(chǎn)品質(zhì)量和品牌推廣上都獨樹一幟。英威達(dá)和曉星技術(shù)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(chǎn)品質(zhì)量。同時產(chǎn)量高、公用工程消耗少，單位生產(chǎn)成本低。但氨綸生產(chǎn)技術(shù)壁壘非常強，英威達(dá)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(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓，我國的氨綸企業(yè)基本采用*。
2、東洋紡技術(shù)
東洋紡是日本zui早生產(chǎn)氨綸和纖維的廠商，1963年開發(fā)出自有知識產(chǎn)權(quán)的干法生產(chǎn)技術(shù)，采用間歇聚合、連續(xù)紡絲的工藝技術(shù)路線，經(jīng)過多年的探索和改進(jìn)，工藝成熟，生產(chǎn)過程穩(wěn)定。紡速在500-600m/min，國內(nèi)一些企業(yè)在此基礎(chǔ)上通過技術(shù)改造，目前紡速可達(dá)到800m/min。產(chǎn)品性能優(yōu)良、規(guī)格齊全，從20D到210D，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可用于機織、緯編、經(jīng)編、織襪、包芯紗、包覆紗等等。在溶劑方面，東洋紡新技術(shù)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(shù)。
3、日清紡技術(shù)
日清紡也采用間歇聚合、連續(xù)紡絲的工藝技術(shù)，紡速可達(dá)600-800m/min，其技術(shù)在開發(fā)細(xì)旦纖維、提高產(chǎn)品彈性伸長等方面有一定*性，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(shù)。
近幾年我國氨綸技術(shù)水平明顯提高，在引進(jìn)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的國產(chǎn)化。在生產(chǎn)技術(shù)快速進(jìn)步的同時，氨綸應(yīng)用技術(shù)也得到很快發(fā)展，氨綸制品的新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為氨綸進(jìn)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(jīng)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(chǎn)能迅速增加，市場競爭進(jìn)一步加劇，發(fā)展*生產(chǎn)力，用技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級將是氨綸產(chǎn)業(yè)今后的主要任務(wù)。
步加劇，發(fā)展*生產(chǎn)力，用技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級將是氨綸產(chǎn)業(yè)今后的主要任務(wù)。
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