熔紡氨綸切片項目簡介教材

1、熔紡氨綸切片項目簡介白子文1、氨綸概述氨綸即聚氨酯彈性纖維，以其富有彈性、穿著貼身舒適的優(yōu)點得到消費(fèi)者的 青睞，被廣泛應(yīng)用于紡織、包裝、醫(yī)用等領(lǐng)域，是目前全球發(fā)展最快的合成纖維。 到 2004 年底，我國的氨綸產(chǎn)量高達(dá) 20.5 萬噸，占全球的 45%，已成為世界第一大 氨綸生產(chǎn)與消費(fèi)國。我國氨綸的高速發(fā)展，為我國紡織行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品升 級換代起到了很大的推動作用。氨綸目前有干法紡絲、濕法紡絲、熔融紡絲及化學(xué)反應(yīng)紡絲四種生產(chǎn)工藝， 其簡介如下。1）干法紡絲工藝過程如下圖 1所示：圖1：干法紡絲工藝過程示意圖干法紡絲是目前世界上采用最廣的一種生產(chǎn)聚氨酯彈性纖維的方法 , 美國的 DuPont

2、 、德國的 Dorlas2tan 及日本東洋紡等大廠商均采用干法紡絲工藝，干法 紡絲生產(chǎn)的氨綸產(chǎn)量占氨綸總產(chǎn)量 80 %以上。干法紡絲生產(chǎn)時 , 需注意溶劑的回收 提純。干法紡絲工藝中的纖維卷繞速度一般在200 600 m/min , 最高可達(dá) 1000m/min；所得纖維的纖度為 2.2 2.9 tex 。干法紡絲技術(shù)成熟 , 所得纖維的質(zhì)量和 性能優(yōu)良。2）濕法紡絲工藝過程如下圖 2所示：圖2：濕法紡絲工藝過程示意圖凝固浴為可與 DMF混溶的水或醇和 DMF的混合物。濕法紡絲用水為紡絲凝固浴液時,纖維表面凝固快 , 有皺折現(xiàn)象；用醇時 , 纖維結(jié)構(gòu)均勻 ,強(qiáng)度高。浴槽的前幾段起凝固絲束的作

3、用 , 后幾段起水洗作用。濕法紡絲工藝復(fù)雜 , 紡絲速度低 , 生產(chǎn)2成本高, 廠房建筑和設(shè)備投資費(fèi)用大。目前濕法紡絲的聚氨酯彈性纖維產(chǎn)量約占總 量的10 %。日本富士紡公司的 Fujibo 氨綸就是采用濕法紡絲技術(shù)生產(chǎn)。3）熔融紡絲工藝過程如下圖 3所示：圖3：熔融紡絲工藝過程示意圖氨綸切片即氨綸專用熱塑性聚氨酯彈性體（ TPU）。熔融紡絲工藝流程簡單 , 原材料及設(shè)備費(fèi)用都較低 ,生產(chǎn)效率高。特別是不使用可燃和有毒的有機(jī)溶劑 , 因 此不象干紡、濕紡那樣需用昂貴的回收設(shè)備。其產(chǎn)品易于細(xì)旦化，舒適性、耐氯 性、生物相容性均較好，越來越受到重視。但是由于熱塑性聚氨酯內(nèi)在結(jié)構(gòu)的原 因，目前產(chǎn)品的

4、耐熱性與干法氨綸相比略差。熔紡按倫的生產(chǎn)公司主要有日本的 日清紡、鐘紡、可樂麗、油墨化工與大塞璐公司，以及我國江蘇的南黃海公司等。4）化學(xué)反應(yīng)紡絲工藝過程如下圖 4所示：圖4：化學(xué)反應(yīng)紡絲工藝過程示意圖化學(xué)紡絲法的缺點是其效率較低 , 且存在廢水與二胺化合物污染環(huán)境的問題 , 目前世界上用這種方法紡絲的氨綸產(chǎn)量不到其總產(chǎn)量的10%。美國 Globe、西班牙的Enkaswing、英國的 Spanzelle 等公司都用這種方法生產(chǎn)。在我國，以產(chǎn)量計算， 2003 年氨綸的生產(chǎn)干法約占 90左右，熔法占 8左 右，濕法沒有，反應(yīng)法 2。在上述四種氨綸生產(chǎn)工藝中，濕法與化學(xué)法由于工藝流程長、設(shè)備投資大

5、、 環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品性能也較差等一系列原因，已開始逐步淘汰。干法紡絲工藝 相對來說設(shè)備投資小、占地少、產(chǎn)品性能優(yōu)良，目前的應(yīng)用的最多。但干法紡絲 也存在溶劑 DM（F 二甲基甲酰胺）對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響的問題，在環(huán)保與工業(yè)衛(wèi)生 意識與法規(guī)日益加強(qiáng)的今天，其發(fā)展受到限制。熔紡氨綸因生產(chǎn)工藝流程簡單、 設(shè)備投資小、生產(chǎn)效率高、易于細(xì)旦化等優(yōu)勢，已成為今后氨綸發(fā)展的主流方向， 在我國大陸更得到飛速的發(fā)展，目前國內(nèi)生產(chǎn)能力已超過全球熔紡氨綸總能力的 三分之二，生產(chǎn)廠有 20 余家，生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備也日臻完善，生產(chǎn)能力與市場占有 率都迅速提高。2、熔紡氨綸與氨綸切片1 ）熔紡氨綸氨綸是我國對聚氨酯纖維的簡

6、稱，商品名也稱 “萊卡”，是一種具有高彈性 的高檔化學(xué)纖維。氨綸以其優(yōu)良的性能使織物穿著舒適 , 能適合身體部位的彎曲的 需要,使服裝對身體的束縛力很小 , 同時織物還有很好的防皺性、皺折定型能力永 久不變。被廣泛用于帶有彈性功能的紡織、針織產(chǎn)品。如襪子、泳裝、女士內(nèi)衣、 束身衣、體型服、毛衫、保暖襯衣、彈力牛仔布、精紡面料，以及醫(yī)療用品等等。熔紡氨綸絲較其它非熔紡氨綸絲具有絲質(zhì)柔軟；耐候性佳、保存時間長；易 于細(xì)旦化、單根纖維均一性良好；熱定型性良好；產(chǎn)品品種變化快；生產(chǎn)中無溶 劑，所用原材料安全性好，屬綠色工藝；設(shè) 備 投資少（ 約為干法氨綸生產(chǎn) 設(shè) 備的 1/10 ）、投 產(chǎn)周期 短（

7、六個 月） 、工藝流程簡單、設(shè)備投資低、生產(chǎn)效 率高等多項優(yōu)點，受到業(yè)界高度重視并看好，具有極大發(fā)展?jié)摿?。氨綸有四種紡絲方法：溶液干法、溶液濕法、熔融擠出法和化學(xué)反應(yīng)法。其 中溶液濕法和化學(xué)反應(yīng)法由于三廢多，污染嚴(yán)重，目前已基本被淘汰。干法工藝 生產(chǎn)的氨綸纖維由于具有優(yōu)秀的物理特性，可用于各種中高檔紡織品及針織品， 目前在國內(nèi)氨綸生產(chǎn)中占 80%以上。但干法工藝必須使用有機(jī)溶劑二甲基甲酰胺 （DMF）或二甲基乙酰胺 （DMAC，） 此溶劑極易揮發(fā)，回收投資巨大，對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán) 重污染，對有接觸人員的身體器官（肝臟）造成危害，目前已受到社會各方面的 特別關(guān)注。加上此種工藝方法所需生產(chǎn)廠房、場地、設(shè)

8、備及工藝處理投資大，能 耗高，不符合當(dāng)前“低碳”經(jīng)濟(jì)的要求。為此，在對環(huán)保意識很強(qiáng)的發(fā)達(dá)國家和 地區(qū)，均已紛紛停止發(fā)展干法氨綸企業(yè)。熔紡氨綸紡絲技術(shù)是本世紀(jì)初新興起的氨綸紡絲技術(shù)，其生產(chǎn)流程是氨綸切 片（氨綸切片是紡織行業(yè)對用于熔紡氨綸纖維生產(chǎn)的專用TPU 粒子料的習(xí)慣性叫法）經(jīng)干燥、再熔融、計量、紡絲、上油、卷繞、平衡等工序，即可得到氨綸纖 維?？梢钥闯?，熔紡氨綸生產(chǎn)工藝具有工藝流程簡單、生產(chǎn)效率高，在生產(chǎn)過程 中無須使用溶劑，無三廢排放，設(shè)備投資少、投產(chǎn)周期短節(jié)約能源等優(yōu)點。而且 熔紡氨綸產(chǎn)品具有易于實現(xiàn)細(xì)旦化，絲質(zhì)柔軟；耐候性佳、保存時間長；單根纖 維均一性良好；熱定型性良好；產(chǎn)品品種變

9、形快等優(yōu)點，已成為今后發(fā)展的方向 和各大廠商竟相研究、開發(fā)、投資的熱點。目前，我國氨綸產(chǎn)能已超過 25 萬噸，其中熔紡氨綸比例從 2005 年的 15%提高到 20%，干法比例從 85%下降到 80%。隨著 熔紡氨綸技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展，隨著作為硬件的熔紡氨綸設(shè)備、助劑及有 關(guān)配套的不斷完善，其熔融法紡氨綸的工藝方法必將逐步取代干法，成為氨綸生 產(chǎn)的主導(dǎo)方法。干法與熔法紡氨綸工藝比較見下表 2表 2 ：干法與熔法紡氨綸工藝比較干法與熔法紡氨綸工藝比較干法熔法設(shè)備投資費(fèi)用1-1.1 億元 RMB/500噸 / 年1280 萬元 RMB/500噸/ 年紡絲速度400-900m/min500-1

10、000m/min工藝技術(shù)成熟性成熟已實現(xiàn)應(yīng)用對環(huán)境影響嚴(yán)重污染無污染產(chǎn)品顯著優(yōu)點熔點高，熱變形溫度高，伸長大， 回彈率高。手感柔和， 耐久， 耐氯， 耐水解性好。應(yīng)用領(lǐng)域全面襪子，毛衫，內(nèi)衣。配套產(chǎn)業(yè)較為完善發(fā)展中發(fā)展障礙投資費(fèi)用過高熱變形溫度有待提高到目前為止，我國熔紡氨生產(chǎn)企業(yè)曾發(fā)展到 30多家，產(chǎn)能曾達(dá)到 2萬 t/a以 上。但近年來熔紡氨綸絲實際產(chǎn)能不足 1萬 t/a。其根本原因是我國氨綸切片國產(chǎn) 化技術(shù)未取得真正的突破，中高檔熔紡氨綸切片全部進(jìn)口，導(dǎo)致熔紡氨綸的成本 居高不下，阻礙了熔紡氨綸的進(jìn)一步發(fā)展。目前國內(nèi)所有熔紡氨綸企業(yè)所需氨綸 切片均購買德國巴斯夫和美國諾譽(yù)的進(jìn)口產(chǎn)品，價格

11、在 5.2 5.3 萬元/噸水平。 而且供應(yīng)商還規(guī)定定貨起點必須為 16噸（一個 20 尺貨柜） ，還必須提前 60天付款。 這就給生產(chǎn)規(guī)模本就不大的熔紡企業(yè)在流動資金方面造成沉重的壓力。氨綸切片 已成為我國熔紡氨綸發(fā)展的瓶頸。可以預(yù)料，一旦有符合要求的國產(chǎn)化產(chǎn)品面市， 前途將十分光明。下表 3 為國內(nèi)熔紡氨綸生產(chǎn)廠家。從表 3 可以看出，所有能的熔紡氨綸生產(chǎn) 廠商都不生產(chǎn)氨綸切片。表 3 ：國內(nèi)熔紡氨綸廠家氨綸廠家2007 年產(chǎn)能 噸切片氨綸廠家2007 年產(chǎn)能 噸切片江蘇云菲3000無武進(jìn)五洋100無江蘇南黃海5000無蘇州華偉100無海寧新高2000無宜興華意150無5浙江精輝2000無

12、中山新順1000無江蘇金祥1000無常熟賽綸絲200無張家港惠泰500無上海宇航100無保定天鵝1500無張家港匯豐150無海安宏發(fā)500無大連合成1000無海寧慶達(dá)200無昌源氨綸300無海寧星源100無上虞化纖100無蘇州偉麗300無山東肥城500無無錫長安100無紹興阻燃500無杭州藝鳴500無桐張長江500無蘇州長泰100無中山大涌300無無錫宏鷹200無深圳雅群200無合計30 家產(chǎn)能2007 年合計： 20200 噸2) 氨綸切片作為氨綸切片用的 TPU，在性能上具有以下幾方面的要求：要具有高的分子量、窄的分子量分布及極少量的顆粒。要具有極好的熔融成型性而且在熔紡過程中的斷頭率要低

13、。紡成的纖維要具有極好的熱及機(jī)械性能，特別是拉伸性能?？梢钥闯觯鳛榘本]切片，對 TPU的回彈性、耐熱性、 TPU 熔體強(qiáng)度、凝膠 粒子的控制、質(zhì)量穩(wěn)定性都有很高的要求。目前我國的絕大部分 TPU 生產(chǎn)廠家由 于種種原因，所生產(chǎn)的 TPU 都達(dá)不到氨綸切片的要求。從前面的分析可以看出， 目前國內(nèi)所有熔紡企業(yè)每年共需求氨綸切片 2 萬多噸，而能夠進(jìn)口的氨綸切片也 只能在 60008000 噸/ 年，可見熔紡氨綸切片投產(chǎn)以后，其市場空間很大，產(chǎn)品 會供不應(yīng)求。3. 項目的可行性1) 技術(shù)現(xiàn)狀目前熔紡氨綸切片均為聚醚型 TPU 產(chǎn)品。由于其分子結(jié)構(gòu)內(nèi)在的原因，導(dǎo)致 普通熔紡氨綸產(chǎn)品在彈性回復(fù)率、耐熱

14、性等方面還不如干紡氨綸。而且由于技術(shù) 原因，國內(nèi) TPU廠家生產(chǎn)的聚醚型 TPU產(chǎn)品，在耐熱性、彈性等方面與德國 BASF 公司、德國 Bayer Desmopan公司、美國諾譽(yù) (noveon) 化工公司還有較大差距。如 何提高熔紡氨綸的品質(zhì)已成為熔紡氨綸行業(yè)能否繼續(xù)高速發(fā)展的關(guān)鍵課題。我公司從 2011年 8月至 2013年 10月，承擔(dān)浙江省科技廳重大項目“納米改 性耐熱聚醚型熱塑性聚氨酯彈性體的研制與產(chǎn)業(yè)化”（計劃編號： 2012C01034-5） 已于 2014 年 9 月通過驗收。通過該項目的研究， 公司在耐熱性聚醚型 TPU產(chǎn)品的 開發(fā)方面，取得了較為豐富的實際經(jīng)驗。并通過該項目

15、建立一個穩(wěn)定的聚氨酯研 發(fā)團(tuán)隊，培養(yǎng)了一批 TPU 生產(chǎn)方面的技術(shù)人員與熟練工，具有了較強(qiáng)的技術(shù)消化 能力和后續(xù)提升能力。國內(nèi)熔紡氨綸經(jīng)過多年的生產(chǎn)與發(fā)展，在技術(shù)方面也積累了豐富的經(jīng)驗，取 得了長足的進(jìn)步。如江蘇南黃海實業(yè)股份有限公司開發(fā)一種制備熱穩(wěn)定的熔紡氨 綸的方法，可解決熔紡氨綸熱穩(wěn)定性差的缺點；蘇州晟德竹科技發(fā)展有限公司開 發(fā)一種熔紡氨綸油劑，可使纖維具有良好的平滑性、抗靜電性與退繞性，降低了 纖維與纖維、金屬、陶瓷的摩擦，使纖維集束性能提高，從而降低卷繞時的張力； 張勇發(fā)明一種熔紡氨綸用聚氨酯交聯(lián)劑，可提高熔紡氨綸纖維的紡絲穩(wěn)定性、斷 裂強(qiáng)度及耐熱性能；等等。2）項目的市場前景我國目

16、前氨綸總的生產(chǎn)與消費(fèi)能力近 25萬噸 /年，是全球最大的氨綸生產(chǎn)與消 費(fèi)國，特別熔紡氨綸的生產(chǎn)更是占到全球的一半以上。但其中大80%以上是干法氨綸，僅 10%強(qiáng)為熔紡氨綸。隨著 DMF 等有毒溶劑的限用，為熔紡氨綸的發(fā)展提 供一個十分有利的市場環(huán)境?？梢灶A(yù)見，一旦生產(chǎn)技術(shù)取得突破，熔紡氨綸與氨 綸切片必將得到高速發(fā)展。而且氨綸切片是聚氨酯彈性體領(lǐng)域的高端產(chǎn)品，合成 時對原料配比和工藝控制要求嚴(yán)格，對技術(shù)水平和設(shè)備管理要求也很高，屬于技 術(shù)密集型項目，因此產(chǎn)品的門檻比較高，一些小企業(yè)由于技術(shù)與管理水平所限， 很難進(jìn)入。3）熔紡氨綸屬于環(huán)保型產(chǎn)品，符合國家產(chǎn)業(yè)政策由于 DMF 、DMAc 具有毒性

17、，危害人體，污染環(huán)境，近來美歐已對 DMF 制 定了嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)。我國也在加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與工業(yè)衛(wèi)生的法規(guī)。 DMF 的限用給 熔紡氨綸及氨綸切片產(chǎn)品帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。4）國內(nèi)發(fā)展熔紡氨綸條件已經(jīng)成熟在設(shè)備方面，氨綸切片專用 TPU 生產(chǎn)所需的主要設(shè)備精密連續(xù)計量系統(tǒng)、雙 螺桿擠出機(jī)、水下切粒系統(tǒng)國內(nèi)市場都可以滿足要求。在原料方面，氨綸切片專用 TPU 的主要原料為 MDI 、聚醚多元醇 PTMEG 和 擴(kuò)鏈劑丁二醇，這些原料國內(nèi)都可以滿足供應(yīng)。3、項目實施計劃：3.1 主要內(nèi)容和目標(biāo)：1. 目標(biāo)：開發(fā)一種能作為熔紡氨綸切片的聚氨酯熱塑性彈性體，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè) 化生產(chǎn)。2. 主要內(nèi)容：1）選擇適宜

18、的多異氰酸酯與聚合多元醇及小分子擴(kuò)鏈劑， 確定產(chǎn)品基本配方；2）進(jìn)行中試研究，確定適宜的生產(chǎn)工藝條件；3）進(jìn)行應(yīng)用研究，制得可作為氨綸切片的熱塑性聚氨酯彈性體。3.2 項目建設(shè)期與進(jìn)度項目期: 2015.07-2017.12 。15.07 09 月：完成前期準(zhǔn)備工作，設(shè)計項目和工藝計劃，實驗室準(zhǔn)備，并加 以落實。15.10 12 月：原料采購，配方與工藝研究，打通小試工藝流程，提供小樣進(jìn) 行測試和分析。16.01 10 月：小試穩(wěn)定研究，提供樣品進(jìn)行測試和分析。16.10 12 月：中試研究，打通中試工藝流程，提供樣品進(jìn)行測試和分析。17.01 03 月：中試穩(wěn)定研究，并確定基本生產(chǎn)工藝參數(shù)；

19、17.04 09 月：試生產(chǎn)，形成一個產(chǎn)品，在用戶單位進(jìn)行應(yīng)用試驗；確定基本 質(zhì)量指標(biāo)；17.10 12 月：準(zhǔn)備項目驗收。4、項目技術(shù)方案分析4.1 原材料技術(shù)指標(biāo)和供應(yīng)廠家1）二異氰酸酯：主要是 MDI，供應(yīng)商有煙臺萬華、 、BASF、Bayer、DOW、Huntsman、 NPU、三井武田、錦湖三井。2）聚醚二醇： 聚醚二醇主要采用聚四氫呋喃醚二醇（ PTME）G。供應(yīng)商有美國 DuPont、德國 BASF、日本保土谷、三菱化成、旭化成等公司；濟(jì)南圣泉、山西三 維、杭州三隆。3）擴(kuò)鏈劑： 主要是 1，4- 丁二醇及其改性產(chǎn)物，供應(yīng)商有德國 BASF、臺灣大 連、日本三菱等。國產(chǎn)有山西三維

20、、勝利油田、湄洲灣等。4）催化劑及其它添加劑主要有催化劑、抗氧劑和光穩(wěn)定劑、抗靜電劑、增強(qiáng)劑、潤滑劑等。4.2 技術(shù)方案氨綸切片的雙螺桿擠出連續(xù)式生產(chǎn)工藝為將融化好的原料經(jīng)計量、輸送、混 合后，注入雙螺桿反應(yīng)器中，在高溫下反應(yīng)、擠出、水下連續(xù)造粒，再后熟化得 到成品。其工藝過程一般包括四個部分：原料的融化與貯存系統(tǒng)、計量與輸送系 統(tǒng)、雙螺桿反應(yīng)擠出機(jī)、水下切粒與后處理系統(tǒng)。雙螺桿連續(xù)法TPU 合成工藝見圖 6 所示。在實際生產(chǎn)當(dāng)中，圖中的設(shè)備 410 由一臺特制的澆注機(jī)代替。圖 6.2-1 ：雙螺桿連續(xù)法工藝生產(chǎn)工藝流程示意圖圖中： 1聚酯化料罐 2 MDI化料罐3 丁二醇化料罐 4聚酯高位槽

21、8 MDI 計量罐5 MDI高位槽6 丁二醇高位槽 7 聚酯計量罐雙螺桿擠出機(jī)料水分離機(jī)自動包裝機(jī)12 側(cè)加料機(jī)16 分級篩20 貯水槽9丁二醇計量罐 10 高速混合器 1113水下切粒機(jī) 14 冷卻盤管 1517貯料罐 18 干燥機(jī) 195、經(jīng)濟(jì)效益分析氨綸切片效益分析（1）原料成本： 2.652 萬元/ 噸產(chǎn)品，見下表 7。表 7 氨綸切片原材料成本一覽表（原料價格為今年網(wǎng)上報價）主要原料單價（萬元 / 噸）消耗比例（ %）總價（萬元 / 噸產(chǎn)品）備注Polyol2.80.61.68現(xiàn)均價MDI1.90.30.57近期均價擴(kuò)鏈劑7.00.10.70現(xiàn)價其他添加劑10.000.5-1%0.1

22、5估價小計3.10損耗計（約 3%）0.1合計3.202）生產(chǎn)成本： 0.15 萬元/ 噸產(chǎn)品根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，能力為 5000 噸/ 年的生產(chǎn)線，工人工資以 2500 元/ 月計算， 車間生產(chǎn)成本約 1000 元/ 噸；加上工廠管理費(fèi)預(yù)計 500 元/ 噸，生產(chǎn)成本為 0.15 萬元 / 噸產(chǎn)品。（3）氨綸切片一期完工后預(yù)計經(jīng)濟(jì)效益估算一期完成后，氨綸切片總產(chǎn)能為 5000 噸/ 年，實際產(chǎn)量按產(chǎn)能的 80%計算， 為 4000 噸 / 年。目前國內(nèi)所有熔紡氨綸企業(yè)所需氨綸切片均購買德國巴斯夫和美 國諾譽(yù)的進(jìn)口產(chǎn)品，價格在 5.2 5.3 萬元/噸水平。鑒于此 ,我們的產(chǎn)品價格建議 定價為其 80%，即以 4. 16 萬元 /噸為計算依據(jù)。其經(jīng)濟(jì)效益分析如下：產(chǎn)品平均售價約（含稅） ： 4.16 萬元/ 噸 原料成本約（含稅） ：3.2萬元/ 噸生產(chǎn)費(fèi)用：1500元/ 噸增值稅約：1380元/ 噸銷售及管理費(fèi)用：2000 元/ 噸利潤： 4720元/ 噸年總產(chǎn)值（按 4000噸/ 年計算）：16640萬元年總利潤（按 4000噸/ 年計算）：1888萬元6其他需要說明的問題6.1 “三廢”情況從氨綸切片的生產(chǎn)工藝可知， 三種主要原料 MDI、聚醚多元醇和 1,4-BDO 按照 設(shè)定的