聚酯纖維加工常用熔紡技術(shù)

聚酯纖維加工常用熔紡技術(shù)

1熔合液和直接紡織技術(shù)的改進(jìn)2復(fù)合紡織法3熔體改性技術(shù)近年來，中國大陸的直接蠶絲和短纖維技術(shù)取得了很大進(jìn)展。由于傳統(tǒng)的商夾絲（poy-ty、fy）和短纖維需要大量的應(yīng)用，高速直接紡織機的在線轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一家多元化、新產(chǎn)品開發(fā)的重點，并取得了良好的效果。歐洲、美國、日本、韓國等的傳統(tǒng)聚酯纖維生產(chǎn)企業(yè)幾乎在2005年以后都采用熔體改性的方法批量生產(chǎn)技術(shù)紡織品專用纖維。中國國內(nèi)中國紡織科學(xué)研究院聚友化工也已基本形成了在現(xiàn)有連續(xù)化大型聚酯裝置上進(jìn)行技術(shù)紡織品用PET纖維批量生產(chǎn)的成套技術(shù),并在國內(nèi)大型生產(chǎn)裝置上取得了良好業(yè)績。在PET合成過程中,通過添加第三或第四單體參與PTA和EG的共聚可以得到性能各異的改性PET。而直接紡絲可以有效解決改性PET在干燥過程中的降解和質(zhì)量不穩(wěn)定問題。在間歇式聚合改性技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過不斷實踐,大部分企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了直接紡熔體改性生產(chǎn)差別化和功能性纖維產(chǎn)品。例如添加間苯二甲酸替代部分PTA可以制得低熔點PET,添加間苯二甲酸磺酸鈉(SIPE)可以得到陽離子染料可染改性PET。表4列出了已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的改性PET的主要品種。對于小批量的雙組分復(fù)合紡,可采用在線大容量常規(guī)熔體為主要組分,另一熔體采用間歇式聚合方式生產(chǎn)本體染色、衛(wèi)生特性、理療特性、低熔點等直接紡絲產(chǎn)品。相對切片母粒紡絲,該方法無論是在降低紡絲能耗、提高生產(chǎn)效率方面,還是減少無機或有機添加劑、提高添加劑的分散性方面均具有非常誘人的特性。在線連續(xù)化熔體改性工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)主要有4項:一是采用螺桿在熔體管線注射無機添加劑或改性母粒的靜態(tài)混合技術(shù)(A);二是取出部分熔體,添加改性劑或功能性添加物,再回到熔體管線的控制技術(shù)和母料混合技術(shù)(B);三是改性聚酯直接紡絲技術(shù)(C);四是連續(xù)式共聚酯與普通聚酯的復(fù)合紡絲技術(shù)(D)。具體如圖3所示。桐昆集團浙江恒盛化纖有限公司采用熔體改性直接紡工藝,其連續(xù)法合成的陽離子染料可染聚酯(CDP)熔體質(zhì)量優(yōu)良,熔體過濾器使用周期大于10天;通過增設(shè)熔體增壓泵、熔體管道冷卻器,選擇熔體輸送溫度280℃,紡絲箱體溫度293~295℃,可將無油絲的特性黏數(shù)降控制在0.014dL/g以內(nèi);采用外環(huán)吹工藝和短程紡設(shè)備,控制紡絲速度在2900~3000m/min之間,生產(chǎn)出的260dtex/144fCDPPOY品質(zhì)優(yōu)良。用熔體直紡技術(shù)生產(chǎn)常壓陽離子染料可染POY纖維,較傳統(tǒng)的切片紡絲更加節(jié)能降耗,平均每噸纖維較切片紡可節(jié)約成本300元。該技術(shù)不僅可以生產(chǎn)異形、細(xì)旦纖維,還可以生產(chǎn)阻燃、遠(yuǎn)紅外、抗菌、抗起球和全消光等多種纖維產(chǎn)品。據(jù)測算,染1t常規(guī)滌綸的能耗約為染1t常壓陽離子染料可染滌綸(ECDP)的8.1倍。相對于常規(guī)滌綸,每生產(chǎn)1tECDP可節(jié)能約5700大卡(相當(dāng)于1.14t一般工業(yè)用煤)。上海石化開發(fā)了不含重金屬的化學(xué)改性(添加聚醚類第三單體共聚)和物理改性(四葉形纖維截面)的直接紡“超仿棉”(親水、導(dǎo)濕功能優(yōu)良)短纖維技術(shù),并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的長絲織物相比,其“超仿棉”織物的手感和親水排汗效果更顯著和有效,因此可在很大程度上作為高強低伸棉型短纖維的升級換代產(chǎn)品,其既可以用環(huán)錠紡進(jìn)行單嘜紡,還可采用渦流紡工藝進(jìn)一步提高紗線和織物的品質(zhì),其性能如表5所示。過去10年,無論是長絲還是短纖維,復(fù)合纖維在服裝面料和非織造布上的應(yīng)用均取得了很大的進(jìn)展?？傮w而言,復(fù)合短纖維大多用于非織造布,而復(fù)合長絲則主要用于傳統(tǒng)紡織品,如針織或機織仿麂皮織物。熔噴和紡粘長絲近期已經(jīng)開發(fā)用于特殊非織造布,技術(shù)開發(fā)主要由歐美等地的少數(shù)幾家公司領(lǐng)先,國內(nèi)尚沒有進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。表6為已實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的雙組分復(fù)合纖維主要產(chǎn)品。上世紀(jì)90年代,風(fēng)靡一時的“新新合纖”復(fù)合纖維以日本東麗、帝人公司為主導(dǎo)進(jìn)行開發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn),主要以海島超細(xì)、裂片分割超細(xì)長絲制成高密度織物或仿麂皮織物為代表,隨著原料水溶性多元共聚酯(COPET)的產(chǎn)業(yè)化,目前韓國的匯維仕、曉星、科隆等,臺灣的遠(yuǎn)東、南亞以及中國國內(nèi)的盛虹、龍杰等均已形成自主知識產(chǎn)權(quán),實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。國內(nèi)外近5年來開發(fā)了CDP與PA的并列復(fù)合纖維,主要模仿腈綸的染色性能和柔和手感,以短纖維或長絲束的形式生產(chǎn)毛形織物,甚至出現(xiàn)了長絲產(chǎn)品直接代替腈綸的產(chǎn)品,例如韓國匯維仕的A-10牌號,其成本只有腈綸的65%~70%,具有較強的市場競爭力。隨著PTT合成技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,一些企業(yè)充分發(fā)揮PTT的特性,將PTT與低黏度的PET進(jìn)行并列復(fù)合紡絲紡制長絲(POY-DTY),生產(chǎn)具有“記憶”特性的紡織面料,例如海寧新高的CM800、深圳新綸的ST100、韓國匯維仕ESS、曉星的X55等。為進(jìn)一步降低成本,將高黏度PET與低黏度PET進(jìn)行并列復(fù)合生產(chǎn)類似上述的“彈性”纖維,主要由韓國曉星等公司實現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。此外,上海石化也專門開發(fā)了用于并列復(fù)合紡長絲的專用PET,年銷售量過萬噸。目前,江南高纖是中國大陸最大的復(fù)合短纖維制造商,其引進(jìn)歐瑞康紐馬格的復(fù)合紡絲設(shè)備,不僅可生產(chǎn)皮芯型復(fù)合短纖維,也可生產(chǎn)海島型纖維、并列復(fù)合中空短纖維及復(fù)合長絲束毛型纖維。該公司采用自主研發(fā)技術(shù),形成了改性PET熔體直紡復(fù)合纖維產(chǎn)能,其產(chǎn)品質(zhì)量據(jù)稱與歐洲纖維制造商的產(chǎn)品處于同等水平。Trevira(特雷維拉)公司研究開發(fā)了新型高吸水皮芯型復(fù)合纖維“Sabko”,用于吸收水或水溶液的產(chǎn)品,如衛(wèi)生用品或包裝材料。采用的高吸水性聚合物(SAP)具有可吸收其自重許多倍水的特點,將這種粉狀的纖維素聚合物與低熔點聚乙烯共混制成母粒,采用皮芯復(fù)合法將SAP添加到皮芯復(fù)合纖維的皮層,而芯層則采用PET;然后用熱塑性纖維粘接這些雙組分纖維制成非織造布,更有效地利用高吸水性,把高吸水劑結(jié)合到聚乙烯基體中。含有SAP的雙組分纖維,SAP含量約為1.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),保水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))則高達(dá)20%?，F(xiàn)階段,無論采用熔噴還是紡粘工藝,聚丙烯(PP)均已形成了穩(wěn)定的應(yīng)用市場。但隨著PET的大規(guī)模發(fā)展,其在原料成本、產(chǎn)品性能等多方面比PP更具吸引力。例如PET的熔點比PP高出80℃以上(PET260℃,PP176℃),其制成的熔噴非織造布在強力和彈性方面相對更高;PET的耐光、耐溫、染色、手感等均優(yōu)于PP,因此在耐用品領(lǐng)域有長足進(jìn)展。因此,美國、德國和日本的非織造產(chǎn)品關(guān)聯(lián)企業(yè)包括纖維、非織造技術(shù)和裝備制造商等紛紛加大了PET紡粘、熔噴技術(shù)研發(fā)及新產(chǎn)品開發(fā)力度。PET非織造布可分為粗旦和細(xì)旦兩大類,盡管大多數(shù)紡粘PET產(chǎn)品為粗旦產(chǎn)品,但細(xì)旦產(chǎn)品在全球使用量已接近25%,且仍在快速增長。粗旦紡粘PET材料的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括:屋頂加固材料,防止空氣和污水(水和雨水)滲透進(jìn)屋,同時允許屋內(nèi)濕氣溢出;汽車或其他地毯、瓷磚、乙烯基地板等相關(guān)材料的基層;土工布;家具和床墊基層;其他特殊技術(shù)應(yīng)用。細(xì)旦紡粘PET材料主要應(yīng)用于干燥材料層、過濾材料、特殊終端產(chǎn)品等領(lǐng)域。從產(chǎn)品來看,德國Freudenberg(科德寶)公司的COPET/PET雙組分復(fù)合產(chǎn)品用于簇絨地毯基布材料;另外,該公司采用PA/PET橘瓣分割復(fù)合紡絲,成網(wǎng)后通過水刺法使初生纖維分裂成超細(xì)纖維并粘合成布,已形成不同規(guī)格的名為Evolon用即棄產(chǎn)品中,個人護(hù)理和衛(wèi)生用紡織品(包括尿布、餐巾紙、成人失禁用產(chǎn)品等)市場的不斷開拓促進(jìn)了紡絲成網(wǎng)非織造布技術(shù)的進(jìn)步。目前,紡粘和熔噴非織造技術(shù)正朝著高產(chǎn)、加工原料多樣化方向發(fā)展,而加工成本則進(jìn)一步降低。美國Hills(希爾)公司對其紡粘和熔噴設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn),幫助其過濾產(chǎn)品客戶在不增加任何成本的前提下達(dá)到高效過濾。之前,希爾公司通過自己專利的熔噴技術(shù)生產(chǎn)了亞微米級甚至是納米級的雙組分纖維,用于精細(xì)過濾等領(lǐng)域。紡熔復(fù)合非織造布生產(chǎn)技術(shù)(SMS)是將紡粘法和熔噴法集成而產(chǎn)生的一種復(fù)合非織造生產(chǎn)工藝。該工藝充分利用兩種不同技術(shù)的優(yōu)勢,將熔噴非織造布強度較低、紡粘非織造布均勻性較差的缺點通過復(fù)合進(jìn)行彌補消除,從而使得紡熔產(chǎn)品既有紡粘層固有的高強耐磨性,又有中間熔噴層良好的過濾效率、阻隔性能、抗粒子穿透性、抗靜水壓、屏蔽性以及外觀均勻性,大大拓展了紡絲成網(wǎng)非織造布的應(yīng)用。為了達(dá)到高產(chǎn)、高效的目的,近幾年多模頭在線復(fù)合技術(shù)受到國內(nèi)外企業(yè)的廣泛關(guān)注,包括SMMS、SMMMS、SSMMMSS等。目前最多的多箱體復(fù)合產(chǎn)品可達(dá)7層。多個模頭的加入在提高產(chǎn)量的同時,也改善了紡熔產(chǎn)品的質(zhì)量。非織造布生產(chǎn)企業(yè)正越來越多地將雙組分紡粘技術(shù)與多頭紡熔技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)出雙模頭雙組分紡粘生產(chǎn)線和雙組分復(fù)合SMS生產(chǎn)線及其產(chǎn)品。Kasen(卡森)公司則將特有的雙組分復(fù)合熔噴和雙組分復(fù)合紡粘結(jié)合,形成了皮芯型雙組分復(fù)合SMS生產(chǎn)線,成為多頭紡熔技術(shù)中的一大亮點。由于熔噴技術(shù)生產(chǎn)的纖維超細(xì)化,因而熔噴非織造布具有較大的比表面積且孔隙率大,因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用和工業(yè)用口罩、保暖材料、過濾材料、醫(yī)療衛(wèi)生材料、吸油材料、擦拭布、電池隔板及隔音材料等領(lǐng)域。隨著新型熔噴用聚酯材料的出現(xiàn)以及紡熔復(fù)合技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,聚酯熔噴以及紡熔復(fù)合非織造布的應(yīng)用將變得更加廣泛。4功能聚酯纖維6聚丙烯pa工業(yè)絲功能性聚酯纖維一直是化纖行業(yè)的研發(fā)重點,在民用紡織領(lǐng)域,主要有抗菌、阻燃、理療、穿著舒適性(快干、導(dǎo)濕)、保健等品種。已經(jīng)完全實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化(指原料來源可靠,合成、紡絲和應(yīng)用技術(shù)成熟并商業(yè)化)的企業(yè)主要以歐洲的特雷維拉,日本的東麗、可樂麗,韓國的曉星、匯維仕,美國的INVISTA(英威達(dá))等為代表,其主要品牌如表7所示。以TreviraCS阻燃品牌著稱的特拉維拉公司經(jīng)歷了資產(chǎn)重組合資后繼續(xù)開發(fā)功能性產(chǎn)品,包括在傳統(tǒng)的抗起球系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上推出易護(hù)理、阻燃抗菌產(chǎn)品等,并與下游成衣商合作。2013年,其銷售總額超過2.5億歐元。英威達(dá)公司在Coolmax?品牌基礎(chǔ)上開發(fā)了適合不同應(yīng)用領(lǐng)域的延伸產(chǎn)品,包括抗菌、抗紫外等,同樣,與下游的紡織及成衣企業(yè)聯(lián)合(包括品牌共享)占據(jù)了高端服裝市場。韓國的曉星和匯維仕則不斷開發(fā)成本相對較低的連續(xù)化功能性產(chǎn)品,采用陶瓷微粒添加生產(chǎn)抗紫外線產(chǎn)品以及阻燃、抗菌等系列產(chǎn)品。目前,熔體改性(阻燃、抗起球、親水)、異形截面(導(dǎo)濕、快干)、復(fù)合紡絲(超細(xì)、彈性)、無機微粒添加(抗紫外、阻光)和表面處理(抗菌、免燙)、不同纖維混紡和混織(彈性、易護(hù)理)是紡織產(chǎn)品實現(xiàn)功能的主要手段。原料來源充足、聚合技術(shù)成熟、紡絲及紡織加工性能優(yōu)異的高黏度PET工業(yè)絲,采用固相增黏使聚酯特性黏度達(dá)到1.3dL/g,纖維的拉伸強度和模量已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域高模低收縮的使用要求,2014年其全球產(chǎn)能超過270萬t,主要集中在中國大陸。為進(jìn)一步提高PET工業(yè)絲在高性能產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的使用性能同時降低制造成本,采用液相增黏方法可大大降低生產(chǎn)過程中的能耗并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。從2009年起,上海石化采用自主研發(fā)技術(shù),合成了磷系共聚酯,并批量化生產(chǎn)高強度阻燃PET工業(yè)絲,其性能可媲美國外同類先進(jìn)產(chǎn)品,如表8所示。目前PEN在纖維領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用主要定位于產(chǎn)業(yè)用途。PEN工業(yè)絲在強度、模量及尺寸穩(wěn)定性上明顯優(yōu)于PET工業(yè)絲,有望取代人造絲用于輪胎骨架材料。在神鋼-ExxonMobil2,6-DMN技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化之后,性能優(yōu)良的PEN將會進(jìn)入快速發(fā)展期。美國PerformanceFiber公司已經(jīng)實現(xiàn)了PEN工業(yè)絲的產(chǎn)業(yè)化。另外,印度Futura公司可以提供高性能工業(yè)絲級PEN切片,還可提供PET-PEN合金共聚材料以降低成本。美國Celanese(塞拉尼斯)公司于20世紀(jì)80年代開發(fā)了聚芳酯——商品名為Vectra?美國Celanese(塞拉尼斯)公司于20世紀(jì)80年代開發(fā)了聚芳酯——商品名為Vectra5聚酯corp系列目前已經(jīng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的高性能聚酯纖維主要包括PET阻燃工業(yè)絲、PEN工業(yè)絲以及聚芳酯三大類。聚酯單絲一般用纖維的直徑區(qū)分規(guī)格,用于特殊服裝的傳統(tǒng)工藝以日本帝人公司開發(fā)的長絲分纖技術(shù)為代表,即粗旦長絲紡絲成形后分別將絲束中的單根纖維纏繞在各筒管上,單絲纖度一般為10~25dtex。產(chǎn)業(yè)用PET單絲采用螺桿熔融擠出、臥式紡絲、水浴+蒸汽浴兩級拉伸、高溫(180~240℃)定形、卷繞成品等工序。纖維截面有圓形、橢圓、中空、菱形、三角、正方形等,此外還有有色、熒光、表面改性(例如抗靜電、導(dǎo)電、氮化硅等)、復(fù)合(皮芯、熱粘)、抗紫外等差別化產(chǎn)品。根據(jù)直徑劃分,0.07~1.0mm的聚酯單絲產(chǎn)品主要用于各類毛刷(牙刷、化妝刷、畫筆、油漆刷等);0.12~1.2mm的用于過濾網(wǎng)、繩網(wǎng);1.5~3.5mm的主要用于托幕線、壓幕線、塑鋼線或壓膜線;0.45~4.0mm的用于拉鏈。近年來,PET單絲用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的市場不斷增長,托/壓幕線廣泛應(yīng)用于溫室、園藝等工程中,包括溫室內(nèi)、外的托/