熔纺氨纶切片项目简介

熔纺氨纶切片项目简介
白子文
1、氨纶概述
氨纶即聚氨酯弹性纤维，以其富有弹性、穿着贴身舒适的优点得到消费者的青睐，被广泛应用于纺织、包装、医用等领域，是目前全球发展最快的合成纤维。

到2004年底，我国的氨纶产量高达20.5万吨，占全球的45%，已成为世界第一大氨纶生产与消费国。

我国氨纶的高速发展，为我国纺织行业的技术进步与产品升级换代起到了很大的推动作用。

氨纶目前有干法纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝及化学反应纺丝四种生产工艺，其简介如下。

1）干法纺丝工艺过程如下图1所示：
图1：干法纺丝工艺过程示意图
干法纺丝是目前世界上采用最广的一种生产聚氨酯弹性纤维的方法,美国的DuPont 、德国的Dorlas2tan 及日本东洋纺等大厂商均采用干法纺丝工艺，干法纺丝生产的氨纶产量占氨纶总产量80 %以上。

干法纺丝生产时,需注意溶剂的回收提纯。

干法纺丝工艺中的纤维卷绕速度一般在200～600 m/min ,最高可达1000 m/min；所得纤维的纤度为2.2～2.9 tex。

干法纺丝技术成熟,所得纤维的质量和性能优良。

2）湿法纺丝工艺过程如下图2所示：
图2：湿法纺丝工艺过程示意图
凝固浴为可与DMF混溶的水或醇和DMF的混合物。

湿法纺丝用水为纺丝凝固浴液时,纤维表面凝固快,有皱折现象；用醇时,纤维结构均匀,强度高。

浴槽的前几段起凝固丝束的作用,后几段起水洗作用。

湿法纺丝工艺复杂, 纺丝速度低,生产
成本高
,厂房建筑和设备投资费用大。

目前湿法纺丝的聚氨酯弹性纤维产量约占总量的10 %。

日本富士纺公司的Fujibo 氨纶就是采用湿法纺丝技术生产。

3）熔融纺丝工艺过程如下图3所示：
图3：熔融纺丝工艺过程示意图
氨纶切片即氨纶专用热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。

熔融纺丝工艺流程简单,原材料及设备费用都较低,生产效率高。

特别是不使用可燃和有毒的有机溶剂,因此不象干纺、湿纺那样需用昂贵的回收设备。

其产品易于细旦化，舒适性、耐氯性、生物相容性均较好，越来越受到重视。

但是由于热塑性聚氨酯内在结构的原因，目前产品的耐热性与干法氨纶相比略差。

熔纺按伦的生产公司主要有日本的日清纺、钟纺、可乐丽、油墨化工与大塞璐公司，以及我国江苏的南黄海公司等。

4）化学反应纺丝工艺过程如下图4所示：
图4：化学反应纺丝工艺过程示意图
化学纺丝法的缺点是其效率较低,且存在废水与二胺化合物污染环境的问题,目前世界上用这种方法纺丝的氨纶产量不到其总产量的10%。

美国Globe、西班牙的Enkaswing、英国的Spanzelle等公司都用这种方法生产。

在我国，以产量计算，2003年氨纶的生产干法约占90％左右，熔法占8％左右，湿法没有，反应法2％。

在上述四种氨纶生产工艺中，湿法与化学法由于工艺流程长、设备投资大、环境污染严重、产品性能也较差等一系列原因，已开始逐步淘汰。

干法纺丝工艺相对来说设备投资小、占地少、产品性能优良，目前的应用的最多。

但干法纺丝也存在溶剂DMF（二甲基甲酰胺）对环境产生负面影响的问题，在环保与工业卫生意识与法规日益加强的今天，其发展受到限制。

熔纺氨纶因生产工艺流程简单、设备投资小、生产效率高、易于细旦化等优势，已成为今后氨纶发展的主流方向，在我国大陆更得到飞速的发展，目前国内生产能力已超过全球熔纺氨纶总能力的三分之二，生产厂有20余家，生产技术与设备也日臻完善，生产能力与市场占有率都迅速提高。

2、熔纺氨纶与氨纶切片
1）熔纺氨纶
氨纶是我国对聚氨酯纤维的简称，商品名也称“莱卡”，是一种具有高弹性的高档化学纤维。

氨纶以其优良的性能使织物穿着舒适,能适合身体部位的弯曲的需要,使服装对身体的束缚力很小,同时织物还有很好的防皱性、皱折定型能力永久不变。

被广泛用于带有弹性功能的纺织、针织产品。

如袜子、泳装、女士内衣、束身衣、体型服、毛衫、保暖衬衣、弹力牛仔布、精纺面料，以及医疗用品等等。

熔纺氨纶丝较其它非熔纺氨纶丝具有丝质柔软；耐候性佳、保存时间长；易于细旦化、单根纤维均一性良好；热定型性良好；产品品种变化快；生产中无溶剂，所用原材料安全性好，属绿色工艺；设备投资少（约为干法氨纶生产设备的1/10）、投产周期短（六个月）、工艺流程简单、设备投资低、生产效率高等多项优点，受到业界高度重视并看好，具有极大发展潜力。

氨纶有四种纺丝方法：溶液干法、溶液湿法、熔融挤出法和化学反应法。

其中溶液湿法和化学反应法由于三废多，污染严重，目前已基本被淘汰。

干法工艺生产的氨纶纤维由于具有优秀的物理特性，可用于各种中高档纺织品及针织品，目前在国内氨纶生产中占80%以上。

但干法工艺必须使用有机溶剂二甲基甲酰胺（DMF）或二甲基乙酰胺(DMAC)，此溶剂极易挥发，回收投资巨大，对环境构成严重污染，对有接触人员的身体器官（肝脏）造成危害，目前已受到社会各方面的特别关注。

加上此种工艺方法所需生产厂房、场地、设备及工艺处理投资大，能耗高，不符合当前“低碳”经济的要求。

为此，在对环保意识很强的发达国家和地区，均已纷纷停止发展干法氨纶企业。

熔纺氨纶纺丝技术是本世纪初新兴起的氨纶纺丝技术，其生产流程是氨纶切片（氨纶切片是纺织行业对用于熔纺氨纶纤维生产的专用TPU粒子料的习惯性叫法）经干燥、再熔融、计量、纺丝、上油、卷绕、平衡等工序，即可得到氨纶纤维。

可以看出，熔纺氨纶生产工艺具有工艺流程简单、生产效率高，在生产过程中无须使用溶剂，无三废排放，设备投资少、投产周期短节约能源等优点。

而且熔纺氨纶产品具有易于实现细旦化，丝质柔软；耐候性佳、保存时间长；单根纤维均一性良好；热定型性良好；产品品种变形快等优点，已成为今后发展的方向
和各大厂商竟相研究、开发、投资的热点。

目前，我国氨纶产能已超过25万吨，其中熔纺氨纶比例从2005年的15%提高到20%，干法比例从85%下降到80%。

随着熔纺氨纶技术研究的不断深入和发展，随着作为硬件的熔纺氨纶设备、助剂及有关配套的不断完善，其熔融法纺氨纶的工艺方法必将逐步取代干法，成为氨纶生产的主导方法。

干法与熔法纺氨纶工艺比较见下表2
表2：干法与熔法纺氨纶工艺比较
到目前为止，我国熔纺氨生产企业曾发展到30多家，产能曾达到2万t/a以上。

但近年来熔纺氨纶丝实际产能不足1万t/a。

其根本原因是我国氨纶切片国产化技术未取得真正的突破，中高档熔纺氨纶切片全部进口，导致熔纺氨纶的成本居高不下，阻碍了熔纺氨纶的进一步发展。

目前国内所有熔纺氨纶企业所需氨纶切片均购买德国巴斯夫和美国诺誉的进口产品，价格在5.2—5.3万元/吨水平。

而且供应商还规定定货起点必须为16吨(一个20尺货柜)，还必须提前60天付款。

这就给生产规模本就不大的熔纺企业在流动资金方面造成沉重的压力。

氨纶切片已成为我国熔纺氨纶发展的瓶颈。

可以预料，一旦有符合要求的国产化产品面市，前途将十分光明。

下表3为国内熔纺氨纶生产厂家。

从表3可以看出，所有能的熔纺氨纶生产厂商都不生产氨纶切片。

表3：国内熔纺氨纶厂家
2）氨纶切片
作为氨纶切片用的TPU，在性能上具有以下几方面的要求：
——要具有高的分子量、窄的分子量分布及极少量的颗粒。

——要具有极好的熔融成型性而且在熔纺过程中的断头率要低。

——纺成的纤维要具有极好的热及机械性能，特别是拉伸性能。

可以看出，作为氨纶切片，对TPU的回弹性、耐热性、TPU熔体强度、凝胶粒子的控制、质量稳定性都有很高的要求。

目前我国的绝大部分TPU生产厂家由于种种原因，所生产的TPU都达不到氨纶切片的要求。

从前面的分析可以看出，目前国内所有熔纺企业每年共需求氨纶切片2万多吨，而能够进口的氨纶切片也只能在6000～8000吨/年，可见熔纺氨纶切片投产以后，其市场空间很大，产品会供不应求。

3. 项目的可行性
1）技术现状
目前熔纺氨纶切片均为聚醚型TPU产品。

由于其分子结构内在的原因，导致普通熔纺氨纶产品在弹性回复率、耐热性等方面还不如干纺氨纶。

而且由于技术原因，国内TPU厂家生产的聚醚型TPU产品，在耐热性、弹性等方面与德国BASF 公司、德国Bayer Desmopan公司、美国诺誉(noveon)化工公司还有较大差距。

如
何提高熔纺氨纶的品质已成为
熔纺氨纶行业能否继续高速发展的关键课题。

我公司从2011年8月至2013年10月，承担浙江省科技厅重大项目“纳米改性耐热聚醚型热塑性聚氨酯弹性体的研制与产业化”（计划编号：2012C01034-5）已于2014 年9月通过验收。

通过该项目的研究，公司在耐热性聚醚型TPU产品的开发方面，取得了较为丰富的实际经验。

并通过该项目建立一个稳定的聚氨酯研发团队，培养了一批TPU生产方面的技术人员与熟练工，具有了较强的技术消化能力和后续提升能力。

国内熔纺氨纶经过多年的生产与发展，在技术方面也积累了丰富的经验，取得了长足的进步。

如江苏南黄海实业股份有限公司开发一种制备热稳定的熔纺氨纶的方法，可解决熔纺氨纶热稳定性差的缺点；苏州晟德竹科技发展有限公司开发一种熔纺氨纶油剂，可使纤维具有良好的平滑性、抗静电性与退绕性，降低了纤维与纤维、金属、陶瓷的摩擦，使纤维集束性能提高，从而降低卷绕时的张力；张勇发明一种熔纺氨纶用聚氨酯交联剂，可提高熔纺氨纶纤维的纺丝稳定性、断裂强度及耐热性能；等等。

2）项目的市场前景
我国目前氨纶总的生产与消费能力近25万吨/年，是全球最大的氨纶生产与消费国，特别熔纺氨纶的生产更是占到全球的一半以上。

但其中大80%以上是干法氨纶，仅10%强为熔纺氨纶。

随着DMF等有毒溶剂的限用，为熔纺氨纶的发展提供一个十分有利的市场环境。

可以预见，一旦生产技术取得突破，熔纺氨纶与氨纶切片必将得到高速发展。

而且氨纶切片是聚氨酯弹性体领域的高端产品，合成时对原料配比和工艺控制要求严格，对技术水平和设备管理要求也很高，属于技术密集型项目，因此产品的门槛比较高，一些小企业由于技术与管理水平所限，很难进入。

3）熔纺氨纶属于环保型产品，符合国家产业政策
由于DMF、DMAc具有毒性，危害人体，污染环境，近来美欧已对DMF制定了严格的限制标准。

我国也在加强环境保护与工业卫生的法规。

DMF 的限用给熔纺氨纶及氨纶切片产品带来了新的发展机遇。

4）国内发展熔纺氨纶条件已经成熟
在设备方面，氨纶切片专用TPU生产所需的主要设备精密连续计量系统、双螺杆挤出机、水下切粒系统国内市场都可以满足要求。

在原料方面，氨纶切片专用TPU的主要原料为MDI、聚醚多元醇PTMEG和扩链剂丁二醇，这些原料国内都可以满足供应。

3、项目实施计划：
3.1 主要内容和目标：
1.目标：开发一种能作为熔纺氨纶切片的聚氨酯热塑性弹性体，并进行产业化生产。

2.主要内容：
1）选择适宜的多异氰酸酯与聚合多元醇及小分子扩链剂，确定产品基本配方；
2）进行中试研究，确定适宜的生产工艺条件；
3）进行应用研究，制得可作为氨纶切片的热塑性聚氨酯弹性体。

3.2 项目建设期与进度
项目期: 2015.07-2017.12。

15.07～09月：完成前期准备工作，设计项目和工艺计划，实验室准备，并加以落实。

15.10～12月：原料采购，配方与工艺研究，打通小试工艺流程，提供小样进行测试和分析。

16.01～10月：小试稳定研究，提供样品进行测试和分析。

16.10～12月：中试研究，打通中试工艺流程，提供样品进行测试和分析。

17.01～03月：中试稳定研究，并确定基本生产工艺参数；
17.04～09月：试生产，形成一个产品，在用户单位进行应用试验；确定基本质量指标；
17.10～12月：准备项目验收。

4、项目技术方案分析
4.1 原材料技术指标和供应厂家
1）二异氰酸酯：主要是MDI，供应商有烟台万华、、BASF、Bayer、DOW、Huntsman、NPU、三井武田、锦湖三井。

2）聚醚二醇：聚醚二醇主要采用聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG）。

供应商有美国DuPont、德国BASF、日本保土谷、三菱化成、旭化成等公司；济南圣泉、山西三维、杭州三隆。

3）扩链剂：主要是1，4-丁二醇及其改性产物，供应商有德国BASF、台湾大连、日本三菱等。

国产有山西三维、胜利油田、湄洲湾等。

4）催化剂及其它添加剂
主要有催化剂、抗氧剂和光稳定剂、抗静电剂、增强剂、润滑剂等。

4.2 技术方案
氨纶切片的双螺杆挤出连续式生产工艺为将融化好的原料经计量、输送、混合后，注入双螺杆反应器中，在高温下反应、挤出、水下连续造粒，再后熟化得到成品。

其工艺过程一般包括四个部分：原料的融化与贮存系统、计量与输送系统、双螺杆反应挤出机、水下切粒与后处理系统。

双螺杆连续法TPU合成工艺见图6所示。

在实际生产当中，图中的设备4~10由一台特制的浇注机代替。

图6.2-1：双螺杆连续法工艺生产工艺流程示意图
图中：1—聚酯化料罐 2—MDI化料罐 3—丁二醇化料罐 4—聚酯高位槽5—MDI高位槽 6—丁二醇高位槽 7—聚酯计量罐 8—MDI计量罐
9—丁二醇计量罐 10—高速混合器 11—双螺杆挤出机 12—侧加料机
13—水下切粒机 14—冷却盘管 15—料水分离机 16—分级筛
17—贮料罐 18—干燥机 19—自动包装机 20—贮水槽
5、经济效益分析
氨纶切片效益分析
（1）原料成本：2.652万元/吨产品，见下表7。

表7 氨纶切片原材料成本一览表（原料价格为今年网上报价）主要原料单价（万元/吨）消耗比例（%）总价（万元/吨产品）备注Polyol 2.8 0.6 1.68 现均价MDI 1.9 0.3 0.57 近期均价扩链剂7.0 0.1 0.70 现价
（2）生产成本：0.15万元/吨产品
根据生产经验，能力为5000吨/年的生产线，工人工资以2500元/月计算，车间生产成本约1000元/吨；加上工厂管理费预计500元/吨，生产成本为0.15万元/吨产品。

（3）氨纶切片一期完工后预计经济效益估算
一期完成后，氨纶切片总产能为5000吨/年，实际产量按产能的80%计算，为4000吨/年。

目前国内所有熔纺氨纶企业所需氨纶切片均购买德国巴斯夫和美国诺誉的进口产品，价格在5.2—5.3万元/吨水平。

鉴于此,我们的产品价格建议定价为其80%，即以4.16万元/吨为计算依据。

其经济效益分析如下：产品平均售价约（含税）： 4.16 万元/吨
原料成本约（含税）： 3.2 万元/吨
生产费用： 1500 元/吨
增值税约： 1380 元/吨
销售及管理费用： 2000 元/吨
利润： 4720 元/吨
年总产值（按4000吨/年计算）： 16640 万元
年总利润（按4000吨/年计算）： 1888 万元
6．其他需要说明的问题
6.1“三废”情况
从氨纶切片的生产工艺可知，三种主要原料MDI、聚醚多元醇和1,4-BDO按照设定的配比混合后全部参与反应，直接制得。

反应过程中无三废产生，为环保性产品，在国际上称为“绿色氨纶”。

6.2 社会效益
以前氨纶切片几乎全部要进口。

熔纺氨纶生产厂除江苏南黄海、保定天鹅等少数厂外，产量一般为500吨/年以下，且多为低档次初级产品。

近年来，沈阳鸿祥塑胶制造有限公司、南通华盛高聚物科技发展有限公投资兴建了1300吨/年氨纶切片的连续法生产线，产品已进入市场，取得了一定的市场份额，并计划逐年扩大生产规模。

本项目建设起点较高，超越国内现有水平，这对提升我国熔纺氨
纶生产水准和促进国内氨纶工业的发展具有明显的社会意义。

附表1：氨纶切片产品主要技术指标如下：
1）德国BASF公司产品
性能单位数值测试标准硬度邵A 77 DIN 53505 比重g/cm3 1.13 DIN 53479 拉伸强度MPa 45 DIN 53504 伸长率％>450 DIN 53504 10％伸长模量MPa 1 DIN 53504 20％伸长模量MPa 1.7 DIN 53504 50％伸长模量MPa 3.2 DIN 53504 100％伸长模量MPa 4.5 DIN 53504 150％伸长模量MPa 5.5 DIN 53504 撕裂强度N/mm 40 DIN 53515 磨耗mm345 DIN 53516
2）美国露博润公司产品
性能数值ASTM测试方法硬度75邵A D2240
比重 1.17 D792
拉伸强度7000psi/48MPa D412
100％伸长模量650psi/4.5MPa
300％伸长模量1840psi/23MPa
伸长率680%
拉伸残余变形 2.5% D412*
维卡软化点67℃D1525,Method B 格瑞夫撕裂强度390pli/68KN/m D624,Die C
压缩率
室温 21%
70℃62% D395
玻璃化转变温度-45℃DSC
剥裂强度310pli/54KN/m D1938-85（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。