澄清新型纤维的真相（二）——氨纶

2009-11-17赵永霞董奎勇

纺织导报 2009年10期

赵永霞　董奎勇

氨纶是弹性纤维中最早开发且应用最广、生产技术最为成熟的品种。但对于市场上的一些消费者来说,莱卡®(LYCRA®)的名气要比氨纶大得多,甚至到了“只识莱卡®不识氨纶”的地步。而一些商家在进行产品宣传时也以偏概全,混为一谈。一些“专业人士”干脆将莱卡®作为氨纶的俗称,加剧了普通消费者的错误认识。

事实上,氨纶是一类弹性纤维在中国的名称;而莱卡®只是美国DuPont(杜邦)前全资子公司 — Invista(英威达)公司所生产氨纶的商品名,由于该公司在氨纶领域中占据市场领先地位,莱卡®几乎就成了所有氨纶的代名词。

1氨纶的本源

氨纶是聚氨基甲酸酯纤维在我国的商品名,英文学名为Polyurethane fiber(简写为PU fiber),国际上称为斯潘德克斯(Spandex,即弹力纤维),也称聚氨酯弹性纤维(elastane fiber,国际代码EL);在中国标准中,氨纶被称为聚氨酯弹性纤维(Polycarbaminate),欧盟称其为Elastane或Polyurethane,而“Elastane”在中国标准中指弹性纤维,不特指氨纶。

除了莱卡®以外,Creora®、ROICA®、Neolon®(尼奥纶)、Dorlastan®(多拉斯坦®)等都是其他一些公司开发的氨纶的商标名,使用时需加商标号,且不能用以替代氨纶。

氨纶是指分子链中含有 85%(质量含量)以上聚氨基甲酸酯链段结构的长链形高分子化合物的纤维。氨纶属线型嵌段共聚物,其分子结构中含有两种链段,一种是软链段,赋予纤维弹性;一种是硬链段,赋予纤维分子间的相互作用力,保证纤维具有一定的使用强度。独特的分子结构赋予氨纶超强的拉伸和回复能力,氨纶可以牵伸到自身长度的5 ～ 8 倍,弹性回复率高达 98%。此外,氨纶还具有纤度小、强度高、密度小、染色性和色牢度良好等特点,是一种综合性能优良的新型纺织原料。

氨纶共有两个品种,一种是由芳香双异氨酸酶和含有羟基的聚酯链段的镶嵌共聚物(简称聚酯型氨纶),另一种是由芳香双异氰酸酯与含有羟基的聚醚链段镶嵌共聚物(简称聚醚型氨纶)。

纺织上应用的氨纶弹力丝主要有两种类型:氨纶裸丝及氨纶加工纱。根据所用纤维或纱线类型及加工方式的不同,氨纶加工纱又可分为包芯纱、包覆纱或合捻纱。氨纶包芯纱是以氨纶裸丝为芯纱,外层包覆以不同的纤维或纱,可通过环锭纺、气流纺、涡流纺等方法纺制。氨纶包覆纱具有弹性伸长率大(300% ～ 400%)、纱支粗、强力高的特点,多用于针织高弹织物,分单包、双包两种方式,是氨纶加工纱中最常使用的品种。

2氨纶的发展历程与现状

2.1发展历程

聚氨酯的研究最早始于德国,1937年由德国Bayer(拜耳)公司第一次合成出聚氨酯类聚合物,并申请了专利。美国DuPont公司于20世纪50年代后期最先采用干法纺丝路线进行了氨纶的工业化生产,最初称为“T – 80”,l962年以商标“LYCRA®”(中文翻译为莱卡®)进行全设计规模的聚氨基甲酸酯粘结丝、复丝的生产。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,商品名为“Vyrene®”,1963年日本东洋纺公司开始了商品名为“Espa®”的氨纶生产。1964年,Bayer公司和日本富士纺公司分别开始了“Dorlastan®”和“Fujibo Spandex®”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,世界氨纶的年产量已达 6 800 t,生产工厂发展至 28 家。但氨纶制造技术上的障碍和后道加工技术的不成熟,加上当时预测需求过大,使得氨纶产品滞销积压,欧美许多厂家纷纷停、减产。在70年代除了DuPont公司之外,其它氨纶生产厂几乎没有新增设备,氨纶业发展缓慢。

进入80年代后,氨纶生产开始复苏,扩建和新建企业活跃起来,世界氨纶产量由1980年的 2 万t/a缓增到1985年的 2.5 万t/a。进入90年代,美国、德国、日本等经济发达国家纷纷扩大氨纶生产能力,加速氨纶弹力织物的开发,氨纶产量由1990年的 4 万t/a迅速增加到1994年的 9.2 万t/a,其中北美 2.3 万t/a,西欧 2.3 万t/a,亚太及其它地区 4.6 万t/a。

Invista是目前世界上最大的氨纶生产商,其前身是DuPont公司的纺织与室内饰材部(DTI),2003年9月,DuPont宣布将纺织与室内饰材部更名为Invista公司,并开始使用新的公司图标。这样,Invista便成为全球最大的化纤和中间纤维的供应商。2004年,欧盟执委会批准了科克工业公司以 44 亿美元的现金收购杜邦纺织品部门英威达公司的交易。

亚洲是氨纶消费激增的地区,也是氨纶生产扩增能力最快的地区。1995年前,全球最大氨纶生产厂商大多集中于欧美,而随着需求结构的调整,这一格局正逐步发生变化,其中韩国和日本的氨纶发展最为迅速,而中国近年来在这一领域的快速发展也不容小觑。

2.2我国氨纶的发展情况

我国氨纶的发展较为迟缓,1987年山东烟台氨纶集团首家引进了日本东洋纺公司的氨纶生产设备与技术,干法生产聚醚型氨纶,产能 320 t/a,1989年投产,1998年扩产,产能达到 2 500 t/a。至此不但在技术上由引进变为自主开发,而且大部分的生产设备与原料也实现了国产化。1998年兴建了第五期工程,该合资项目共投资 5 亿元人民币,生产规模 4 000 t/a,2000年底建成投产,投产后总产能达 6 500 t/a,居国内之首。

原连云港钟山氨纶有限公司从日本东洋纺公司引进产能为 320 t/a的氨纶干法纺丝的生产技术与设备,于1992年投产之后经二、三期扩建,生产能力达到 1 500 t/a,1998年开始 2 000 t/a规模的第四期扩建,总产能达 3 500 t/a。此外,广东鹤山氨纶厂于1992年与意大利NOY公司签约引进了我国首套湿法氨纶生产设备,并于1996年投产,产能为 500 t/a(聚合规模为 1 000 t/a,264 头 × 2 条纺丝线)。2000年,国内氨纶总产能达到 1.76 万t/a。

近年来,我国氨纶产业呈现产能、产量、出口量和效益同步大幅度发展的势头。据统计,2001 — 2006年,我国氨纶产能从2.51 万t/a猛增到 23.56 万t/a,年均增速高达 56.5%;2007年产能达到 26.26 万t/a,2008年新增产能 12.73 万t,总产能达到 38.99 万t/a。至2008年底,我国氨纶产能的前 6 位企业分别为英威达氨纶有限公司(5.1 万t/a)、浙江华峰股份有限公司(4.4 万t/a)、晓星氨纶(嘉兴)集团有限公司(3.87 万t/a)、江苏双良特种纤维有限公司(3.55 万t/a)、浙江薛永兴氨纶有限公司(3.20 万t/a)、烟台氨纶股份有限公司(2.20 万t/a)。

3技术发展现状

氨纶有 4 种生产工艺,目前最成熟、产品质量最好的是干法纺丝,此外还有湿法、反应法以及熔融法等。在 4 种生产工艺中,熔融法具有投资成本低、生产过程无污染等特点,发展前景良好。随着纤维级聚氨酯切片技术的日益成熟以及熔融纺丝技术的完善,熔融纺丝氨纶产品已经可以和干纺氨纶产品相媲美。

目前,我国主要的氨纶生产企业都采用干法纺丝技术,大部分在建和待建的项目都计划采用干法纺丝技术。从全球的产能情况来看,采用干法纺丝技术生产的氨纶占据主导地位(表 1)。氨纶干法纺丝技术以美国DuPont、韩国Hyosung(晓星)、日本东洋纺等为代表,不同生产商的聚合方法、纤维生产技术和加工过程具有独特的技术特征。