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【课题论文】试析超柔氨纶生产技术提升研究(论文范文题材)

星级: ★★★★ 期刊: 《江苏纺织》作者:张其海 张书林 孙振波浏览量:6384 论文级别:经典本章主题:纺丝和分子原创论文: 5156论文网时间:2009年11月9日审核稿件编辑:Matthew本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:4065 评论次数: 4726

导读:超柔氨纶生产技术提升研究是一篇关于纺丝和分子的论文提纲例子,免费分享供广大学者参考,希望对学生们写作论文提供清晰写作思路。

张其海1 张书林2 孙振波2

(1。 江苏奥神集团有限责任公司,江苏连云港 222006; 2。 连云港杜钟氨纶有限公司,江苏连云港 222047)

摘 要:为摆脱氨纶行业低水平技术重复扩张、竞相压价的恶性竞争局面,我公司自主开发了超柔软性氨纶并成功实现工业化,近来又对该技术进行了优化提升.该提升技术是在深入研究氨纶干法纺丝聚合机理的基础上,通过提高PTG 分子量、提高PTG/MDI 反应的摩尔比、自主研发扩链剂新配方、调整助剂配方,设计并使用与高聚物匹配的新型喷丝板、优化纺丝工艺及油剂等创造性提升工作,使氨纶纤维的弹性伸长率在原有基础上提高了23%,同时应力降低了20%,其技术达到了国内领先的水平.该产品提高了氨纶丝的弹性伸长率,降低了纤维的模量,同时纤度、张力的均一性也有了显著的提升,为后道产品的织造、后整理顺利进行提供了方便,提高了面料手感的舒适度、门幅的稳定性,降低了织物中的氨纶含量,降低了后道用户的使用成本,

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为企业带来较好的经济效益和社会效益.

关键词:氨纶;超柔;聚合;纺丝

中图分类号:TS102。52+7。3 文献标识码:A

聚氨酯纤维是含有85% 以上聚氨基甲酸酯的、具有线性链段结构的高分子化合物制成的弹性纤维,英文商品名Spandex,我国商品名称氨纶.自1959 年美国杜邦公司成功工业化生产以来,因其具有的质轻、高弹、低束缚和高保型性等优异性能,被广泛应用于服装面料、医药卫生等领域.随着人们对服饰舒适性的要求越来越高,迫切需求氨纶在织造时在一定牵伸倍率下具有回弹应力放缓、伸长倍数增加、布面柔软轻薄等特点,也就是要求含氨织物具有手感超柔、穿着舒适的优点.

目前国内氨纶行业低水平技术重复扩张、竞相压价恶性竞争的残酷局面仍未根本改变,中、低档氨纶产能过剩不仅给氨纶生产企业及后道用户带来巨大损失,对自然和社会资源也是一种浪费.我公司为摆脱这种不利局面,积极增加技术储备,对氨纶生产技术进行系统研究,推陈出新;同时也加大后道用途的开发并引导消费能力的提升.同样,后道织造及纺织行业在推出适应人们日益提高的功能性、差别化、舒适性服饰要求的同时也在提升产率,开展节能降耗,在这种社会要求和大家不懈努力下,高速高容量空气包覆纱机就应运而生了.细旦超柔含氨织物用传统织机效率低、单耗高,高速高容量空气包覆纱机就解决了这一问题.高速高容量空气包覆纱要求氨纶适应1。3-4。5 倍的牵伸倍率范围,生产速度为400-1200m/min,锭位数可达192 锭/ 台机,要求氨纶适应各种硬纱如涤纶、锦纶丝和氨纶丝的空气网络加工;要求形成的包覆丝节点美观、节距均匀、结合强度高,可满足各种使用者的需要.这就对氨纶的要求就提出了新的课题,特别是出口的细旦超柔含氨面料的氨纶以前几乎全部依赖于进口.为抢占这一新兴市场,丰富我公司的氨纶品种,我们通过工艺配方的调整和原材料的选择来改变氨纶大分子的链结构,通过优化纺丝工艺来提升氨纶高分子的聚集态结构,通过改良油剂配方解决了氨纶丝饼表面成型与退绕织造中的问题;经过反复的论证与试验,我公司的细旦超柔氨纶丝品质有明显的提高,完全适用于高速高容量空气包覆纱.

经技术提升后,已形成年产80

超柔氨纶生产技术提升研究
纺丝和分子论文提纲例子

0 吨的2 条生产线,年销售收入5120 万元,利税980 万元.扩大了市场份额,为企业创造了更好的经济效益.在社会效益方面可以为我国服装行业提供替代进口的原材料,从而可以减少外汇支出,降低产品成本,可以促进我国服装行业向高档化、时尚化发展,提高服装产品的国际竞争能力;因此,该项目产品具有很好的经济效益和社会效益.具体的实施方案与研究成果详述如下.

1 通过PTG 的选择和聚合新工艺配方来实现分子链的柔软

我公司采用氨纶干法纺丝, 以聚醚二醇(PTG),二异氰酸酯(MDI)为主原料,在第一反应器进行预聚合反应,在第二反应器中加入扩链剂,进行聚合反应,当达到目标粘度时将原液移送至混合槽,添加多种添加剂,后经熟化、过滤、去泡、计量、纺丝.

所以氨纶是一种高分子化合物,而高分子材料的性能是由其结构决定的,高分子结构包括单个分子的结构和多个分子的聚集态结构.氨纶主原料主链中含有-C-C-、-C-O-,这些键的旋转能力都很强,一般情况下,由于单键的内旋转[1],高分子很难是直线型的,这使得高分子材料在外力作用下具有延展性.

高分子的聚集态结构就是高分子之间的几何排列,是加工成型过程中形成的,直接影响高分子材料的性能.聚集态主要形式有:结晶、无定形、取向.氨纶纤维最终的取向状态是取向与解取向竞争

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的结果,而此状态决定了晶态结构、分子间作用力的大小等,使氨纶产品具用一定的回复力.提高氨纶丝的柔性,必须从改变分子结构及分子聚集态结构两方面入手,提高柔性链段的结构与比例、调整高分子链段的分子间作用力,使氨纶纤维在断裂伸长率及回复力方面都能达到超柔氨纶的要求.

1。1 提高PTG 分子量

氨纶聚合物是由脲基-NH-CO-NH- 等结构的硬链段通过氨基甲酸酯-NH-CO-O- 键与软链段交替相接的嵌段共聚物[2],氨纶分子链结构请见图1 所示.软硬链段共同赋予氨纶丝弹性和回复性.从理论上讲,软链段所占比例越多,弹性越好,即断裂伸长率越高,而PTG 分子量的增加,是提高软链段长度的最直接途径.通用氨纶的分子量为1800,为提高柔软性,我们选取相对分子量大于2000 的PTG 作为软链段.软链段是不具结晶性的低熔点(Tm < 50℃)的PTG 长链组成无定型区,玻璃化温度很低(约-40℃ [3]。 [4]);链段长约20nm,约为硬链段长的10 倍,故常温下处于高弹态,排列不规整,成无规线团状.分子间作用力主要为范德华力,不能形成氢键,相互作用很弱,受外力时易滑移通过分子体积的调节和柔性赋予纤维高拉伸形变性.

1。2 调整聚合配方

调整聚合配方主要是提高柔性链段的结构与比例,选用了更高分子量的PTG 后还需要提高PTG/MDI 的摩尔比,同时要兼顾弹性与回复性.通用氨纶二异氰酸酯类物质与聚合多元醇的摩尔比是1。75:1~2。05:1,本项技术开发将其调整为1。55:1~1。85:1,聚合过程数据与最终产品指标表明,此配方可以获得最好的柔软性.

控制并减少聚合低聚物含量是保持柔软又能提升延伸性和保持弹性的必要条件,为此研发组专门配制了含磷官能团的反应控制剂,在预聚合阶段反应控制剂起到有选择性的催化作用,不但阻止了副反应(如-NCO 与H2O 的反应),还使二异氰酸酯基与聚合多元醇基反应更彻底,提高了反应均匀性并防止了凝胶的产生.选用新型反应控制剂并提高添加量后,有效地解决了通用氨纶低聚物含量波动较大,峰值较高的问题.试验与生产数据相吻合,成功地降低了低聚物含量,如图2 所示.

1。3 使用自主研发的扩链剂配方

新型扩链剂是本次研发成功的关键.聚合体溶液在纺丝过程中首先是通过喷丝孔,在毛细孔中由于受到高剪切力的作用,大分子取向后分子间的距离小,一部分羰基氧原子=O 与-NH 的氢原子相互作用,产生氢键,这些氢键起到防止分子间滑脱的重要作用,硬链段是产生氢键的主要部分.由于提高了PTG 的分子量及PTG 在聚合体中比例的提高,也就是硬链段在整个分子链中的比例减少,因而氢键减少,在甬道中,由于受到来自卷绕的拉伸,在分子取向的同时分子间更容易滑脱.即软链段增加,由于分子间的滑脱,本来处于无定型状态的软链段仍有可能被拉伸,在新的位置由于新的氢键的形成而被固定,当然由于软链段相比初始状态其继续拉伸变形的空间减少,柔性变弱.因此必须设法在不增加硬链段比例,当然也不能增加扩链剂添加量的同时,增加氢键的生成.而新型扩链剂由于生成的硬链段量虽然未增加,但规整性提高,在合适的条件下,形成氢键的可能性大大提高,就能将硬链段彼此缔合在一起.由于软硬链段的热力学不相容性具有自发分离的倾向,这使得硬链段容易聚集到一起形成许多微区分布于软链段基质中,微相分离程度就高,就有利于实现柔软并且良好保型性的效果.为达到以上柔软但具有相当保型性的目的,我们选择了乙二胺(EDA)和1,2- 二氨基丙烷(PDA),结合反应过程可控、反应均匀、副产物少等原则,经过反复论证和认真反复的试验,找到了EDA、PDA 的最佳配比.通过实验,选出最佳的扩链剂配方,并重新设计扩链剂添加方式,使反应更加均匀,粘度上升容易控制.技术提升后的市场应用表明,此配方下聚合反应与预期相符,聚合体原液的粘度严格在工艺标准范围内.聚合体实际粘度如图3.

1。4 添加剂配方调整

某些添加剂对于提高氨纶的抗氧化、耐候性等具有显著的效果,但过多的添加剂对于材料的力学性能有影响,同时也提高了生产成本,东洋纺技术提供的添加剂配方中添加剂成分较高,可以调整的余地较大.我们对此进行研究,去掉了某些不必要的添加剂,并通过实验选择了新型具有复合功能的添加剂DY2000,降低了助剂与聚合体的比例,同时降低了成本.因为细旦丝的耐热、耐光稳定性比粗旦差,氨纶丝越细,损伤越大,同时为试证新型复合功能添加剂性能,通过耐光试验和近半年的市场应用表明,此技术开发项目的添加剂完全符合超柔市场化要求.光照下强度保持率请见图4.

2 优化纺丝工艺提升氨纶高分子的聚集态结构

纺丝是一种物理过程,我们主要改变一些试验条件,来观察不同工艺条件对氨纶丝各项性能的影响.我公司采用的纺丝方法为干法纺丝,原液在纺丝甬道内溶剂挥发,从而固化得到成形氨纶丝.但在甬道内的成形过程中,高聚物要经高温作用,并和含氧的热空气接触,从而发生降解.为了减小这种降解,我们对工艺进行了调整.

2。1 设计新型喷丝板及组件

原液通过喷丝板的时候由于喷丝板直径很小使大分子发生取向,这对于增加分子间作用力,减少分子间在甬道成形过程中的滑脱有积极的作用,而取向度的大小与喷丝板毛细孔的直径与长度密切相关.在喷丝板出口由于失去约束产生出口膨胀效应,往往受约束的程度越大,出口膨胀越大,使原本已经紧贴在一起的大分子重新散开.为达到柔软并且良好保型性的效果,需要减少氨纶丝的剩余伸长,这就需要加大喷丝头拉伸倍数.因为剩余伸长是硬链段在外力作用下由于结晶和取向发生位移所致,加大喷丝头拉伸倍数,使硬段预先位移取向,形成永久形变,提高弹性回复率.所以在喷丝板结构的选择上主要兼顾喷丝板的直径与长度这两个主要参数.通过理论计算与试验,我们选择毛细孔径0。35~0。55mm,长度为1。35~1。95mm 的喷丝板.

由于聚合体分子结构的改变,原液在存放过程中粘度上升与原来相比有显著区别,因此必须对过滤设备、齿轮泵进行改进,使其适应新的原液.

2。2 设计配套的纺丝工艺

为实现超柔且良好保型性的效果,聚合体粘度较通用氨纶的有所增加,即增长了聚合体分子链,虽然减少了硬链段的比率,但增加了扩链剂与二异氰酸酯硬链段的规整性,分子之间易形成氢键成为可能;为实现以上两点分子设计原理,再加上细旦丝,需要提高纺速来消化机会成本的上涨,这就需要提高纺丝温度、同时减少纺丝风量.

2。2。1 适当高的纺丝温度

当纺速一定时,聚合体原液的表观粘度取决于流体的自由体积和大分子间的缠结.当温度增加,自由体积膨胀,分子运动活性加强,表面粘度下降,大分子解缠容易,取向倾向加大;而且喷丝板出口丝条温度高时上升快,酰胺溶剂挥发加快,提前进入降速蒸发区,对丝条的延伸性与强度都有利;但需防止温度过高易形成皮芯层结构.

2。2。2 适当小的纺丝张力

氨纶属低模量纤维,应适当小的纺丝张力、尽量减少额外的纺丝张力.纺丝张力来源之一为丝条与干热空气的摩擦阻力,细旦超柔氨纶要求小风量纺丝,同时要求甬道上部出风量大,下部小,有利于增加纺丝温度梯度,减少下甬道热风的紊乱,有利于丝卷成型良好和降低操作异常;降低下甬道的温度还可以减少丝条在高温化的氧化降解,同时提高强度有利于操作性能的稳定及丝饼成型紧凑.

纺丝张力还来源于丝条的卷取张力,卷取张力又来源于丝条与导丝罗拉GR、上油罗拉OR 的摩擦力以及和导丝器、假捻器的横向规制力.我们采用开细槽的GR、增加规律而不规则凸起的OR 来减少张力,为减少横动阻力,采用了新型导丝部件,同时严格的操作纪律以保证机台清洁也是重要手段.

2。2。3 高速低超喂率

氨纶聚合体溶液属假塑性切力变稀流体,即流体的表观粘度随剪切速率的增加而降低,这是因为:剪切速率增加,大分子逐渐从网络结构中解缠和滑移,使缠结点浓度降低,大分子在流场中发生取向导致流动阻力降低,当表观粘度降低时取向更易进行;GR1 的速度减小,丝在甬道中的停留时间增加,有利于取向后的松弛.所以应建立合适的卷绕罗拉速度比与合适的超喂率.

通过以上改进,各项指标接近进口氨纶丝,图5 是此次开发的“新奥神产品”与“老奥神产品”在强力纤维检测仪INSTRON 上的拉伸应力应变记录的对比曲线,由图可以看出,新产品无论在断裂伸长率还是在相同拉伸的应力方面,均比老产品有大幅改进,达到超柔氨纶的水平.

3 通过油剂改良,解决丝饼成型与织造问题用常规氨纶油剂极易造成丝饼表面松、底部粘连与火车道.为此配合专业厂家改良了油剂配方,用特殊乳化剂增加分散均一性和稳定性;提高油剂粘度来增加单丝间的纤维摩擦系数,赋予氨纶丝适当的粘附性防止表层打滑;在硅油中添加渗透剂, 主要作用是确保油剂渗入丝条内部,使氨基硅油牢固地吸附在纤维表面,加之氨基硅油分子间的极性基团的相互作用,产生氨基硅油分子间的交联,在纤维表面形成膜层而增加了丝的平滑性,降低了丝与金属间的摩擦力系数,防止凸肩的发生;油剂成膜性好,具有优越的隔离性,故而可持久储存不会导致丝筒根部退绕不净,且丝饼的外、中、内层的张力均匀,赋予丝饼良好的织造性能.改良后的OIL-009 油剂退绕效果良好,详请见表1.

油剂改良后效果验证:

原油剂因粘连造成摩擦阻力大、退绕张力波动大,造成丝缠绕导辊而断头.我们用经实验室证明效果良好的OIL-009 更换原油剂后很好地解决了问题,改良前后变化的数据对比请详见图6.

4 技术指标

经技术提升、工艺优化后的细旦超柔性氨纶丝的各项理化指标符合企业标准《氨纶丝》Q/3207WQ01-2013 中细旦超柔性氨纶丝的要求,基本达到进口氨纶同类产品水平.表2 列出了我公司的15D 超柔性氨纶丝改良前后、某进品产品的检测指标中心值.

从表2 可以看出,我公司生产的超柔性氨纶丝从物理指标分析,改进后的产品各项指标比技术提升前有明显的提高,甚至超过某些进口丝,使产品质量提高了一个档次.使用超柔性氨纶丝的织物,无论是织造的宽度,热定型后的布面回弹,还是服用效果,均有了明显进步,得到用户认可.

5 结语

该技术提升是在深入研究氨纶干法纺丝聚合机理的基础上,在聚合方面通过提高PTG 分子量,提高PTG/MDI 反应的摩尔比,使用自主研发的扩链剂配方,调整助剂的配方;在纺丝方面自主开发新型喷丝板,优化纺丝工艺及油剂.改良后使氨纶纤维的弹性伸长率在原有基础上提高了23%,同时应力降低了20%.超柔性氨纶丝在

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保持原有干法纺丝优点的同时,大大地提高了氨纶丝的柔软性能,应用于内衣面料中无紧绷感使其更加柔软舒适,使服装在穿着时更加运动自如.其技术达到了国内领先的水平.

其产品提高了氨纶丝的性能,特别是提高了氨纶丝弹性伸长率,降低了纤维的模量,同时纤维的纤度以及张力的均一性也有了显著的提升,为后道产品的织造生产、后整理顺利进行提供了方便,提高了面料手感的舒适度、门幅的稳定性,降低了织物中的氨纶含量,降低了后道用户的使用成本.

该技术提升后,提升了可操作性6%,降低了产品单位成本;技术提升后可以生产各种改性新品种氨纶丝,特别是细旦超柔性氨纶丝,扩大了产品的市场份额,促进企业的发展,为企业带来较好的经济效益和社会效益.

[ 参考文献 ]

1、论瞿秋白对马克思主义中国化的贡献(广州科技贸易职业学院,广东 广州 510630)摘 要:瞿秋白在马克思主义中国化过程中有不可磨灭的贡献,作为在中国最早接受和传播马克思主义的先驱,他不仅诠释了马克思主义,还提出了许多有助于

2、生存于凝视之中——记女明星整容的沉默与爆发(天津师范大学 政治与行政学院,天津 300387)摘 要:由于消费社会兴起,越来越多的女明星通过整容实现对美的追求。男权制社会对女性身体的规训,是其根本原因。大众传播媒介对女性身体美化的引

3、国外反贫困经验及其对我国的启示(青海民族大学,青海 西宁 810007)摘 要:贫困是全球性的社会问题,发达国家的反贫困措施有建立健全社会福利及社会救助制度、实行区域开发和社会发展政策和实施由政府组织、企业及公益机构具

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