聚氨酯弹性纤维干法纺丝加工工艺设计.doc

材 料 化 学 专 业题 目: 聚氨酯弹性纤维干法纺丝加工工艺设计 班 级: 姓 名:指导教师:2013年12月 日摘 要聚氨酯弹性纤维是由聚氨基甲酸酯制成的纤维，性能优异，织物质地柔软，制成的衣物有“第二皮肤〞的美誉本文主要阐述了聚氨酯弹性纤维的开展状况、趋势，以及其现有的纺丝工艺，着重进展了聚氨酯弹性纤维加工工艺设计，为了制得质量更好、本钱更低、更环保的纤维，采用了PTMEG、MDI、BASF、DMAC等新的原料和配方，进展了设备的选取，聚合和纺丝的加工工艺流程设计，以及设计了功能齐全的厂房12 / 15目 录摘要 I目 录III第1章 绪 论11.1 目标材料介绍11.2 聚氨酯弹性纤维的国外现状、开展趋势11.2.1 聚氨酯弹性纤维的国外现状11.2.2 聚氨酯弹性纤维开展趋势2第2章 聚氨酯弹性纤维纺丝现有加工工艺42.1 干法纺丝法42.2 湿法纺丝法42.3 反响纺丝法52.4 熔体纺丝法5第3章 加工工艺设计63.1 原辅材料的选取、配方设计63.1.1 原料 63.1.2 配方设计及依据 63.2 拟采取的加工设备及工艺参数73.2.1 生产产量及设备数目73.2.2 设备及参数73.3 加工工艺流程83.3.1 聚合工艺流程83.3.2 纺丝工艺流程83.4 质量控制点93.4.1 纺丝液浓度93.4.2 溶解93.4.3 进出脱泡机的原液温差93.4.4 纺丝温度103.5 厂房设计及图纸说明10总 结11参考文献12目 录III第1章 绪 论11.1 目标材料介绍11.2 聚氨酯弹性纤维的国外现状、开展趋势11.2.1 聚氨酯弹性纤维的国外现状11.2.2 聚氨酯弹性纤维开展趋势2第2章 聚氨酯弹性纤维纺丝现有加工工艺42.1 干法纺丝法42.2 湿法纺丝法42.3 反响纺丝法52.4 熔体纺丝法5第3章 加工工艺设计63.1 原辅材料的选取、配方设计63.1.1 原料 63.1.2 配方设计及依据 63.2 拟采取的加工设备及工艺参数73.2.1 生产产量及设备数目73.2.2 设备及参数73.3 加工工艺流程83.3.1 聚合工艺流程83.3.2 纺丝工艺流程83.4 质量控制点93.4.1 纺丝液浓度93.4.2 溶解93.4.3 进出脱泡机的原液温差93.4.4 纺丝温度103.5 厂房设计及图纸说明103.5.1 三废处理10总 结12参考文献13千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。

在目录上点右键“更新域〞，然后“更新整个目录〞打印前，不要忘记把上面“Abstract〞这一行后加一空行第1章 绪 论1.1 目标材料介绍聚氨酯弹性纤维是由聚氨基甲酸酯制成的纤维国际商品名称为SPANDEX，我国商品名那么为氨纶聚氨基甲酸酯是一种以二醇和二异氰酸盐类进展聚台加成反响制成的含有85%以上氨基甲酸酯的、具有线性链段构造的嵌段聚合物，具有天然橡胶丝的弹性[1]聚氨酯弹性纤维性能优异，具有伸长率大、弹性回复率高、耐疲劳性好、强度较低、密度小等特点，并具有一定的耐腐蚀、耐晒、耐热、耐光、抗老化，以及对染料有良好的亲和力等性能并且，聚氨酯弹性纤维织物质地柔软，穿着舒适，深受人们喜爱主要用于制造各种运动衣、游泳衣等体育运动服装，健美服、高弹袜、衣等女性用品，氨纶做成的衣伸缩自如, 被誉为“第二皮肤〞, 以及在医用方面作外科弹性绷带、皮管、人工器官材料等各种辅助器材设备物品等1.2 聚氨酯弹性纤维的国外现状、开展趋势1.2.1 聚氨酯弹性纤维的国外现状氨纶最早由德国拜耳公司于 20 世纪 30 年代开发成功, 1959 年美国杜邦公司首先实现了工业化生产, 商品名称为莱卡, 随后欧洲一些国家及日本也相继生产[2]。

世界氨纶主要生产企业有美国杜邦英威达公司及环球公司、德国拜耳公司、国晓星公司和日本东丽、旭化成及东洋纺织公司等，20 世纪80年代后，由于氨纶包覆纱和包芯纱技术的开发，氨纶的应用领域不断扩大，市场需求不断增加我国聚氨酯纤维工业起步较晚1988 年底，氨纶厂引进日本东洋纺织株式会社干法纺丝氨纶生产技术，建成了我国第一套氨纶生产装置，形成了300t/a的生产规模，后又经过5期改造，扩大了产能随后、杜邦、鹤山、和华峰等相继引进了国外生产装置，使我国2005年氨纶产能到达21万t/a，2013年氨纶产能已到达51万t/a我国氨纶生产工艺技术和装置主要从美、日、及德国引进，其他仅有中原氨纶技术工程自主开发的连续干法氨纶成套生产技术和合成纤维研究所与B. F. Goodrich化学公司合作开发的熔融纺丝技术中国氨纶技术与兴旺国家之间的差距至少有10 年，70% 国氨纶厂使用的技术是20 世纪70 年代的东洋纺织技术，虽有改良，但产品质量与国外产品仍存在明显差距1.2.2 聚氨酯弹性纤维开展趋势1.2.2.1 新产品不断出现美国环球公司为了利用聚氨酯型纤维特有的耐氯和高弹性能，生产出氨纶粗旦丝，用于制造泳装、裤袜和运动衣等服装，开辟了独有品种新市场。

东洋纺一改传统的生产方法采用熔融纺丝技术生产的SPANOEX-M纤维，热稳定性好、模量低、耐光性优异，可适合与原来需要在低温热定形的尼龙、聚丙烯腈、羊毛、蚕丝等纤维混纺制作紧身衣、裤袜、泳装，穿着轻柔舒适日本钟纺、三洋化成、可乐丽、东丽—杜邦等公司研制的具有优异可纺性的弹性纤维，不需要很多化纤油剂，断头分岔少，不粘连，加工性能突出东洋纺那么推出采用熔融纺丝，利用高速吹空气使纤维起绒的新技术，生产抗菌灭菌含有多氰酸酯和杀菌剂银离子磷酸盐的氨纶弹性纤维，可广泛用于防霉灭菌医疗织物等领域1.2.2.2 生产中心逐渐向亚洲转移近年来，世界氨纶市场需求激增，生产能力不断扩大，尤其是亚太地区的日本、国和中国的氨纶工业开展尤为迅速中国的产能已占世界产能的一半以上，但质量与兴旺国家还有一定差距世界各大生产厂商正在努力开发亚太地区市场，从原料到氨纶纺丝和成品加工，亚太地区已成为当前投资的热点地区，同时也是消费增长最高区[3]氨纶生产中心正开场向亚洲转移第2章 聚氨酯弹性纤维纺丝现有加工工艺2.1 干法纺丝法干法纺丝是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法干法纺丝产量约为世界氨纶总产量的8 0%干法纺制纤维的纤度围为1.1～246.4tex，纺丝速度一般为200～600m/min，有的甚至可高达1 000m/min。

干纺法所制氨纶的质量优良聚醚与二异氰酸酯以1∶2的摩尔比在一定的反响温度及时间条件下形成预聚物，预聚物经溶剂混合溶解后，再参加二胺进展链增长反响，形成嵌段共聚物溶液，再经混合、过滤、脱泡等工序，制成性能均匀一致的纺丝原液然后用计量泵定量均匀地将纺丝原液压入纺丝头在压力的作用下，纺丝液从喷丝板毛细孔中被挤出形成丝条细流，并进入甬道甬道中充有热空气，使丝条细流中的溶剂迅速挥发，并被空气带走，丝条浓度不断提高直至凝固，与此同时丝条细流被拉伸变细，最后被卷绕成一定的卷装2.2 湿法纺丝法首先用与干法纺丝类似的方法，制成嵌段共聚物，溶液经纺前准备，送至纺丝机，通过计量泵压入喷丝头从喷丝板毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴凝固浴以温水(90℃以下)为凝固介质，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，原液细流中聚合物的浓度不断提高，于是高聚物在凝固浴中析出形成纤维，再经洗涤枯燥后进展卷绕湿法纺丝速度一般为5～50m/min，纤度在0.55～44tex之间湿法纺丝工艺流程复杂，投资费用大，纺速较低，生产本钱高目前湿法纺丝的产量约占氨纶总产量的10%左右2.3 反响纺丝法反响纺丝法亦称化学纺丝法，此法由纺丝液转化成固态纤维时，必须经过化学反响，或用化学反响控制成纤速率。

反响纺丝法由单体或预聚物形成高聚物的过程与成纤过程同时进展氨纶的反响纺丝，是将两端含有二异氰酸酯的聚醚或聚酯预聚物的溶液，经喷丝头压出进入凝固浴，与凝固浴中的链增长剂反响，生成初生纤维初生纤维卷绕后还应在加压的水中进展硬化处理，使初生纤维部未起反响的局部进展交联，从而转变为具有三维构造的聚氨酯嵌段共聚物反响纺丝法的纺丝速度一般为50～150m/min，纤度为0.56～38tex2.4 熔体纺丝法熔体纺丝法是利用高聚物熔融的流体进展纤维成形的一种方法原那么上讲，凡能熔融且不发生明显分解的成纤高聚物都可采用这种纺丝方法但对氨纶生产，熔体纺丝只能适用于热稳定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，如由4,4′-甲撑二苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇缩聚所获得的聚氨酯嵌段共聚物等纺丝温度为160～220℃，纺丝速度一般为200～800 m/min氨纶的熔体纺丝主要经过6步完成:切片枯燥→熔融→熔体细流形成→冷却→延伸→卷绕熔融纺丝技术不用溶剂，对环境无污染，设备装置简单，节省投资，生产本钱最低，是最具经济性、最有开展潜力和最具竞争性的技术，是未来重点开展的方向第3章 加工工艺设计3.1 原辅材料的选取、配方设计3.1.1 原料 主要原料：聚四亚甲基醚二醇〔PTMEG〕和二异氰酸酯〔MDI〕BASF扩链剂等。

干法纺丝溶剂：二甲基乙酰胺〔DMAC、工业级〕3.1.2 配方设计及依据PTMEG与DMI的比例大约为1:2，干法纺丝时聚合物溶液浓度为30%根据目前泰和新材公司的生产配方及原料性质进展改良设计而成的配方，目前绝大多数公司都是采用四氢呋喃聚醚、MDI、二醇或二胺进展预聚体的合成，本设计采用PTMEG和MDI直接反响进展预聚体的制备可以减少工序降低本钱，减少废料产生，增加原料利用率，并且采用目前新的BASF扩链剂可以有选择的控制预聚体生成嵌段共聚物，控制柔性链段和刚性链段的产生，从而可按需生产具有一定弹性的纤维[6]纺丝速度主要取决于溶剂的挥发速度，所以选择的溶剂应使溶液中的聚合物浓度尽可能高，而溶剂的沸点和蒸发潜热应尽可能低，这样就可减少在纺丝溶液转化为纤维过程中所需挥发的溶剂量，降低热能消耗，并提高纺丝速度所以选用环保性溶剂DMAC做干法纺丝的溶剂而非传统的二甲基甲酰胺等溶剂，因为DMAC的沸点相对较低，易回收，用活性炭吸收即可，回收时本钱相对较低干法溶液纺丝的溶液浓度一般为18%—45%，选用30%的浓度是因为氨纶的干法传统生产都在28%—35%，DMAC溶剂溶解30%的聚合物其综合性能更佳，既可以与传统溶剂相媲美，又因其良好的沸点与性能，所以选用DMAC作溶剂。

3.2 拟采取的加工设备及工艺参数3.2.1 生产产量及设备数目目前，按照泰和新材公司有四期的成品丝的最大年产量，拟设计成2000吨的年产量每年300天连续生产，可以算出每天最大产量为6.67吨纺丝原液的浓度为30±0.2%，以30%为例计算1吨的原液可产300Kg的丝条，但由于在纺丝过程中有出现损耗，有效利用率通常只有98%，故成品丝可产294Kg，反响聚合时间大约需2.5-3小时，每天可以循环6次，需4个1吨的反响釜需4台生产能力为70kg/h的纺丝机所以准备设计4条生产线理想总产量=70*4*24*360/1000=2419吨3.2.2 设备及参数设备参数生产厂家聚合釜电热功率：20-100〔Kw〕 构造类型：开式搅拌转速：20-130〔转/分〕尺寸：1.5×1.5×2.5密封形式：机械密封连接形式：平盖式容量：。