纺织导报-国内外弹性纤维的现状与发展.pdf

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1、譬蓄蓄叠誓盈正l 三蓄纤维技术I F 。b e rT e c h n 。0 9 y 一 I P 文简述了弹性纤维的发展过程简要介绍了几种主要弹性纤维种类及其性能特点。同时以氨纶为例讨 乒- N 论了我国弹性纤维的生产现状，并对我国氨纶市场的发展提出了建设性意见。 T h ed e v e l o p m e n to fe l a s t i cf i b e ra r o u n dt h ew o r l di sd i s c u s s e di nt h i sa r t i c l e ，a n ds o m ep r i m a r yk i n d so fe l a s t

2、i c f i b e ra r ea l s op r e s e n t e d T a k i n gP Uf i b e ra sa l le x a m p l e ，s t a t u s q u oo fC h i n e s ee l a s t i cf i b e ri n d u s t r yi sd i s c u s s e d F u r t h e r m o r e ，t h ea u t h o r sp u tf o r w a r ds o m es u g g e s t i o n so nt h ed e v e l o p m e n to fP

3、 Uf i b e ri n d u s 时a th o m e 国内外弹性纤维的现状与发展 S t a t u s q u oa n dn e V e l 0 m e n t0 fE l a s t i cF i b e ra tH 0 m ea n d A b r o a d 通常，弹性纤维是指具有高断 裂伸长、低模量和高回弹性的合成纤 维。一般来说，可从3 个方面来衡量 纤维的弹性：一是较低的模量，即发 生形变所需的外力较小，二是较大的 伸长率；三是较高的弹性回复性能。 现在市场上的弹性纤维种类很 多，总体可分为：氯纶弹性纤维、聚醚 酯类弹性纤维、聚烯烃类弹性纤维， P T T 纤维、双

4、组分复合卷曲纤维、硬 弹性纤维等。这些弹性纤维有诸多优 点，但同时也存在着不足，需要进一步 的改进。随着人们对舒适性要求的提 高，弹性纤维逐渐成为纤维领域的佼 佼者，应用领域也从传统的织袜、内 衣、运动服等拓展到休闲装、高弹力 时装、高档成衣等新兴领域，并继续 向汽车装饰领域、医用领域等拓展。 1 几种典型的新型弹性纤维 1 1 熔纺氨纶 作者简介：黄庆男，1 9 6 2 年生，研究 员，北京，1 0 0 0 2 5 。 作者单位：黄庆，高绪珊，四川大学轻纺 学院；崔宁崔华帅，中国纺织科学研完 院。 文黄庆崔宁崔华帅高绪珊 氯纶是弹性纤维中最早开发且应 用最为广泛、生产技术最为成熟的品 种。目

5、前，世界上大部分的氯纶生产采用 传统的溶剂纺丝工艺( 如表l 所示) 。 在纺丝过程中，需要使用大量的溶剂 如D M F 或D M A c ，这些溶剂的使用会 造成环境和人体缝康方面的问题。因 公司名称 I N V I S 1 1 A 【英威达) D u P o n t ( 杜邦) 环球氯纶 此，寻找一种健康环保的纺丝工艺成 为行业的研究目标，熔纺氨纶应运而 生，它以设备投资少、投产周期短，生 产流程简单、产量高、成本低、尤其是 无污染的优势受到关注。 熔融纺丝氯纶产品是由纤维级聚 氨酯切片，即线性聚醚( 酯) 型热塑性 表1世界主要氨纶生产企业的产能情况万t a 现有产能 8 2 0 6 6

6、 7 0 9 0 工艺路线 工厂所在地 化学反应法 中国及全球其它地区 干法( 连续聚合)美国新加坡中国韩国等 化学反应 一 H y o s u n g 氯纶 3 9 0 干法( 连续聚合中国大陆 H y o s u n g 氯纶 6 5 0 干法( 聚醚)韩国 H y o s u n g 1 5 0 干法( 连续聚合) 土耳其( 2 0 0 9 年全部建成投产) H y o s u n g 1 5 0 干法( 连续聚合)越南( 2 0 0 8 下半年建成投产) 泰光产业 2 1 6 干法( 间歇聚合)韩国 东国 I 舳 干法( 间歇聚合)韩国 R a d i c i ( 兰蒂奇) 1 3 0

7、 化学反应法美国 拜耳朗盛 1 7 0 干法( 连续聚合)美国德国 旭化成 1 9 5 干法 日本中国大陆中国台湾 F i l l a t t i c e0 6 5 干湿法意大利 可乐丽024熔纺日本 东洋纺 0 5 5 干法I 间歇聚合)日本 日清纺 O 2 2 熔纺日本 富士纺022湿法( 聚醚1日本 钟纺氯纶0 1 0 熔纺( 聚醚)日本 山东烟台氯纶 2 0 0 干法( 间歇聚合l中国大陆 杜钟氯纶070干法( 间歇聚台中国大陆 浙江华峰氩纶 I 舳 干法l 间歇聚合)中国大陆 英威达佛山氨纶 1 2 0 化学反应中国大陆 注：表I 中数据来源于z o o g 中目( 张李港) 氯纶厦

8、氯纶纱产业链槛术与市场论坛。 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤维技术IF i b e rT e c h n o l o g y 聚氯酯弹性体( T P U ) 经干燥、熔融、 计量纺丝、卷绕、上油、平衡等工序 得到。所以合成纤维级聚氯酯切片是 实现熔纺氯纶的关键。目前，纤维级 聚氯酯切片的合成主要采用一步法工 艺生产，即将二异氖酸酯，聚醚( 酯)

9、 二醇、扩链剂助剂等经过计量后直 接加入双螺杆反应器中聚合而成。最 初，熔纺氨纶产品在弹性回复率耐 水解性、耐热性等方面还不如传统的 干纺氨纶，但随着纤维级聚氯酯切片 技术的E t 益成熟以及熔融纺丝技术的 完善，熔融纺丝氯纶产品已经可以和 干纺氯纶产品相媲美。 1 2 聚醚酯纤维 聚醚酯弹性纤维首先由帝人公司 在1 9 9 0 年通过T P E E 熔融纺丝制得。与 聚氯酯相比，聚醚酯弹性纤维具有原 料便宜工艺简便、加工成本低廉，使 用设备简单熔融纺丝法即可制取等 特点，而且聚醚酯热稳定性、耐热性、 耐氯漂性优良。 聚醚酯弹性纤维的性能与其化 学组成密切相关，研究报道较多的是 以P E T

10、为硬链段，以P E O 为软段，记 为P E T P E O ，或以P B T 为硬链段，以 P T M 0 为软段，记为P B T ，P T M O 。聚 醚酯弹性纤维可以分为普强弹性、中 强弹性及高强弹性等类型，可根据产 品用途的不同来设计合成不同大分子 结构的纤维。各种聚醚酯弹性纤维的 性能如表2 所示。 性能 抗拉强度l c N d t c x ) 断裂伸长( ) 伸长弹性率( )1 5 0 伸长时) 密度( e , c m 3 l 熔点( ) 耐光性 化学药品性 耐热温度l 1 日本帝人有限公司研制的聚醚酯 弹性纤维R e x e 。已经实现商品化，该纤 维具有很高的弹性，断裂伸长率

11、超过 6 0 0 ，其湿热耐久性好，可以和聚酯 纤维混纺，并可在1 2 0 1 3 0 下染 色，使得涤纶应用于弹性织物中。同 时，R e x e 纤维又具有良好的抗氯性、 抗碱性，织成的面料能够承受碱减量 加工，增加了织物的悬重性，从而使纤 维有望在仿丝绸服装中广泛运用。 1 3 聚烯烃类弹性纤维 L a s t o l 纤维商品名为D o wX L A T M ， 是一种独特的聚烯烃弹性纤维，由D c I 、v ( 陶氏) 化学公司于2 0 0 2 年推出。D o w X L A r M 纤维采用D o w 的专利技术在低 结晶度时生产，先由聚合物熔融纺丝法 纺成单丝或多丝。为了使D o

12、wX L A T M 纤维在较高温度下具有尺寸稳定性， 又对纤维进行了共价交联反应。 D o wX L A 纤维的平均结晶度 为1 4 ，断裂伸长率达5 0 0 ，可伸长 回复，并可承受2 2 0 高温，耐氯漂 和强酸强碱，具有很强的抗氙光和紫 外线降解性能。而普通聚烯烃纤维的 平均结晶度为5 0 ，断裂伸长率仅为 3 3 ，且不可伸长回复。D o wX L A r M 纤维适合与其他各种天然和合成纤 维共用，能改善基布织物的悬垂性和 手感。用L a s t o l 纤维制成的弹力织物 能在不损失弹性穿着舒适的条件下 具有可洗、可漂、可转筒缩绒、耐蒸汽 烫、可干洗等特征。 表2 聚醚酯弹性纤维

13、的特性 普通弹性中强弹性高强弹性 0 4 5 0 8 92 6 7 35 67 1 2 80 0 3 0 0 一8 0 08 0 0 一l0 0 07 0 1 0 0 舳一9 09 5 9 7 一 I 0 I 31 0 I 31 0 1 3 2 0 0 2 2 02 0 0 一2 加 2 3 0 以上 良 耐氯系漂白剂、耐酸碱及其它化学药品性良好 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 7 聚烯烃基共聚物的弹性来源于 大分子柔性链的网状结构，结晶区及 大分子共价健的粘连点。结晶区是热 转换区，在熔点下赋予纤维强力；非 晶体中的柔性链形成

14、的交联网络，与 高分子的结晶并存起着物理连接的 作用。结晶度、柔性链长度和交联网 络的多少共同决定了聚烯烃纤维的弹 性。 1 4 双组分复合卷曲纤维 近几年，聚酯类弹性纤维发展很 快，它们的结构和P E T 相似，但二元 醇的烷烃链较长。二元醇的碳链增长 后，聚酯分子链柔顺性增强，分子链 中硬链段和软链段的“区段”结构特 性也逐渐明显，因此聚合物或纤维的 弹性也就增强，但这类弹性纤维的弹 性比氯纶低，其主要品种有P B T 纤维 和P T T 纤维。虽然这两种纤维可以直 接进行织造，也能满足一般纺织品的 要求，但由于存在受热易变形、易燃 烧、机械强力较低、织物形态不稳定 等缺点，因此人们又将注

15、意力转向了 双组分复合纤维的开发，并获得了一 定的进展。 双组分复合卷曲纤维是一种由 结构和性能不同的两种聚合体，按照 定比例通过共轭纺丝形成双组分复 合丝制成的卷曲弹性纤维。其弹性不 是基于分子链中硬和软组分的运动， 而是纤维中两种组分的收缩或伸长 的差异，经热处理后，纤维在内应力 作用下形成螺旋或波浪状卷曲。这种 卷曲状的纤维具有不同程度的伸缩 性和弹性，其弹性随两种聚合物的化 学组成、分子结构、在纤维中的分布 状态，以及两种组分比例不同弹性不 同。 目前研究较为成熟的双组分复合 弹性纤维为P 1 W P E T 并列复合纤维， 它是由P T T P E T 两种高聚物并列纺 万方数据 P

16、DF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 丝而成。P T T P E T 复合纤维表现出高 度卷曲，从而带来了优良的延伸性和 弹性回复率。具有代表性的是英威达 公司生产的P T T P E T 并列双组分纤维 T 4 0 0 T M 。目前，这类纤维已被命名为 E l a s t o m u l t i e s t e r ，其定义是：由两种或 两种以上化学成分不同的直链大分子 构成的纤维( 每种成分不超过8 0 ) ， 酯基作为主要官能团其含量超过 8 5 ，当进行适

17、当处理后，将其拉伸至 原长的1 5 倍后再松开，能迅速回到 其原长。 P 1 w P E T 并列双组分纤维的性能 优异。有研究曾对氨纶，D o wX L A 纤维和m 哪并列双组分纤维的性 能进行对比，发现P E T P T T 双组分纤 维通过永久卷曲提供弹性，无需包覆 可直接使用，初始模量较低，手感柔 软滑爽，不易松弛，具有极好的耐化 学品特性，是弹性纤维中的新秀。表3 为3 种纤维的性能对比结果。 2 弹性纤维技术的发展趋势 2 1 干法氨纶的技术发展 干法纺丝工艺流程复杂，装置设 备投资费用大，对环境也有一定的污 染，但工艺技术成熟、纺速高，制成的 纤维质量和性能优良，在氨纶生产技

18、术中占有主导地位，并将在相当长的 时间内仍是投资主流。 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千法纺丝技 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。氨纶干法纺丝技术以美国杜邦、 韩国晓星、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。 杜邦最早实现了氨纶干法纺丝的 工业化，采用连续聚合和高速纺丝，比 常规的间歇式聚合、中速纺丝具有更 F i b e T e c h n o 。0 9 yI 纤维投木I 叠誓正三j i _ 表33 种弹性纤维的性能对比 氯纶峨聊X I “T M 刑糍

19、峻台耋：l ：维 伸长率4 0 0 一8 0 0 ； 弹性及弹性回复率伸长率5 0 0 时的回复率：伸长率5 0 0 ，回复性能优 伸长率2 0 0 一3 0 0 9 5 一9 9 回复率较好 反复拉伸回复后存在松弛反复拉伸后存在明显的松 松弛性能松弛现象不明显 现象弛现象 热稳定性定形温度小于1 8 0 能承受2 2 0 高温可高温定形 耐化学品性能耐酸但不耐碱和氯漂耐氯漂和强酸碱好 易洗免烫抗污耐疲 其它耐微生物和疲劳性能较差抗氢光和紫外光降解 劳性好 染色性能难染深色，易损伤弹性良好的染色性能易染色色谱较全 尺寸稳定性能好良好很好 需包覆使用。包芯纱的伸需包覆使用。包芯纱的伸 长率达1

20、0 0 以上，适合长率达1 0 0 适合毛织物 可直接应用于织物，也可 使用特征及对象包覆使用，不易松弛，具 泳衣外的各类高弹织物和耐离温织物但存在显 但存在易松弛特点 著的松弛现象 有极好的弹性保持率 好的产品质量，且产量高、公用工程消 耗少，单位生产成本低。但杜邦在中 国的发展战略主要以合资建厂为主， 没有进行技术转让，因此我国的氨纶 企业基本采用日本技术。 东洋纺是日本最早生产氦纶的 厂商，1 9 6 3 年开发出了具有自主知识 产权的干法生产技术，采用间歇聚合 和连续纺丝的工艺路线，纺速在5 0 0 6 0 0m r a i n ，国内一些企业在此基 础上通过技术改造，纺速可达8 0

21、0 m m i n 。产品性能优良、规格齐全，从 2 0 2 1 0D ，可用于机织，针织、包芯 纱、包覆纱等等。在溶剂方面，东洋纺 用环保型溶齐I J D M A c 取代D M F ，大大 降低了环境污染。我国一些主要的氨 纶生产企业，如烟台氨纶股份有限公 司、浙江华峰氯纶股份有限公司，连 云港杜钟氯纶有限公司、江苏双良氯 纶有限公司、杭州舒尔姿氨纶有限公 司等都采用了东洋纺技术。 日清纺也采用间歇聚合、连续纺 丝的工艺技术，纺速可达6 0 0 8 0 0 m r a i n ，其技术在开发细旦纤维，提 高产品弹性伸长等方面有一定的先进 性。目前，我国浙江的绍兴龙山氯纶有 限公司、江苏双良

22、氨纶有限公司( 四 期) 等新建项目采用了此技术。 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 7 2 2 熔纺氨纶的主要技术现状与 发展 2 2 1 常规熔纺氮纶的技术改进 在纤维级聚氨酯切片的合成技 术方面，选用不同的起始原料可改善 T P U 的性能，如选用聚己内酯二醇可 提高T P U 的耐水解性能( 日本大赛璐 公司) ；选用聚碳酸酯二醇为原料，可 制备出耐热性能优良的T P U ( 日本可 乐丽公司) 。选择芳香族二醇作为扩 链剂可进一步提高纤维级聚氨酯切片 的耐热性；当扩链剂为1 ，4 一丁二醇 时，加入约5 的脂肪族聚酯低聚

23、物 作为交联剂，脂肪族聚酯低聚物可将 异氰酸酯基封端，再经化学交联后， 纤维的回弹性可显著改善。而选择聚 氨酯交联剂，可提高熔纺氨纶的纺丝 稳定性，断裂强度及耐热性能。选择 合适的添加剂则可增加氯纶大分子链 间的作用力以及硬段相的结晶度和晶 粒尺寸，进而提高氨纶的热稳定性。 在熔纺过程中，日本钟纺公司在 T P U 熔体中加入预聚体，改善了纺丝 加工条件和成品的力学性能。预聚体 一方面可以降低T P U 切片的熔化温 度，使纺丝可在较低的温度下进行。 另方面预聚体中的异氰酸酯基在纤 维成形过程中，能在T P U 大分子间形 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : P

24、urchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤维技术IF i b e rT e c h n o l o g y 成化学交联，提高纤维的力学性能。 具体方法是将T P U 切片经螺杆挤出机 熔融，在其出口处加入由二异氰酸酯 和聚酯或聚醚二醇反应生成的预聚 体经静态混合器均匀混合后在进行 纺丝。由于带有异氰酸酯基的预聚体 储存稳定性差，即活性极大的N C O 基 团很容易失去活性，无法起到化学交 联的作用。因此研究者们又在预聚体 上作了改进，通过使用酚、醇等化合 物先将预聚体中的异氰酸酯基封闭。 在纺丝温度下，这种封闭的预聚体将 会

25、重新活化，起到化学交联作用。 在成形过程中，通过严格控制切片 含水率使切片含水率低干1 0 0m g ，I 喀， 或者选择合适的熔法氯纶油剂，也日丁起 到优化熔纺氯纶生产的作用。 2 2 2 高档熔纺氨纶的发展 在攻克r 氯纶熔融纺丝的各项技 术瓶颈后，熔纺氨纶也在逐步适应市 场的需求，向高性能、差别化和功能 化的方向发展。高吸放湿氯纶，高定 型氯纶，抗菌型氯纶，耐磨。抗氯，抗 静电、吸汗、除臭、透气、保暖等高性 能氯纶都有了长足发展。 E l 本O p e l o n t e x 推出的泳衣用聚 氨酯弹性纤维。L Y C R T 9 0 9 B ”，具 有良好的伸缩性能并对泳池里的氯成 分具

26、有良好的抵御性能，用其生产的 泳衣集功能性和美观性于一体；旭化 成纤维公司推出卜种酸性染料可染 的弹性纤维R O I C AD S ，与锦纶混纺 时，具有很好的染色同色性；东丽公司 开发了免用有机溶剂，利用水溶性聚 氨酯树脂进行防水透湿功能整理的新 面料“E N T R A N N T E ”，其在防水透 湿性、耐洗涤性及防治结露等方面与 现有产品相同，可用于户外运动服、滑 雪服等；西班牙D o g i ( 道吉) 公司开发 了一系列具有防晒效果的功能性弹性 纤维，防晒系数可达S P F + 5 0 l 旭化成 公司首创的高吸放湿聚氯酯纤维，具 有吸湿量大、放湿速度快的特点，主 要用于连裤袜短

27、裤等贴身衣物。 B A S F ( 巴斯夫) 公司通过1 0 多 年的探索和实践，通过原料改性和纺 丝工艺及设备的改造，成功进行了聚 氯酯弹性纤维的熔融纺丝，其商品名 为E l a s t o l l a nL p9 1 9 8 1 0 ，其主要性 能如表4 所示。 表4 E l a s t o l l a nL p9 1 9 8 1 0 弹性纤维 的主要性能 性能标准 I 数值 密度c m l ) D I N5 3 4 7 91 1 3 拉伸力( M P a )D I N5 3 5 ( ) 44 5 断裂伸长率【) D l N5 3 5 0 4 4 5 0 ( 1 0 伸长时) l 应力 (

28、 2 0 伸长时J 1 7 ( 5 0 伸长时 D l N5 3 5 0 4 3 2 ( M P a ) 1 1 0 0 伸长时)4 5 1 1 5 0 伸长时) 5 5 剪切力( N m m ) D I N5 3 5 1 54 0 囊耗( m m 3 ) D I N5 3 5 1 64 5 日本东洋纺公司研究开发的 E S P A M 柔软性弹性纤维采用酯化 聚氨酯聚合物经熔融纺丝制成，具备 较低的定形温度和良好的触感，解决 了普通弹性纤维由于定形温度较高， 在与其他定形温度较低的纤维进行 混纺时易引起这些纤维降解，以致改 变纤维手感和混纺面料特性的问题， 使弹性纤维与锦纶、腈纶、羊毛等定

29、形温度较低纤维的混纺成为可能。 3 弹性纤维产业链的优化与开 拓 3 1 实现弹性纤维产业链效益的 同步增长 弹性纤维产业链的下游企业包 括织造、染整、纺织品和服装生产商， 由于弹性纤维本身的技术难度较大， 因此长期以来。弹性纤维的利润普遍 高于下游产业的利润率，这种状态如 果长期存在，势必影响本产业的健康 发展。因此，国内的弹性纤维生产企 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 7 业应该根据下游产业利润率的实际 状况，采取限产、限量和适当降低价 格的措施，以激活下游产业的联动发 展，达到该产业链效益同步提升的 目的。 3 2 培植弹

30、性纤维产业链集聚效 应 英威达以氨纶莱卡。为核心，将 下游织造业和服装业紧密联结在一 起，成功打造了莱卡 品牌，从而带动 了以莱卡园为原料的整个产业链的发 展。鉴于这一成功案例，国内有条件 的弹性纤维生产企业也应与下游企业 采取各种合作方式，组成币| J 益共享、 风险共担的联合体，从而达到增强产 业链市场竞争能力和实现产业链集聚 效应的目的。 3 3 建立环境友好的生产模式 以熔纺氯纶为代表的环保生产 工艺正在不断扩大应用领域和市场份 额，生产成本也要低于已经成熟的干 法氯纶。从另一角度来看，熔纺氯纶 的原料是热塑性聚氨酯弹性体，因此 其废丝可以通过热降解再生聚氯酯的 方式加以回收，目前已有

31、相关研究。 如东华大学提出在磷酸三乙酯介质 中，以乙酰胺对废丝进行热降解，将 降解产物与新鲜的聚四氢呋喃二醇 混合，然后与甲苯二异氰酸酯进行反 应，制成了再生聚氯酯薄膜。此类技 术同样可用于聚氯酯纤维的再生和 再利用，可解决生产和使用过程中的 废丝污染问题，具有较大的工业化前 景。 现阶段，国内外弹性纤维的开发 已经获得了很大的进步，各种新型弹 性纤维层出不穷，并且在高性能、差别 化、功能化上不断取得新的突破。今 后，其发展也将继续朝着低能耗、高 性能方向发展。圃 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark