本發明涉及氨綸紡制技術領域，具體涉及一種融體直接紡制氨綸的工藝方法。
背景技術：
聚氨酯彈性纖維通常是指合成纖維中含有至少85%的聚氨酯鏈節的纖維，國際上習慣采用美國的稱謂，即spandex，在我國的商品名稱為氨綸。
氨綸纖維是一種高技術含量、高附加值、高性能的彈性纖維產品，早起曾稱為“貴族纖維”，其主要應用于泳裝、束身衣、運動服、舞蹈服、男女內衣、襪子、彈力牛仔布、精紡面料等具有彈性功能的針織品和紡織品。由于世界氨綸總量的穩步增長，促進了氨綸纖維的廣泛應用，使原只能用于高端產品的“貴族纖維”日趨平民化。
當今，世界現行紡制生產氨綸的工藝方法共有四種，即干法、濕法、化學法和熔融法。其中干法工藝開發的最早，工藝最成熟。以干法生產的氨綸產量可占世界氨綸總產量的85%，濕法產量為不足5%。而熔融法工藝則是近十多年才發展起來的技術，其氨綸產量僅占10%左右。以干法工藝紡制氨綸已有七十余年的發展歷程，其生產工藝中必須使用一種名為“dmf”的溶劑，此種溶劑具有高毒性和高揮發性，對生產操作人員及周邊環境構成嚴重的傷害和污染，僅此因素已影響干法工藝紡制氨綸的可持續發展。熔融法工藝紡制氨綸不需要干法紡制氨綸的生產工藝中所必須使用的高毒性溶劑dmf，所以有“綠色氨綸”之稱。而且，隨著融紡氨綸技術和生產裝置的不斷發展和完善，熔融法紡制氨綸終將要取代現行的干法工藝，成為生產紡制氨綸的主導工藝方法。現行的熔融法生產紡制氨綸，是必須先由屬于化工行業的企業生產出氨綸切片，再由屬于輕紡行業的紡絲企業以氨綸切片為原料，熔融紡制氨綸絲，生產不連續，效率低。
技術實現要素：
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種融體直接紡制氨綸的工藝方法。
本發明的技術方案如下：
一種融體直接紡制氨綸的工藝方法，包括：
步驟1、將經過加熱而完全溶為液態的物料ptmg、mdi、bdo，分別以真空吸料的方式吸入各自的主儲料罐，對需要進行攪拌的物料進行攪拌；
步驟2、將添加劑、助劑加入輔助料罐，經充分攪拌溶解后，立即注入ptmg主儲料罐，然后對ptmg主儲料罐進行持續地脫水處理，待脫水處理完成后，按生產工藝要求將ptmg、mdi、bdo物料同時輸入各自的計量罐，輸入過程中ptmg、mdi、bdo物料按液位控制儀的控制自動進行物料加注；
步驟3、各計量罐中的物料按生產工藝的設定輸入各自的精密計量裝置；
步驟4、由ptmg精密計量裝置、mdi精密計量裝置計量輸出的物料同時進入高速動態預聚反應器，再轉入靜態預聚反應器；
步驟5、經過預聚的物料同bdo精密計量裝置計量輸出的物料同時進入聚合雙螺桿擠出機，在聚合雙螺桿擠出機機筒內完成充分聚合，聚合后的融體物料在增壓泵的作用下通過融體過濾器進行過濾；至此，從融體過濾器輸出的融體即是供給紡絲機組的紡絲融體物料；
步驟6、紡絲融體物料在融體泵的作用下，分別進入紡絲箱體內的紡絲泵，并將紡絲融體物料均勻地分配給各自的紡絲頭形成絲條；絲條在重力的作用下，在紡絲甬道中拉伸、冷卻、上油后，即在導絲輥的作用下進入卷繞機，將絲束固定纏繞在卷繞頭的紙筒上進行絲的卷繞，至此完成融體直接紡制氨綸的工藝過程。
在執行步驟1之前，使融體直接紡制氨綸的設備按照工藝設定達到穩定熱平衡狀態。
所述mdi的儲存環境為-5度以下冷凍環境，生產前通過水浴或烘房的加熱方式使其溶為液態。
對ptmg主儲料罐進行持續地脫水處理時，工作溫度設定為110度。
所述聚合雙螺桿擠出機選用長徑比為60:1的雙螺桿擠出機，聚合雙螺桿擠出機的機筒分為15~18段，各段的溫度應分別設定為160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度，其中240度只設一段，使物料中的凝膠粒籽得以充分分解。
步驟6中所述將絲束固定纏繞在卷繞頭的紙筒上進行絲的卷繞過程中，當意外發生斷絲故障，故障卷繞頭停車，同時各精密計量裝置按原設定指令自動調節物料的流出量，確保其他紡絲位的連續、正常生產，待故障處理完畢，即恢復原正常設置。
本發明與現行的干法、濕法、熔融法紡制氨綸的工藝技術相比，具有如下優點：
1、本發明不需使用任何溶劑，避免對生產操作人員及周邊環境構成嚴重的傷害和污染。本發明的工藝方法又是在熔融法工藝基礎上創新升級的技術，所以就更具有可持續發展的廣闊前景。
2、本發明的生產工藝流程相對簡單，而且其整套生產裝置的占地面積只是按其卷繞設備占據地面的投影面積向其上部空間延伸發展，所以，占地面積大大縮減，使投資成本和生產管理成本也大大減少，這是干法、濕法紡絲生產裝置所無法相比的。
3、本發明的生產效率高，紡絲速度可達到400~800m/min，絲束為單絲，手感柔和，尤其適合生產細旦絲，更容易實現差別化氨綸生產，本發明生產的氨綸絲還具有優秀的耐久性、耐氯性和耐水解性，這也是干法、濕法工藝紡制的氨綸所無法相比的。
4、本發明實現了連續供料、連續融體聚合、直接紡制氨綸；真正做到了融體直紡氨綸。
附圖說明
圖1是融體直紡氨綸生產工藝流程示意圖；
其中，0-輔助料罐，1-ptmg主儲料罐，1’-ptmg計量罐，2-mdi主儲料罐，2’-mdi計量罐，3-bdo主儲料罐，3’-bdo計量罐，4-ptmg精密計量裝置，5-mdi精密計量裝置，6-bdo精密計量裝置，7-高速動態預聚反應器，8-靜態預聚反應器，9-聚合雙螺桿擠出機，10-第一開車閥，11-增壓泵，12-第二開車閥，13-融體過濾器，14、15-融體泵，16、17-紡絲箱體，18、19、20、21-紡絲甬道，22、23、24、25-紡絲油劑噴嘴，26、26’、27、27’、28、28’、29、29’-導絲輥，30、31、32、33-卷繞頭。
具體實施方式
下面結合圖1對本發明提供的融體直接紡制氨綸的工藝方法的具體流程做詳細說明：
在實施本發明融體直接紡制氨綸的工藝方法時，需要先將圖1所示融體直接紡制氨綸的設備按照工藝設定，使其達到穩定熱平衡狀態，再進行融體直接紡制氨綸工藝過程。
該融體直接紡制氨綸的設備，包括：
盛裝添加劑、助劑，并帶攪拌功能和罐體加熱保溫自動控制功能的輔助料罐0；
具有脫水、攪拌、加熱、保溫自動控制功能的ptmg主儲料罐1；
與ptmg主儲料罐置于同一平臺的mdi主物料罐2和bdo主物料罐3；
在主物料罐平臺之下放置規格相同的ptmg計量罐1’、mdi計量罐2’、bdo計量罐3’；
分別與ptmg計量罐1’、mdi計量罐2’、bdo計量罐3’連接的ptmg精密計量裝置4、mdi精密計量裝置5、bdo精密計量裝置6；
輔助料罐0與ptmg主儲料罐1連接，ptmg計量罐1’、mdi計量罐2’、bdo計量罐3’分別與ptmg主儲料罐1、mdi主物料罐2和bdo主物料罐3連接，ptmg計量罐1’、mdi計量罐2’、bdo計量罐3’均配裝有上液位控制儀與下液位控制儀，準確控制各主儲料罐向各自計量罐輸送原料，保證生產的連續性。各精密計量裝置均是由精密穩壓泵、壓力傳感器、精密計量泵、精密流量計組成的閉路自動控制計量裝置，當由ptmg精密計量裝置4與mdi精密計量裝置5流出的物料均流進高速動態預聚反應器7，高速動態預聚反應器7采用長徑比45:1的雙螺桿擠出機可使機筒內的預聚物料實現至少80000次/min以上的攪拌、切割和混合，而后進入靜態預聚反應器8。經過預聚的物料與bdo精密計量裝置6計量流出的物料一起進入聚合雙螺桿擠出機9，進行融體聚合。聚合雙螺桿擠出機9長徑比在60:1以上，直徑規格的選擇可依據產能規模而定。與聚合雙螺桿擠出機9相連接的依次是第一開車閥10、增壓泵11、第二開車閥12、融體過濾器13。到此即為完成了融體聚合部分的生產工藝流程與設備的布置。生產設備紡絲機組的具體布置是：經完全聚合的融體，在融體泵14、15的作用下，進入紡絲箱體16、17，再由紡絲箱體16、17內的紡絲泵將紡絲融體均勻地分配給紡絲頭，紡絲頭噴出的絲條進入紡絲甬道18、19、20、21，絲條在重力的作用下拉伸、冷卻、噴涂紡絲油劑后，在導絲輥26、26’、27、27’、28、28’、29、29’的作用下使絲束均勻地纏繞在卷繞頭的紙筒上，形成絲餅，其中的紡絲油劑由紡絲油劑噴嘴22、23、24、25噴涂。
按照工藝設定使其達到穩定熱平衡狀態，具體如下：
首先，將輔助料罐0預熱到130度，將ptmg主儲料罐1、ptmg計量罐1’、ptmg精密計量裝置4連同各自連接的管道部分都分別按80度的ptmg物料工藝設定進行預加熱，將mdi主儲料罐2、mdi計量罐2’、mdi精密計量裝置5連同各自連接的管道部分都分別按60度的mdi物料工藝設定進行預加熱，將bdo主儲料罐3、bdo計量罐3’，bdo精密計量裝置6連同各自連接的管道部分都分別按70度的bdo物料工藝設定進行預加熱，另將高速動態預聚反應器7的各段機筒均預熱到工藝設定的160度，對靜態預聚反應器8也預熱到160度，聚合雙螺桿擠出機9的各段機筒的溫度則按工藝要求分別設定為160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度不等；對增壓泵11、融體過濾器13也按工藝要求設定為220度。
其次，按工藝設計要求對紡絲機組中的各功能執行部位進行溫度設定，按照循序漸進，由低到高的順序動態調整。具體視絲條的變化而進行隨機調整溫度的變化，直到絲束可以滿足卷繞狀態的要求為準。
最后，在整套融體直紡氨綸生成裝置的各功能部位都達到工藝設定的預加熱溫度后，還必須要保持10~12個小時，以達到全系統的穩定熱平衡，這樣才能保證生產的穩定、連續進行。
融體直接紡制氨綸的工藝方法，具體包括：
步驟1、將經過加熱而完全溶為液態的物料ptmg、mdi、bdo，分別以真空吸料的方式吸入各自的主儲料罐即ptmg主儲料罐1、mdi主儲料罐2、bdo主儲料罐3，對需要進行攪拌的物料進行攪拌；
步驟2、將添加劑、助劑加入輔助料罐0，經充分攪拌溶解后，立即注入ptmg主儲料罐1，然后對ptmg主儲料罐1進行持續地脫水處理，待脫水處理完成后，按生產工藝要求將ptmg、mdi、bdo物料同時輸入各自的計量罐即ptmg計量罐1’、mdi計量罐2’、bdo計量罐3’，輸入過程中ptmg、mdi、bdo物料按上下液位控制儀的控制自動進行準確、準時地物料加注；
步驟3、ptmg計量罐1’、mdi計量罐2’、bdo計量罐3’中的物料按生產工藝的設定輸入各自的精密計量裝置，即ptmg精密計量裝置4、mdi精密計量裝置5、bdo精密計量裝置6；
步驟4、由ptmg精密計量裝置4、mdi精密計量裝置5計量輸出的物料同時進入高速動態預聚反應器7，再轉入靜態預聚反應器8；
步驟5、經過預聚的物料同bdo精密計量裝置6計量輸出的物料同時進入聚合雙螺桿擠出機9，在聚合雙螺桿擠出機9機筒內完成充分聚合，聚合后的融體物料在增壓泵11的作用下通過融體過濾器13進行過濾。至此，從融體過濾器13輸出的融體即是供給紡絲機組的紡絲融體物料；聚合雙螺桿擠出機9到增壓泵11的管路由第一開車閥10控制通斷，增壓泵11到融體過濾器13的管路由第二開車閥12控制通斷。
步驟6、紡絲融體物料在融體泵14、15的作用下，分別進入紡絲箱體16、17內的紡絲泵，并將紡絲融體物料均勻地分配給各自的紡絲頭形成絲條。絲條在重力的作用下，在紡絲甬道18、19、20、21中拉伸、冷卻、上油后，即在導絲輥26、26’、27、27’、28、28’、29、29’的作用下進入卷繞機，使用“吸絲槍”將絲束固定纏繞在卷繞頭30、31、32、33的紙筒上進行絲的卷繞，至此完成融體直接紡制氨綸的工藝過程。
本實施例采用的主要生產原料為ptmg、mdi、bdo三種，其中摩爾比的r值為0.95~1.1之間，優選為0.98~1.05；根據技術要求與用戶對絲的具體要求，應分別加入穩定劑、熒光增白劑、消光劑、柔順劑、抗氧化劑等。由于生產所需原料原為冷凍或固態，所以必須經過較長時間的加熱，使其完全溶為液態。其中，mdi的儲存環境為-5度以下冷凍環境，對其溶化的最佳方式是水浴，如條件不具備，則可以烘房加熱的方式。熱源可以是電能，也可以是蒸汽。對ptmg主儲料罐的脫水必須嚴格要求，其工作溫度設定為110度為宜。聚合雙螺桿擠出機的作用是實為聚合反應器，對物料進行完全、充分的聚合。按生產工藝要求，最優選用長徑比為60:1的雙螺桿擠出機。至于螺桿直徑，則根據設計的產能而確定，聚合雙螺桿擠出機的機筒大致分為15~18段，各段的溫度應分別設定為160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度。其中240度只設一段，其目的是使物料中的凝膠粒籽得以充分分解。紡絲過程中的紡絲油劑也很重要，它可以直接影響絲餅的成型和退繞，因此需要根據實際需要選取最適合的紡絲油劑，經紡絲油劑噴嘴22、23、24、25噴出。
本實施例所采用的是八紡織位、128卷裝的工業紡絲機組，以此紡絲機組紡制的氨綸絲經熟化后，測得如下結果：
纖度：20d
伸長率：464%
100%回復率：98%
300%回復率：96%
強度：1.66g/d
滿卷率：98.6%
絲餅的成型：整齊、均勻、美觀
在正常的生產過程中，不可避免地發生人為的、或非人為的斷絲故障。如果在同一紡絲位上發生多根斷絲，這個紡絲位就必須關停。同時也會影響其余的紡絲位的關停，絲束全部空排，造成浪費。為改變這種局面，本發明特別設計了可以在不停車的狀態下，成功處理故障紡絲位的開停自動控制執行機構。其工作原理是，將絲束固定纏繞在卷繞頭的紙筒上進行絲的卷繞過程中，當意外發生斷絲故障，只要按下自動控制按鈕，其故障卷繞頭停車，同時各精密計量裝置會按原設定指令自動調節物料的流出量，確保其他紡絲位的連續、正常生產，待故障處理完畢，即可恢復原正常設置。
融體直紡氨綸常用的生產原料為二異氰酸酯，可以是4.4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（mdi）或甲苯二異氰酸酯（tdi），其中mdi的苯基環狀結構更適合氨綸的生產。
高分子二醇與異氰酸酯接觸能產生化學反應，形成軟鏈段，并為聚合物多元醇提供諸如彈性及柔韌性等元結晶特點，高分子二醇最好從聚酯二醇、聚醚二醇、聚碳酸酯二醇中選擇一種或二種以上的高分子二醇使用。其中聚酯二醇抗紫外線、抗氧化與抗化學性較佳。聚醚二醇則耐水解和穩定性好。
擴鏈劑與異氰酸酯反應，形成硬鏈段。最常用的低分子二醇如1.4-丁二醇（bdo），也可以選用乙二醇、丙二醇、1.5戊二醇、1.6巳二醇等。
由本發明工藝方法生產的氨綸纖維，其各項性能指標與現行的干法工藝生產的氨綸纖維相比，已是相當接近，雖然在300%回復率、耐熱性兩項指標尚有較小的差異外，其他各項指標均已達到或超過干法氨綸纖維指標。而且，即使尚存的微小差異，但也絲毫不影響任何針織品和紡織品對其性能的要求，何況，以本發明生產紡制的氨綸已全部達到國家關于氨綸產品的各項性能標準。