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干货ℱ涤纶长丝的生产工艺路线

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本文摘要:(由ai生成)

涤纶长丝生产工艺多样,按纺丝速度、原料和流程分类。常规、中速、高速纺丝各具特点,效率与产品质量各异。纺丝拉伸一步法简化流程。高取向丝和高结晶丝等特殊工艺提升性能。涤纶长丝生产强调减少锭位差异,确保质量。


涤纶长丝生产工艺随着机械制造技术和化学加工技术的进步,发展很快,种类很多。按纺丝速度可分为常规纺丝工艺、中速纺丝工艺和高速纺丝工艺。按聚酯原料可分为熔体直接纺丝和切片纺丝。直接纺丝法是将聚合釜中的熔体直接送人纺丝机进行纺丝;切片纺丝法是将缩聚工序制得的聚酯熔体经铸带、切粒和纺前干燥之后,采用螺杆挤出机将切片熔化成为熔体再进行纺丝。按工艺流程有三步法、二步法和一步法。


一、常规纺丝工艺
常规纺丝又称低速纺丝,是最早工业化生产的一种工艺路线。采用纺丝卷绕拉伸加捻一假捻变形(UDY-DY-TY)的三步法工艺路线。纺丝速度为100O~1500m/min,拉伸加捻速度为600~1100m/min。假捻变形速度为120~160m/min,后加工拉伸倍数为3.5~4.2倍(假捻变形加工前)。可纺制33~167dtex的长丝。    

常规纺丝既可生产拉伸丝,又能生产变形丝,其特点是工艺成熟、设备运转稳定、技术容易掌握、产品质量较好、染色均匀性好。变形丝M(M丝为被测变形丝与标准变形丝的吸色性相差在半级之内的正常染色丝)可达96%。但工艺流程长,生产效率低。

二、中速纺丝工艺

中速纺丝是二步法工艺。纺丝速度为1800~2500m/min,制得半预取向丝(MOY)。中速纺丝有两种工艺路线。


1.MOY-DY工艺    

此工艺采用中速纺丝、低速拉伸。纺丝速度为1800~2500m/min,拉伸加捻速度为800~1200m/min,可纺制33~167dtex的拉伸丝,常见的是75dtex和50dtex。其生产效率比高速纺丝低,产品质量比常规纺丝差。


2.MOY—DTY工艺    

此工艺采用中速纺丝、高速拉伸变形。MOY的剩余拉伸倍数为2.1~2.4倍,拉伸变形速度为400~500m/min,可纺制55~88dtex的变形丝,超过110dtex时需将两根丝条合股成一个筒子。此工艺的生产效率和产品质量不及POY-DTY工艺。

三、高速纺丝工艺

高速纺丝的纺丝速度为3000~3600m/min,可制得预取向丝(POY)。高速纺丝有三种工艺路线。


1.POY-DTY工艺    

此工艺采用高速纺丝、高速拉伸变形,是典型的二步法工艺路线,是目前生产变形丝最多的工艺路线。

POY的后加工速度通常为400~800m/min,可纺制50~167dtex的变形丝(DTY)。其特点为工艺流程短,生产效率高,基建投资省。POY可以长期存放,长途运输;DTY品质优良。


2.POY-TY工艺    

此工艺采用高速纺丝、低速假捻变形(转子式假捻法),可纺制111~167dtex的变形丝。此工艺路线在技术经济上不合理。


3.POY-DY工艺    

此工艺采用高速纺丝、低速拉伸加捻,可纺制55~110dtex的拉伸丝。拉伸比为1.3~1.7倍,采用一般拉伸加捻机。这种工艺制得的DY性能不如UDY。

四、纺丝拉伸一步法工艺

此工艺采用纺丝、拉伸两道工序在一台纺丝拉伸联合机上完成,是一步法工艺路线。生产工艺有两种,一种是纺丝速度为900~1500m/min,拉伸速度为3200~4000m/min,拉伸比为3.5倍,可纺制55~165dtex的拉伸丝;另一种的纺丝速度为2600~3500m/min,拉伸速度为5100~5500m/min。此工艺生产的长丝称FDY。

五、其他纺丝工艺

涤纶长丝生产工艺除上述几种外,还有高取向丝(HOY)生产工艺和高结晶丝(HCY)生产工艺等。

高取向丝(HOY)亦称全取向丝。此工艺采用一步法超高速纺丝,纺丝卷绕速度为5500~6000m/min。由于大幅度增加了喷头拉伸,纤维的取向度大大提高,但结晶颗粒大,非晶区取向度较低,纤维的染色性能较好,但伸长度太大(40%左右),即使将卷绕速度提高到7000~8000m/min,伸长度仍不能满足一般服用要求,目前尚处于试验性生产阶段。

高结晶丝(HCY)采用高速纺丝热管拉伸一步法制得。在普通高速纺丝流程上,在纤维凝固集束上油之前,加一段热管,由热空气将丝条加热到玻璃化温度以上(软化点之下),使凝固后的丝条在卷绕牵引力的作用下得到进一步拉伸。

     


涤纶长丝的生产特点


涤纶长丝的纺丝、拉伸和变形加工均在各个锭位上进行。后道工序对前道的丝锭进行加工时,虽然可以通过调整后道工序的工艺来改善或弥补一些缺点,但有些缺点不但不能弥补,还可能被放大,比如锭位间的差异。因此,减少锭位间的差异是保证长丝质量的关键。随着纺丝技术的发展,涤纶长丝生产具有下列生产特点。    
1
生产速度高
随着长丝生产技术的发展,纺丝速度愈来愈高,现在绝大部分已达到3500m/min左右。纺丝速度的提高,对工艺、设备、操作等提出了更高的要求。    
2
卷装容量大
卷绕丝筒子的净重从3~4kg提高到15kg,变形丝筒子由1~2kg提高到5kg。卷装容量加大后,对卷绕机构、筒子丝质量的均匀性、筒子的装箱运输等均提出了新的要求。    
3
原料质量要求高
聚酯原料的质量与长丝的可纺性及产品质量的关系十分密切。除要求切片的质量指标——特性粘数、软化点、二甘醇含量、羧基含量、灰分和凝聚粒子合格外,同时,切片的外观形状、有无碳黑粒子、相对分子质量的分布、含水率对可纺性的影响也很大,尤其是含水率对高速纺丝的影响更大,要求切片的古水率不超过30~50ppm。要求原料的质量达到质量指标,均匀一致,而且要求批与批之间的质量稳定、一致。    
4
工艺控制严格
长丝生产要求工艺参数十分严格。例如,熔体温度上下波动不超过±1℃,侧吹风风速差异不大于0.1m/s,喷丝板要求天天铲板面。对公用工程(如水、气、汽、电)也有较高的要求。    
5
要求实行全面质量管理
长丝生产是一种多锭位、多机台的流水线作业,操作频繁,劳动密集,管理工作好坏与长丝质量的关系十分密切。为了保证产品质量,必须实行全面质量管理,建立质量保证体系。    
6
要求做好检验、包装、储运工作

为了保证长丝质量,对每批原料均需检验其物理指标,对卷绕筒子要逐个检验其外观疵点,对成品丝染色性能要进行抽样或全部检验,包装过程中不同规格不能混袋。另外,要注惹仓储和运输工作,仓储不可日晒夜露,堆箱不能过高,装卸要求轻放,运输尽量避免颠簸。

来源:色尚坊布博士

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来源:碳纤维生产技术
化学控制试验
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首次发布时间:2024-08-03
最近编辑:1月前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
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研报ℱ国内市场的碳纤维竞争格局(重点)

本文摘要:(由ai生成)我国碳纤维产业起步晚,技术落后,产能利用率低,依赖进口。国内竞争激烈但集中度低,企业规模小,成本高。吉林碳谷、中钢吉炭、吉研高科等企业各有特色,但整体面临挑战。吉林炭素作为老牌企业,产品多样,但业绩不佳。碳纤维全产业链发展需加强技术创新和市场拓展。一、 国内竞争尚未成型我国从20世纪60年代开始研发聚丙烯腈基碳纤维,最早从事碳纤维研发的机构主要为中科院山西煤化所、长春应用化学研究所、化学研究所(北京)。五十多年来我国碳纤维产业从无到有,从小到大,但发展速度相比发达国家仍然进展缓慢。而日美等国对核心技术的垄断与封锁,使我国碳纤维生产技术和装备水平整体落后于国外,无法满足国家重大装备等高端领域的需求。近几年,国内资本盲目涌入碳纤维领域,忽视碳纤维产业发展规律,低水平重复建设导致产业集中度较低的格局,具体表现为低水平、同质化现象严重;企业单条生产线规模小,大部分企业仅有百吨级生产能力;技术装备以及下游产品开发应用等方面与国外先进水平存在明显差距等。2015年国内碳纤维理论产能约2.4万吨,然而产能利用率不足20%,80%依赖于进口,国内产量在3000吨左右。国内大部分生产企业单线产能仅为百吨级,无法形成规模效应,成本居高不下,国内仅有中复神鹰、恒神股份等少数企业具有千吨级生产线,导致多数企业出具亏损状态。图:国内主要企业的产能情况资料来源:高蕴资本图:国内实际产量低于产能资料来源:高蕴资本表:国内碳纤维上市公司汇总情况(财务数据为2016年)二、原丝1. 吉林碳谷吉林奇峰化纤股份有限公司是全球知名的聚丙烯腈基纤维生产企业。始建于1995年12月,1998年5月建成投产,是由吉林化纤集团有限责任公司控股的香港H股上市公司。公司2008年成立全资子公司吉林碳谷碳纤维股份有限公司(股票代码:836077),生产聚丙烯腈基碳纤维原丝,年产5000吨聚丙烯腈基碳纤维原丝于2011年9月建成投产。同时,公司正进行年产10000吨PAN基碳纤维原丝生产线的建设。2015年公司营业收入达0.79亿元,同比增长71.74%,不过公司目前仍处于亏损状态,2015年归属股东的净利润达-0.42亿元,比2014年有所收窄。2015年6月,控股股东奇峰化纤以1.59亿元将吉林碳谷的全部股权转让给吉林市国盛资产管理有限公司,转让原因是吉林碳谷连续亏损,短期不会给公司带来收益,所以选择转让。2016年,吉林碳谷总资产为7.34亿元,净资产2.56亿元,实现总收入为1.7亿,其中86%来源于原丝,净利润151万元,不再是亏损状态,主要销售用途是民用。三、碳丝1.中钢吉炭中钢吉炭是国内军用碳纤维唯一定点生产企业,产品就是碳纤维,不生产原丝。其产品为1-3K的碳纤维,主要应用于长征、东风等国家武器研制,产量在15t左右,是高盈利能力的产品,但受原丝来源的限制,产量难于扩大。中钢集团江城碳纤维有限公司是中钢吉炭旗下主要负责碳纤维生产和销售的公司,成立于2008年,但由于为公司提供设备的美国方面军品出口政策的影响,一直无法获得产品出口许可证。因此,中钢吉炭将持有的70%的股权,作价3500万元,出售给公司控股股东中国中钢集团公司。2014年,中钢吉炭发生重大资产重组,置出中钢吉炭全部资产及负债,注入中钢设备100%股权,实现公司主营业务的转型,该重组构成借壳上市,证券简称由“中钢吉炭”改为“中钢国际”。2.吉研高科吉林市吉研高科技纤维有限责任公司以碳纤维产品的研发和生产为核心业务,拥有年产160吨聚丙烯基腈基碳纤维生产线,技术水平和生产能力处于国内领先地位。公司不生产原丝,炭化加工所需的PAN原丝由吉林化纤集团责任有限公司和山西恒天纺织新材料科技有限公司提供。公司的主导产品为PAN基碳纤维、PAN基碳纤维布、粘胶基碳纤维,并能生产短切碳纤维、碳纤维粉、碳纤维绳等后部制品,为国内百余户企业提供优质碳纤维产品。年产20000辆碳纤维复合材料自行车,是本公司又一主导产品。“吉昊麟”牌为公司自主品牌,目前山地车和跑车两种车型已走向市场。公司成功举办了4届“中国吉林市首届吉昊麟杯”环松花江公路碳纤维自行车大奖赛”,并提供了全部比赛用车,“吉昊麟”牌碳纤维自行车已跻身国内顶级碳纤维自行车行列。3.吉林炭素吉林炭素有限公司前身是国家“一五”期间建设的156项重点项目之一,于1955年竣工投产。2006年,与中国中钢集团公司重组。2013年3月正式成立,目前吉林炭素为中泽控股集团股份有限公司控股、中国中钢股份有限公司参股的混合所有制企业,注册资本10亿元。图:股权结构图资料来源:国家企业信用信息公示系统吉林炭素产品主要包括石墨电极、石墨阳极、炭块、特种炭制品、碳纤维制品等。2014年实现营业收入13.32亿元,净利润-4.81亿元。四、全产业链1.中复神鹰中复神鹰碳纤维有限责任公司是一家非上市公司,属于国内最早涉足碳纤维领域的企业,是江苏省高新技术企业。公司主要从事碳纤维的生产和销售,是国内第一家实现千吨级纤维产业化生产的企业,也是国内第一家研发出干喷湿纺技术制备高性能碳纤维的企业,是国内第一家具备产能5000吨/年干喷湿纺原丝生产线。表:公司的基本情况资料来源:国家企业信用信息公示系统成立十年来,公司总投入资金10亿元,形成了年产4200吨碳纤维的生产能力。目前公司销量约1500吨,基本上全部是T700级产品,国内市占率超过70%。2015年9月公司实现T800百吨级稳定生产,2016年5月,千吨级T800碳纤维原丝线投产。公司业绩今年有望实现盈亏平衡。图:中复神鹰的股权结构资料来源:国家企业信用信息公示系统2.中简科技中简科技发展有限公司由中科院T700碳纤维技术团队与常州三毛纺织集团有限公司等共同组建,碳纤维产品主要用于军用,销售给国内航空航天领域所属企业。公司无控股股东,实际控制人为杨永岗和温月芳。中简科技于2016年11月向深交所创业板递交招股说明书,尚未获批复。递交招股说明书前,公司总股本为36,000万股。拟公开发行人民币普通股不超过4,000万股,总募集金额合计2.34亿,用于1000吨/年国产T700级碳纤维扩建项目。图:股权结构图资料来源:招股说明书表:公司财务数据资料来源:招股说明书公司生产的ZT7系列碳纤维产品公司作为航空航天装备原材料级供应商,客户主要是国内大型航空航天企业集团,客户明确且集中度高,一旦公司碳纤维各项性能参数指标经客户定型、认证、评审通过,该型号对公司产品具有较强的依赖性。表:产能情况资料来源:招股说明书3.光威复材威海光威复合材料股份有限公司(以下简称“光威复材”,股票代码:300699.SZ)成立于1992年2月5日,于2015年11月23日首次申报深圳创业板IPO,2017年8月15日获得证监 会核准,成功上市。IPO前,公司的股本为2.76亿股,发行上市预计向公众发行9200万股,发行后,公司的股本为3.68亿股。大股东光威集团持股比例摊薄至37.56%。表:股权结构图(发行前)资料来源:wind注:陈亮持有光威集团股份12.18%,王言卿继承丈夫陈光威持有的光威集团67.59%的股份(陈光威于2017年4月22日去世),陈亮与王言卿为母子关系截止到2017年6月,公司的总资产23.72亿元,净资产15.65亿元,实现营业收入4.91亿元,净利润1.53亿元,近几年来保持稳定增长。表:财务概况资料来源:wind公司是专业从事碳纤维及碳纤维复合材料的研发、生产与销售的高新技术企业,拥有碳纤维行业的全产业链布局,产品范围从原丝、碳纤维、织物、预浸料到复合材料、碳纤维制品。碳纤维系列产品的收入占公司总收入的90%以上,是公司的主营业务。公司产品主要应用领域分为国防军工和民用两大板块。其中国防军工板块包括航空航天、电子通讯、兵器装备等领域,占比75%,且逐年呈现递增趋势;民用板块包括风电叶片、核电装备、船舶制造、重大基础设施建设、轨道交通、汽车零部件、医疗器械、高端体育休闲用品等领域,占比25%。公司碳纤维的主要产品是GQ3522,即T300级别产品,2016年产能176吨,销量141吨(包括自用85吨,外销56吨)。,2017年1-6月碳纤维销量达到153吨。此外,公司还会对外采购碳纤维作为织物和预浸料的原材料,采购量是自产量的3倍左右。表:碳纤维的产品结构资料来源:wind注:12、13年的碳纤维织物数据包括碳纤维和碳纤维织物光威复材的碳纤维主要来自于其100%控股子公司威海拓展纤维有限公司(以下简称“威海拓展”),威海拓展成立于2002年4月23日,注册资本6.5亿元。公司是专门从事高性能碳纤维及制品研发生产的高新技术企业。2016年,公司的总资产18.4亿元,净资产10亿,净利润1.7亿。光威复材全资子公司威海光威精密机械有限公司(以下简称“光威精机”)具有非标设备计和生产、压力容器和压力管道的设计和安装、对外机械加工的强大实力,目前主要为光威复材及威海拓展提供成套生产设备的设计、制造和安装以及生产线建设服务。2016年,公司总资产1个亿,净利润-198万。4. 恒神股份江苏恒神股份有限公司是一家民营企业,在新三板挂牌(代码832397,简称“恒神股份”)。公司也起步于2006-2007年,目前拥有3500吨碳纤维产能,产能仅次于中复神鹰,也是国内产能千吨以上企业之一。恒神股份的主营业务为国产高性能碳纤维、增强增韧树脂及先进复合材料的研发、生产、销售和售后服务,是国内一家拥有自原丝、碳纤维、上浆剂、织物、树脂、预浸料到复合材料制品的全产业链企业。表:公司碳纤维建设的基本情况资料来源:wind恒神股份是国内碳纤维技术领军企业之一,从2014年9月开始组织碳纤维干喷湿纺技术攻关。2015年7月突破T700S碳纤维技术,2015年9月突破T800S碳纤维技术,2016年3月突破T1000G碳纤维技术,从原丝到技术均为自主研发,技术处于国内领先地位。目前,恒神股份已建成国产碳纤维湿法纺产业化线3条,产能3000吨(其中T300级碳纤维2条,产能2000吨;T700级碳纤维1条,产能1000吨)。在建干喷湿法纺、湿法纺丝生产线各1条,单线产能1000吨,生产T700/800级碳纤维。表:公司碳纤维建设的基本情况资料来源:wind恒神股份主营产品有丹强丝和碳纤维两大板块,2013年丹强丝产品营收占比达到98%。2014年碳纤维产线逐步量产,产品营收大幅增加。2015年开始专营碳纤维及相关产品,丹强丝业务不再经营。恒神碳纤维系列产品含碳纤维-碳纤维织物-碳纤维预浸料-碳纤维复合材料制品及技术服务,其中以碳纤维及碳纤维预浸料占收入比较高,2014年这一数字分别为16.53%、35.26%。图:恒神股份的产品构成资料来源:wind公司近两年发展战略向下游倾斜,减少了碳纤维的销售,大力发展织物、预浸料和复合材料制品研发和销售。公司通过与中航工业等企业合作,积极参与“民参军”合作,从事军工类碳纤维产品的科研和预研,同时在民航、高铁、磁悬浮等领域储备了多个项目。但是由于此类项目认证周期较长,研发投入较大,目前未形成规模销售,盈利能力不足。5. 中安信中安信科技有限公司成立于2011年,是一家经国家工商总局批准登记注册的民营企业,注册资本6.5亿元,主要经营研发、生产和销售工业及民用碳纤维及其复合材料制品,致力于打造国际一流的碳纤维产业,满足市场对碳纤维产品日益增长的需求。拥有国内知名的、具有成功大型产业化装置运行管理经验的专家团队、技术团队和优秀的管理团队,自主研发了高性能碳纤维原丝、碳丝、复合材料及制品的技术和工艺,拥有完全自主知识产权。图:股权结构资料来源:国家企业信用信息公示系统2013年,中安信公司在河北廊坊投资50亿,占地680亩,将分两期建成年产15000吨原丝、5100吨碳丝的高性能碳纤维,一期年产5000吨原丝、1700吨碳丝的生产线已经建成投产,可稳定量产T700、T800、T900、T1000、T1100级别的高性能碳纤维材料,良品率达到97.5%,可满足民用航空、高端工业对高性能碳纤维的需求。二期年产3400吨碳纤维项目已经向美国预定设备,计划2018年中投产。2017年9月30日,康得新发布公告与控股股东康得集团及其他单位共同投资康得碳谷科技有限公司的公告。康得新与康得集团及荣成市国有资本运营有限公司共同投资康得碳谷科技有限公司(下称:康得碳谷),增资金额合计130亿元,增资后康得碳谷的注册资本为140亿元。公司拟向康得碳谷增资20亿元,占增资后注册资本总额的14.29%;康得集团增资90亿元,占增资后注册资本总额的71.42%;荣成市国有资本运营有限公司增资20亿元,占增资后注册资本总额的14.29%。康得碳谷拟在山东省荣成市建设“康得碳谷科技项目暨年产6.6万吨高性能碳纤维项目”,计划到2023年建成年产6.6万吨高性能碳纤维生产基地,届时将成为全球产能最大的高性能碳纤维生产基地,以满足新能源汽车、民用航空等高端工业对高性能碳纤维的增长需求,推动我国碳纤维行业发展。五. 生产线研发1.精功科技精功科技(002006.SZ)是国内首家研制成套碳纤维生产线的企业,主要是生产碳纤维生产设备并将其销售给关联方获得收入。公司在传统业务纺机、建机和高温铸锭炉等机械设备方面积累了丰富的经验,通过优势集成,仅利用两年时间完成了成套碳纤维生产线的研制,填补了国内碳纤维生产线自主化生产的空白。该生产线与德国和意大利等公司合作研制完成,进口和国产化设计金额占比各50%,该生产线以12K、24K及以上原丝为原料,具备1千吨/年的高性能碳纤维生产能力。2015年11月,公司首条千吨级高性能碳纤维成套生产线与浙江精业新兴材料有限公司签署了《产品销售合同》,总合同金额为2.6亿元,占公司总营收38%。碳纤维成套生产线毛利率约40%,净利率20%,具有较强盈利能力。国产化生产线相比国外引进设备成本显著降低,有利于降低碳纤维生产成本。表:公司基本信息资料来源:wind表:公司碳纤维建设的基本情况资料来源:wind、高蕴资本六. 复合材料1.海源机械海源机械(002529.SZ)2015年开始对业务结构进行调整,原机械设备业务整合,重点投向复合材料轻量化领域。公司于2015年9月出资设立福建省汽车集团云度新能源汽车股份有限公司,持有该公司11%股权,布局汽车产业链,并通过海源碳纤维概念车的开发。2015年10月,海源机械定增募资6.04亿元,投向包括新能源汽车碳纤维车身部件生产工艺技术及生产线装备的研发及产业化项目和新能源汽车碳纤维车身部件生产示范项目。公司预计2016年底实现碳纤维车身部件生产线的安装调试,2017年上半年投入生产。表:公司基本信息资料来源:wind表:公司碳纤维建设的基本情况资料来源:wind来源:新材料在线特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 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