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1、 高性能扁丝技术及市场的最新进展 芦长椿摘要:聚烯烃扁丝用作包装材料,在诸如书报杂志、块状物料、大型容器、片状化工制品及其他工业和商业领域得以广泛使用。近年来,利用回收聚酯瓶片料,制取高性能PET扁丝技术取得了长足进步。本文重点介绍PET扁丝和复丝型扁丝方面的新产品和新工艺。关键词:扁丝;通用性;回收聚酯瓶片;纤维增强扁丝TQ320.72 文献标志码:ALatest Developments in the Technology and Market of Highperformance Tape YarnAbstract: Polyolefin tape yarn is widely used
2、 for packing industrial goods and commodities such as book, newspaper & magazine, bulk material, large-sized container and flaky chemical products. In recent years, great progress has been made in producing high-performance PET tape yarn with recycled polyester bottle chips. This paper introduces in
3、novative PET tape yarn and multifilament tape yarn as well as related new processes.Key words: tape yarn; universal; recycled polyester bottle chips; fiber-reinforced tape yarn近年来,扁丝技术的生产效率和成本效益明显提升,特别是奥地利Starlinger公司研究人员开发的高强、低单重PET扁丝展示出了优良使用性能和可使用回收瓶片料的特点,PET扁丝纱新的潜在市场亦引起了行业的普遍兴趣。1 扁丝技术的现状与新进展1.1 扁
4、丝技术的现状与发展趋势扁丝是产业用合成纤维中重要品种之一,目前需求市场仍以聚烯烃扁丝为主体,在包装材料领域即塑料编织袋、水泥编织袋以及集装袋等大宗产品的捆扎方面得以广泛使用,在土木工程和灾害救治上也受到业内的肯定,量大且面广。当下市场提供的半自动化与自动化的扁丝生产装备,可以稳定地生产品质优异的扁丝纱产品。通常,扁丝生产线主要包括如下技术单元,即树脂/着色剂/添加剂剂量输送装置、螺杆挤压系统、水浴成形装置、五辊或七辊牵伸机、热箱以及卷绕机等。依据产品和工艺要求,调整基本单元配置,可以生产扁丝、单丝、人造草坪或高强力复丝等产品,如意大利Sima公司(希玛)T-20紧凑型PP扁丝生产线,在更换纺丝
5、组件的情况下可以生产PP高强丝。比利时Centexbel公司开发的新型半工业性扁丝生产线,可以应对市场的需求变化而调整品种,变换模块化的设计配置可生产扁丝、人造草坪、地毯底布和单丝类产品。该半工业性设备还具备实验功能,即新的扁丝品种,实验量仅有 2 kg。可以说通用性即良好的生产弹性是扁丝生产技术最鲜明的特征之一。稳定的扁丝品质和高的生产效率是扁丝生产厂家追求的目标。Reimotec公司开发的双螺杆挤压系统已在扁丝设备上使用。高性能卷绕装置对扁丝生产至关重要,如Starlinger公司提供的200LX型卷绕机,具有较高的生产效率,在变更品种时操作简易、快速,设备亦无需大的调整,其良好的生产弹性
6、适应小批量多品种生产配置,明显增强了企业对市场的应变能力。200LX型卷绕机的运行转换可靠性达到99.9%,比目前扁丝生产中常用的卷绕装置95%要高,无疑生产中的废丝率会十分低。另外选用该型卷绕系统,维修工作量低、操作人员少,通常扁丝生产线每运转班要 5 人,而配置高性能卷绕机的扁丝生产线,加工速度520 m/min、生产能力240 270 kg/h仅需 3 人/班。表 1 为已投入市场的高性能卷绕机的技术特征。新的创新包装发展趋势正促使企业更加致力于现实的课题,诸如开发可持续的包装材料以减少粮食损失。由于贮存不当、运转条件恶劣、仓储和包装方式落后,全球每年损失掉约有成亿吨粮食,这大约占全球粮
7、食产量的1/3。目前笨重物品的运输包装仍在使用钢带,仅欧洲每年此类包装就消耗掉50万t钢材,如选用高性能PET扁丝替代包装钢带,具有巨大的市场潜力空间。Reimotec公司提供的扁丝生产设备,可以使用回收再利用的聚酯瓶片作原料。该高性能PET扁丝的技术特征如下:PET扁丝较之于钢带具备更好的稳定性;PET扁丝成本通常比钢带高7% 15%,但PET扁丝有良好的弹性,更适宜运输物品的包装,同时对热、水蒸汽以及意外的震动性破坏的抵御性要优于钢带;PET扁丝柔软,捆系容易,不存在使用钢带可能给操作人员带来的伤害;PET扁丝使用100%的回收利用的聚酯瓶作原料,成本低,并具有环境友好特征。PET扁丝纱的
8、使用性能表现出了许多技术特点,在聚酯瓶、棉纤维包、钢制卷材、石料和木材等物料的捆扎包装上使用具有十分好的市场潜力。正如业内众多厂家所述,它并非要替代传统的聚烯烃扁丝,而是拓展扁丝新的使用领域,涉入传统PP扁丝纱尚未进入的消费需求市场。1.2 扁丝技术的新进展1.2.1 高性能聚酯(PET)扁丝回收再利用的聚酯瓶片主要用于食品级树脂、纤维和聚酯膜材料,扁丝纱应该是回收瓶片第四大用途领域。目前全球市场立足于PET瓶片制备高性能扁丝技术及设备厂家主要是德国Reimotec公司、意大利希玛公司、奥地利Starlinger和Erama公司。将回收PET瓶片转化为扁丝纱,通常采用一步法连续工艺,无需添加任
9、何试剂和配置新的设备,具有最佳的成本优势。利用可再生资源制备PET扁丝的生产中,对PET瓶片的含湿率的控制亦略有差异,希玛公司瓶片料含水率在0.7%,预挤压段的含湿率控制在0.005%。Erema公司初始瓶片的含水量在1.5%,挤压段的含湿亦没有变化。一般来说,用作PET扁丝生产的瓶片的含水率在0.5% 1.2%范围。对于PET瓶片的品质,各厂家的要求也有差异,表 2 为两家重要PET扁丝生产厂家的品质指标。目前在PET扁丝生产中,Erema公司和希玛公司采用单螺杆挤压系统,而Reimotec公司使用双螺杆挤压装置,后者的设备投资成本要高些。采用双螺杆挤压系统,具有最佳的物料剂量精度、比较宽的
10、可操作性能,可以有效地提高产品的成本效益。从运转的实际状况,即运转时间7 200 h,运转天数300天计算,双螺杆挤压装置的生产效率可提升25%,原材料消耗低,加工成本下降30%,生产中废丝率下降了近一半。当扁丝产品的断裂强度达到489 550 N/mm2时,能耗可以控制在670 1 000 kWh/t。从对瓶片原料的尺寸规格、体积密度以及含湿率控制要求考量,Erema公司PET扁丝生产技术与装备的生产弹性显得更优越一些。表 3 为使用回收聚酯瓶片为原料的扁丝制备工艺的技术特征。1.2.2 高强低单重PET扁丝Starlinger公司开发的高强、轻单重PET扁丝纱,较之于传统的聚烯烃扁丝,其使
11、用性能和热性能得以明显改观。在较高的使用温度下,PET扁丝纱织物仍能保持良好的性能(模量、强力)和抗蠕变性能。通过改变牵伸和热定形工艺可以得到性能优异的扁丝产品,即便在190 的使用条件下,扁丝仍能保持强力指标 7 10 g/D、热收缩率2%的水平。聚酯密度1.4 g/cm3,要高于PP(0.90 g/cm3),特别是聚酯纤维的光泽表面更易于引起消费人群视觉兴趣,而聚酯纤维织物可以制得透明、半透明和不透明的外观,用作装饰材料,非常适于产品款式的变化,亦有利于产品设计人员的构思。Starlinger公司研究人员选用75% 99%的热塑性聚酯,添加0.1% 25%的改性剂、0 5%的第二组分聚合物
12、,完成了PET扁丝的系统成形试验,切割膜幅宽600 mm,成形速度100 120 m/min,产品扁丝宽度0.5 7.0 mm,卷装品质优良(表 4)。PET扁丝的加捻性能、黏附性和切膜性能良好。聚酯熔点265 ,在130 的条件下其热收缩性能明显优于PP,而模量高,塑性变形小,制品的光泽和透明度亦远好于聚丙烯。PP扁丝已在地毯初始底布和次层底布上使用,但消费者更青睐热收缩变形低的PET扁丝做第二层底布。1.2.3 扁丝新品种Reimotec公司开发的二组分和三组分复合结构的扁丝即“Tirco”技术,该产品选择成本低廉的回收PET瓶片原料。开发“Tirco”扁丝的目的是提供可替代钢带的包装材料
13、,用以捆系石头、卷装钢材等超重制品。“Tirco”扁丝的芯层使用品质较低的回收料,外层及涂层采用高品质的PET回收料,可以确保扁丝在运输中包装的边界和棱角处不发生断裂。1.2.4 纤维增强扁丝纱德国Enka(恩卡)公司提供了一种新型利用复丝增强的扁丝纱产品,商品名“Tectape”(图 1)。该产品系聚酰胺66工业长丝增强的复丝型扁丝,扁丝厚度0.1 mm,丝宽3.2 mm。使用的PA66工业丝:线密度2 046 dtex/f 280,断裂强度802 mN/tex,抗张强度490 N/mm,断裂伸长21.5%,在180 条件下,2 min热收缩率低于3.4%。扁丝的织物厚度分布:最厚处0.10
14、 mm,最薄处0.07 mm。Tectape属轻薄型扁丝产品,其织物结构和内在的与橡胶间良好的亲和力,使其具有广泛的应用潜力和市场。研究结果还显示,Tectape亦可以选择使用聚酯工业丝或生物基PLA长丝作原料。恩卡公司在2014年奥地利国际化纤会议上展示了 Tectape 技术,引起了化纤业界的关注。2 国内扁丝的技术状况与发展20世纪80年代末,国内开始了聚烯烃扁丝研究与开发的尝试,并成为国内最早实现工业规模生产的化纤品种之一,聚烯烃扁丝在包装材料、土木工程和自然灾害应急处理方面得到了大量的使用。2012年国内塑料编织制品的产能已超过1 000万t/a,依据中国包装协会的研究报告,近年来,
15、塑料编织袋出口面临着南亚国家,诸如印度等国的强劲竞争,塑料编织产品出口市场呈持续低迷态势。近30年来,国内陆续引进了塑料编织物生产线已超过100余条,扁丝生产工艺涉及上吹成形、下吹成形和平膜成形方式。目前国内塑料编织产品市场,PP扁丝仍占绝大比例,耗用的原料量已占PP产量的 4 成以上。PP扁丝品质和成本效益普遍低下,生产效率仅为引进生产线的20% 30%(表 5)。自20世纪80年代国产LKP703扁丝生产设备投放市场以来,届时扁丝的加工速度在100 120 m/min,产量达100 kg/h。过去的30年间,国内扁丝生产技术水平止步不前,高性能PET扁丝的研究与开发投入也显得不足。据悉引进
16、的德国Reimotec公司聚酯扁丝生产设备将于2015年投入运行,传统国产扁丝设备无疑面临着技术更新的压力。3 结束语扁丝是重要的产业用纤维品种,使用面广,在编织袋、地毯底布、土工用、农用、人造草坪等领域使用量很大。亦是国内最早实现装备国产化的化纤品种之一。近来随着可再生资源利用,特别是高性能PET扁丝技术的进步和回收瓶片资源的利用,扁丝生产效率和成本收益明显提高,对于产品与技术目前仍处于低端的我国扁丝企业来说,面临的转型压力在增长。参考文献1 Starlinger & Co. Austria. The art of tape windingJ. Internationla Fiber Journal,2013,27(10):