高性能扁絲技術(shù)及市場的最新進(jìn)展

蘆長椿

摘要：聚烯烴扁絲用作包裝材料，在諸如書報(bào)雜志、塊狀物料、大型容器、片狀化工制品及其他工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域得以廣泛使用。近年來，利用回收聚酯瓶片料，制取高性能PET扁絲技術(shù)取得了長足進(jìn)步。本文重點(diǎn)介紹PET扁絲和復(fù)絲型扁絲方面的新產(chǎn)品和新工藝。

關(guān)鍵詞：扁絲；通用性；回收聚酯瓶片；纖維增強(qiáng)扁絲

中圖分類號(hào)： TQ320.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Latest Developments in the Technology and Market of Highperformance Tape Yarn

Abstract： Polyolefin tape yarn is widely used 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 innovative 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

近年來，扁絲技術(shù)的生產(chǎn)效率和成本效益明顯提升，特別是奧地利Starlinger公司研究人員開發(fā)的高強(qiáng)、低單重PET扁絲展示出了優(yōu)良使用性能和可使用回收瓶片料的特點(diǎn)，PET扁絲紗新的潛在市場亦引起了行業(yè)的普遍興趣。

1 扁絲技術(shù)的現(xiàn)狀與新進(jìn)展

1.1 扁絲技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

扁絲是產(chǎn)業(yè)用合成纖維中重要品種之一，目前需求市場仍以聚烯烴扁絲為主體，在包裝材料領(lǐng)域即塑料編織袋、水泥編織袋以及集裝袋等大宗產(chǎn)品的捆扎方面得以廣泛使用，在土木工程和災(zāi)害救治上也受到業(yè)內(nèi)的肯定，量大且面廣。當(dāng)下市場提供的半自動(dòng)化與自動(dòng)化的扁絲生產(chǎn)裝備，可以穩(wěn)定地生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)異的扁絲紗產(chǎn)品。

通常，扁絲生產(chǎn)線主要包括如下技術(shù)單元，即樹脂/著色劑/添加劑劑量輸送裝置、螺桿擠壓系統(tǒng)、水浴成形裝置、五輥或七輥牽伸機(jī)、熱箱以及卷繞機(jī)等。依據(jù)產(chǎn)品和工藝要求，調(diào)整基本單元配置，可以生產(chǎn)扁絲、單絲、人造草坪或高強(qiáng)力復(fù)絲等產(chǎn)品，如意大利Sima公司（?，敚㏕-20緊湊型PP扁絲生產(chǎn)線，在更換紡絲組件的情況下可以生產(chǎn)PP高強(qiáng)絲。比利時(shí)Centexbel公司開發(fā)的新型半工業(yè)性扁絲生產(chǎn)線，可以應(yīng)對(duì)市場的需求變化而調(diào)整品種，變換模塊化的設(shè)計(jì)配置可生產(chǎn)扁絲、人造草坪、地毯底布和單絲類產(chǎn)品。該半工業(yè)性設(shè)備還具備實(shí)驗(yàn)功能，即新的扁絲品種，實(shí)驗(yàn)量僅有 2 kg?？梢哉f通用性即良好的生產(chǎn)彈性是扁絲生產(chǎn)技術(shù)最鮮明的特征之一。

穩(wěn)定的扁絲品質(zhì)和高的生產(chǎn)效率是扁絲生產(chǎn)廠家追求的目標(biāo)。Reimotec公司開發(fā)的雙螺桿擠壓系統(tǒng)已在扁絲設(shè)備上使用。高性能卷繞裝置對(duì)扁絲生產(chǎn)至關(guān)重要，如Starlinger公司提供的200LX型卷繞機(jī)，具有較高的生產(chǎn)效率，在變更品種時(shí)操作簡易、快速，設(shè)備亦無需大的調(diào)整，其良好的生產(chǎn)彈性適應(yīng)小批量多品種生產(chǎn)配置，明顯增強(qiáng)了企業(yè)對(duì)市場的應(yīng)變能力。200LX型卷繞機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)換可靠性達(dá)到99.9%，比目前扁絲生產(chǎn)中常用的卷繞裝置95%要高，無疑生產(chǎn)中的廢絲率會(huì)十分低。另外選用該型卷繞系統(tǒng)，維修工作量低、操作人員少，通常扁絲生產(chǎn)線每運(yùn)轉(zhuǎn)班要 5 人，而配置高性能卷繞機(jī)的扁絲生產(chǎn)線，加工速度520 m/min、生產(chǎn)能力240 ～ 270 kg/h僅需 3 人/班。表 1 為已投入市場的高性能卷繞機(jī)的技術(shù)特征。

新的創(chuàng)新包裝發(fā)展趨勢正促使企業(yè)更加致力于現(xiàn)實(shí)的課題，諸如開發(fā)可持續(xù)的包裝材料以減少糧食損失。由于貯存不當(dāng)、運(yùn)轉(zhuǎn)條件惡劣、倉儲(chǔ)和包裝方式落后，全球每年損失掉約有成億噸糧食，這大約占全球糧食產(chǎn)量的1/3。

目前笨重物品的運(yùn)輸包裝仍在使用鋼帶，僅歐洲每年此類包裝就消耗掉50萬t鋼材，如選用高性能PET扁絲替代包裝鋼帶，具有巨大的市場潛力空間。Reimotec公司提供的扁絲生產(chǎn)設(shè)備，可以使用回收再利用的聚酯瓶片作原料。該高性能PET扁絲的技術(shù)特征如下：PET扁絲較之于鋼帶具備更好的穩(wěn)定性；PET扁絲成本通常比鋼帶高7% ～ 15%，但PET扁絲有良好的彈性，更適宜運(yùn)輸物品的包裝，同時(shí)對(duì)熱、水蒸汽以及意外的震動(dòng)性破壞的抵御性要優(yōu)于鋼帶；PET扁絲柔軟，捆系容易，不存在使用鋼帶可能給操作人員帶來的傷害；PET扁絲使用100%的回收利用的聚酯瓶作原料，成本低，并具有環(huán)境友好特征。

PET扁絲紗的使用性能表現(xiàn)出了許多技術(shù)特點(diǎn)，在聚酯瓶、棉纖維包、鋼制卷材、石料和木材等物料的捆扎包裝上使用具有十分好的市場潛力。正如業(yè)內(nèi)眾多廠家所述，它并非要替代傳統(tǒng)的聚烯烴扁絲，而是拓展扁絲新的使用領(lǐng)域，涉入傳統(tǒng)PP扁絲紗尚未進(jìn)入的消費(fèi)需求市場。

1.2 扁絲技術(shù)的新進(jìn)展

1.2.1 高性能聚酯（PET）扁絲

回收再利用的聚酯瓶片主要用于食品級(jí)樹脂、纖維和聚酯膜材料，扁絲紗應(yīng)該是回收瓶片第四大用途領(lǐng)域。目前全球市場立足于PET瓶片制備高性能扁絲技術(shù)及設(shè)備廠家主要是德國Reimotec公司、意大利希瑪公司、奧地利Starlinger和Erama公司。將回收PET瓶片轉(zhuǎn)化為扁絲紗，通常采用一步法連續(xù)工藝，無需添加任何試劑和配置新的設(shè)備，具有最佳的成本優(yōu)勢。利用可再生資源制備PET扁絲的生產(chǎn)中，對(duì)PET瓶片的含濕率的控制亦略有差異，希瑪公司瓶片料含水率在0.7%，預(yù)擠壓段的含濕率控制在0.005%。Erema公司初始瓶片的含水量在1.5%，擠壓段的含濕亦沒有變化。一般來說，用作PET扁絲生產(chǎn)的瓶片的含水率在0.5% ～ 1.2%范圍。

對(duì)于PET瓶片的品質(zhì)，各廠家的要求也有差異，表 2 為兩家重要PET扁絲生產(chǎn)廠家的品質(zhì)指標(biāo)。

目前在PET扁絲生產(chǎn)中，Erema公司和?，敼静捎脝温輻U擠壓系統(tǒng)，而Reimotec公司使用雙螺桿擠壓裝置，后者的設(shè)備投資成本要高些。

采用雙螺桿擠壓系統(tǒng)，具有最佳的物料劑量精度、比較寬的可操作性能，可以有效地提高產(chǎn)品的成本效益。從運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際狀況，即運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間7 200 h，運(yùn)轉(zhuǎn)天數(shù)300天計(jì)算，雙螺桿擠壓裝置的生產(chǎn)效率可提升25%，原材料消耗低，加工成本下降30%，生產(chǎn)中廢絲率下降了近一半。

當(dāng)扁絲產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)度達(dá)到489 ～ 550 N/mm2時(shí)，能耗可以控制在670 ～ 1 000 kW·h/t。從對(duì)瓶片原料的尺寸規(guī)格、體積密度以及含濕率控制要求考量，Erema公司PET扁絲生產(chǎn)技術(shù)與裝備的生產(chǎn)彈性顯得更優(yōu)越一些。表 3 為使用回收聚酯瓶片為原料的扁絲制備工藝的技術(shù)特征。

1.2.2 高強(qiáng)低單重PET扁絲

Starlinger公司開發(fā)的高強(qiáng)、輕單重PET扁絲紗，較之于傳統(tǒng)的聚烯烴扁絲，其使用性能和熱性能得以明顯改觀。在較高的使用溫度下，PET扁絲紗織物仍能保持良好的性能（模量、強(qiáng)力）和抗蠕變性能。通過改變牽伸和熱定形工藝可以得到性能優(yōu)異的扁絲產(chǎn)品，即便在190 ℃的使用條件下，扁絲仍能保持強(qiáng)力指標(biāo) 7 ～ 10 g/D、熱收縮率<2%的水平。

聚酯密度1.4 g/cm3，要高于PP（0.90 g/cm3），特別是聚酯纖維的光澤表面更易于引起消費(fèi)人群視覺興趣，而聚酯纖維織物可以制得透明、半透明和不透明的外觀，用作裝飾材料，非常適于產(chǎn)品款式的變化，亦有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的構(gòu)思。

Starlinger公司研究人員選用75% ～ 99%的熱塑性聚酯，添加0.1% ～ 25%的改性劑、0 ～ 5%的第二組分聚合物，完成了PET扁絲的系統(tǒng)成形試驗(yàn)，切割膜幅寬600 mm，成形速度100 ～ 120 m/min，產(chǎn)品扁絲寬度0.5 ～ 7.0 mm，卷裝品質(zhì)優(yōu)良（表 4）。PET扁絲的加捻性能、黏附性和切膜性能良好。

聚酯熔點(diǎn)265 ℃，在130 ℃的條件下其熱收縮性能明顯優(yōu)于PP，而模量高，塑性變形小，制品的光澤和透明度亦遠(yuǎn)好于聚丙烯。PP扁絲已在地毯初始底布和次層底布上使用，但消費(fèi)者更青睞熱收縮變形低的PET扁絲做第二層底布。

1.2.3 扁絲新品種

Reimotec公司開發(fā)的二組分和三組分復(fù)合結(jié)構(gòu)的扁絲即“Tirco”技術(shù)，該產(chǎn)品選擇成本低廉的回收PET瓶片原料。開發(fā)“Tirco”扁絲的目的是提供可替代鋼帶的包裝材料，用以捆系石頭、卷裝鋼材等超重制品。

“Tirco”扁絲的芯層使用品質(zhì)較低的回收料，外層及涂層采用高品質(zhì)的PET回收料，可以確保扁絲在運(yùn)輸中包裝的邊界和棱角處不發(fā)生斷裂。

1.2.4 纖維增強(qiáng)扁絲紗

德國Enka（恩卡）公司提供了一種新型利用復(fù)絲增強(qiáng)的扁絲紗產(chǎn)品，商品名“Tectape”（圖 1）。該產(chǎn)品系聚酰胺66工業(yè)長絲增強(qiáng)的復(fù)絲型扁絲，扁絲厚度0.1 mm，絲寬3.2 mm。

使用的PA66工業(yè)絲：線密度2 046 dtex/f 280，斷裂強(qiáng)度802 mN/tex，抗張強(qiáng)度490 N/mm，斷裂伸長21.5%，在180 ℃條件下，2 min熱收縮率低于3.4%。扁絲的織物厚度分布：最厚處0.10 mm，最薄處0.07 mm。

Tectape屬輕薄型扁絲產(chǎn)品，其織物結(jié)構(gòu)和內(nèi)在的與橡膠間良好的親和力，使其具有廣泛的應(yīng)用潛力和市場。研究結(jié)果還顯示，Tectape亦可以選擇使用聚酯工業(yè)絲或生物基PLA長絲作原料。恩卡公司在2014年奧地利國際化纖會(huì)議上展示了 Tectape 技術(shù)，引起了化纖業(yè)界的關(guān)注。

2 國內(nèi)扁絲的技術(shù)狀況與發(fā)展

20世紀(jì)80年代末，國內(nèi)開始了聚烯烴扁絲研究與開發(fā)的嘗試，并成為國內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的化纖品種之一，聚烯烴扁絲在包裝材料、土木工程和自然災(zāi)害應(yīng)急處理方面得到了大量的使用。2012年國內(nèi)塑料編織制品的產(chǎn)能已超過1 000萬t/a，依據(jù)中國包裝協(xié)會(huì)的研究報(bào)告，近年來，塑料編織袋出口面臨著南亞國家，諸如印度等國的強(qiáng)勁競爭，塑料編織產(chǎn)品出口市場呈持續(xù)低迷態(tài)勢。

近30年來，國內(nèi)陸續(xù)引進(jìn)了塑料編織物生產(chǎn)線已超過100余條，扁絲生產(chǎn)工藝涉及上吹成形、下吹成形和平膜成形方式。目前國內(nèi)塑料編織產(chǎn)品市場，PP扁絲仍占絕大比例，耗用的原料量已占PP產(chǎn)量的 4 成以上。PP扁絲品質(zhì)和成本效益普遍低下，生產(chǎn)效率僅為引進(jìn)生產(chǎn)線的20% ～30%（表 5）。自20世紀(jì)80年代國產(chǎn)LKP703扁絲生產(chǎn)設(shè)備投放市場以來，屆時(shí)扁絲的加工速度在100 ～ 120 m/min，產(chǎn)量達(dá)100 kg/h。過去的30年間，國內(nèi)扁絲生產(chǎn)技術(shù)水平止步不前，高性能PET扁絲的研究與開發(fā)投入也顯得不足。據(jù)悉引進(jìn)的德國Reimotec公司聚酯扁絲生產(chǎn)設(shè)備將于2015年投入運(yùn)行，傳統(tǒng)國產(chǎn)扁絲設(shè)備無疑面臨著技術(shù)更新的壓力。

3 結(jié)束語

扁絲是重要的產(chǎn)業(yè)用纖維品種，使用面廣，在編織袋、地毯底布、土工用、農(nóng)用、人造草坪等領(lǐng)域使用量很大。亦是國內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)裝備國產(chǎn)化的化纖品種之一。近來隨著可再生資源利用，特別是高性能PET扁絲技術(shù)的進(jìn)步和回收瓶片資源的利用，扁絲生產(chǎn)效率和成本收益明顯提高，對(duì)于產(chǎn)品與技術(shù)目前仍處于低端的我國扁絲企業(yè)來說，面臨的轉(zhuǎn)型壓力在增長。

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