防水卷材用長(zhǎng)纖聚酯胎的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

楊金明，高信康，王淑祺，田博軍，肖立博，路傳瑞

(1.杭州市化工研究院有限公司，杭州 310014； 2.山東靜山空間設(shè)計(jì)院有限公司，山東壽光 262700；3.余姚中國(guó)塑料城塑料研究院有限公司，浙江寧波 315400； 4.沈陽(yáng)化工大學(xué)，沈陽(yáng) 110142)

長(zhǎng)纖聚酯胎是采用熱塑性聚酯聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)切片作為原料，經(jīng)設(shè)備噴絲、針刺、熱軋定型、掛膠、烘干收卷而成的一種聚酯織物，主要作為胎基布用于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)改性瀝青防水卷材的生產(chǎn)加工[1](如圖1所示)。長(zhǎng)纖聚酯胎具有強(qiáng)度高、耐穿刺、質(zhì)量輕、滲透性好、耐候性好等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)SBS改性瀝青防水卷材中，約95%采用長(zhǎng)纖聚酯胎作為胎體(胎基)[2]。

圖1 長(zhǎng)纖聚酯胎在防水卷材中的應(yīng)用

1 長(zhǎng)纖聚酯胎主要生產(chǎn)工藝及設(shè)備原料生產(chǎn)廠家

1．1 長(zhǎng)纖聚酯胎主要生產(chǎn)工藝

目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)纖聚酯胎主流生產(chǎn)工藝主要包括滌綸長(zhǎng)纖無(wú)紡布制備、熱定型、掛膠烘干三段工藝，如圖2所示。

圖2 長(zhǎng)纖聚酯胎主要生產(chǎn)工藝流程圖

(1)滌綸長(zhǎng)纖無(wú)紡布制備。主要采用半消光PET切片，在240～270℃下經(jīng)擠出機(jī)熔融后，進(jìn)入噴絲板，由高速氣流攜帶PET細(xì)絲噴向著絲板，經(jīng)針刺后，收卷形成滌綸長(zhǎng)纖無(wú)紡布。

(2)熱定型。熱定型段主要包括單元網(wǎng)預(yù)熱和熱軋兩個(gè)階段，單元網(wǎng)采用燃燒機(jī)燃燒天然氣，然后將熱空氣吹入單元網(wǎng)，進(jìn)行初步預(yù)熱，加熱溫度一般為200～210℃；無(wú)紡布經(jīng)過(guò)單元網(wǎng)預(yù)熱后，進(jìn)入熱軋輥，熱軋輥采用導(dǎo)熱油加熱，加熱溫度一般為200℃左右。

(3)掛膠烘干。定型后的滌綸無(wú)紡布經(jīng)過(guò)淀粉漿池進(jìn)行掛膠，然后經(jīng)雙輥冷壓，擠出多余水分；然后進(jìn)入烘缸進(jìn)行第一步烘干，主要采用導(dǎo)熱油加熱輥進(jìn)行水分脫除，加熱溫度220～240℃；無(wú)紡布從烘缸出來(lái)后進(jìn)入九元網(wǎng)干燥單元，本單元一般采用5臺(tái)燃燒機(jī)燃燒加熱空氣，將熱空氣均勻輸送到9個(gè)單元網(wǎng)，對(duì)無(wú)紡布進(jìn)一步烘干，烘干溫度230℃左右；從九元網(wǎng)出來(lái)后，收卷得到長(zhǎng)纖聚酯胎成品。

目前除以上主流工藝外，有少部分廠家去除了熱定型工藝，熱定型階段直接在烘缸內(nèi)隨烘干一并完成，但此工藝存在性能下降的缺陷。

1．2 長(zhǎng)纖聚酯胎主要設(shè)備原料生產(chǎn)廠家

國(guó)內(nèi)聚酯胎設(shè)備及原料進(jìn)入相對(duì)成熟階段，相關(guān)裝置及主要原料的生產(chǎn)廠家見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)纖聚酯胎主要設(shè)備及原料生產(chǎn)廠家

2 長(zhǎng)纖聚酯胎發(fā)展現(xiàn)狀、市場(chǎng)情況及產(chǎn)能分析

2．1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家改性瀝青防水卷材應(yīng)用起步較早，其胎體從100多年前的原紙?zhí)サ蕉?zhàn)之后的玻纖胎再到現(xiàn)在的長(zhǎng)纖聚酯胎、多層復(fù)合胎基等，開(kāi)發(fā)了許多新品種。德國(guó)赫斯特公司研發(fā)出一種用特殊針刺工藝處理的聚酯無(wú)紡布和鋁箔復(fù)合的阻燃型聚酯胎，可以通過(guò)歐洲防火測(cè)試的所有指標(biāo)。Kraton Polymer公司生產(chǎn)的SBS-IPD-2型SBS改性防水卷材，在保證其熱可塑性和彈性的同時(shí)，其軟化點(diǎn)與無(wú)規(guī)聚丙烯(APP)改性瀝青相當(dāng)。美國(guó)John Manville公司采用特殊工藝制備的聚酯長(zhǎng)纖和玻纖復(fù)合胎體具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和阻燃性能[2]。

隨著改性瀝青防水卷材的發(fā)展和應(yīng)用，產(chǎn)品性能不斷得到提高，產(chǎn)品類型也不斷豐富完善，其中長(zhǎng)纖聚酯胎基改性瀝青防水卷材以其優(yōu)異的拉伸性能、浸潤(rùn)性、抗蠕變、抗老化、熱穩(wěn)定以及長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為目前綜合使用性能最佳的防水卷材產(chǎn)品。其使用范圍覆蓋房屋建設(shè)、橋梁水利、機(jī)場(chǎng)碼頭、高速公路鐵路等范圍[3–4]。

我國(guó)改性瀝青防水卷材胎基的發(fā)展應(yīng)用起步較晚，2000年以前普遍以玻纖胎和滌棉無(wú)紡布-網(wǎng)格布復(fù)合胎體為主。隨著我國(guó)滌綸纖維生產(chǎn)制造水平的提高，以及再生滌綸纖維的廣泛應(yīng)用，滌綸纖維聚酯胎基改性瀝青防水卷材快速占領(lǐng)國(guó)內(nèi)防水卷材市場(chǎng)[5–7]。滌綸纖維聚酯胎又分為長(zhǎng)纖聚酯胎和短纖聚酯胎兩種，短纖聚酯胎因其制造工藝簡(jiǎn)單、制造成本相對(duì)低廉在很長(zhǎng)一段時(shí)間是國(guó)內(nèi)改性瀝青防水卷材的主流產(chǎn)品。近年來(lái)，隨著我國(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)以及基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)防水卷材性能和質(zhì)量的要求不斷提高[8–9]，長(zhǎng)纖聚酯胎的研究和應(yīng)用不斷增多。羨永彪[10]通過(guò)對(duì)以長(zhǎng)纖聚酯胎和短纖聚酯胎為胎體的兩類改性瀝青防水卷材進(jìn)行性能分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)纖聚酯胎比短纖聚酯胎具有更好的綜合物理性能。

以往我國(guó)多采用丙烯酸對(duì)滌綸長(zhǎng)纖維胎基布進(jìn)行浸膠，此方法雖然具有較好的浸膠效果，但環(huán)境危害性較大且生產(chǎn)設(shè)備清理困難。近年來(lái)隨著我國(guó)胎基布浸膠工藝的不斷改進(jìn)，淀粉逐步替代了丙烯酸成為我國(guó)防水卷材企業(yè)的主要胎基布浸膠材料，在減少不可再生資源消耗的同時(shí)，又達(dá)到清潔環(huán)保、降低成本的功效[11–17]。我國(guó)SBS改性瀝青防水卷材發(fā)展很快，目前產(chǎn)量高居世界第一，同時(shí)針對(duì)聚酯胎的發(fā)明專利也不斷增多。何學(xué)詩(shī)等[18]發(fā)明了一種以聚酯胎為胎基，低黏度SBS改性瀝青和超粘結(jié)力SBS改性瀝青相結(jié)合的一種超粘結(jié)力SBS彈性體改性瀝青防水卷材。王春強(qiáng)等[19]通過(guò)設(shè)置金屬加強(qiáng)層和彈性橡膠層的方式發(fā)明了一種具有高拉伸強(qiáng)度和高使用壽命的自粘聚合物聚酯胎卷材。郭軍霞等[20]以長(zhǎng)纖聚酯胎為胎基，利用硅烷偶聯(lián)劑、玄武巖纖維等對(duì)瀝青涂改料進(jìn)行改性，發(fā)明了一種能有效提高使用壽命的長(zhǎng)纖聚酯胎改性瀝青防水卷材。

目前，國(guó)內(nèi)防水卷材用長(zhǎng)纖聚酯胎基布產(chǎn)能在以每年20%的速度增長(zhǎng)，龐大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)促進(jìn)了聚酯胎工業(yè)的高速發(fā)展[21–26]。長(zhǎng)纖聚酯胎在高性能防水卷材中的應(yīng)用研究也越來(lái)越普遍。趙志文[27]利用長(zhǎng)纖聚酯胎在低溫下具有高拉伸強(qiáng)度和良好柔韌性的特性，制備了SBS長(zhǎng)纖聚酯胎改性瀝青防水卷材，該防水卷材在我國(guó)寒冷地區(qū)依舊具有較高的拉伸性能、低溫柔性、耐熱性、不透水性及抗剝離性能。楊陽(yáng)等[28]采用星型SBS改性環(huán)烷基石油瀝青，加以長(zhǎng)纖聚酯胎制備了鐵路橋涵專用高聚物改性瀝青防水卷材，其具有優(yōu)異的耐水性、拉伸強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、粘結(jié)性能和耐高低溫性能。馬玉鳳等[29]通過(guò)先鋪覆改性瀝青再加長(zhǎng)纖聚酯胎的方式，改進(jìn)了防水卷材施工工藝，發(fā)現(xiàn)新工藝相對(duì)傳統(tǒng)工藝能夠有效提高防水卷材的拉伸性能、耐熱性能、低溫柔順性能，同時(shí)，新工藝的粘結(jié)強(qiáng)度也明顯高于傳統(tǒng)工藝。以上情況說(shuō)明，長(zhǎng)纖聚酯胎以其優(yōu)異的拉伸性能、浸潤(rùn)性、抗蠕變、抗老化、熱穩(wěn)定以及長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)逐步替代了短纖聚酯胎的市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

2．2 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)纖聚酯胎市場(chǎng)需求情況

目前國(guó)內(nèi)年產(chǎn)SBS改性瀝青基防水材料約為18億平方米，其中長(zhǎng)纖聚酯胎占防水卷材用胎體的95%，長(zhǎng)纖聚酯胎年需求量約為17億平方米，約合35萬(wàn)t，市場(chǎng)主要集中于東方雨虹、北新建材、山東壽光等防水產(chǎn)業(yè)集中的企業(yè)與地區(qū)。

2．3 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)纖聚酯胎產(chǎn)能區(qū)域布局情況

我國(guó)聚酯胎年生產(chǎn)總量約為477 000 t/a，生產(chǎn)企業(yè)主要集中在以山東壽光為中心的山東省，其中壽光市為長(zhǎng)纖聚酯胎的集中生產(chǎn)地，壽光市長(zhǎng)纖聚酯胎年產(chǎn)能達(dá)到249 000 t/a，占全國(guó)總產(chǎn)能的52%，具體生產(chǎn)區(qū)域及產(chǎn)能布局見(jiàn)表2。

表2 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)纖聚酯胎產(chǎn)能區(qū)域分布情況表

2．4 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)纖聚酯胎主要生產(chǎn)廠家

目前我國(guó)長(zhǎng)纖聚酯胎主要規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)約為30家，目前的主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)能見(jiàn)表3。

表3 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)纖聚酯胎主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)能 t

3 長(zhǎng)纖聚酯胎主要工藝參數(shù)及性能指標(biāo)分析

3．1 長(zhǎng)纖聚酯胎主要規(guī)格及掛膠工藝參數(shù)

目前我國(guó)長(zhǎng)纖聚酯胎按照面密度主要有三種規(guī)格，分別為185，205，270 g/m2，每種規(guī)格無(wú)紡布掛膠量均為60 g/m2，掛膠速度隨著無(wú)紡布質(zhì)量增加而降低，無(wú)紡布越厚，掛膠速度相應(yīng)降低，以充分保證淀粉液浸潤(rùn)整布內(nèi)部。一般工藝過(guò)程中淀粉漿液與水的質(zhì)量比為1∶5，此濃度的淀粉容易掛膠，并避免粘稠形成膠團(tuán)。配合設(shè)備工藝，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 長(zhǎng)纖聚酯胎主要規(guī)格及掛膠參數(shù)

3．2 長(zhǎng)纖聚酯胎主要性能指標(biāo)分析

滌綸無(wú)紡布經(jīng)熱軋定型掛膠后，前后力學(xué)性能發(fā)生改變，斷裂伸長(zhǎng)率降低，拉伸強(qiáng)度提升，淀粉性能對(duì)熱定型后的無(wú)紡布性能有明顯影響，具體性能對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 長(zhǎng)纖聚酯胎主要性能指標(biāo)

4 主要存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

4．1 主要技術(shù)問(wèn)題分析

目前長(zhǎng)纖聚酯胎在SBS改性瀝青基防水材料占據(jù)了主流位置，在提升防水材料性能的同時(shí)[30–38]，但也存在相應(yīng)的缺陷和技術(shù)問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：(1)淀粉容易吸潮，吸潮后容易造成胎基布力學(xué)性能下降，同時(shí)影響瀝青對(duì)胎基布的浸潤(rùn)性，造成防水材料鼓包，這也是我國(guó)目前出口防水卷材依舊采用耐水穩(wěn)定性較好的丙烯酸類產(chǎn)品的主要原因；(2)淀粉主要為玉米淀粉，近年隨著生物降解材料的發(fā)展，淀粉價(jià)格居高不下，淀粉的使用量較高會(huì)造成成本上漲；(3)從與人奪糧的角度考慮，應(yīng)降低胎基布掛膠工藝中淀粉的使用量。

4．2 行業(yè)影響分析

長(zhǎng)纖聚酯胎為防水行業(yè)的輔材領(lǐng)域，其市場(chǎng)需求量受基建與房地產(chǎn)行業(yè)影響極大，目前我國(guó)房地產(chǎn)及基建領(lǐng)域呈現(xiàn)穩(wěn)中求落的態(tài)勢(shì)，市場(chǎng)趨于飽和；加之國(guó)際形勢(shì)的影響，出口量降低，產(chǎn)能相對(duì)過(guò)剩。

4．3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

聚酯胎行業(yè)受綜合因素影響，必將呈現(xiàn)兩極分化，逐步轉(zhuǎn)向高質(zhì)量、低成本、規(guī)范化發(fā)展的道路。此外應(yīng)積極拓展聚酯胎及滌綸長(zhǎng)纖無(wú)紡布的應(yīng)用領(lǐng)域，向玩具填充、沙發(fā)填充、濾材、鞋材及復(fù)合材料應(yīng)用方向拓展。

5 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)纖聚酯胎作為SBS改性瀝青防水材料的生產(chǎn)輔材，發(fā)揮了其強(qiáng)度高、耐穿刺、質(zhì)量輕、滲透性好、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工藝及技術(shù)相對(duì)成熟，設(shè)備廠家及生產(chǎn)商應(yīng)盡快著手向節(jié)能增效、降低或改變淀粉掛膠的方向發(fā)展，并積極拓展應(yīng)用領(lǐng)域，為長(zhǎng)纖聚酯胎的長(zhǎng)效發(fā)展奠定基礎(chǔ)。