高性能扁絲技術及市場的最新進展

蘆長椿

摘要：聚烯烴扁絲用作包裝材料，在諸如書報雜志、塊狀物料、大型容器、片狀化工制品及其他工業和商業領域得以廣泛使用。近年來，利用回收聚酯瓶片料，制取高性能PET扁絲技術取得了長足進步。本文重點介紹PET扁絲和復絲型扁絲方面的新產品和新工藝。

關鍵詞：扁絲；通用性；回收聚酯瓶片；纖維增強扁絲

中圖分類號： TQ320.72 文獻標志碼：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，扁絲技術的生產效率和成本效益明顯提升，特別是奧地利Starlinger公司研究人員開發的高強、低單重PET扁絲展示出了優良使用性能和可使用回收瓶片料的特點，PET扁絲紗新的潛在市場亦引起了行業的普遍興趣。

1 扁絲技術的現狀與新進展

1.1 扁絲技術的現狀與發展趨勢

扁絲是產業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，在包裝材料領域即塑料編織袋、水泥編織袋以及集裝袋等大宗產品的捆扎方面得以廣泛使用，在土木工程和災害救治上也受到業內的肯定，量大且面廣。當下市場提供的半自動化與自動化的扁絲生產裝備，可以穩定地生產品質優異的扁絲紗產品。

通常，扁絲生產線主要包括如下技術單元，即樹脂/著色劑/添加劑劑量輸送裝置、螺桿擠壓系統、水浴成形裝置、五輥或七輥牽伸機、熱箱以及卷繞機等。依據產品和工藝要求，調整基本單元配置，可以生產扁絲、單絲、人造草坪或高強力復絲等產品，如意大利Sima公司（希瑪）T-20緊湊型PP扁絲生產線，在更換紡絲組件的情況下可以生產PP高強絲。比利時Centexbel公司開發的新型半工業性扁絲生產線，可以應對市場的需求變化而調整品種，變換模塊化的設計配置可生產扁絲、人造草坪、地毯底布和單絲類產品。該半工業性設備還具備實驗功能，即新的扁絲品種，實驗量僅有 2 kg。可以說通用性即良好的生產彈性是扁絲生產技術最鮮明的特征之一。

穩定的扁絲品質和高的生產效率是扁絲生產廠家追求的目標。Reimotec公司開發的雙螺桿擠壓系統已在扁絲設備上使用。高性能卷繞裝置對扁絲生產至關重要，如Starlinger公司提供的200LX型卷繞機，具有較高的生產效率，在變更品種時操作簡易、快速，設備亦無需大的調整，其良好的生產彈性適應小批量多品種生產配置，明顯增強了企業對市場的應變能力。200LX型卷繞機的運行轉換可靠性達到99.9%，比目前扁絲生產中常用的卷繞裝置95%要高，無疑生產中的廢絲率會十分低。另外選用該型卷繞系統，維修工作量低、操作人員少，通常扁絲生產線每運轉班要 5 人，而配置高性能卷繞機的扁絲生產線，加工速度520 m/min、生產能力240 ～ 270 kg/h僅需 3 人/班。表 1 為已投入市場的高性能卷繞機的技術特征。

新的創新包裝發展趨勢正促使企業更加致力于現實的課題，諸如開發可持續的包裝材料以減少糧食損失。由于貯存不當、運轉條件惡劣、倉儲和包裝方式落后，全球每年損失掉約有成億噸糧食，這大約占全球糧食產量的1/3。

目前笨重物品的運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設備，可以使用回收再利用的聚酯瓶片作原料。該高性能PET扁絲的技術特征如下：PET扁絲較之于鋼帶具備更好的穩定性；PET扁絲成本通常比鋼帶高7% ～ 15%，但PET扁絲有良好的彈性，更適宜運輸物品的包裝，同時對熱、水蒸汽以及意外的震動性破壞的抵御性要優于鋼帶；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，并具有環境友好特征。

PET扁絲紗的使用性能表現出了許多技術特點，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。正如業內眾多廠家所述，它并非要替代傳統的聚烯烴扁絲，而是拓展扁絲新的使用領域，涉入傳統PP扁絲紗尚未進入的消費需求市場。

1.2 扁絲技術的新進展

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樹脂、纖維和聚酯膜材料，扁絲紗應該是回收瓶片第四大用途領域。目前全球市場立足于PET瓶片制備高性能扁絲技術及設備廠家主要是德國Reimotec公司、意大利希瑪公司、奧地利Starlinger和Erama公司。將回收PET瓶片轉化為扁絲紗，通常采用一步法連續工藝，無需添加任何試劑和配置新的設備，具有最佳的成本優勢。利用可再生資源制備PET扁絲的生產中，對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扁絲生產的瓶片的含水率在0.5% ～ 1.2%范圍。

對于PET瓶片的品質，各廠家的要求也有差異，表 2 為兩家重要PET扁絲生產廠家的品質指標。

目前在PET扁絲生產中，Erema公司和希瑪公司采用單螺桿擠壓系統，而Reimotec公司使用雙螺桿擠壓裝置，后者的設備投資成本要高些。

采用雙螺桿擠壓系統，具有最佳的物料劑量精度、比較寬的可操作性能，可以有效地提高產品的成本效益。從運轉的實際狀況，即運轉時間7 200 h，運轉天數300天計算，雙螺桿擠壓裝置的生產效率可提升25%，原材料消耗低，加工成本下降30%，生產中廢絲率下降了近一半。

當扁絲產品的斷裂強度達到489 ～ 550 N/mm2時，能耗可以控制在670 ～ 1 000 kW·h/t。從對瓶片原料的尺寸規格、體積密度以及含濕率控制要求考量，Erema公司PET扁絲生產技術與裝備的生產彈性顯得更優越一些。表 3 為使用回收聚酯瓶片為原料的扁絲制備工藝的技術特征。

1.2.2 高強低單重PET扁絲

Starlinger公司開發的高強、輕單重PET扁絲紗，較之于傳統的聚烯烴扁絲，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異的扁絲產品，即便在190 ℃的使用條件下，扁絲仍能保持強力指標 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，非常適于產品款式的變化，亦有利于產品設計人員的構思。

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扁絲的系統成形試驗，切割膜幅寬600 mm，成形速度100 ～ 120 m/min，產品扁絲寬度0.5 ～ 7.0 mm，卷裝品質優良（表 4）。PET扁絲的加捻性能、黏附性和切膜性能良好。

聚酯熔點265 ℃，在130 ℃的條件下其熱收縮性能明顯優于PP，而模量高，塑性變形小，制品的光澤和透明度亦遠好于聚丙烯。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公司開發的二組分和三組分復合結構的扁絲即“Tirco”技術，該產品選擇成本低廉的回收PET瓶片原料。開發“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較低的回收料，外層及涂層采用高品質的PET回收料，可以確保扁絲在運輸中包裝的邊界和棱角處不發生斷裂。

1.2.4 纖維增強扁絲紗

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

使用的PA66工業絲：線密度2 046 dtex/f 280，斷裂強度802 mN/tex，抗張強度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屬輕薄型扁絲產品，其織物結構和內在的與橡膠間良好的親和力，使其具有廣泛的應用潛力和市場。研究結果還顯示，Tectape亦可以選擇使用聚酯工業絲或生物基PLA長絲作原料。恩卡公司在2014年奧地利國際化纖會議上展示了 Tectape 技術，引起了化纖業界的關注。

2 國內扁絲的技術狀況與發展

20世紀80年代末，國內開始了聚烯烴扁絲研究與開發的嘗試，并成為國內最早實現工業規模生產的化纖品種之一，聚烯烴扁絲在包裝材料、土木工程和自然災害應急處理方面得到了大量的使用。2012年國內塑料編織制品的產能已超過1 000萬t/a，依據中國包裝協會的研究報告，近年來，塑料編織袋出口面臨著南亞國家，諸如印度等國的強勁競爭，塑料編織產品出口市場呈持續低迷態勢。

近30年來，國內陸續引進了塑料編織物生產線已超過100余條，扁絲生產工藝涉及上吹成形、下吹成形和平膜成形方式。目前國內塑料編織產品市場，PP扁絲仍占絕大比例，耗用的原料量已占PP產量的 4 成以上。PP扁絲品質和成本效益普遍低下，生產效率僅為引進生產線的20% ～30%（表 5）。自20世紀80年代國產LKP703扁絲生產設備投放市場以來，屆時扁絲的加工速度在100 ～ 120 m/min，產量達100 kg/h。過去的30年間，國內扁絲生產技術水平止步不前，高性能PET扁絲的研究與開發投入也顯得不足。據悉引進的德國Reimotec公司聚酯扁絲生產設備將于2015年投入運行，傳統國產扁絲設備無疑面臨著技術更新的壓力。

3 結束語

扁絲是重要的產業用纖維品種，使用面廣，在編織袋、地毯底布、土工用、農用、人造草坪等領域使用量很大。亦是國內最早實現裝備國產化的化纖品種之一。近來隨著可再生資源利用，特別是高性能PET扁絲技術的進步和回收瓶片資源的利用，扁絲生產效率和成本收益明顯提高，對于產品與技術目前仍處于低端的我國扁絲企業來說，面臨的轉型壓力在增長。

參考文獻

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