综述我国涤纶工业丝生产品种及工艺技术和装备情况

综述我国涤纶工业丝生产品种及工艺技术和装备情况综述我国涤纶工业丝生产品种及工艺技术和装备情况 【作者：顾超英】 一、前言一、前言 涤纶工业丝是指高强、粗旦的涤纶工业用长丝，其纤度不小于 550 dtex。根据其性能可分 为高强低伸型（普通标准型）、高模低收缩型、高强低缩型、活性型。其中高模低收缩型涤纶 工业丝由于具有断裂强度大、弹性模量高、延伸率低、耐冲击性好等优良性能，在轮胎和机械 橡胶制品中有逐步取代普通标准型涤纶工业丝的趋势；高强低伸型涤纶工业丝具有高强度、低 伸长、高模量、干热收缩率较高等特点，目前主要用作轮胎帘子线及输送带、帆布的经线以及 车用安全带、传送带；高强低缩型涤纶工业丝由于受热后收缩小，其织物或织成的橡胶制品具 有良好的尺寸稳定性和耐热稳定性，能吸收冲击负荷，并具有锦纶柔软的特点，主要用于涂层 织物（广告灯箱布等）、输送带纬线等；活性型涤纶工业丝是一种新型的工业丝，它与橡胶、 PVC 具有良好的亲合力，可简化后续加工工艺，并大大提高制品的质量。 二、涤纶工业丝的发展历史二、涤纶工业丝的发展历史 自二十世纪五十年代，英国和美国相继将 PET 纤维商业化以来，聚酯纤维以其优异的性能 逐渐成为纺织材料中最重要的原料之一，特别是最近二十年来其发展迅速，产量在当今合成纤 维中稳居首位。现代纺材发展的特点之一就是由传统的服装领域不断向强度、模量和尺寸稳定 性要求更高的产业领域拓展用途，聚酯纤维也不例外，从上世纪 60 年代美国将聚酯纤维成功应 用于帘子线以来，经过三十多年的研究开发，涤纶工业丝的应用领域不断拓展。而我国于 1979 年开始进行两步法涤纶工业丝生产工艺试验。20 世纪 80 年代后期，从国外引进纺牵联合一步 法涤纶工业丝生产线。近年来以北京中丽制机化纤工程技术有限公司（简称北京中丽）和大连 合成纤维研究所（简称大连合纤所）为代表的国内研究机构致力于该设备的国产化研究，并且 在普通标准型涤纶工业丝纺牵联合一步法生产线的设备制造技术及生产工艺的研究方面取得了 突破。国内已经有多家企业采用了他们的设备和工艺，产品的各项质量指标已与进口设备产品 的质量相当。但是，在高模低收缩型涤纶工业丝生产设备及工艺的研究方面，与国际水平仍存 在较大差距，两步法生产线尚处于工业试验阶段，一步法生产设备及工艺的研究才刚刚起步。 三、三、2007-20082007-2008 年我国涤纶工业丝生产企业产能与所生产的部分规格情况年我国涤纶工业丝生产企业产能与所生产的部分规格情况 到 2007 年，我国涤纶工业长丝生产企业超过 46 家，其中超过 17 家企业的设备是进口的。 行业前 5 名企业合计产能为 19.0 万吨，约占总产能的 40%以上，行业集中度较高。具体生产企 业产能、品种与规格情况如表 1 所示。 表 1 2007-2008 年我国涤纶工业长丝主要生产企业产能、品种与规格 单位：万吨/年 生产厂家总产能 品种与规格 浙江古纤道 5.5 高强涤纶工业丝?1000D/192F、高强涤纶工业丝?500D/96F、高 强低缩涤纶工业丝?500D 亚东（苏州） 4 高强涤纶工业丝?1000D/192F 黑龙江龙涤股份3.5高强涤纶工业丝?1000D/192F? 海利得 3 高强涤纶工业丝?1000D/192F 韩国晓星（嘉兴） 3 高强涤纶工业丝?1000D/192F、高强低缩涤纶工业丝?500D 广东开平联新 2.4 高强涤纶工业丝?1000D/192F 江苏无锡太极 2.1 高强涤纶工业丝?1000D/192F 上海石化 2.36 浙江尤夫 2.1 高强涤纶工业丝?1000D/192F、高强低缩涤纶工业丝?500D 台湾新光（华春） 1.5 高强涤纶工业丝?1000D/192F、高强涤纶工业丝?500D/96F、 高强低缩涤纶工业丝?500D 浙江海富 4 高强涤纶工业丝?1000D/192F 浙江奥尼斯特 1 高强涤纶工业丝 1000D/192F? 银河德普 1 高强型涤纶工业丝 1000D-1500D 等 上海温龙 0.8 高强涤纶工业丝?1000D/192F 四平晨兴 0.8 5000 吨高模低缩丝及 10000 吨高强低缩涤纶工业丝招商项目 山东博莱特 0.6 高模低缩工业长丝 1100-1670dtex 可隆（南京） 0.6 河南神马 0.6 高强涤纶工业丝?1000D/192F 江苏常熟长江 0.6 高强涤纶超粗旦有色长丝 3000D、5000D、6000D-12000D 山东青岛中泰 0.4 涤纶工业丝 浙江双双公司 1.8 涤纶高强丝（工业丝）、高强网络丝， 500/192F、1000D/192F、2000D/384F、1500D/192F、3000D/38 4F 青州立信公司 1.1 生产普通涤纶高强工业丝 江苏张家港龙杰 公司 1.5 常规普通高强型工业丝 四、涤纶工业丝生产工艺与产需和技术装备情况四、涤纶工业丝生产工艺与产需和技术装备情况 1.1.涤纶工业丝的生产工艺特点涤纶工业丝的生产工艺特点 1.11.1 提高纺前熔体特性粘数的固相聚合工艺提高纺前熔体特性粘数的固相聚合工艺 制备工业长丝的切片粘度高，流动性差，经受高温的时间长，只有提高其耐热性，减少端 羧基值才能减少热降解，提高熔体均匀性；并且，工业长丝在使用时也易受热降解，所以要求 切片中端羧基值越低越好。由于在高温下，水分易使聚酯水解，端羧基值增加，致使分子量降 低，而影响成品质量，因而切片含水愈低愈好。此外，工业丝对纤维无消光要求，故不必在切 片中加 TiO2 消光剂。HMLS 涤纶工业丝的生产主要采用熔融纺丝法，原料增粘采用固相聚合的 方法，切片在氮气保护和高于反应温度的条件下进行固相再聚合，使聚酯的特性粘度由常规的 0.67dL/g 增加到 0.85dL/g 以上，甚至可以增加到 1.20dL/g，其目的是为了提高纤维的断裂强 度，特别是采用一步法，高粘度几乎是提高纤维断裂强度的最直接因素。 固相聚合分为间 歇式和连续式，间歇式固相聚合借助抽真空除去小分子副产物，其工艺流程短，操作灵活方便， 设备投资少，适于小批量多品种生产，但对真空度要求甚严，切片传热效率和生产效率欠佳， 批与批之间质量存在差异，使用前应将不同批号切片进行混料处理。而连续式固相聚合借助惰 性气体除去小分子副产物，其工艺流程长，设备投资大，但切片传热效率和生产效率均提高， 切片质量均匀，可实现连续化生产。连续式固相聚合是在较低的加热温度(200-220)和压力 (15-25kPa)下进行反应，其热交换主要通过预热器和固相聚合塔内惰性气体氮气和切片热量平 衡来实现。由于固相聚合塔中为放热反应，采用从固相聚合塔底部吹入冷氮气的方法能带走反 应所放出的热量、小分子、水分和乙醇，使反应向正向进行，故在固相聚合塔中的热量平衡将 直接影响到成品切片的质量。均一尺寸原料颗粒是固相缩聚传热均匀和分子链活动性的前提保 证，直接影响成品切片的特性粘度，所以在生产过程中受到高度重视。 1.21.2 高效而又稳定的纺丝拉伸卷绕工艺高效而又稳定的纺丝拉伸卷绕工艺 传统方法生产 HMLS 涤纶工业丝需要两步，第一步是 PET 纺丝得到 POY(或者 UDY)，第二步 将 POY 低速拉伸。由于成本高，效率低，现正在被越来越多的一步法工业纺丝所取代，即所谓 的 FDY 法。这种熔融纺丝拉伸卷绕一步法技术主要包括高温高压纺丝、合适的冷却成形方式和 适当的纺丝速度、两级拉伸及松弛热定型。采用高温高压纺丝技术，以获得聚合体降解少、纤 维断面直径及双折射不匀率小、后加工性能好的成品丝。由于采用高粘度的熔体，熔体在纺丝 组件中的摩擦阻力相对比普通纺丝高的多，选择合适的组件结构和喷丝板微孔直径和长度是多 家公司研究开发的重点。所谓合适的冷却成形方式和适当的纺丝速度，指的是采用缓冷方式， 在喷丝头下方设加热筒，加上适当的冷却风量，可使凝固点下移，获得较低预取向度的丝条。 两级拉伸及松弛热定型主要针对由高粘度切片纺出的原丝，预取向度高于常规涤纶原丝，其拉 伸屈服应力亦大，形变发生较慢，一次拉伸难以完成，故采用外力逐步加大的两级拉伸，(生产 中采用第一对辊与预牵伸辊的拉伸比为 3，第二对辊与第一对辊的拉伸比为 1.5)，可提高拉伸 倍数和拉伸的均匀程度，在此过程中，大分子高度取向，并促进应力诱导结晶，提高纤维的强 度。为使纤维保持高强度，并具有低收缩性，采用松弛热定型(在第三、四对辊上进行)，这时 纤维一般不发生显著的解取向。东丽公司和巴马格公司都采用了 3 对以上热辊的办法以保证对 纤维有合适的拉伸能力，同时，热辊加热技术的发展，使得热辊的表面温度的均匀性和稳定性 适合连续稳定生产 。 1.31.3 与下游应用配套的一体化工艺与下游应用配套的一体化工艺 与下游应用配套的一体化工艺包括纤维的物理机械性能、热稳定性、表面性能和再加工性 能的优化，其技术更依赖下游产品使用要求和加工技术的配套，与市场的需求和发展密不可分。 目前国内外生产 HMLS 涤纶工业长丝作为子午线轮胎帘子布骨架材料的，有部分厂家处于批量供 应阶段，随着市场应用领域的发展，特别是汽车业的发展，车胎用 HMLS 涤纶工业丝的需求增加； 同时，HMLS 涤纶工业丝的特性被下游用户逐步认识，上下游相互交流，对其品种和牌号不断完 善和提高，进而开拓新的应用领域，如高性能输送带，汽车安全气囊等。随着道路的改善，轿 车、轻型车的数量大幅度增长，汽车工业确定为支柱产业，子午轮胎的需求量急增。而涤纶帘 子布浸胶工艺的完善，使得 HMLS 涤纶工业丝以其模量高、伸长小、热稳定性优良以及价格低廉 (相对粘胶纤维和锦纶)的优势，被作为用于轿车子午轮胎的首选材料。在北美市场，轮胎子午 化率大于 85，欧洲市场轮胎子午化率为 100，日本市场轮胎子午化率为 85，生产子午轮 胎所用帘子线绝大部分是涤纶工业丝，我国也已将子午化轮胎生产作为鼓励发展的项目。随着 中国汽车制造业的快速发展以及汽车轮胎子午化率的不断提升，预计今后几年内，中国涤纶工 业丝产业将会得到较大的发展，并将对世界涤纶工业丝业的持续发展起到推动作用。国际涤纶 工业丝主要生产商的品种齐全，且都拥有自己的 HMLS 型涤纶工业丝生产技术，它们既能生产普 通标准型高强涤纶工业丝，又能生产适合于包括帘子线在内的多种用途产品，这些生产商在其 主要生产基地都配套有自己的聚酯装置，并具有与下游配套的一体化工艺技术，比如与汽车工 业相关度高、技术自主开发能力强等优势，因而产品竞争力较强。 1.41.4 巴玛格公司涤纶工业丝生产技术特点巴玛格公司涤纶工业丝生产技术特点 工业丝的高速纺丝一拉伸生产线，尤其是 HMLS 生产速度超过 5000m/min，聚合物熔体的质 量和粘度必须高度均一，否则就会出现断丝量增加和更高的断头率。在加热区安装有冷却风扇 的 El0 挤出机系列，空气冷却系统与特殊设计的套筒螺杆相结合，使得熔体温度和熔体流动行 为的波动在容许变动范围内。巴玛格公司的 El0 挤出机系列安装了空气冷却系统，确保完全控 制整个挤出机套筒长度上的熔体温度，设计了多达 6 个不同加热区，相互间隔热，熔体通过均 匀的短弯管到达纺丝组件，确保向所有纺丝位提供均一高质量的熔体。巴玛格公司的创新的过 滤理念是拥有专利的 3LA(Long Life，Large Area，即长寿命、大面积)纺丝组件，其优点是通 过选择合适的过滤介质，实现和保持高的过滤能力。用非织造布和孔径小于 10mm 的金属丝织物 制成滤芯，例如 20mm 金属丝非织造布过滤器可以过滤掉 90的 12mm 的颗粒。为了延长过滤器 使用寿命，让纺丝组件前面的褶裥式烛形过滤器的过滤面积比传统的过滤面积大 5 倍，因此纺 丝组件使用时间相当长，由于过滤面积大，不仅延长使用寿命，同时在整个使用期间熔体压力 的升高更为缓慢，压力更为恒定。3LA 纺丝组件(包括喷丝板和过滤器)由 6 个部件和 5 个密封 环组成，在装配过程中，只须一个接一个地简单插入，部件间不可能混淆，这样可排除组件间 可能发生的错误操作。送入纺丝组件的热量，一方面由熔体提供，另一方面由固定在纺丝组件 顶部的螺纹沿熔体流动方向(垂直方向)从上到下提供，从而保证了整个纺丝组件横截面及下面 的纺丝板表面温度的极度均匀性，保证熔体和喷丝板温度在边缘和中心几乎相等，从而使整束 长丝纤度变化最小。为延长组件清洗周期，采用整机单体抽吸的缓冷器；利用一个层状横向骤 冷系统以达到在低毛丝率下的最高拉伸强度，使用均匀纺丝油剂可保证导丝辊间稳定的拉伸工 艺。HF 导丝辊（高频热流导丝辊）的潜在的纺丝速度可达到 8000m/min，在传统条件下(例如 4000m/min)运行时，轴承有较长的使用寿命。通常在导丝辊组间丝条拉伸两次，取决于最后的 用途(高强或低收缩)，牵伸辊也配备额外的松弛过程。通过使用大导丝辊和自动卷绕机，可达 到每个纺丝位 8 头的经济型生产。 2.2.高性能涤纶长丝产需与技术装备情况高性能涤纶长丝产需与技术装备情况 2.12.1 高性能涤纶长丝定义高性能涤纶长丝定义 高性能涤纶工业长丝是指在生产普通型涤纶工业丝的设备上，经过一系列工艺优化制得的 具有较好的抗蠕变性能和产品尺寸稳定性的涤纶工业丝产品 与常规普通工业丝相比，具有模量 较高、干热收缩低等显著优点，在相当广泛的领域里可替代真正意义上的高模低缩涤纶工业长 丝 成为橡胶制品的重要骨架材料，可被应用于三角带、传送带、树脂管，甚至于午胎等产品的 制造。 2.22.2 高性能高模量低收缩涤纶的性能特点高性能高模量低收缩涤纶的性能特点 随着我国汽车子午胎产量持续高速增长，对涤纶浸胶帘子布的需求量也高速增长，同时对 帘子布的质量要求也不断提高。高性能高模量低收缩涤纶工业丝及骨架材料的生产与应用，正 越来越受到业内人士的关注。 涤纶系列产品能够发展到今天，从普通涤纶到高模低缩涤纶，作为主要材料的涤纶已发展 到了它的极致。而人们对涤纶材料还有更高的期待和改进期望，人们期待着高性能材料的出现， 应用于橡胶骨架材料，来完成和满足更高要求的橡胶制品设计性能的实现。最近几年来，一种 高性能高模低缩涤纶长丝已经被研发成功，使人们对橡胶骨架材料的这种愿望得到实现。这种 高性能高模低缩涤纶最突出的优势是它更多地考虑了橡胶制品对骨架材料的使用要求和性能提 高的满足，其优点是特定阶段模量高、高温下热收缩小、蠕变小、弹性回复好、抗疲劳和抗冲 击性能好，综合性能明显提高，成为一种高性能的橡胶骨架材料。目前，这种高性能高模低缩 涤纶材料正在欧美等发达国家推广应用，其突出的综合技术性能优势使它成为一种极具竞争力 的骨架材料，应用于提高橡胶骨架材料的技术性能。为了区分，一般将原来的高模低缩涤纶称 为传统高模低缩涤纶，以区别于该高性能高模低缩涤纶。 2.32.3 高性能涤纶工业丝产需情况高性能涤纶工业丝产需情况 2007 年世界涤纶工业（包含单丝和纺粘长丝）丝总产能将达到 180 万吨/年左右，产量将 达到 150 万吨/年左右，预计 2010 年产能将达到近 240 万吨/年，产量将达到 190 万吨/年以上。 其中世界高模量低收缩涤纶工业丝在 2010 年前后的用量将达到上百万吨/年。 今后 5-8 年期间，我国国民经济仍将处于高速发展时期，预汁将涤纶工业长丝作为原料的 产业用纤维将达到 21-25 万吨左右，其中高模量低收缩涤纶工业丝的用量将达到 11-13 万吨左 右，而国内 2007 年底高模量低收缩涤纶工业长丝才勉强达到 10 万吨/年，可是由于我国涤纶工 业长丝最近几年的快速扩容，2007 年总产能已经达到了 42 万吨以上，占世界总产能 120 万吨 的 35%，占世界第一。现在，虽然我国涤纶工业丝供应出现过剩现象，但是全球市场上仍然缺 少高附加值的涤纶工业长丝产品，只要我国的涤纶工业丝行业不断提升自己产品质量与档次， 不断开发出适合国际市场上需要的高附加值产品，加大出口力度，创出自己的品牌来，那么供 求关系出现矛盾的问题仍然能应刃而解的。 2.42.4 高性能涤纶工业丝技术与装备分析高性能涤纶工业丝技术与装备分析 在高性能涤纶工业丝技术与设备问题上，如高模量低收缩涤纶工业丝的生产对技术软件和 设备硬件都有着极高的要求 当今世界上仅有美国的 Honeywell 公司、德国的 Kosa 公司、荷兰 的 Acorns 公司等掌握其生产技术。国内近几年也有一些公司花高价引进了该生产技术和设备， 但真正规模生产、得到用户普遍认可的屈指可数。如山东海龙博莱特化纤有限责任公司通过对 利用当今世界上最先进的高模低缩涤纶工业长丝设备技术生产的高性能高模低缩涤纶长丝及骨 架材料的了解，并与普通涤纶及传统高模低缩涤纶长丝及骨架材料进行试验对比分析，对高性 能的涤纶工业长丝发展有了较系统的认识。涤纶工业长丝经历了相对低速纺到高速纺的过程， 就高模低缩涤纶而言，直到今天，在世界上仍然存