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聚丙烯纤维技术的新进展及国内现状

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-11-14  浏览次数:76
核心提示:聚丙烯是50年代末投人商业化运行的,几十年来,聚丙烯及其加工技术以惊人的速度发展。1998年世界聚烯烃纤维产量达491.40万吨,
 聚丙烯是50年代末投人商业化运行的,几十
年来,聚丙烯及其加工技术以惊人的速度发展。
1998年世界聚烯烃纤维产量达491.40万吨,已成
为合成纤维第二大品种,其中,聚丙烯纤维
90%以上,其它主要是聚乙烯类扁丝,不足
10%…。
60年代PP纤维开始进入市场,PP扁丝逐渐
顶替了黄麻而成为麻袋行业的基本原料。1962
年ceu。e8e加拿大公司开发了PP短纤维短程纺
丝工艺,同期膨体连续长丝(BcF)开始用于地毯
行业。目前,世界上90%的地毯底布和25%的地
毯面纱是由PP纤维制作的。
70年代初期,细旦PP纱在衣着方面已见使
用。此时装饰用、土工用非织造产品也已崭露头
角。
80年代中期,混凝土增强PP纤维取得了进
展,美国、西欧已开始用于建筑行业。
随着PP品种的多样化和纤维性能的不断改
进,PP非织造布应用引起了人们的极大兴趣,特
别是1.2dte)【细旦及超细纤维和dxpf 1.O纺丝成
阿(即spIlllbotld)非织造技术的出现,更加确立了
PP非织造产品在一次性尿片和妇女卫生用品市
场的绝对份额。
2 国内外聚丙烯树脂生产技术现状
90年代初世界PP生产能力约1400万吨,预
计2001年将达到3500万吨,平均年增长率
8.8%‘“。从19”年第一个zN催化剂PP工厂建
成,到70年代高效、高选择性新一代齐格勒一纳
塔(烈)催化剂产生,PP聚合新工艺省去了清洗催
化剂残留物及无规PP的分离工序,大大简化了生
产工艺,并改善了产品质量”1。
茂金属催化剂是&m·和赫斯特公司首先引
入市场的。茂金属等规PP(面pp)具有窄的分子
量分布(Mw,Mn2.o一2.5)、均匀的链长度,均聚
物和无规物含量较低,其熔点T皿(Dsc)147~
158℃,约比zN催化体系PP低15℃,热变形温
度(HDl’)及vicat软化点无明显差异。mipp具有
特别的流变性和熔融性能。由于其较高的~皿
和较低的熔点,加工可以在250℃下进行,因此
节省能源。rIlipp具有良好的抗氧化分解能力,
在反复挤压操作中,废品率低。由于茂金属催化
体系在技术经济方面的众多优点,-nipp树脂已
引起合成纤维业界的极大兴趣。在高品质的细旦
长丝、短纤、纺丝成网非织造产品等品种中已取
得了成功“J。
目前国内从事PP树脂生产的企业约70余
家,其中小型本体聚合企业约占全国PP能力的
30%,年生产能力3—7万吨的企业18家,10万吨
级以上的企业4家。
国内聚丙烯树脂牌号较为单一,通用拉丝级
所占比例大,专用PP多以进口为主。国内14家
大型企业PP牌号仅有90余个。其中扁丝级
72%、双向拉伸级(BOPP)8 5%、注射级4.7%、纤
维级12%,流延膜级(cPP)仅有7000余吨。从应
用状况看,编制制品占56.7%、注射制品11.1%、
纤维11.9%、其它占2.3%,总的应用量大约300
万吨Ⅲ。
一5一
万方数据
专家论坛 合成圩堆 2000年7月
3聚丙烯加工中的新型添加剂 4聚丙烯纤维生产新技术及新产品
聚丙烯熔融挤压加工中,需添加高性能的稳
定剂,以赋予PP树脂良好的加工性能,常用的稳
定剂多为苯酚或亚磷酸盐类化合物。随着PP纺
丝技术的进展和市场需求的变化,含苯酚类添加
剂已禁止使用。瑞士ciba公司推出纤维用无苯
酚稳定剂硎舭一L(1r吕ast出L—112)具有良好的
加工性能,轻微的着色。英国从mn公司的Il=314
是一种旨在改进加工性能的稳定剂”J。
德国Huls公司的v。towⅨP930是用于有色
PP长丝或短纤维着色颜料的新型载体,可避免滤
网堵塞.并可防止颜料粒子凝聚而发生断丝。由
于该载体的使用,致使颜料和蜡组分的添加量降
低,同时在与紫外线稳定剂共同使用中,没有负面
反应。
PP纤维对紫外光敏感,易于发生光氧化裂
解,这限制了其在室外纺织品和汽车地毯方面的
使用。Hals型光稳定剂具有突出的性能。并和紫
外线吸收剂s—如vor vsU同时使用可取得上佳效
果。其它如BASF引人市场的光稳定剂u咖l一
}Ials,ciba公司的TiuvjD 11l。后者是一种受阻胺
类的光稳定剂,具有优良的纺丝性能,适宜用于浅
色的着色纤维生产。
随着火灾的增多和规章的法制化,PP纤维的
阻燃要求日渐提高。现用的PP阻燃剂体系不甚
理想,阻燃剂的捺加量仍较高且加工十分困难,一
些阻燃剂和紫外线稳定剂相互干扰。衄a公司提
供了一种无卤素阻燃剂,兼顾紫外线稳定剂和阻
燃剂性能,而不削弱其它性能。calp公司阻燃剂 砥鲫亦显示了良好的性能。
地毯使用中,细菌的滋生越来越危及人们的
生活。特别在医院、学校、婴儿室、卫生保健设施,
此类问题尤为突出。美国纤维技术公司于熔融纺
丝时注入添加剂,制得商品名为Sallls的抗菌纤维
并已投放市场。ciba公司的h辨∞PA能够抑制
多种细菌在聚合物表面生长,有效地改善了纤维
制品的卫生状况。
美国3M公司开发一种驻极过滤介质,于PP
熔融挤压时加入含氟化合物添加剂,采用熔喷法
非织造工艺,制得超细纤维过滤材料”J。
——6——
4.1细旦长丝
细旦化是合成纤维技术发展的主要趋势之
一。80年代以来,PP细旦纤维的开发首先在美
国、意大利、捷克等国家兴起。鉴于PP纤维染色
的特殊性,有色PP细旦长丝更为市场所青睐。
美国BIi8ko公司提供的有色PP细旦长丝生
产线,可生产22—167d妇,士耐为1.67—2.23的
PP细旦长丝,最细可作到dIpf0.89。该设备采用
高速纺丝工艺,使用姗加的树脂,具有高达
92%的挤压效率和低的纺丝温度(188—216℃),
可使用不耐高温的色母粒,大大降低了成本,同时
亦利于阻燃剂、紫外线稳定剂及其它掭加剂的使
用,给开发新产品提供了条件。此外该装置丝束
冷却甬道仅长1500mm,工艺及设备配置紧凑n]。
意太利Italp嘣ucb公司有色PP细旦P0卜
哪生产线,具有高速、小批量、紧凑型工艺配置,
并可以快速进行色泽更换。在纺制d珥】fo.8~2.7
长丝时,喷丝孔长径比6:l,细旦长丝纤度的均匀
性控制在+1.5%,us时cv值小于o.7,并较好地
解决了后加工油剂和颜料颗粒的分散这两个纺制
PP细旦长丝的技术关键【”。
意大利Es畸肿um公司生产工厂运行的PP
细旦长丝FDY纺丝单元板具代表性。该设备采
用高速纺丝一拉伸一网络一卷绕一步法工艺,每
个单元三个纺丝位,位距1200Ⅱm,产品范围83~
333dt旺,叔pf 1.12,纤度偏差+1.5%,满卷率
95%[驯。
80年代以来,北京、上海、广东等地相继开展
了细旦PP长丝的研究开发工作。北京某厂采用
sm而纺丝机及.Ic盯8Es拉伸变形机,试制55一
120d£旺,曲正1.12~3.34的PP细旦丝,纺丝速度 3200Ⅲ,血,满卷率仅85%,与国外的差距是明显
的。
目前国内PP细旦长丝开发已初具规模,但是
长丝品质和应用开发限制了市场的进一步扩大。
研制出一个品种是容易的,而良好的使用性能与
最佳成本的权衡是PP细旦长丝扩大市场的重要
因素。并非dpf越低越好。据悉国外PP细旦长
丝织物多采用d日f1.67~2.23的长丝。如意大
利cason公司开发的衣着用PP细旦长丝使用
万方数据
第29卷第4期 合成纤维
EcD一70紧凑型纺丝机,蛳为2.09。
4.2膨体连续长丝(B(T)
世界B汀的生产能力约200万吨,其中PP占
30%、锦纶6占30%、锦纶66占30%、涤纶占
10%。西欧消耗的簇绒地毯用纱中丙纶与锦纶使
用比例相近。
聚丙烯BCF生产大部分采用纺丝—拉伸一
变形一步法工艺,较之于两步法加工成本约低
30%~50%。复色PP BcF占大多数,三种或更多
种色泽纱可在同一机台上同时生产,但是三色
BcF仍是最多的品种。
Ilicter公司开发的met%10 nex BcF机的生
产工艺是:三组螺杆分别纺制出单色丝束,单独经
过冷却、拉伸、预交络、变形后,在网络处形成三色
纱后卷绕。此工艺产品品质与两步法BCF纱相
近,而且生产柔性好,可以方便地调整各单色纱的
纤度、卷曲度、网络度”“。该公司用于BcF的新
型卷绕机雕∞at cD300,卷绕速度达700Dln/mm。
Bmlag公司开发的va血一Ⅱx是BCF柔性生产
装置,同时提供了新型的非常小型化的MⅫd“着
色系统,可将色母粒直接注人纺丝泵““。
变形喷嘴是BcF生产的关键部件,它制约着
加工速度、效率和产品品质,亦是BcF生产技术
进展的重要标志。德国T凶co公司在80年代开
发的ID3系列喷嘴,纺速2000“m.m,变形流体压
力1.1胁;90年代研制的LD32系列喷嘴,纺速
300嘶血iIl;到90年代末,该公司提供给用户的
ID4系列喷嘴,纺速高达550嘶,mill。较之于LD32
喷嘴,在使用0.8眦a压力时,效率提高126%,在
压力1.1Ⅷh时,效率提高156%,变形纱的成圈
数达31个,米…J。
B口新产品如细旦膨体长丝、双组分型、中空
型膨体长丝已投放市场。15%的PA6或唧和
85%聚丙烯混合纺丝,可大大改进PP BcF的品
质,这种双组分PP膨体长丝售价和锦纶BcF相
近。斯洛伐克Ishoch一公司开发的异形BCF。商
品名称virelon,纤度范围800~12000dtex,用于簇
绒地毯和室内装饰织物,效果较好。 奥地利sML公司研制出Aus瞄l新型PP BcF
设备,采用紧凑型设计,微机控制工艺条件。易于
变换色泽,变形装置可靠,纱线品质均一,加工纤
度1100~3000d缸。该机同时具备生产丙纶POY、
专家论坛
H)Y的功能…J。
70年代末开始,我国陆续从德国、意大利、瑞
士引进了PP BcF生产设备近40条,形成了4。5
万吨的生产能力。目前,大部分设备仍在运转中。
但设备性能、能耗、产品品质已不能适应地毯和装
饰织物市场的需求。濒临淘汰报废的境地。表l
为国内外BcF技术水平对比。
项目 誊j意嚣IIim(瑁士)巴马格(德) …’.二‘.
纤维品种双组分、异形、多孔型普通型
变形速度(d面)2000—4000 1000.1500
单丝纤度(姻神 3 34~6酊 11.1一盟.3
4.3双组分纤维
双组分纤维是PP纤维中技术发展较快的特
色品种。日本窒素公司、丹麦Danaklon公司在
PP,PE双组分纤维的开发和应用方面处于领先地
位。瑞士EMs—Fi8clIcr公司开发的双组分(皮芯
型)纤维,dpf可达1.2,喷丝板孔数2800,孔密度
15孔,cm2。
皮芯型双组分纤维生产,多采用两步法工艺,
即与传统的短纤维工艺相近。综合复合纺丝工艺
和规模因素,生产线能力以4000~5000t,a为佳。
复合纺丝组件形式各异,见表2。90年代,意大利
F踊公司开发了紧凑型双组分纺丝设备,将纺丝
和后处理工序联为一体,生产线能力2500~
8000“a。
裹2嗣外双组分纤雄设鲁技术特征一览m一训
项目富士(日)罱饕觜怒
工艺特征 两步法两步法两步法两步法一步法
加工纤度(a-舯1f:1。j“3;等1‘:“之:
喷孔数2850 12。o 1御 790 研50
差扳型 圆形 矩形 矩形 矩形超大环形
慑尺寸(唧)直径390 370×90 890150直径700
冷却形式 环吹 侧吹 侧吹 侧吹 内环吹
牵引速度(一~)400~
800~ 600‘
1000
】5肿 1(KD 12(D
尘芏堕堕!型竺型!塑 !塑!塑 !垫 !塑 F岫n是欧洲s帅iiIlt“公司正在开发中的一
种聚丙烯,高密度聚乙烯双组分高性能吸附纤
——1——
万方数据
专家论坛 告成钎堆
维o】。其结构不均一,截面呈多角形,纤维表面
有大量微孔、洞穴和裂缝,可吸附油类或节流含油
废水,用于炼油厂废水、油水的分离,脂肪类产品、
石蜡等的吸附,是油品加工企业三废治理和废物
回收利用、清洁生产方面的一项新产品。
4.4纺丝成网,熔喷法非织造技术
近年来PP纺丝成网技术取得了新的进展。
纺丝成网单丝纤度日趋细旦化,薄型产品更加柔
软。日本神户制钢纤维网的dxpf为O.5,O.7,网
重规格为lo—m2.21 J。
能耗大幅度降低是另一个趋势。90年代中
期,Kall一Fi蚰er公司提供纺丝成网生产线,产品 规格为100~250一矗,幅宽3300m,产品电耗
2600度,吨;三年后其产品可做到10∥矗,纤维网
击耐o.7,而其电耗大幅度降至1000度,吨4J。Re如№r公司采用低压空气,拉伸速度达
500DIn,r血,生产lo∥m2产品时,其能耗也可以做
到1000度,吨…J。
为了改进纺丝成网的品质和提高生产效率,
众多的公司采用两组或更多组螺杆挤压~纺丝系
统。此外复合工艺的开发亦给改进产品性能和扩
大用途提供了条件,诸如sMs、s眦s、sM纺丝成
网,熔喷复合。意大利F一公司superspIlIl纺丝成
网产品为双组分纤维网,德国莱芬豪森公司于h卜
dn 99展出了双组分熔喷法非织造技术“】。
80年代以来,我国陆续引进20多条开纺丝
成网生产线,主要是德国Re如【】llau8er和跚[P等三
家意大利公司的设备。产品规格多为15一150∥
m2,幅宽2400~400嘶m。除德国引进的设备生产
20一m2薄型产品质量能予保证外,其余生产线的
产品大部分规格是30~1509,m2。
妇女卫生用品、~次性尿片和土工布是PP非
织造布的支柱产品。18∥m2薄型非织造布多采用
细旦PP短纤维热粘合产品。d习矗<1、109,m2的
纺丝成网产品的出现,使这个领域又增加了一个
新品种。它将短纤维和非织造布两个生产工厂台
一,在生产效率、制造成本方面具有优势。这是一
个技术含量高的产品,亦是国内纺丝成网非织造
产品技术最薄弱的方面之一。
我国的水土流失极为严重,水利设施建设和
维护日益紧迫;我国的高速公路里程只占道路的
0.497%,仅为发达国家的1/4~l/5。可以说,作
2D00年1月
为主要土工用纺织品的纺丝成网非织造布现实和
潜在的市场是巨大的。但是,截至目前国内还投
有一家纺粘法工厂能生产180。450—m、+2PP
土工用产品。这亦是当前纺丝成网非织造产品面
临结构调整的另一个侧面。
熔喷法(Melt b1一)非织造产品范围宽,可在
3一100吲o。目前可提供熔喷法成套设备的厂
家主要有美国Ac呲公司、J&M公司、wwPI公
司和德国莱芬豪森公司。近年意大利的Fm和
M—Modem公司的熔喷设备亦投放市场。网的纤
维直径视产品要求可做到o.5,1.5/5,10,20衄b通常使用的PP切片删为25删800。B0mllis公
司生产的熔喷法非织造布专用PP皿450~
1200,纺丝模头喷孔的长径比l,lO以上,每英寸
约30~35个孔。J&M公司的模头设计新颖,可在
45分钟内快速更换模头“】。
国内已引进了Ac—te、莱芬豪森公司的熔喷
法成套设备。以前者声誉较好,全世界熔喷法非
织造设备中,Accur8te公司约占印%以上…1。
4.5短纤维技术和新产品
PP短纤维生产大部分采用多孔、低速、连续
化工艺,即短纺工艺。和传统纺丝相比较具有高
效、低能耗、生产柔性好等特点”J。
奥地利As咖公司在新原料使用和PP短纤维
开发方面有非常丰富的经验。该公司生产的短纤
维规格从1.D一400dc旺。开发的新品种如:耐紫
外光纤维,其耐用性能从几个星期至几年,主要用
于防晒纺织品、篷布类;抗热氧化纤维,可以在
90℃到130℃的条件下长期使用,最高使用温度
可达150℃;此外还有IJDI 27的阻燃纤维、分散染
料可染和可印花短纤维;Amta公司的抗霉菌纤维 ‰taAM,其主要产品包括运动袜(70%棉、30%
AM或60%毛、加%AM)、揩布(70%粘胶、30%
AM)、登山鞋衬里(100%AM)、手套衬里(50%尼
龙、50%AM)、运动外衣(70%棉,粘胶、30%AM)、
床上用品(50%粘胶、50%AM);另外抗霉菌兼顾
防污纤维,商品名称Aso诅AM Plu8,专门用于卧室
床上用品或衬垫;三叶形纤维M30,弹性好,具有
丝样光泽;中空纤维B220可和羊毛混纺作簇绒
地毯面纱;纯PP纤维经DRE砣型摩擦纺,可用于
簇绒地毯。
斯洛伐克18troch%公司研制的高收缩纤维
万方数据
第29卷第4期 合成纤雏 专家论坛
Nobel%,1.3~2.8dtex用于合成革,11—17dt既用
于针刺毡。D面】ap_0s型PP短纤维系列是一种特殊
用途的纤维,有6.7d缸、17dt既、30dt眈,切断长度8 —20一是专门用作混凝土配料纤维。用于建材
行业的同类纤维还有德国Ba—buter公司的nlm.
f崎PP短纤维,使用中每立方米混凝土添加量约
1公斤,可防止混凝土浇灌过程中产生裂缝,从而
防止大气环境对混凝土内钢筋的侵蚀,亦可以降
低或防止出现裂缝修补的高昂费用,这是一个极
具潜力的市场。
80年代,国内陆续引进近30条PP短纤维生
产线。90年代在引进的基础上,邵阳、江苏等地
研制了3000t/a生产线,纺丝板孔数达3~5万。
尚不能纺制细旦纤维,较之于巴马格公司PP短纤
维设备(纺丝板15万孔,万吨生产线仅4个纺丝
单元),生产效率差距还是很大的;就是与近期引
进的意大利F如公司、var—ac公司的腰短纤维
设备比较差距亦是明显的【篮】。
近几年,英国ESL公司开发了新型三维卷曲
短纤维技术。系列生产能力6000如,纺丝板孔型
和组件的独特设计,可赋予纤维自行卷曲性能。
这是一个很有发展前途的品种9J。
5结束语
近年来,聚丙烯纤维技术的进展引起纤维业
界注意不是偶然的,相比之下,我国的PP企业技
术水平和应用研究需要一定的投入,并应增加一
份思考。
①70年代以来,国内相继引进了PP短纺和
三维卷曲短纤维生产线40余条、BCF生产线30
多条,形成了我国PP短纤维和BcF膨体长丝生
产工厂的主体设备。二十几年来,国产化工作进
展缓慢,尚还只停留在对原有设备的仿制阶段。
纺丝成网非织造技术和设备状况也基本如此。随
着产业结构调整和企业面向国际市场的竞争形
势,应加大对引进技术的消化吸收投入(发达国家
引进与消化吸收投资比I:3,国内只1:o.04),根
据企业的技术现状和所面I临的环境,将有限的技
术创新资金投到与企业合作的化纤研究开发工程
公司,其效益会更实际一些。
②A80ta是奥地利一家从事聚烯烃纤维生产
和开发的公司,在PP原料树脂、各种添加剂、纺前
着色技术、聚烯烃纺丝技术及纤维制品应用消费
研究方面具有丰富的经验。该公司配备有良好的
系列化的试验设备,研究和生产没有明显的界限,
可以不问断地为企业提供实用化技术,使企业适
应市场和具有强劲的竞争能力。这种集研究,生
产,开发/市场于一体的模式,值得国内企业借鉴。
 
 
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