【提升我国高强聚酯纱产业链竞争能力的技术途径探讨(II)】 聚酯产业链

　　近年来，涤纶工业丝作为复合材料中增强骨架，特种绳、索、带等产业用纺织品的主要原料，生产规模不断扩大，并且产品已形成系列化。本文通过对国内外高强涤纶工业丝在品种、用途和技术特征等方面的介绍和比较，指出加强国内涤纶工业丝生产企业的产品应用研究，推进产品系列化水平，是企业面对竞争激烈的国内外市场以及生存发展的需要。
　　Recently, as one of the main raw materials of technical textiles including fiber reinforced material, special rope and cable, PET industrial fiber has been improved both in production capacity and product seriation. In terms of introduction of high-strength PET industrial yarn at home and abroad from variety, application and technical performance, this article pointed out that it was essential for domestic PET industrial yarn producers to enhance the application research and carry forward product seriation.
　　
　　涤纶工业丝技术的不断进步和应用领域的不断拓展，是基于其制品所体现的安全可靠性、耐用性及良好的成本效率。为了尽可能完美地适应用户的多样化需求，涤纶工业丝的品种多、系列化的用途特征亦十分严格。
　　从用于轮胎帘子线、骨架增强材料的高模低收缩纱，到具有特别低芯吸性能的灯箱用布；从经过专门表面处理、用于近海作业的特种用纱，到使用不同热收缩性能纤维的机械橡胶制品（MRG），涤纶工业丝的品种系列化始终为生产商所关注。
　　近 10 年间，全球高强涤纶工业丝生产设备的运转率始终徘徊在 75% 左右。美国Performance Fibers公司是目前世界产能最大的高强涤纶工业丝生产企业，其年产能达 30 万t。
　　
　　1涤纶工业丝的生产工艺特点
　　
　　高强涤纶长丝的生产有传统切片纺和聚合物熔体直接成形两种工艺（图 1），目前后者的进步和变革正不断引起生产商的兴趣。
　　
　　高强涤纶长丝的后序加工通常采用两种工艺，即初复捻工艺和直捻工艺。依据用户要求，工业用丝可施以活化处理（AA）、网络/无捻处理（VO）、无网络/无捻处理（TO）等加工，也可依据用户要求给予高强涤纶长丝一定捻度。
　　
　　2涤纶工业丝的品种与用途特征
　　
　　2.1汽车安全防护制品
　　汽车安全防护纺织品主要包括安全带、集束胶管、安全气囊、侧面气囊和充气囊等。这类产品要求涤纶工业丝的品质稳定性、均匀性要好，并具有优良的加工性能，即可最大限度地降低产品的质量波动。同时，纤维的断裂强度、强力和断裂功等品质指标需满足汽车防护制品的基本要求。另外，纤维的染色性和色泽稳定性要求较高，色谱也应适应消费者对不同颜色的偏好。
　　乘用车的安全防护纺织品主要使用规格为 570、1 670及 2 200 dtex的高强涤纶长丝。在安全气囊开发中，虽然目前尚未有其他纤维品种能撼动尼龙66的市场地位，但高强涤纶长丝以优良的耐气候性能，特别是其在价格上的优势，成为一些生产商如Trevira公司等致力于高强聚酯长丝安全气囊开发的动力之一。表 1 为尼龙66与高强涤纶长丝的物理性能比较。
　　
　　2.2工程增强材料
　　用于高性能工程复合材料的涤纶工业丝不仅耐热，且耐腐蚀。为改善与橡胶间的粘合性能，通常要进行活化处理。目前高模低收缩纤维（HMLS）是这一领域广泛使用的品种。
　　工程复合材料产品主要包括汽车动力传动和同步带、工业/商用输送带、三角带、多楔带、输水软管、液压软管、工业管材以及高应力汽车软管和气垫等。
　　以国产规格为 1 100、1 330 及 1 670 dtex高强聚酯长丝为原料，使用Cobble整体带芯织机，带芯的动态寿命达 18 万r，骨架厚度为 8 mm，经过英国芬纳浸塑装置处理后得到幅宽为 800 mm的矿用输送带，产品克重达到 11 kg/m2，目前已取得了国内采掘行业用户的认可。一般情况下，每平方米输送带耗用 2 kg长丝纱。
　　2.3土工织物与土工格栅
　　土工用纺织品要求纤维材料具有高强高模和低蠕变的技术特征，从而可确保产品在地下高张力条件下具有耐用和承载加固的作用；具备抗紫外线功能；可延长产品在护墙、海岸防护、道路铺设、住宅或商用建筑、排污及水土保持等领域中的使用寿命；具有良好的抗水解性能，以保证产品适应户外的苛刻条件。
　　土工用涤纶长丝主要用于土工纺织品与土工格栅中，其市场需求量始终呈稳步增长态势，年增长率在 4% 左右。美国Tencate公司将Performance Fibers公司的高强高模、低蠕变性能的系列涤纶长丝用于大型水利设施堤坝的增强保护和重要交通枢纽的道路建设。由于聚酯土工制品的成本效率优于钢材，因此越来越多的国家和地区将其用于土木工程的施工中。例如，印度国家工业技术实验室将Performance Fibers公司提供的涤纶长丝加工成土工格栅，在铁路路基加固、防止路基下沉等方面取得了明显效果。所用的1W70系列涤纶长丝的规格为 1 100 dtex/195 f，1W73系列则为 3 340 dtex/400 f，两者均系网络纱，其中后者经过活化处理。表 2 为针织涂层高强涤纶长丝纱土工格栅的技术特征。
　　
　　2.4涂层织物
　　用于涂层织物的长丝通常要具备如下特性与功能，即：①使用高强低收缩丝，有利于涂层处理过程中保持幅宽、生产率和平整度；②纤维与织物要有较好的染色性和色牢度；③使用阻燃长丝可使制品能在高温、明火下使用；④依据用户要求，使用抗芯吸油剂，可以控制纤维的湿度，防止织物在潮湿条件下滋生霉菌。
　　目前，涤纶工业丝的涂层织物已广泛用于海洋作业用布、风帆布、屋顶材料、遮阳布、防雨篷布、室内装饰材料、帐篷、防水布及套管等中。
　　美国Seaman公司以单股高强涤纶工业丝为原料开发了商品名为“FiberTite”的屋顶防水膜材，其断裂强度和撕裂强度均通过美国新ASTM标准。Seaman公司开发的屋顶防水基材选用了数种型号的涤纶工业丝，如超低收缩纱，其纤度为 1 100 dtex，热空气收缩率为 1.5%，这是一种无网络、无加捻纱。为适应涂层织物的使用要求，采用低芯吸效应的涤纶工业丝，其规格分别为 550、1 100 和 1 670 dtex，强度 6.1 ～ 7.1 cN/dtex，断裂伸长率 19% ～ 21%，热空气收缩率 1.5% ～ 2.1%。这种涂层织物具有阻止水分从边缘、空隙处渗入并扩散的功能。
　　Performance Fibers 公司提供的784型LOWIK® 高强涤纶工业丝，规格有 550、930、1 110 及 1 440 dtex等 4 种，断裂伸长率 25.5% ～ 26.0%，热空气收缩率 3.3% ～ 3.5%。该纤维经过抗芯吸处理，具有可调节织物湿度变化的功能，最终起到防止涂层制品在使用过程中出现霉变、剥离或变色现象的作用。
　　在聚酯涂层织物使用的长丝纱中，空气变形纱（ATY）是一个特色品种。采用高强涤纶长丝经过空气变形加工制得 300 dtex/48 f、600 dtex/96 f、1 180 dtex/192 f、2 400 dtex/400 f的ATY，热空气收缩率 1.5% ～ 2.0%，产品可用于家饰用布、遮阳布及一些海上用品中。
　　2.5缆绳与绳索
　　缆绳与绳索是产业用纤维的重要应用领域，如船用、海上作业用绳索，重型深海定位缆绳、商业捕鱼线和网材、体育和休闲用品等。用于缆绳与绳索的聚酯工业丝对纤维品质的均匀性要求非常高，同时要求具有较高的强力/重量比，因为这关系到产品的强力和耐久性的提升。
　　除用于深海作业的缆绳与绳索外，广泛用于缆绳的高强聚酯长丝的主要规格包括 1 100 dtex/200 f、2 200 dtex/400 f以及多股纱并合绳索如 7 150 dtex、8 520 dtex和12 100 dtex系列。
　　2.6轮胎骨架材料
　　目前轮胎骨架材料已广泛用于轿车、运动型多功能车、轻型/中型卡车、摩托车、农用车及游乐车等中。依据使用条件的不同，不同类型的聚酯材料可赋予轮胎骨架材料产品一系列特性，如Performance Fibers公司的尺寸稳定型聚酯DSP® 为高模低缩产品，用于增强轮胎，具有良好的尺寸稳定性、耐热性和耐腐蚀性以及极佳的增强和抗蠕变特性。
　　另外，该公司推出的1H75型高强涤纶工业丝主要用于帘子线产品中，具有强力高、尺寸稳定性良好等优点。其尺寸减小，从而可节省增强复合材料的使用量，并使橡胶骨架制品的重量得到有效降低。1H75型涤纶工业丝的性能如 表 3 所示。
　　
　　Beltec® 专为轮胎冠带层设计，具有良好的粘合性、模量和热收缩指标，非常适宜提高轮胎的耐用性、安全性和可操作性。Beltec® 的网络无捻涤纶工业丝规格为 930 ～ 1 100 dtex，强度为 6.5 cN/dtex，断裂伸长率为 10%，热收缩率为 5%，热空气收缩率为 8.6%，自由收缩率为 7.3%。
　　PenTec® 是一种耐高温的涤纶工业丝，专门针对使用条件苛刻的场合而设计，其高强度和高模量指标之间具有极佳的平衡。纤维尺寸稳定性和耐化学性优良，低伸长，低收缩，非常适宜高性能轮胎帘子线、增强材料以及厚篷帆布使用。
　　粘胶帘子线在欧洲还有一定的市场，但严峻的生态环境压力使高强涤纶工业丝取代粘胶纤维加工帘子线已成为一种趋势。Performance Fibers公司开发的A360型和A360活性高强涤纶工业丝即为传统粘胶帘子线的典型替代产品。
　　2.7缝纫线
　　聚酯缝纫线从细旦到粗旦形成缝纫线和绣花线系列产品。缝纫线产品具有较高的强度以及良好的稳定性和染色性，通常规格为 110 dtex的长丝纱用于服装加工。由于高速缝纫会积聚热量，因此聚酯缝纫线更适宜高速缝纫 （＞ 4 000 针/min）。而纤度在 880 dtex以上的产品多用于加工工业织物和皮革制品。目前高强涤纶长丝包芯缝纫线和绣花线已大量用于室外用品中，如遮阳布、横幅、旗帜、户外灯箱、编织线、皮革制品、鞋子等。
　　依据不同用途的要求，缝纫线有多种规格，如：低收缩率系列，规格有 188 dtex/33 f、489 dtex/96 f等，收缩率为 5.0% ～ 5.5% 或 6% ～ 8%；高收缩有色（黑色、褐色）缝纫线，收缩率为 11% 或 13% ～ 14%；规格为 110 dtex/40 f或 167 dtex/40 f的绣花线的热空气收缩率通常控制在 2.5% ～ 3.5% 之间；规格为 95 dtex/32 f的弹性缝纫线，其强度为 4 cN/dtex，断裂伸长率为 45%，热空气收缩率为 15%。
　　2.8单股浸胶绳索
　　单股浸胶绳索是一种新型的间苯二酚 � 甲醛 � 胶乳（RFL）浸胶产品，其可用原料包括DSP® 纱、轮胎冠带层专用纱（Beltec®）、耐高温型强力/模量优化特种纱（Pentec®）、尼龙及芳纶等。
　　单股浸胶绳索产品通常具有如下特点，即：①具有很高的尺寸稳定性，可用作高性能轮胎、骨架增强材料和高速公路行车轮胎的冠带层；②产品有十分均匀的模量和收缩性能，与橡胶也有良好的粘合性能；③单股浸胶绳的动态强力和耐久性好，可用于各种工业用布。
　　Performance Fibers公司开发的单股浸胶绳索产品包括1×（50 ～ 1 100）/2、1×（50 ～ 1 440）/2、1×（50 ～ 1 670）/2系列，其断裂伸长率为 14.5%，热收缩率为 1.7%。目前，这些产品已在高性能轿车胎体、骨架增强材料、高速公路行车轮胎的冠带层、汽车空调软管、汽车动力转向和刹车系统、工业水管和胶带以及空气弹簧等领域得到应用。
　　2.9深海作业固系缆绳
　　目前，深海作业固系缆绳已在海上石油钻井平台、浮式贮存和卸货装置（FDSOS）以及海上移动钻井平台设备锚定装置（MODUS）上使用。用于深海作业固系缆绳的纤维材料要求重量/强力比低于钢制缆绳。通常在经过特定处理后，产品断裂强力的均匀性和耐湿摩擦性能均较高。
　　海上钻井作业要求系留平台具有在剧烈变化的气候条件下能够长期保持平台精确位置的功能。Performance Fibers公司采用1W81/1W82/1W83系列的多种高强涤纶工业丝装备了海上平台的系留系统即Seagard，该装置使用的聚酯纤维与其他产品不尽相同，是将纤维的强度、模量和蠕变性能优化于一体，以抵御长期海上作业的苛刻条件。表 4 为Seagard装置使用的部分高强涤纶工业丝的技术特征。
　　
　　Seagard装置在美国Red Hawk使用，经受住了Katrina飓风考验而几乎无损伤。它是一组由绳索系留海面浮动平台的装置，能维系适当张力，以确保平台于钻井区域。该装置通常由 7 根空心管组成，可提供浮力并保持相对稳定，其外部覆盖的部分即为Seagard。这些高强度聚酯纤维在飓风条件下可吸收应力负荷，并在湿态张力下保持纤维间的磨损量最小。目前，Performance Fibers公司新的更大直径装置的试验已在进行中。
　　通常，一座 3 000 m深的深水潜式钻井平台造价在 5.5 亿美元。海洋工程已确定为我国九大新兴产业，是有千亿产值的市场，应该说为深海作业配套的产业用纺织品市场极具开发价值。
　　
　　3国内高强涤纶工业丝的品种及应用状况
　　
　　近 10 年来，我国高强涤纶工业丝的生产规模从每年几万吨迅速扩张到上百万吨，其中，国外引进的生产设备担负着 8 成以上的产能。现阶段，我国涤纶工业丝的品种还较为单一，主要有高强型、低收缩型、普通型和高模低收缩等几个类别。即便是大型企业，他们在品种系列化和应用研究上的投入也相对较少，基本维持引进设备的初期状况。和国外同行如荷兰Diolen公司等生产的高强涤纶工业丝相比，不管是在品种上还是加工技术、性能特征或应用上，都有不小的差距。
　　与Performance Fibers公司生产的高强涤纶工业丝系列化产品相比也能明显看出我国这一行业的不足。在该公司投放市场的近 12 个涤纶工业丝产品系列中，工业用、帘子线和工程增强材料等用高强涤纶工业丝有上百个品种。其中，汽车安全用品系列有 10 个，工程增强材料有 29 个，土工布与土工格栅有 12 个，窄幅织物有 7 个，深海固定缆绳有 7 个，绳索与缆绳有 14 个，缝纫线有 7 个，单股浸胶绳索有 3 个，轮胎骨架材料有 13 个，浸胶帘子布有 3 个。
　　自20世纪80年代，日本东丽公司高强涤纶长丝设备落户上海以来，国内高强涤纶工业丝行业一直处于设备引进、技术模仿的阶段，技术依存度依然居高不下。没有核心技术，无法掌握技术集成能力，企业只能处在产业链的低端。即便是采用引进的设备、同样优质的原料生产的高强涤纶工业丝，国产产品在国际市场上也只能以低价出售，如进入欧洲市场的国产高强涤纶工业丝售价只有 1.48 欧元/kg左右，而北美同类产品的价格可达 1.84 欧元/kg，欧洲本地产品售价为 2.17 欧元/kg，亚洲其他一些国家（如日本、韩国）的产品售价为 1.62 欧元/kg。
　　随着市场全球化趋势的发展，世界高强涤纶工业丝行业巨头如Diolen公司、Performance Fibers公司、晓星集团等已陆续进入中国市场，并已完成了在中国市场的布局。它们雄厚的研究和开发能力以及健全的营销网络，已使我国的高强涤纶工业丝市场实际成为全球化市场的一个 缩影。
　　
　　4结束语
　　
　　我国高强涤纶工业丝在品种和性能水平上与国外先进水平的差距真实反映了国内企业发展的短板。正如国务院发展研究中心企业研究所在其研究报告中所指出的：我们的企业缺乏自主技术来源，技术判断能力不足，企业规模越大，其积累的风险就越大。因此，加强国内涤纶工业丝生产企业的产品应用研究，推进产品系列化水平，是企业面对竞争激烈、严峻的国内外市场以及生存发展的需要。