聚酯纖維的生產(chǎn)技術(shù)趨勢

  不斷上升的聚酯長絲和短纖消費(fèi)繼續(xù)預(yù)示著貿(mào)易發(fā)展的極大機(jī)會，但與此同時世界范圍的競爭也在升級。目前為了在市場(經(jīng)濟(jì))中保持競爭地位而作出正確的決策已變得更加重要了。本文的目的在于詳盡闡述為在這場經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)中取得成功所必須具備的技術(shù)思想。

一、市場和趨勢

    聚酯短纖和長絲的消費(fèi)在八十年代和九十年代已得到了很大的提高。但是即使在不久的將來該消費(fèi)市場仍然具有極大的增長潛力。在1997年，短纖和長絲在市場中的總產(chǎn)量都已接近800萬噸。市場研究機(jī)構(gòu)預(yù)測在今后的七年中，產(chǎn)量將上升50%左右。
    短纖和紡織用長絲市場是主要的一個商品市場，但仍然存在一個大范圍的產(chǎn)品和應(yīng)用的需求。然而對于嚴(yán)格的基本市場分割而言，還是有一個明顯的特征，在市場中占優(yōu)勢地位的是主要的市場。據(jù)我們估計(jì)，主市場占總市場的份額約90%左右，在此它需要運(yùn)用最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)工藝，這些市場中的產(chǎn)品是具有固定的和特定性能的商品，新的技術(shù)或產(chǎn)品均不能改變這些固定的和特定的性能，否則它們將不能作為市場的主產(chǎn)品而只能擺在特殊產(chǎn)品的位置上。在短纖和長絲市場中占優(yōu)勢比例的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)是具有很大生產(chǎn)能力的直接紡絲工藝。
    特殊用途的聚酯短纖和長絲產(chǎn)品在市場中所占比例雖然較小，但這些產(chǎn)品具有較強(qiáng)的市場競爭優(yōu)勢，產(chǎn)品的用戶可獲得一定的利潤。因而用戶定制的產(chǎn)品通常要求裝置具有最大的生產(chǎn)柔性 。
    對上述特殊產(chǎn)品而言，小的且具有足夠產(chǎn)能的間歇式縮聚，加上切片紡絲都是良好的生產(chǎn)技術(shù)，但這并不等于說這些產(chǎn)品不能用直接紡絲線生產(chǎn)。從技術(shù)的角度講，直接紡絲線用于這些產(chǎn)品的生產(chǎn)也是可行的，但對直接紡絲而言，用于應(yīng)付許多變化和波動時該市場規(guī)模就顯得太小了。因此用戶決定在連續(xù)縮聚裝置上生產(chǎn)具有常規(guī)高聚物質(zhì)量的微量產(chǎn)品時改變切片的出口狀態(tài)，如紡前染色、改變截面和異纖度，或者他們將間歇縮聚和切片紡絲相結(jié)合用于那些需要特殊高聚物的紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)上。一些重要的改性和生產(chǎn)技術(shù)將出現(xiàn)在本次會議的“PET短纖和長絲的改性”展覽上。
    在全部聚酯短纖和長絲市場上將來主要的發(fā)展趨勢是削減生產(chǎn)成本，以保證因產(chǎn)品均勻性而引發(fā)的質(zhì)量提高過程中的競爭地位。具有重要的成本優(yōu)勢的經(jīng)濟(jì)規(guī)模其產(chǎn)能甚至超過300噸/天。縮聚和紡絲的轉(zhuǎn)化成本所占的比例在整個生產(chǎn)成本中僅為20%，這就意味著在生產(chǎn)成本中占優(yōu)勢份額的是原材料的成本，由此可以得到下面些結(jié)論。
1、為了保持低的原材料成本，必須具備一個水平穩(wěn)定的戰(zhàn)略供貨合同。
2、落后的生產(chǎn)體系會增加公司的生產(chǎn)成本。
3、占據(jù)一個重要的市場份額有如下一些優(yōu)點(diǎn):它是樹立強(qiáng)有力的地位和供貨合同的先決條件，它允許存在落后的生產(chǎn)體系和保持低的銷售成本。
4、因?yàn)樵牧系某杀局渲D(zhuǎn)化成本，所以貼近用戶來組織生產(chǎn)比降低轉(zhuǎn)化成本更重要。
5、原材料成本的很大程度上要求由連續(xù)生產(chǎn)工藝得到的產(chǎn)品具備最好的均勻性和質(zhì)量、同時將排廢降低到最低程度。
二、聚酯短纖維
    每條紡絲和纖維生產(chǎn)線的產(chǎn)能超過200噸/天的大型生產(chǎn)裝置是最經(jīng)濟(jì)的。一條恰如其分的生產(chǎn)線可進(jìn)行許多種類纖維的生產(chǎn)。纖維細(xì)旦化的趨勢仍在繼續(xù)，目前現(xiàn)代化的纖維生產(chǎn)線生產(chǎn)的棉型短纖其纖度已降至1.0甚至0.8d。人們對穿著舒適性的要求促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展，改進(jìn)的質(zhì)量首先意味著在一套生產(chǎn)裝置和幾套不同的生產(chǎn)裝置之間有優(yōu)良的均勻性。高級的短纖其質(zhì)量不是表現(xiàn)在它的物理性能上，而是更多地展現(xiàn)在其噴絲孔、梳理、拉伸和紡絲等加工性能上。
對短纖的生產(chǎn)而言，具備成本優(yōu)勢的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模其產(chǎn)能須達(dá)到200噸/天。這些經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)規(guī)模只能通過對具備一條紡絲線，一條后加工線和一臺卷曲機(jī)的連續(xù)縮聚裝置的產(chǎn)能直接加倍來實(shí)現(xiàn)。如此巨大的產(chǎn)能其特點(diǎn)是生產(chǎn)成本降至最低，而產(chǎn)品均勻性最高。
    高聚物熔體直接來自終縮聚釜，通過一高聚物熱交換器，然后以相同的停留時間送至各個紡絲位。 在追求最大且最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)能時，常規(guī)的矩形紡絲系統(tǒng)面對著無法超越的極限，產(chǎn)量超過100噸/天的紡絲線其矩形噴絲組件的長度大于40米，因此在后道處理時顯得非常不理想。
    如上所述它是開發(fā)新型紡絲系統(tǒng)BN100的原因之一，其噴絲組件為圓柱形。該紡絲系統(tǒng)能提供最大的吐出量而僅需最小的空間，第二個目的是改善纖維的質(zhì)量。在此方面，與常規(guī)矩形噴絲組件相比，圓柱形噴絲組件因制得的纖維受驟冷空氣的充分滲透后引起密度的明顯降低而更得人們喜愛。此外，BN100提供了一個理想的加熱概念，因?yàn)樗械娜垠w導(dǎo)引部件和紡絲組件都被熱交換介質(zhì)所包圍，圓形的底部使得紡絲組件更容易清理，所有這些優(yōu)點(diǎn)使得BN100紡絲系統(tǒng)成為短纖生產(chǎn)最成功的紡絲系統(tǒng)。
    聚酯短纖生產(chǎn)最經(jīng)濟(jì)的第二個重要條件，是除了采用圓柱形噴絲系統(tǒng)外，僅需采用一臺卷曲機(jī)的Jumbo纖維生產(chǎn)線。目前Lurgi Zimmer提供的配有一臺卷曲機(jī)的Jumbo纖維生產(chǎn)線，其產(chǎn)能可達(dá)200噸/天。因此，上述的成本優(yōu)勢就可充分利用了。但是除了經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢外，這種纖維生產(chǎn)線還具有很大的柔性，五個拉伸和熱定型區(qū)使得纖維生產(chǎn)具有廣泛范圍的性能，如高強(qiáng)、高模、低收縮或良好的膨脹性。 雖然設(shè)計(jì)紡絲和纖維生產(chǎn)線時，通常須注重最好的生產(chǎn)均勻性，但在線質(zhì)量保證體系還是顯得越來越重要。原因之一是最重要的質(zhì)量參數(shù)(根據(jù)DIN/ISO9000標(biāo)準(zhǔn))必須堅(jiān)持進(jìn)行即時監(jiān)控。另一個原因是用質(zhì)量保證體系來探測最微小的偏差以保持產(chǎn)品均勻性。在Lurgi Zimmer的纖維生產(chǎn)裝置上配備了復(fù)雜的傳感器用以監(jiān)控最重要的在線質(zhì)量參數(shù)。自動流量控制系統(tǒng)甚至消除了最微量的纖維浪費(fèi)。用電腦控制的切斷刀有助于避免超長纖維，并且使得切斷刀具有更高的利用效率。在線卷曲監(jiān)控和后續(xù)整理控制系統(tǒng)確保了這些性能和工藝過程的均一性。
三、聚酯長絲技術(shù)
    最大的生產(chǎn)裝置和高聚物改性技術(shù)使得經(jīng)濟(jì)效益能夠提高。目前采用一臺最小生產(chǎn)成本的后縮聚釜喂料的成套直接紡絲裝置，其產(chǎn)能已達(dá)到400噸/天。要較大程度地削減成本只能靠提高紡絲速度來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，高聚物改性顯得尤其重要。對紡織用纖維而言，一個發(fā)展趨勢是朝著舒適、產(chǎn)品最終用途顯而易見的單絲細(xì)且化方向進(jìn)行的，單絲纖度達(dá)0.5d的微細(xì)纖維已經(jīng)可用現(xiàn)代化的復(fù)雜的紡絲設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。目前Lurgi Zimmer公司正在開發(fā)單絲纖度低至0.25d的生產(chǎn)工藝。除了上述技術(shù)發(fā)展外，該市場由常規(guī)50-150d纖維和高支紗來支配。在紡織用長絲方面，質(zhì)量改進(jìn)同樣意味著產(chǎn)品均勻性的進(jìn)一步提高，不在于要求最高的物理性能，而在于體現(xiàn)長絲最好質(zhì)量的卷曲、拉伸和卷繞等加工性能的提高。相對于人造纖維生產(chǎn)的全過程而言，紡織用長絲直紡裝置提供了有前途的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，其特征是具有最大的產(chǎn)能和最低的成本。
    聚酯紡織用長絲的直紡是紡織用長絲生產(chǎn)的成熟工藝，因?yàn)榧徔椨瞄L絲為主產(chǎn)品，所以在整個市場中“直紡”起著重要的作用， 一套直紡裝置連著一套切粒裝置，這樣使得紡織用長絲的生產(chǎn)始終和紡絲吐出量保持一致以確保產(chǎn)品有良好的均勻性。除此之外，切粒器以相應(yīng)的現(xiàn)代生產(chǎn)柔性技術(shù)喂入切片紡絲線，因此也滿足了最大柔性生產(chǎn)的要求。
    目前Lurgi Zimmer 提供的采用一只終縮聚釜喂料的直紡連續(xù)生產(chǎn)裝置，其產(chǎn)能達(dá)400噸/天。甚至可以設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)800噸/天的裝置。在這種情況下通常的酯化和預(yù)縮聚物被喂入兩臺后縮聚釜，然后進(jìn)入直接紡絲裝置。
    如此巨大規(guī)模的紡絲裝置需要一套復(fù)雜的熔體分配系統(tǒng)，管道選擇的計(jì)算圖表、管道最優(yōu)化的計(jì)算機(jī)輔助工程、等容管道走向的3D-CAD系統(tǒng)等都是大型生產(chǎn)裝置工程上所必需的先進(jìn)工具。但是在這種情況下先進(jìn)工具往往是不夠的，還需要合理的設(shè)備排列、復(fù)雜的分支，恰如其分的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、纖度分組的先進(jìn)布置、緊湊的管線排列等技術(shù)決竅，Zimmer公司不僅運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具，而且在設(shè)計(jì)大規(guī)模產(chǎn)能裝置方面具有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

在一定水平上削減絲成本僅有一種可能即提高紡絲速度，該方法尤其對部分取向絲(POY)的生產(chǎn)是大有前途的，但它不適用于未改性的聚酯。由于紡絲速度和拉伸比之間有嚴(yán)格的聯(lián)系，POY僅能通過最高拉伸速度達(dá)3500m/min的方法來紡制。超過該紡速，POY會損失順流紡絲工藝所嚴(yán)格要求的拉伸比，這就是POY紡絲吐出量的增加必須對高聚物進(jìn)行改性的原因。
    我們最近進(jìn)行改性開發(fā)的目標(biāo)是通過提高紡速50%左右來削減投資和生產(chǎn)成本、改進(jìn)順流紡絲工藝，而開發(fā)的先決條件是POY必須是具有特定和固定性能的商品，改性技術(shù)不能對這些性能產(chǎn)生影響。 高性能改性劑既可添加在熔體階段(直接紡絲)，也可添加在切片熔化前(切片紡絲)，改性劑形成一可區(qū)別的相態(tài)包埋在PET基質(zhì)中，尤其是均相混合很重要。對高速紡而言，改性劑轉(zhuǎn)變了眾所周知的紡絲速度和拉伸比之間的關(guān)系，可通過調(diào)節(jié)改性劑的添加量來控制其影響。
    由于經(jīng)濟(jì)上的原因，改性劑已成為一個商業(yè)化的高聚物。雖然沒有具體的數(shù)字加以說明，但據(jù)說紡織用長絲生產(chǎn)的發(fā)展已不僅受到經(jīng)濟(jì)型生產(chǎn)、而且還受到產(chǎn)品質(zhì)量的沖擊。和上述BN100相比，Lurgi Zimmer公司和BN90長絲用于紡織具有更復(fù)雜的熔體加熱和流變學(xué)原理，它對提高長絲質(zhì)量作出了重要貢獻(xiàn)，事實(shí)上在許多工程項(xiàng)目中已得到證明，一些開車成功的微細(xì)長絲裝置顯示:長絲生產(chǎn)技術(shù)已能滿足最高的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的要求。
     PET短纖和長絲的生產(chǎn)處于激烈的市場競爭中，削減競爭成本只能通過采用最大生產(chǎn)能力的辦法來實(shí)現(xiàn)。一個更能提高競爭力的方法是通過改性技術(shù)在幾乎相同的設(shè)備上增大紡絲吐出量。而不損害所需的纖維性能。最新的生產(chǎn)技術(shù)是獲得良好產(chǎn)品質(zhì)量所必須的，如果選擇恰當(dāng)?shù)墓に囋O(shè)計(jì)，則巨大的產(chǎn)能和最大可能的柔性之間是不相矛盾的。(土工布 聚酯布 防裂布 經(jīng)編復(fù)合防裂布 聚酯玻纖布)