高性能扁丝技术及市场的最新进展

芦长椿

摘要：聚烯烃扁丝用作包装材料，在诸如书报杂志、块状物料、大型容器、片状化工制品及其他工业和商业领域得以广泛使用。近年来，利用回收聚酯瓶片料，制取高性能PET扁丝技术取得了长足进步。本文重点介绍PET扁丝和复丝型扁丝方面的新产品和新工艺。

关键词：扁丝；通用性；回收聚酯瓶片；纤维增强扁丝

中图分类号： TQ320.72 文献标志码：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

近年来，扁丝技术的生产效率和成本效益明显提升，特别是奥地利Starlinger公司研究人员开发的高强、低单重PET扁丝展示出了优良使用性能和可使用回收瓶片料的特点，PET扁丝纱新的潜在市场亦引起了行业的普遍兴趣。

1 扁丝技术的现状与新进展

1.1 扁丝技术的现状与发展趋势

扁丝是产业用合成纤维中重要品种之一，目前需求市场仍以聚烯烃扁丝为主体，在包装材料领域即塑料编织袋、水泥编织袋以及集装袋等大宗产品的捆扎方面得以广泛使用，在土木工程和灾害救治上也受到业内的肯定，量大且面广。当下市场提供的半自动化与自动化的扁丝生产装备，可以稳定地生产品质优异的扁丝纱产品。

通常，扁丝生产线主要包括如下技术单元，即树脂/着色剂/添加剂剂量输送装置、螺杆挤压系统、水浴成形装置、五辊或七辊牵伸机、热箱以及卷绕机等。依据产品和工艺要求，调整基本单元配置，可以生产扁丝、单丝、人造草坪或高强力复丝等产品，如意大利Sima公司（希玛）T-20紧凑型PP扁丝生产线，在更换纺丝组件的情况下可以生产PP高强丝。比利时Centexbel公司开发的新型半工业性扁丝生产线，可以应对市场的需求变化而调整品种，变换模块化的设计配置可生产扁丝、人造草坪、地毯底布和单丝类产品。该半工业性设备还具备实验功能，即新的扁丝品种，实验量仅有 2 kg。可以说通用性即良好的生产弹性是扁丝生产技术最鲜明的特征之一。

稳定的扁丝品质和高的生产效率是扁丝生产厂家追求的目标。Reimotec公司开发的双螺杆挤压系统已在扁丝设备上使用。高性能卷绕装置对扁丝生产至关重要，如Starlinger公司提供的200LX型卷绕机，具有较高的生产效率，在变更品种时操作简易、快速，设备亦无需大的调整，其良好的生产弹性适应小批量多品种生产配置，明显增强了企业对市场的应变能力。200LX型卷绕机的运行转换可靠性达到99.9%，比目前扁丝生产中常用的卷绕装置95%要高，无疑生产中的废丝率会十分低。另外选用该型卷绕系统，维修工作量低、操作人员少，通常扁丝生产线每运转班要 5 人，而配置高性能卷绕机的扁丝生产线，加工速度520 m/min、生产能力240 ～ 270 kg/h仅需 3 人/班。表 1 为已投入市场的高性能卷绕机的技术特征。

新的创新包装发展趋势正促使企业更加致力于现实的课题，诸如开发可持续的包装材料以减少粮食损失。由于贮存不当、运转条件恶劣、仓储和包装方式落后，全球每年损失掉约有成亿吨粮食，这大约占全球粮食产量的1/3。

目前笨重物品的运输包装仍在使用钢带，仅欧洲每年此类包装就消耗掉50万t钢材，如选用高性能PET扁丝替代包装钢带，具有巨大的市场潜力空间。Reimotec公司提供的扁丝生产设备，可以使用回收再利用的聚酯瓶片作原料。该高性能PET扁丝的技术特征如下：PET扁丝较之于钢带具备更好的稳定性；PET扁丝成本通常比钢带高7% ～ 15%，但PET扁丝有良好的弹性，更适宜运输物品的包装，同时对热、水蒸汽以及意外的震动性破坏的抵御性要优于钢带；PET扁丝柔软，捆系容易，不存在使用钢带可能给操作人员带来的伤害；PET扁丝使用100%的回收利用的聚酯瓶作原料，成本低，并具有环境友好特征。

PET扁丝纱的使用性能表现出了许多技术特点，在聚酯瓶、棉纤维包、钢制卷材、石料和木材等物料的捆扎包装上使用具有十分好的市场潜力。正如业内众多厂家所述，它并非要替代传统的聚烯烃扁丝，而是拓展扁丝新的使用领域，涉入传统PP扁丝纱尚未进入的消费需求市场。

1.2 扁丝技术的新进展

1.2.1 高性能聚酯（PET）扁丝

回收再利用的聚酯瓶片主要用于食品级树脂、纤维和聚酯膜材料，扁丝纱应该是回收瓶片第四大用途领域。目前全球市场立足于PET瓶片制备高性能扁丝技术及设备厂家主要是德国Reimotec公司、意大利希玛公司、奥地利Starlinger和Erama公司。将回收PET瓶片转化为扁丝纱，通常采用一步法连续工艺，无需添加任何试剂和配置新的设备，具有最佳的成本优势。利用可再生资源制备PET扁丝的生产中，对PET瓶片的含湿率的控制亦略有差异，希玛公司瓶片料含水率在0.7%，预挤压段的含湿率控制在0.005%。Erema公司初始瓶片的含水量在1.5%，挤压段的含湿亦没有变化。一般来说，用作PET扁丝生产的瓶片的含水率在0.5% ～ 1.2%范围。

对于PET瓶片的品质，各厂家的要求也有差异，表 2 为两家重要PET扁丝生产厂家的品质指标。

目前在PET扁丝生产中，Erema公司和希玛公司采用单螺杆挤压系统，而Reimotec公司使用双螺杆挤压装置，后者的设备投资成本要高些。

采用双螺杆挤压系统，具有最佳的物料剂量精度、比较宽的可操作性能，可以有效地提高产品的成本效益。从运转的实际状况，即运转时间7 200 h，运转天数300天计算，双螺杆挤压装置的生产效率可提升25%，原材料消耗低，加工成本下降30%，生产中废丝率下降了近一半。

当扁丝产品的断裂强度达到489 ～ 550 N/mm2时，能耗可以控制在670 ～ 1 000 kW·h/t。从对瓶片原料的尺寸规格、体积密度以及含湿率控制要求考量，Erema公司PET扁丝生产技术与装备的生产弹性显得更优越一些。表 3 为使用回收聚酯瓶片为原料的扁丝制备工艺的技术特征。

1.2.2 高强低单重PET扁丝

Starlinger公司开发的高强、轻单重PET扁丝纱，较之于传统的聚烯烃扁丝，其使用性能和热性能得以明显改观。在较高的使用温度下，PET扁丝纱织物仍能保持良好的性能（模量、强力）和抗蠕变性能。通过改变牵伸和热定形工艺可以得到性能优异的扁丝产品，即便在190 ℃的使用条件下，扁丝仍能保持强力指标 7 ～ 10 g/D、热收缩率<2%的水平。

聚酯密度1.4 g/cm3，要高于PP（0.90 g/cm3），特别是聚酯纤维的光泽表面更易于引起消费人群视觉兴趣，而聚酯纤维织物可以制得透明、半透明和不透明的外观，用作装饰材料，非常适于产品款式的变化，亦有利于产品设计人员的构思。

Starlinger公司研究人员选用75% ～ 99%的热塑性聚酯，添加0.1% ～ 25%的改性剂、0 ～ 5%的第二组分聚合物，完成了PET扁丝的系统成形试验，切割膜幅宽600 mm，成形速度100 ～ 120 m/min，产品扁丝宽度0.5 ～ 7.0 mm，卷装品质优良（表 4）。PET扁丝的加捻性能、黏附性和切膜性能良好。

聚酯熔点265 ℃，在130 ℃的条件下其热收缩性能明显优于PP，而模量高，塑性变形小，制品的光泽和透明度亦远好于聚丙烯。PP扁丝已在地毯初始底布和次层底布上使用，但消费者更青睐热收缩变形低的PET扁丝做第二层底布。

1.2.3 扁丝新品种

Reimotec公司开发的二组分和三组分复合结构的扁丝即“Tirco”技术，该产品选择成本低廉的回收PET瓶片原料。开发“Tirco”扁丝的目的是提供可替代钢带的包装材料，用以捆系石头、卷装钢材等超重制品。

“Tirco”扁丝的芯层使用品质较低的回收料，外层及涂层采用高品质的PET回收料，可以确保扁丝在运输中包装的边界和棱角处不发生断裂。

1.2.4 纤维增强扁丝纱

德国Enka（恩卡）公司提供了一种新型利用复丝增强的扁丝纱产品，商品名“Tectape”（图 1）。该产品系聚酰胺66工业长丝增强的复丝型扁丝，扁丝厚度0.1 mm，丝宽3.2 mm。

使用的PA66工业丝：线密度2 046 dtex/f 280，断裂强度802 mN/tex，抗张强度490 N/mm，断裂伸长21.5%，在180 ℃条件下，2 min热收缩率低于3.4%。扁丝的织物厚度分布：最厚处0.10 mm，最薄处0.07 mm。

Tectape属轻薄型扁丝产品，其织物结构和内在的与橡胶间良好的亲和力，使其具有广泛的应用潜力和市场。研究结果还显示，Tectape亦可以选择使用聚酯工业丝或生物基PLA长丝作原料。恩卡公司在2014年奥地利国际化纤会议上展示了 Tectape 技术，引起了化纤业界的关注。

2 国内扁丝的技术状况与发展

20世纪80年代末，国内开始了聚烯烃扁丝研究与开发的尝试，并成为国内最早实现工业规模生产的化纤品种之一，聚烯烃扁丝在包装材料、土木工程和自然灾害应急处理方面得到了大量的使用。2012年国内塑料编织制品的产能已超过1 000万t/a，依据中国包装协会的研究报告，近年来，塑料编织袋出口面临着南亚国家，诸如印度等国的强劲竞争，塑料编织产品出口市场呈持续低迷态势。

近30年来，国内陆续引进了塑料编织物生产线已超过100余条，扁丝生产工艺涉及上吹成形、下吹成形和平膜成形方式。目前国内塑料编织产品市场，PP扁丝仍占绝大比例，耗用的原料量已占PP产量的 4 成以上。PP扁丝品质和成本效益普遍低下，生产效率仅为引进生产线的20% ～30%（表 5）。自20世纪80年代国产LKP703扁丝生产设备投放市场以来，届时扁丝的加工速度在100 ～ 120 m/min，产量达100 kg/h。过去的30年间，国内扁丝生产技术水平止步不前，高性能PET扁丝的研究与开发投入也显得不足。据悉引进的德国Reimotec公司聚酯扁丝生产设备将于2015年投入运行，传统国产扁丝设备无疑面临着技术更新的压力。

3 结束语

扁丝是重要的产业用纤维品种，使用面广，在编织袋、地毯底布、土工用、农用、人造草坪等领域使用量很大。亦是国内最早实现装备国产化的化纤品种之一。近来随着可再生资源利用，特别是高性能PET扁丝技术的进步和回收瓶片资源的利用，扁丝生产效率和成本收益明显提高，对于产品与技术目前仍处于低端的我国扁丝企业来说，面临的转型压力在增长。

参考文献

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[2] Erema. High-strength PET strapping made of 100% post consumer flake[EB/OL]. www.erema.com.

[3] Zahir Bashir. More strength less weight： fabric made of PET tapes[J]. Internationla Fiber Journal，2010，25（10）：16-17.

[4] PHP Fibers GmbH，Germany. Enka TecTape 140FY-001. www. php.fibers.com.