防水卷材用长纤聚酯胎的发展现状及趋势分析

2022-05-20杨金明高信康王淑祺田博军肖立博路传瑞

工程塑料应用 2022年5期

杨金明，高信康，王淑祺，田博军，肖立博，路传瑞

(1.杭州市化工研究院有限公司，杭州 310014； 2.山东静山空间设计院有限公司，山东寿光 262700；3.余姚中国塑料城塑料研究院有限公司，浙江宁波 315400； 4.沈阳化工大学，沈阳 110142)

长纤聚酯胎是采用热塑性聚酯聚对苯二甲酸乙二酯(PET)切片作为原料，经设备喷丝、针刺、热轧定型、挂胶、烘干收卷而成的一种聚酯织物，主要作为胎基布用于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)改性沥青防水卷材的生产加工[1](如图1所示)。长纤聚酯胎具有强度高、耐穿刺、质量轻、渗透性好、耐候性好等特点。目前国内SBS改性沥青防水卷材中，约95%采用长纤聚酯胎作为胎体(胎基)[2]。

图1 长纤聚酯胎在防水卷材中的应用

1 长纤聚酯胎主要生产工艺及设备原料生产厂家

1．1 长纤聚酯胎主要生产工艺

目前国内长纤聚酯胎主流生产工艺主要包括涤纶长纤无纺布制备、热定型、挂胶烘干三段工艺，如图2所示。

图2 长纤聚酯胎主要生产工艺流程图

(1)涤纶长纤无纺布制备。主要采用半消光PET切片，在240～270℃下经挤出机熔融后，进入喷丝板，由高速气流携带PET细丝喷向着丝板，经针刺后，收卷形成涤纶长纤无纺布。

(2)热定型。热定型段主要包括单元网预热和热轧两个阶段，单元网采用燃烧机燃烧天然气，然后将热空气吹入单元网，进行初步预热，加热温度一般为200～210℃；无纺布经过单元网预热后，进入热轧辊，热轧辊采用导热油加热，加热温度一般为200℃左右。

(3)挂胶烘干。定型后的涤纶无纺布经过淀粉浆池进行挂胶，然后经双辊冷压，挤出多余水分；然后进入烘缸进行第一步烘干，主要采用导热油加热辊进行水分脱除，加热温度220～240℃；无纺布从烘缸出来后进入九元网干燥单元，本单元一般采用5台燃烧机燃烧加热空气，将热空气均匀输送到9个单元网，对无纺布进一步烘干，烘干温度230℃左右；从九元网出来后，收卷得到长纤聚酯胎成品。

目前除以上主流工艺外，有少部分厂家去除了热定型工艺，热定型阶段直接在烘缸内随烘干一并完成，但此工艺存在性能下降的缺陷。

1．2 长纤聚酯胎主要设备原料生产厂家

国内聚酯胎设备及原料进入相对成熟阶段，相关装置及主要原料的生产厂家见表1。

表1 长纤聚酯胎主要设备及原料生产厂家

2 长纤聚酯胎发展现状、市场情况及产能分析

2．1 国内外发展现状

欧美等发达国家改性沥青防水卷材应用起步较早，其胎体从100多年前的原纸胎到二战之后的玻纤胎再到现在的长纤聚酯胎、多层复合胎基等，开发了许多新品种。德国赫斯特公司研发出一种用特殊针刺工艺处理的聚酯无纺布和铝箔复合的阻燃型聚酯胎，可以通过欧洲防火测试的所有指标。Kraton Polymer公司生产的SBS-IPD-2型SBS改性防水卷材，在保证其热可塑性和弹性的同时，其软化点与无规聚丙烯(APP)改性沥青相当。美国John Manville公司采用特殊工艺制备的聚酯长纤和玻纤复合胎体具有优良的尺寸稳定性和阻燃性能[2]。

随着改性沥青防水卷材的发展和应用，产品性能不断得到提高，产品类型也不断丰富完善，其中长纤聚酯胎基改性沥青防水卷材以其优异的拉伸性能、浸润性、抗蠕变、抗老化、热稳定以及长寿命等特点被业内公认为目前综合使用性能最佳的防水卷材产品。其使用范围覆盖房屋建设、桥梁水利、机场码头、高速公路铁路等范围[3–4]。

我国改性沥青防水卷材胎基的发展应用起步较晚，2000年以前普遍以玻纤胎和涤棉无纺布-网格布复合胎体为主。随着我国涤纶纤维生产制造水平的提高，以及再生涤纶纤维的广泛应用，涤纶纤维聚酯胎基改性沥青防水卷材快速占领国内防水卷材市场[5–7]。涤纶纤维聚酯胎又分为长纤聚酯胎和短纤聚酯胎两种，短纤聚酯胎因其制造工艺简单、制造成本相对低廉在很长一段时间是国内改性沥青防水卷材的主流产品。近年来，随着我国房地产市场以及基础建设的蓬勃发展，对防水卷材性能和质量的要求不断提高[8–9]，长纤聚酯胎的研究和应用不断增多。羡永彪[10]通过对以长纤聚酯胎和短纤聚酯胎为胎体的两类改性沥青防水卷材进行性能分析发现，长纤聚酯胎比短纤聚酯胎具有更好的综合物理性能。

以往我国多采用丙烯酸对涤纶长纤维胎基布进行浸胶，此方法虽然具有较好的浸胶效果，但环境危害性较大且生产设备清理困难。近年来随着我国胎基布浸胶工艺的不断改进，淀粉逐步替代了丙烯酸成为我国防水卷材企业的主要胎基布浸胶材料，在减少不可再生资源消耗的同时，又达到清洁环保、降低成本的功效[11–17]。我国SBS改性沥青防水卷材发展很快，目前产量高居世界第一，同时针对聚酯胎的发明专利也不断增多。何学诗等[18]发明了一种以聚酯胎为胎基，低黏度SBS改性沥青和超粘结力SBS改性沥青相结合的一种超粘结力SBS弹性体改性沥青防水卷材。王春强等[19]通过设置金属加强层和弹性橡胶层的方式发明了一种具有高拉伸强度和高使用寿命的自粘聚合物聚酯胎卷材。郭军霞等[20]以长纤聚酯胎为胎基，利用硅烷偶联剂、玄武岩纤维等对沥青涂改料进行改性，发明了一种能有效提高使用寿命的长纤聚酯胎改性沥青防水卷材。

目前，国内防水卷材用长纤聚酯胎基布产能在以每年20%的速度增长，庞大的国内市场促进了聚酯胎工业的高速发展[21–26]。长纤聚酯胎在高性能防水卷材中的应用研究也越来越普遍。赵志文[27]利用长纤聚酯胎在低温下具有高拉伸强度和良好柔韧性的特性，制备了SBS长纤聚酯胎改性沥青防水卷材，该防水卷材在我国寒冷地区依旧具有较高的拉伸性能、低温柔性、耐热性、不透水性及抗剥离性能。杨阳等[28]采用星型SBS改性环烷基石油沥青，加以长纤聚酯胎制备了铁路桥涵专用高聚物改性沥青防水卷材，其具有优异的耐水性、拉伸强度、尺寸稳定性、粘结性能和耐高低温性能。马玉凤等[29]通过先铺覆改性沥青再加长纤聚酯胎的方式，改进了防水卷材施工工艺，发现新工艺相对传统工艺能够有效提高防水卷材的拉伸性能、耐热性能、低温柔顺性能，同时，新工艺的粘结强度也明显高于传统工艺。以上情况说明，长纤聚酯胎以其优异的拉伸性能、浸润性、抗蠕变、抗老化、热稳定以及长寿命等特点逐步替代了短纤聚酯胎的市场主导地位。

2．2 国内长纤聚酯胎市场需求情况

目前国内年产SBS改性沥青基防水材料约为18亿平方米，其中长纤聚酯胎占防水卷材用胎体的95%，长纤聚酯胎年需求量约为17亿平方米，约合35万t，市场主要集中于东方雨虹、北新建材、山东寿光等防水产业集中的企业与地区。

2．3 国内长纤聚酯胎产能区域布局情况

我国聚酯胎年生产总量约为477 000 t/a，生产企业主要集中在以山东寿光为中心的山东省，其中寿光市为长纤聚酯胎的集中生产地，寿光市长纤聚酯胎年产能达到249 000 t/a，占全国总产能的52%，具体生产区域及产能布局见表2。

表2 国内长纤聚酯胎产能区域分布情况表

2．4 国内长纤聚酯胎主要生产厂家

目前我国长纤聚酯胎主要规模生产企业约为30家，目前的主要生产厂家及产能见表3。

表3 国内长纤聚酯胎主要生产厂家及产能 t

3 长纤聚酯胎主要工艺参数及性能指标分析

3．1 长纤聚酯胎主要规格及挂胶工艺参数

目前我国长纤聚酯胎按照面密度主要有三种规格，分别为185，205，270 g/m2，每种规格无纺布挂胶量均为60 g/m2，挂胶速度随着无纺布质量增加而降低，无纺布越厚，挂胶速度相应降低，以充分保证淀粉液浸润整布内部。一般工艺过程中淀粉浆液与水的质量比为1∶5，此浓度的淀粉容易挂胶，并避免粘稠形成胶团。配合设备工艺，具体工艺参数见表4。

表4 长纤聚酯胎主要规格及挂胶参数

3．2 长纤聚酯胎主要性能指标分析

涤纶无纺布经热轧定型挂胶后，前后力学性能发生改变，断裂伸长率降低，拉伸强度提升，淀粉性能对热定型后的无纺布性能有明显影响，具体性能对比见表5。

表5 长纤聚酯胎主要性能指标

4 主要存在问题及发展趋势

4．1 主要技术问题分析

目前长纤聚酯胎在SBS改性沥青基防水材料占据了主流位置，在提升防水材料性能的同时[30–38]，但也存在相应的缺陷和技术问题，主要表现在：(1)淀粉容易吸潮，吸潮后容易造成胎基布力学性能下降，同时影响沥青对胎基布的浸润性，造成防水材料鼓包，这也是我国目前出口防水卷材依旧采用耐水稳定性较好的丙烯酸类产品的主要原因；(2)淀粉主要为玉米淀粉，近年随着生物降解材料的发展，淀粉价格居高不下，淀粉的使用量较高会造成成本上涨；(3)从与人夺粮的角度考虑，应降低胎基布挂胶工艺中淀粉的使用量。