世界聚酯纖維產業化新產品和發展趨勢

1世界聚酯纖維的主要應用市場隨著世界經濟危機的逐步恢復，世界制造能力（主要是絲綢）的產量如表1所示。其中,增幅最大的國家是土耳其,幾乎達到30%;其次是美國和中國大陸,分別達到20%和16%。2010年世界聚酯纖維產量達到3730萬t,比2009年凈增450萬t,增幅達到14%目前,聚酯纖維的主要應用市場為取代天然纖維的民用紡織領域、聚酯工業絲產業用領域、非織造布應用市場以及高附加值高新技術領域。產業用紡織品市場近幾年得到高速發展,世界滌綸工業絲2010年產量比2009年增加了37%(見表2)。除了應用領域的拓展和市場需求,工業絲技術的發展、產品的規模化產業化無疑是重要因素。世界非織造布技術的發展日益顯著和完善,即使在世界經濟不景氣的時候,非織造布仍然能夠以7%~10%的速度發展。如今,非織造布行業還應該被稱作是一個相對獨立、富有朝氣的生產行業。雖然近期非織造布產能擴充很快,有可能導致非織造布短期的產能過剩,但是隨著技術研發和產業化應用,非織造布的應用領域進一步拓展,其產能和產量會在今后的5年內達到平衡。2滌綸工業絲技術理論體系世界聚酯纖維應用領域的發展,主要分為五大部分:以短纖維為主的取代天然棉花和羊毛,以預取向絲(POY)和全拉伸絲(FDY)為主的取代蠶絲的紡織品應用領域;以高分子質量聚酯長絲為主的滌綸工業絲用于產業用紡織品領域;包括回收再生聚酯等的非織造布應用領域;以聚酯改性、纖維改性、紡織染整改性為主的功能化紡織品;以新聚酯纖維、復合型纖維材料為主的高科技應用領域。圍繞上述五大應用領域拓展,纖維產業化的技術發展主要體現在:生產設備的大型化、自動化和柔性化以降低生產成本、穩定產品質量和提高生產效率;原料合成技術(包括生物化工技術)發展和工業化應用;適合聚酯、纖維、紡織加工鏈效率提升、節能減排和綠色環保的可持續發展;開拓高新產業應用市場為主的纖維復合材料技術。2.1國外工業化生產線20世紀70年代,短纖維直接紡絲已經產業化。隨著滌綸應用市場的不斷擴展,產業化技術的目標是如何進一步降低消耗和能耗。20世紀90年代,德國吉瑪、紐馬格等公司研究并開發了工業化的、日產量可以達到150t的生產線。相對50t/d生產線而言,150t/d生產線無論是在生產效率、物耗能耗、投資費用上都有顯著技術進步。上海石化、儀征化纖在引進的生產線上還自主開發了大批量供應市場的新產品,如超高強縫紉線用短纖維,取代了進口纖維。近五年來,歐瑞康旗下的紐馬格公司不斷進行技術創新,使短纖維直接紡大容量的產業化效果進一步得到提升(見表3)。2.2陽離子熔體直紡絲技術中國紡織科學研究院、聚友化工為生產企業提供的熔體改性直接紡絲技術獲得產業化成功。吳江新生化纖、桐昆集團用低溫短流程三釜連續聚酯裝置生產出陽離子染料可染聚酯,并成功實現直接紡FDY和POY。2009年,繼恒生三期聚酯裝置連續聚合陽離子熔體直紡后,聚友公司的連續生產陽離子熔體直接紡絲設備及技術又一次得到成功驗證。熔體直接紡超細纖維一般指單絲纖度在0.5dtex及以下的產品,是近年來發展迅速的差別化纖維產品。它不采用復合紡絲方法,僅通過改善驟冷風條件、增加噴絲板孔數、調節合適的噴頭拉伸比等方法,得到后加工容易、質量相對穩定的產品。該產品主要應用于高檔時裝面料、高密織物、高性能布、仿桃皮絨織物、人造麂皮、高級試鏡紙、氣體過濾材料等。2.3液相增黏與紡絲浙江古纖道新材料股份有限公司在小試研究的基礎上,公開了液相增黏熔體直紡滌綸工業長絲生產工藝專利。其主要技術特點是在塔式成膜結構的立式反應釜中進行液相增黏。熔體從頂部進入進行分配,由重力自然成膜,反應釜出料設置回流管線,通過回流調節控制熔體黏度和流量,經液相增黏后的聚酯熔體的特性黏度為0.85~1.0dL/g,并通過齒輪泵輸送至紡絲箱體進行紡絲。2011年7月,該公司在8頭和16頭紡絲設備上試生產獲得成功,熔體黏度達到1.05dL/g以上,滿足了紡絲要求,每噸滌綸工業絲產品可比固相增黏工藝路線的產品降低能耗155.2kg標準煤,能耗降低25%(全流程)。2.4回收再生技術帝人纖維株式會社研發的世界最先進的新原料循環再生技術,不僅能處理聚酯瓶,而且能處理纖維、薄膜這些聚酯產品,將其進行分解和精制,再生出與用石油制造的原料相同水平的高純度聚酯原料。德國Gneuss公司的連續過濾技術,能使紡絲級的聚酯熔體同新合成的熔體一樣“清潔”。在熔體“清潔”的條件下,非織造布用的短纖維附加值能夠得以提高,例如添加“遠紅外”發射功能的含鋅化合物、抗紫外線添加劑、抗菌劑、有色母粒等無機或有機添加劑。相當多的滌綸長絲生產企業采用再生聚酯料生產高速紡POY紡織用產品。當再生料特性黏度大于0.9dL/g時,在不改變原有紡絲設備的條件下,可以生產高強度長絲,用于長絲縫紉線和工業用布。“NewLife”是意大利FilatureMiroglio公司的聚酯回收再生新技術。經過再生工藝生產出的滌綸長絲紗線“Pruvf”,可加工為具有防紫外線的功能性產品,是理想的窗簾用織物原料,非常適宜于戶外遮陽棚等用途。Unifi中國子公司——蘇州優富紡織品有限公司(UTSC)繼續在亞洲市場擴展Repreve再生品牌纖維產品線,并正式推廣Repreve再生滌綸短纖。該產品由100%再生原料制成,經過進一步加工成為紗線。歐洲著名的再生聚酯纖維產品生產企業Wellman,采用回收歐洲聚酯瓶再生聚酯短纖維和毛條,其生產能力為7.5萬t/a。采用再生原料生產的紡織品,既符合歐洲的環保標準,也符合歐洲的衛生標準。原德國著名的Trevira公司(2007年被印度的信賴公司收購)所生產的產品,是由再生聚酯短纖維和一般普通聚酯短纖維混合而成的。2.5醫用非織造布的原料資源近幾年,復合雙組分或多組分及微細纖維制成的高檔非織造布產業化已經趨于成熟,生產量逐年增加。Freudenberg非織造布公司是世界上最大的非織造布生產企業,有23家分公司,分布在全球13個國家和地區。Freudenberg開發并產業化的Evolon非織造布是一種由聚酯和聚酰胺構成的雙組分織物,這兩種纖維的直徑都非常細小,其系列產品具有獨一無二的特性,見圖1。美國杜邦非織造材料公司研制并產業化的Supreld產品,是由聚酯和聚丙烯雙組分制成的醫用非織造布產品,比其它醫用材料的表面摩擦力小,從而使服用者有更大的肢體動作自由度,而且還能將熱量從穿著者的身體上轉移,從而增加了醫療手術環境的舒適性。它能對醫護人員提供很好的保護作用,并具有絲綢般柔軟性,穿著舒適。日本東洋紡織公司開發的非織造布“Drymon”,是將能夠調節濕度的丙烯酸鹽微粒“Toughtic”夾在兩片聚酯紡粘非織造布中間制成的復合超薄面料,除濕劑摻入量高達80%以上,實現了卓越的除濕功效。目前這種產品主要用于制作坐墊、沙發、褥子、汽車座套、建筑材料、鞋墊等。向多層次復合技術發展也是非織造布的發展趨勢,如紡粘-熔噴復合、紡粘-梳理纖網復合、紡粘-漿粕氣流纖維網復合等。復合產品兼顧兩者的優點,性能更加優越,用途更加廣泛,如日本中洲(Honshu)公司以及德國Fleissner公司等研制的紡粘-漿粕纖維氣流成網復合布,手感柔軟、強度高、耐摩擦,很受市場歡迎。2.6新型親水性材料帝人公司針對客戶希望保持肌膚舒適潔凈的要求,通過聚合物改良和加工技術保持衣服的pH值弱酸性,開發出了“ECOPURE”。它是一種既具有滌綸特有的吸水速干特點,也具有抗菌、除臭、防污功能的新型材料。帝人公司通過基于超細化技術的新海島復合紡絲技術,工業化生產了納米纖維“NANOFRONT”。通過采用最先進的納米技術使其截面積縮小到相當于發絲的1/7500,提高了吸水性、吸附性、防透性,原料的觸感柔軟,對皮膚的刺激也非常小,現在已經在保證品質穩定性的情況下實現了量產,應用于擦拭布、高爾夫手套、功能性內衣、護身彈性織物等領域。該纖維制成的紡織品雖然薄但不易透光,防透性能良好,適合作為窗簾、制服、家紡用品材料等。2.7世界滌綸工業絲發展現狀20世紀90年代,美國杜邦、殼牌化工等企業開發了工業化1,3-丙二醇原料,使新聚酯——聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)纖維可以批量生產并投放市場。近幾年,隨著產業結構調整的步伐不斷加快,PTT終端市場的開發取得成效,PTT纖維產業化技術得到應用。2009年,日本帝人公司成功開發并產業化生產商品名為SOLOTEX2007年,杜邦公司與張家港美景榮化學工業有限公司結成合作伙伴關系,在整個亞洲生產與分銷杜邦商品名為Sorona聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維具有極其優異的力學性能和廣泛的用途,引起了眾多化纖制造廠商的濃厚興趣,紛紛投資建設PEN纖維制造廠。目前世界上規模最大的5家滌綸工業絲生產商——PerformanceFibers、英威達(Invista)、曉星(Hyosung)、Diolen、科隆(Kolon),都將PEN工業絲的產業化產品開發作為重要業務。從原料合成至紡絲技術的開發,杜邦、帝人、東麗、東洋紡、伊斯曼等公司均處于領先地位。PerformanceFibers有200t/a的生產裝置,同時在PEN纖維新品種開發方面也取得了一些成果;日本的東洋紡與帝人公司合作,采用復合紡絲工藝和技術,已經開發出PEN/PET皮芯型復合纖維,它具有性能優異、成本低的特點,用于骨架材料輪胎簾子線時,與橡膠的黏結性非常好,也可用于制織汽車椅罩、安全保護帶等。2.8vectran聚芳酯纖維的合成聚芳酯是由Celanese于20世紀80年代發明的聚合物,于20世紀90年代開始商業化生產,商品名為Vectran。這種聚合物是一種類似芳族聚酰胺的聚酯。與標準的PET相比,強力、模量和熱穩定性有所增強。熔融紡絲過程中,通過對高剪切紡絲過程中的結晶區域進行校正,改善了熱致性聚芳酯的物理性能日本的可樂麗公司的聚芳酯纖維已取得產業化成效并仍在研究包括復合紡細旦至粗旦,甚至單絲的品種。生產的Vectran聚芳酯單絲線密度范圍從0.5~56dtex,強度性能也很優秀。近期Vectran的產量擴大到1000t/a,之后在日本和美國還將繼續擴大。隨著市場對高性能纖維需求不斷增加,預計在市場中會有更好的表現。3全球聚酯纖維新產品工業化的發展趨勢3.1聚酯纖維市場的發展石油化工產品鏈的三大合成材料中,合成纖維的發展速度最快,而聚酯纖維由于其很好的紡織加工性能和服用性能已經在傳統紡織業牢牢占據了主角地位(見表4)。同時,規模化生產技術的推廣應用,可回收等的可持續發展特性以及取代天然纖維和其它合成纖維,使其在今后的數十年內仍會占據最重要的地位。同樣,聚酯工業絲的市場容量也在高速增加,盡管目前的產能遠高于需求,出現了短期的工業絲生產盈利水平偏低的現象,但最終消費市場的擴大和聚酯工業絲的技術進步以及新產品的工業化生產會逐步取代部分聚酰胺纖維。從傳統工業絲市場的品種分布和與聚酰胺纖維的比例看,未來的市場發展還是令人鼓舞的,見表5、表6。盡管聚酯非織造布所占市場份額不及聚烯烴纖維非織造布,但近幾年隨著聚酯回收再生技術和熔噴技術的產業化應用,聚酯非織造布的綜合性能遠優于其它合成纖維,使得其在非織造布的市場領域中占據越來越重要的地位。聚酯在紡絲成網非織造布中只占較小的比例。過去價格高使聚酯與聚丙烯相比處于劣勢,技術上也有些障礙;但如今情況已經改變了,聚酯的聚合體價格比聚丙烯還低,適用的技術和設備也正在實施產業化。Rieter公司提供的交鑰匙工程Perfobond紡粘設備、Jetlace水刺設備、Spunjet紡粘和水刺相結合的設備以及Emblo熔噴設備,都可用聚酯切片或者滌綸短纖維商業化生產非織造布。全球185萬t的紡粘非織造布市場中,聚丙烯纖維所占比例遙遙領先,消耗量為145萬t/a(79%),主要用在衛生領域。聚酯紡粘布消耗量為29.2萬t,其產品主要用于屋頂防水材料、地毯基布和土工布方面,見表7。紐馬格公司的紡粘法生產線已經解決了紡制聚酯的技術難題,包括均勻加熱和分配、均勻冷卻和高速拉伸等,已經可以實現產業化。Fleissner公司新開發的水刺滌綸非織造布品種包括合成皮革、柔軟揩布、用聚酯纖維和木漿紙制成的醫用工作服材料、聚酯紡粘布和漿粕纖維復合制成的親水揩布以及屋頂油氈基布。3.2產品表面功能性處理近10年來,紡織企業越來越體會到新產品開發上下游產業鏈協同發展的重要性。在功能性聚酯纖維紡織品開發方面,受制于紡織染整行業的環保壓力,紡織品表面的功能性處理遠不及熔體添加的纖維功能性產品開發簡便。阻燃聚酯纖維采用熔體改性技術,可以使紡織品具備“永久”阻燃性能,且在紡織加工過程中不增加額外的污染,但是僅僅聚酯生產企業一廂情愿地開發此類產品遠遠不能滿足紡織市場的使用要求。日本東洋紡公司在開發永久阻燃纖維的同時,還與阻燃劑供應商、紡織、染整和成衣領域密切合作,在如何解決紡織品的手感、染色、成本控制等諸多方面形成上下游利益一體化,使阻燃新產品產業化的進程大大縮短。3.3聚對苯二甲酸丁二酯纖維原料的生物轉換和再生技術繼生物法合成多元醇取代部分化學法乙二醇生產所謂的聚對苯二甲酸多組分二元醇酯共聚物(PDT)纖維成功后,研發可再生資源成為聚酯產業鏈可持續發展的潮流。但PTT纖維、聚丁二酸丁二醇-共-對苯二甲酸丁二醇酯(