本文叙述了纤维级聚丙烯的生产开发及聚丙烯纤维生产技术的发展,分析了国内外聚丙烯纤维的供需现状,面对目前的金融危机,阐述分析了国内外聚丙烯行业的整合情况。
纤维级聚丙烯的生产开发
纤维级聚丙烯生产技术的不断发展,主要基于两大动力:一是聚合物本身的改进;此外,随着催化剂和聚合方法的进步,聚合物日趋多样化,这也加快了纤维制造业的发展。
纤维级聚丙烯除了要求具有一定的分子量和熔融指数(MI)外,对分子量分布也有一定的要求。决定可纺性的关键指标是分子量分布,分子量分布越窄,可纺性越好。生产具有一定分子结构的聚丙烯,并在造粒过程中使其耐热和耐过氧化裂解性达到要求,可使聚丙烯纤维生产获得进一步发展。聚丙烯的特性要求通常是根据纤维的生产工艺和要求纤维应具有的特性来调节的,一般要求如表1所示。
表1 聚丙烯的特性要求
分子量分布窄的聚丙烯,在MI相同的情况下其性能与直接聚合的或传统的分子量分布较宽的聚丙烯性能有明显不同,其具有熔体的剪切性小,流经喷丝头下方时膨润性小,丝的张力小以及熔体的结晶度低的特点。
因此采用这种聚合物就可使纺丝过程及制得的纤维具有加工温度较低,喷丝孔的负荷较高,纺丝速度较快,纤维的纤度较小以及纤度偏差小的优点。
近年来,利用茂金属催化剂合成茂金属聚烯烃的技术有了迅速发展。继茂金属聚乙烯后,相继开发了茂金属等规聚丙烯(m-IPP)和茂金属间规聚丙烯(m-SPP)。与现有产品相比,m-IPP分子量分布窄,Mw/Mn=2(现有产品为4~10)。在成型加工方面,熔融流动性也有所差异,在同一温度下,m-IPP的熔融指数较小。此外,由于m-IPP立构规整度高,因此拉伸屈服应力、弯曲刚性等强度也较高。利用m-IPP刚性高、耐热性优良、分子量分布窄的特点,可开发其在纤维品种方面的用途。其代表性的物性值如表2所示:
Amoco公司和Stanfor大学合作研制了茂金属催化剂,用以开发弹性均聚聚丙烯(EHPP)。它是在同一聚合物链上结合了全同立构聚丙烯和无规聚丙烯,可通过改变其比例来控制弹性,其目标市场是医用无纺布。
表2代表性的物性值
聚丙烯纤维生产技术进展
生产聚丙烯纤维主要采用熔纺法。其纺丝工艺有常规LOY,常规POY,极慢向下纺、空气冷却;向下纺、水冷却;向上纺、水冷却,向上纺、空气冷却,熔喷,纺粘,自由下落纺丝,静电膜裂-平膜或吹膜,向上纺通过金属丝网、空气冷却等。
随着聚丙烯纤维工业的迅速发展,纺丝工艺新技术不断涌现,一般常规纺丝速度为1000~2000m/min,中速纺为2000~3000m/min,高速纺为3000~4500m/min, 6000m/min,甚至8000~12000m/min以上的超高速纺也已进入实用阶段。
由于熔融指数高、分子量分布窄的聚丙烯的开发和普遍应用,采用新设备时,在纺丝速度为3000m/min以上可无导丝辊纺制成POY并进一步能实现成筒。
改变聚合物的结晶度可以制造具有高收缩性的聚丙烯纤维。若要降低结晶度,则可在聚合过程中加入适当的单体来实现。
细旦和超细旦聚丙烯纤维
国外聚丙烯细旦丝的主要纺丝工艺中,短纤有一步法和二步法,长丝有BCY、FDY、UDY-DT、POY-DTY法等。
超细聚丙烯纤维较成熟的生产工艺是不相容共混纺丝。采用复合纺丝的方法,聚丙烯切片与另一种不相容的成纤高聚物通过挤出形成复合超细长丝。目前,直拉纺生产超细聚丙烯纤维的工艺已开发成功。
细旦、超细旦聚丙烯纤维具有独特的服饰性能:挺括、柔软、保暖性好、强度高、耐磨、导湿、穿着舒适、夏季无湿闷感、轻便、爽滑,因此是良好的运动衣、内衣的材料,在服装市场的前景广阔。
高强聚丙烯纤维
高强聚丙烯纤维的生产工艺主要有一步法(短程纺、FDY路线)和二步法(卧式拉伸、立式拉伸)。二步法工艺较成熟,但生产成本高,产品强度为70~73cN/tex、伸长率为15%~25%。一步法工艺较先进,产量高,劳动力省,产品强度为66~70N/tex、伸长率为16%~40%。国内生产0.070 cN/dtex高强度聚丙烯纤维技术已获专利,产品出口美国。
功能性聚丙烯纤维
远红外聚丙烯纤维具有远红外发射性能,以及保温、抗菌性能和临床医疗保健效果。它是将远红外陶瓷粉与聚丙烯切片共混后采用共混纺丝法制得。国内开发成功的远红外聚丙烯短纤维,远红外线发射率>80%,已达到世界先进水平。
可分解聚丙烯纤维是聚丙烯在熔纺时添加改性化学组分后制得的,加工成的旅游制品、土工布、建筑材料等可在预定时间内自行分解,潜在市场十分诱人。
产业用聚丙烯纤维
产业用聚丙烯纤维是目前市场中最活跃的品种,其中最突出的是无纺布。聚丙烯无纺布的生产方法主要是纺粘法和熔喷法。纺粘无纺布工艺的发展趋势主要是提高纺丝速度、扩大产能、降低纤维纤度等方面的改进。随着mPP的开发、纺粘法和熔喷法工艺将进一步得到发展。
聚丙烯纤维制无纺布具有热粘性好、韧性强、耐磨、耐化学药品性、耐微生物、导水性优良等优点,是工程建设中提高工程质量的新建材。而纤维制造技术的改进也将加速聚丙烯纤维向地毯领域的渗透。
国内外聚丙烯纤维供需情况
即将到来的全球石化工业低迷周期将对聚丙烯行业产生重大影响。全球聚丙烯市场的格局正在悄然变化之中,更多的产能正在向资源丰富和市场需求潜力巨大的地区转移。受经济增速放缓以及中东、亚洲地区大量新增产能投产的冲击,欧美等成熟市场的聚丙烯行业正在进行大规模的重组活动。全球聚丙烯行业重心正在东移。
2008年全球新增约300万吨/年的聚丙烯产能,这意味着2008年全球聚丙烯产能将在2007年的基础上增长6%。2008~2012年全球估计将新增2000万吨/年的聚丙烯产能,这将导致2010~2011年前全球聚丙烯产能将过剩1000~1100万吨/年,全球聚丙烯装置开工率将降至80%左右的历史最低水平线。美国化学品市场协会预测今明两年全球聚丙烯市场需求增速将达到年均4.5%,同期亚太地区的年均增速将达到7%~7.5%,而中国和印度两国的年均增速将超过这个数字;中东地区的年均增速为8%~9%,南美地区的增速为6.5%~7%,而北美地区的需求将进一步收缩,今年下降3.1%,明年的增速仅为0.4%,欧洲地区的年均增速为1.5%~2%。
全球聚丙烯行业正在进行重组,特别是在美国,这种现象更为普遍,这是因为美国住宅和汽车工业的衰退已导致聚丙烯需求的下降。莱昂德尔巴塞尔公司已经采取措施来应对这种困境。该公司将在今年第四季度关闭位于美国伊利诺斯州的一套聚丙烯老装置,同时将把该装置的产能转移至公司旗下采用更先进技术的装置。莱昂德尔巴塞尔公司位于加拿大魁北克省的聚丙烯装置已经于2007年4月停止生产,此外位于加拿大安大略湖的一套17.5万吨/年的聚丙烯装置已经停产拆除,主要原因是该装置的生产成本较高,已不具备竞争能力。
欧洲聚丙烯行业的重组也已经开始。英力士公司正在关闭一些没有竞争能力的聚丙烯装置,同时对其他的聚丙烯装置进行升级改造。除了关闭装置外,该公司还计划在未来三年时间内投资1.5亿欧元改造位于欧洲的一些聚烯烃装置。
中国和印度将继续成为全球聚丙烯消费增长的主要动力。2007年中国市场聚丙烯进口量同比增长4%达到300万吨/年,但2008年的进口量将在去年的基础上削减4%,主要原因是中国国内更多的聚丙烯新增产能陆续投产。
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