我国改性沥青防水卷材胎基的发展

                                                                                                                         大连华阳新材料科技股份有限公司董事长  曾世军

 

         在国内外,SBS及APP改性沥青防水卷材一直是最主要、应用最广泛的建筑防水材料。在国际上,欧美等发达国家的SBS及APP等改性沥青防水卷材,最初是以无碱玻纤毡为主要胎体(简称玻纤毡)。随着聚酯长丝纺粘针刺非织造布技术与装备的发展和成熟,从上世纪90年代初,开始使用聚酯长丝纺粘针刺胎基布,由于其优异的性能,发展十分迅速。目前聚酯长丝胎基布在SBS及APP改性沥青防水卷材中的应用比例已超过80%,其余的为玻纤胎或玻纤增强聚酯胎。长丝纺粘针刺胎基布在欧美等发达国家,虽然已经生产、发展及应用了二十多年。但至目前为止,仍然在国际上被公认为是性能最佳的改性沥青防水卷材胎体。

        在我国,改性沥青防水卷材是上世纪80年代中后期,从引进欧洲技术及设备开始发展起来,最初也是以玻纤胎为主要胎体。上世纪90年代中期,我国益阳的核工业部湖南无纺布厂(现湖南中核)、仪征无纺布厂(现汉高德瑞)、江西合达非织造布公司(现江西国桥),相继引进了欧洲的聚酯长丝纺粘针刺胎基布生产线,德国赫斯特也在上海建立独资企业(现在的上海杰斯曼无纺布有限公司),安装建立一条4.5米幅宽聚酯长丝纺粘针刺胎基布生产线,但因投资巨大,产品价格昂贵等因素,我国的聚酯长丝纺粘针刺胎基产业没能因此发展起来。

        1997年以后,我国出现了出现了涤棉非织造布+玻纤网格布以胶粘合而复合胎基布(简称复合胎),因工艺设备简陋,成本低廉,被众多中小企业用于生产复合胎沥青防水卷材,用量大幅增长,占据了大量市场。由于其性能较差,我国已不提倡使用以此为胎基的防水卷材,但目前仍有部分企业采用复合胎,生产普通的沥青防水卷材。

        2000年前后,随着沈阳龙源无纺布有限公司及河北安国前进无纺布有限公司等众多短纤聚酯胎生产厂的相继投产,掀起了国内短纤聚酯胎生产应用的热潮。基于国内聚酯纤维生产制造水平的提高和市场竞争压力的增加,2005年前后,再生聚酯纤维(短纤)开始大量应用于聚酯胎的生产,并得到了空前的发展,逐步取代了占市场统治地位的涤棉非织造布-网格布复合胎体。再生聚酯纤维胎凭借高性价比、低市场进入门槛等众多优势,已发展成为国内改性沥青防水卷材胎体的主流产品,从而形成了目前改性沥青卷材胎体以短纤聚酯胎为主、涤棉非织造布-网格布复合胎体和长纤聚酯胎为辅的市场格局。

        聚酯长丝胎基布采用纺粘直接成网、针刺固结的工艺,纺丝熔体经高速气流拉伸,在高喷头拉伸的作用下,使形成的长丝纤维具有较高的取向度、结晶度及结构稳定性,并赋予其较高的拉伸强力和较大的剩余拉伸率。从胎基布的破坏机理发现,长丝胎基的断裂形态主要为持续长丝的断裂,而短纤胎基的断裂主要表现为布结构的破坏和短纤维的滑移。这也是长丝胎基布的拉伸强力、撕裂强力、顶破强力、延伸率及热稳定性等指标明显优于同克重短纤胎基的主要原因。因此,以聚酯长丝胎基布为胎体的防水卷材与以聚酯短纤胎基布为胎体的防水卷材相比较,长丝胎基布具有以下优点:

       (1)以长丝胎基布为胎体的卷材,在实际使用中具有更好的抗外界负荷,均匀分布外界应力以及更好的抗形变能力,使用寿命持久性也远高于以短纤胎基为胎体的卷材。

       (2)按照现行的我国弹性体或塑性体改性沥青防水卷材国家标准(GB18242-2008及G18243-2008)来衡量,以长丝胎基布为胎体的卷材相比以短纤胎基布为胎体的卷材具有以下特点:

          a、长丝胎基可以比短纤胎基克重更低、厚度较小,因而可轻松达到可溶物含量的标准要求,而短纤胎基则因为克重高、厚度大而较难达标。

          b、在延伸率指标上,无论I型、Ⅱ型的卷材,采用长丝胎基的卷材轻易达标,而采用短纤胎基的则较难达标。

          c、热老化试验时,采用长丝胎基的卷材较易达标,而采用短纤胎基的则较难达标。

       (3)由于长丝胎基布具有较好的强力、均匀性、热稳定性及可浸渍性,使其在卷材生产时对改性沥青浸涂工艺具有比短纤胎基更好的适应性,可大幅提高卷材的生产速度和效率。

        另外,聚酯长丝纺粘针刺胎基布的生产流程短,生产速度快,单机产量远高于短纤针刺胎基的生产,并且单位产量的投资更小、综合性能更低,符合产品向低成本、低能耗、轻量化方向发展的趋势。

        我国聚酯长丝纺粘针刺胎基布的生产及应用,之所以没能够迅速发展起来,并非是相关行业没有认识到长丝聚酯胎的优异性能,而主要是基于以下两个方面的因素:一是国外发达国家的技术垄断以及高昂的设备价格。引进一条欧洲产的4.5米幅宽的生产线,投资达一亿多人民币,而且并不完全保证其产品的质量。二是受制于我国自主化的聚酯长丝纺粘针刺非织造布技术及装备的发展水平。

        我国聚酯纺粘法技术的发展,起步相对较晚。上世纪90年代中后期,绍兴利达无纺有限公司在相关政府部门及大专院校的支持下,自主研发建立了一条幅宽为2.1米的聚酯纺粘针刺试验生产线,尽管幅宽较小,技术也尚不够成熟,但毕竟走出了聚酯纺粘法国产化技术发展的第一步,具有重要的意义。90年代后期,大连华阳化纤科技有限公司也开始投入聚酯长丝纺粘法的技术及装备的研发工作,利用其多年从事聚酯长丝高速纺(POY、FDY、HOY等)技术与工艺研究、装备研制及工程承包建设方面所积累的技术基础和经验,使其在聚酯纺粘法的多项关键技术方面获得了突破。2002年,大连华阳与广东锦龙无纺有限公司合作,共同承担了中国纺粘工业协会重大科研项目《国产薄型聚酯纺粘法生产技术与装备的研究及产品开发》,建立了第一条国产化的3.2米幅宽的聚酯纺粘热轧生产线。该项目于2004年通过了中国纺粘工业协会的验收鉴定,鉴定意见认为“该项目填补了国内空白,属国内首创,该设备的核心技术—管式牵伸处于国际领先水平”。在此基础上,大连华阳又研发了基于小板管式气流牵伸工艺的国产化第二代聚酯纺粘法技术与装备,并运用该技术于2005年为广东斯乐普特种材料有限公司(原锦龙无纺)建立了一条幅宽7米的聚酯长丝纺粘针刺土工布生产线,同时,该型生产线被大连华阳公司定名为HuaYang FNZC-Ⅱ型生产线。

        从2005年至2011年期间,大连华阳、大连合纤所、绍兴利达、沈阳非织造工程中心等单位,先后为山东、河南、河北等地多家客户建立了十多条聚酯纺粘针刺土工布生产线,这些生产线的建立及产品的生产和应用,不仅为推动我国土工行业的发展,为我国包括南水北调工程在内的重大工程项目的建设作出了贡献,同时也促进了我国聚酯长丝纺粘针刺非织造布技术与装备的发展与进步。但是这些生产线的产品,尽管可以满足做为土工布材料的使用要求,但其部分指标仍然不能满足做为改性沥青防水卷材胎基布的要求。

       与聚酯长丝土工布相比,用于聚酯长丝胎基布的长丝纺粘针刺非织造布需要具备以下特点:

      (1)强力要求更高,强力的均匀性更好,一般强力的均匀性CV值要小于5%,且不能有较低的强力单值;

      (2)克重均匀性要求更高,一般克重均匀性CV值要小于5%。

      (3)为了保证卷材的延伸率需要在保持其高强力的条件下具有更高的断裂伸长率;

      (4)纵横向强力比小于1.2;

      (5)更好的固结牢度;

      (6)更好的热稳定性及尺寸稳定性;

        因此,满足聚酯长丝纺粘针刺胎基布的要求,必须在纺粘针刺技术及装备本身的各个环节包括纺丝系统、侧吹风冷却系统、气流牵伸、分丝摆丝、负压成网、针刺固结、自动化控制等方面以及针刺布的后整理技术获得新的技术突破。

        早在2007年,大连华阳化纤科技有限公司便与安国前进无纺布有限公司达成合作意向,共同开发聚酯长丝纺粘针刺胎基布技术,并且承担了中国纺织工业联合会的科技指导性项目《高强聚酯长丝胎基布产品及其装备开发》。安国前进无纺布有限公司是我国最早开发和生产短纤聚酯胎基的厂家之一。目前其短纤聚酯胎生产在国内产量最大,质量最好,是名符其实的龙头企业。该公司研发力量雄厚,测试手段和设备先进齐全,并且具有多年短纤聚酯胎基生产及产品开发经验,特别是对后整理技术有独到理解和认识,与大连华阳公司合作,将形成前后互补的优势。

        经过历时4年多的艰苦的研发工作,在纺丝、牵伸、分丝、摆丝、成网、针刺固结及后整理的定型、浸胶、烘干等各关键技术环节均取得了重要的突破,于2011年在安国前进无纺布有限公司建成了我国第一条具有自主知识产权的、完全国产化的高强聚酯长丝胎基布生产线。产品各项指标达到甚至超过国外进口或国外设备生产的同类产品。

        由于该聚酯长丝纺粘针刺部分生产线是大连华阳公司在其HuaYang FNZC-Ⅱ型的基础上,进行了多项重大技术改进,研发应用了多项创新性技术,因此该生产线被大连华阳公司定名为HuaYang-Ⅲ型生产线。

        该技术与装备的成功研制及高强聚酯长丝胎基布的国产化生产和应用,其意义深远:

       (1)防水行业是关乎到我国众多行业基本建设工程水平及质量的重要行业。随我国经济的迅速发展,对防水材料的需求持续高速增长,但是做为防水行业最重要的防水材料之一,改性沥青防水卷材产业,却存在着严重的原材料结构不合理局面。发达国家普遍生产及广泛应用的长丝聚酯胎基布,在我国因为没有国产化的技术装备,而不得不购买国外产品或国外引进设备生产的产品。由于其价格昂贵而无法广泛应用,不得不采用较为低端的短纤聚酯胎。本项目旨在通过自主研发,掌握聚酯长丝纺粘针刺胎基的关键核心技术,实现技术及装备的国产化,降低装备投资成本及产品生产成本,改变我国改性沥青防水卷材材料不合理的局面,推动防水卷材产业的产品升级换代及健康发展。

      (2)我国是产业用纺织品生产及应用大国,但却不是强国,做为产业用纺织品众多领域之一的聚酯纺粘法的技术与装备的发展起步较晚,也相对落后,我国现有的国产化聚酯纺粘针刺非织造布生产线,仍然以生产土工布、过滤材料等产品为主,品质指标要求更高的长丝聚酯胎基技术仍被欧美等发达国家所垄断,形成了我国技术空白。本项目研究的目的还在于,通过该技术的研发,打破国外技术垄断,填补国内这一空白,并且从中获取研发经验和技术积累,培养具有创新精神和能力的研发人才,从而持续推动聚酯纺粘技术及装备的进步。为我国由产业用纺织品大国向产业用纺织品强国迈进作出贡献。

       (3)建设资源节约型、环境友好型社会(两型社会),是我国经济发展的一项重大战略任务。本项的实施,为创建“两型”企业打下了基础。传动的胎基布浸胶工艺,多采用丙烯酸配方,虽然浸胶效果好,但存在环境污染,反应设备难以清洗等问题,本项目拟采用改性淀粉配方替代丙烯酸,既减少了不可再生资源的消耗,又达到清洁环保,降低成本的效果。

       (4)本项目研发成功,还将为相关胎基生产企业及设备制造企业带来可持续发展的动力,为相关企业及企业所在地区带来显著的经济效益和社会效益。

        到目前为止,大连华阳公司已经承接了二十二条该型聚酯长丝胎基布生产线,其中十五条已顺利开车投产,其余正在建设过程中。

        与国外同类产品及技术与装备相比较,国产高强聚酯长丝胎基布的质量指标完全达到甚至部分指标超过国外产品,产品幅宽方面也超越国外。国外主流生产线以4.5米幅宽为主,制成4幅1.02米幅宽的胎基布,国产线则幅宽以6.6米为主,制成6幅1.02米幅宽的胎基布。但在生产速度上,国产线与国外相比尚有差距,国外生产线针刺频率可达1600次/分,生产速度可达13米/分以上,国产线针刺频率一般为900次/分,生产速度为5.5~7.5米/分左右。

        经过进一步的技术改进和创新研发,大连华阳在相关针刺设备制造厂家的努力配合下,近期已经推出新的高速生产线,HuaYang FNZC-ⅢG1型和HuaYang FNZC-ⅢG2型。其中HuaYang FNZC-ⅢG1型针刺频率可达1300次/分,生产速度为8~10/分;HuaYang FNZC-ⅢG2型针刺频率可达1400次/分,生产速度为9~11/分。

        提高生产速度,不仅可以提高产量、提高生产效率,而且可以降低单位产量的能耗,从而进一步降低生产成本。今后,聚酯长丝胎基布生产技术与装备的发展趋势是向高速度、高效率、低能耗方向发展。

        随着我国经济的持续发展,城镇一体化步伐的加快,基础设施建设的不断发展,防水行业将迎来巨大的发展机遇,从而将持续增加防水材料,特别是高性能、工程专业防水材料的市场需求,我国高强聚酯长丝胎基布产业的发展方兴未艾,潜力巨大。