E. HellStarlinger公司(奧地利)

高強(qiáng)聚酯纖維的回收

E. HellStarlinger公司(奧地利)

一些聚合物如聚酯(PET)、聚丙烯(PP)及聚酰胺(PA)等常用于生產(chǎn)合成短纖維和長(zhǎng)絲。產(chǎn)物的類型主要取決于其應(yīng)用，如PET材料可用于制備合成短纖維、長(zhǎng)絲紗線、預(yù)取向絲(POY)、拉伸變形絲(DTY)、全拉伸絲(FDY)、工業(yè)長(zhǎng)絲、簾子線、單纖絲，以及非織造布和紡黏織物。PET的特性使其適用于各種服裝產(chǎn)品的生產(chǎn)：PET材料不易起皺、被拉長(zhǎng)和收縮，并且具有耐磨性，這使得其成為制作褲子、襯衫和外套等服裝的理想材料；PET材料易洗快干，因此很多家紡用品也采用PET材料制成；戶外服也經(jīng)常含有PET成分，這是因?yàn)镻ET材料具有耐久性和抵抗強(qiáng)烈、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能力，并且PET材料具有疏水性，因此也適用于潮濕的環(huán)境。

1 PET纖維和廢棄織物的回收與再利用

用于服裝的PET纖維量的增長(zhǎng)導(dǎo)致PET短纖維和長(zhǎng)絲年產(chǎn)量增長(zhǎng)明顯，從2002年的2 000萬(wàn)t增至2015年的4 800萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)5 500萬(wàn)t。這也意味著PET纖維及織物的廢棄物量必將相應(yīng)增長(zhǎng)。越來(lái)越多的纖維生產(chǎn)商和塑料回收商開(kāi)始從工業(yè)產(chǎn)品、消費(fèi)品收集站回收纖維和織物廢棄物。從纖維、織物廢棄物及消費(fèi)品回收站回收制備的回用PET目前已達(dá)到PET纖維總產(chǎn)量的14.4%，并且回用PET大多用于生產(chǎn)PET短纖維。中國(guó)是到目前為止世界上最大的回用PET瓶片料的使用者，2015年中國(guó)使用了全世界所有回用瓶片料(700萬(wàn)t)中的80%左右。

隨著消費(fèi)者對(duì)“綠色”產(chǎn)品需求的日益增長(zhǎng)，許多品牌商開(kāi)始在他們的產(chǎn)品中添加回用PET作為其可持續(xù)戰(zhàn)略的一部分。并且，在過(guò)去幾年中，回用PET的使用可以明顯降低原材料成本，這對(duì)PET生產(chǎn)商和回收商也形成了額外的激勵(lì)，盡管目前純凈原材料的低價(jià)格壓制了回用PET的利潤(rùn)。

2 高強(qiáng)纖維和織物回收的挑戰(zhàn)

相比于其他工業(yè)纖維，高強(qiáng)PET纖維具有吸水性低和收縮率小的特點(diǎn)，常用于生產(chǎn)紗線、繩索和安全帶等。回收面料的挑戰(zhàn)：

——濕度方面，不同的生產(chǎn)步驟(包括紡絲油劑的影響)會(huì)造成材料濕度不同，必須采取特殊的預(yù)防措施；

——材料以成包、塊狀及織物等形式回收，由于材料強(qiáng)度特別高，需采用單軸刀具進(jìn)行切割；

——對(duì)材料色彩和亮度的需求，要求回收過(guò)程中不發(fā)生氧化和熱降解。

材料的回用率通常會(huì)達(dá)到30%，在同一種應(yīng)用中則可達(dá)到100%。

3 回收設(shè)備的選擇

原料的種類與回用粒料的預(yù)期用途是選擇合適的回收設(shè)備的兩個(gè)重要因素。高強(qiáng)PET纖維的回收設(shè)備(圖1)需具備一些特點(diǎn)，如可預(yù)加應(yīng)力、可在擠出前進(jìn)行干燥、能夠排氣到高真空環(huán)境，以及具有較好的熔體過(guò)濾裝置。此外，實(shí)現(xiàn)再利用還必須增加生產(chǎn)粒料的固相特性黏度。

圖1 Starlinger公司的高強(qiáng)纖維回收設(shè)備

Starlinger公司的recoStar動(dòng)態(tài)回收線(recoStar基礎(chǔ)回收線的后續(xù)型號(hào))及recoStar通用回收線目前已成功安裝在世界范圍內(nèi)眾多的高強(qiáng)纖維回收系統(tǒng)中。高度自動(dòng)化、提升的能源效率及廣泛的應(yīng)用是recoStar動(dòng)態(tài)科技的突出亮點(diǎn)。智能送料機(jī)中，底部的轉(zhuǎn)盤會(huì)切斷進(jìn)料并產(chǎn)生摩擦作用。摩擦產(chǎn)生的熱量可以使混合料干燥、致密，并使其在進(jìn)入擠出機(jī)前達(dá)到接近熔點(diǎn)的溫度。recoStar動(dòng)態(tài)回收線能夠連接6臺(tái)排氣輸出為150～2 600 kg/h的擠出機(jī)。

recoStar通用回收線具有全能、通用及智能化裝配等特點(diǎn)，能夠加工難磨碎的材料，如成捆的材料、纖維、織物及塊料。在與擠出機(jī)平行排列的Active切碎機(jī)中，液壓推力器將材料壓入水冷回轉(zhuǎn)軸中，進(jìn)行有效粉碎。完善的軟件與計(jì)量螺桿相結(jié)合的材料準(zhǔn)備方式允許加工不同體積密度的材料時(shí)無(wú)需改變工藝參數(shù)。recoStar通用回收線能夠連接5臺(tái)排氣輸出為150～1 300 kg/h的擠出機(jī)。

兩條PET回收線的高真空排氣特點(diǎn)可確保其能夠高效除去揮發(fā)性污染物，如添加劑和油劑。就過(guò)濾而言，回用材料的用途及生產(chǎn)線的過(guò)濾精度需求都是決定性因素：標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾精度為50 μm，有時(shí)可能用到過(guò)濾精度達(dá)25 μm的層疊過(guò)濾系統(tǒng)。造粒機(jī)的選擇更像是對(duì)回用PET粒料形狀的選擇，全自動(dòng)的空氣造粒機(jī)和水下造粒機(jī)都適用于該回收線。此外，回收線還具下述特征：在線黏度和色彩度的測(cè)量，結(jié)晶度與PET粒料或薄片固化程度的測(cè)量。

4 個(gè)案研究

4.1 高強(qiáng)長(zhǎng)絲的生產(chǎn)

地區(qū)：生產(chǎn)線安裝在亞洲和西歐

進(jìn)料：高強(qiáng)度PET長(zhǎng)絲、纖維和塊料，PET原料的特性黏度接近0.9 dL/g，含有水分和紡絲油劑

回用PET的應(yīng)用領(lǐng)域：服裝

要求：因材料(特性黏度高)磨碎困難，為使材料特性黏度的下降最小化，回用長(zhǎng)絲生產(chǎn)中需精細(xì)過(guò)濾

再利用率：接近30%

機(jī)械裝置：recoStar的通用H-VAC型，其具有下述特性：

——裝有耐磨刀片的單軸刀具(可延長(zhǎng)使用期限，減少停機(jī)維修和更換刀片的次數(shù))和干燥器(通過(guò)去除水分提高特性黏度)；

——增加了添加劑喂入單元，以便在制備白色半消光回用PET中添加二氧化鈦；

——真空擠出機(jī)包含多余的真空設(shè)備，以允許生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，從而增加設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)間；

——疊加的熔融過(guò)濾器使過(guò)濾精度可達(dá)25 μm；

——在線特性黏度的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量控制；

——全自動(dòng)造粒機(jī)，料條可從鋼模掉落到傾斜的水滑道中。

4.2 后工業(yè)長(zhǎng)絲、纖維與紗線的回收利用

地區(qū)：生產(chǎn)線安裝在北美

進(jìn)料：后工業(yè)PET纖維廢料(含水分)，PET瓶片(清洗過(guò)的消費(fèi)后的片料)

要求：原料干燥

回用材料：100%PET長(zhǎng)絲

機(jī)械裝置：recoStar基礎(chǔ)H-VAC型，其具有下述特性：

——獨(dú)立的裝有耐磨刀片的單軸刀具，可延長(zhǎng)使用壽命，減少停機(jī)維修和更換刀片的次數(shù)；

——用于纖維干燥的特定溶液；

——片料預(yù)干燥與可選擇性地提高其固態(tài)黏度；

——疊加的過(guò)濾器使過(guò)濾精度可達(dá)25 μm；

——在線特性黏度測(cè)量，并可通過(guò)排氣調(diào)整溶體的固相特性黏度；

——在線色彩度測(cè)量，并可控制液體增白劑的添加量；

——靈活地調(diào)整混合比以達(dá)到特定的特性黏度。

4.3 生產(chǎn)廢料的在線回收

地區(qū)：生產(chǎn)線安裝在印度

進(jìn)料：紗線生產(chǎn)中的PET料塊，經(jīng)干燥和清洗

要求：將回用PET熔體喂入紡絲箱中的原料熔融流道

機(jī)械裝置：recoStar基礎(chǔ)H-VAC型，其具有下述特性：

——特殊設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線滿足紗線生產(chǎn)中設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的要求；

——真空擠出機(jī)包含多余的真空裝置有助于確保進(jìn)行生產(chǎn)維護(hù)時(shí)的設(shè)備運(yùn)行；

——溶體過(guò)濾，帶有反沖裝置的雙活塞熔體過(guò)濾器的過(guò)濾精度可達(dá)30 μm，減少了熔體的損失；

——在線特性黏度測(cè)量，用于質(zhì)量控制；

——熔體泵使得回用PET熔體喂入原料熔融流道時(shí)無(wú)壓力波動(dòng)；

——實(shí)現(xiàn)了主要生產(chǎn)線上的軟件集成。

4.4 生產(chǎn)廢料及后工業(yè)廢料的回收

地區(qū)：生產(chǎn)線安裝在西歐

進(jìn)料：PET織物與纖維，已干燥

要求：切碎大量的廢料及固態(tài)回用PET粒料

再利用率：接近100%

機(jī)械裝置：recoStar基礎(chǔ)H-Vac IV+型，其具有下述特性：

——包含用于成捆廢料切割的強(qiáng)力切碎機(jī)；

——熔體泵，確保低固相特性黏度纖維的穩(wěn)定生產(chǎn)；

——水下造粒機(jī)在線結(jié)晶度測(cè)量，并可對(duì)能量損耗進(jìn)行優(yōu)化；

——能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶和固態(tài)回用PET粒料較高的回收率。

胡紫東 譯 王依民 校