家纺用化学纤维生产技术与装备的发展现状与趋势

摘要：本文介绍了家纺用化学纤维几个品种的生产方法和技术特征，包括膨体连续长丝（BCF）、空气变形丝（ATY）以及采用一步法工艺生产的地毯用短纤维。目前国内铺敷织物用纤维生产基本靠进口设备，技术与装备的国产化已势在必行。而随着人们消费理念的变化，亦要考虑建筑环境标准和生态认证对家用纺织品市场的影响。

关键词：膨体连续长丝（BCF）；空气变形纱（ATY）；家纺；地毯与铺敷织物

中图分类号：TQ340.5；TQ340.6 文献标志码：A

Technology and Equipment Development of Chemical Fiber Used in Home Textiles

Abstract： Process and technology characterics of various types of chemical fiber used in home textiles are introduced in this article， including bulking continuous filament （BCF） ， air textured yarn （ATY） as well as the staple fibers used for carpet with one-step process. Currently， the production of domestic chemical fiber used in carpet and flooring still relies on imported equipment， and localization of relative technology and equipment is urgent. Furthermore， with the consumption concept is changing， it is essential to pay attention to the impact of building environment standards and eco-labels on the home textile market.

Key words： BCF； ATY； home textiles； carpet and flooring

1全球家纺用纤维的发展概况

依据Freedonia集团的研究报告，2014年全球铺敷织物和地毯市场需求达153亿m2，预计将延续5%的年增长率，2018年有望达到190亿m2的规模。

目前世界地毯市场90%的绒头纱选用化纤作原料，主要为聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）以及聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维等，羊毛地毯仅占4%。

家纺用化学纤维生产中，广泛采用变形加工工艺，即采用热空气变形的膨体连续长丝（BCF）和使用空气作为变形介质的空气变形纱（ATY）。而纤度在11～22dtex之间、切断长度为65～150mm的PA短纤维纱亦广泛用于地毯纱。据统计，目前的BCF地毯中，PA占57%，PP占36%，PET占7%。

通常，地毯的绒头纱占其成本的80%，在大量使用的化纤原料中，PA纤维性能优良，但价格相对昂贵；PET的价格仅为PA的1/3，性价比更具有优势。对于PA-BCF而言，PA66比PA6价格要高30%。美国铺敷织物和地毯市场的化学纤维使用量已接近99%，其中，PA地毯占65%（包括BCF和短纤纱），PP地毯占30%。目前，全球PET地毯纱生产呈持续增长态势，2011年产量达23.4万t，其中美国是PET地毯纱最大的市场，主要用以替代PA-BCF。

铺敷织物和地毯的使用性能对市场拓展至关重要。从易清洗和耐用性角度看，PA与PTT地毯最佳；从使用的舒适性考量，PP地毯最差；从产品的环境友好特征衡量，PTT和PET地毯更优秀，如美国Mohawk公司使用杜邦公司37%生物基PDO合成的PTT膨体连续长丝，其加工过程的GHG排放量据称可降低63%，这样每生产1m2地毯较常规石油基地毯可减少4.4L左右的汽油使用。

ATY具有仿短纤纱的外观，在室内装饰织物和车用纺织品方面受到消费者的普遍青睐。近年来随着全球纺织品和工业纱市场的需要，170～2500dtex的ATY显示出十分诱人的利润空间，促使纤维设备厂家在ATY设备开发方面加大投入。

随着地毯与铺敷织物技术的进步及消费理念的不断变化，人们保护环境的意识日益加强，因而铺敷织物的原料选择也更注重绿色因素，具有如下性能特征的原料和纤维材料受到生产厂家的关注和青睐：原料选择趋于可再生、环境友好、可回收再利用的资源；加工过程具有最低的GHG排放和最低的挥发性有机物（VOCs）排出；绿色地毯要求节能、有效改善室内的环境品质、良好的使用卫生性能，以确保人体的舒适健康。

2家纺用化学纤维的生产技术现状

铺敷织物与地毯使用的纤维材料中，天然纤维所占比重不足12%，其中欧洲为8%，而美国地毯使用天然纤维的比例仅为1%。

家纺用化学纤维主要包括变形纱和短纤维。目前广泛使用的短纤维为PA短纤，采用半精梳工艺和精梳毛纺工艺；已大规模生产并供给市场的变形纱主要为BCF和ATY。

2.1BCF技术的发展

BCF是大规模供给市场的家纺用化纤产品，年增长率在4.9%左右，目前全球BCF的年产量在250万t/a上下，其中北美地区约占总产量的50%，欧洲和土耳其约占30%，近东、东亚和澳大利亚占20%。BCF生产及后加工工艺流程如图1所示。

地毯与铺敷织物的需求增长及市场规模的不断拓展，促进了BCF技术的发展。2003年OerlikonNeumag（欧瑞康纽马格）公司开发了紧凑型模块化设计的S5膨体连续长丝系列，2005年S3系列投放市场，2007年单纺位单卷装Sytecone系列见诸市场，2011年高效高产的S+设备引起了地毯生产商的巨大兴趣。在Domotex2015上，该公司展出了旋转型网络装置——Rotac，可有效改善簇绒或机织加工中缺陷的产生，同时亦可提高三色BCF纱的均匀性。较之于传统网络喷嘴，其空气耗量要节省50%。通过持续地推出高端BCF系列生产设备，欧瑞康纽马格公司向人们展示了BCF的最新技术，也传递出一个信息，即地毯与铺敷织物巨大的市场需求和潜力。

在适应市场变化上，奥地利SML公司的BCF设备具有一些突出特点，值得国内的相关从业者关注。其生产线采用模块化设计，操作面配置在挤压成型单元两侧，最大产量320kg/h，加工线密度为1200～5000dtex；采用高性能冷却转鼓设计，使丝束停留时间达15s；预网络兼上油工艺，主网络喷嘴置于卷绕前。整机操作面呈卧式布置，设备仅高6.2m。此外，设备生产弹性好，可同时生产两种不同类型的产品，目前该设备生产的BCF已在地毯、家纺织物以及建筑门窗密封材料上使用。

目前，美国的BCF产量最大，其95%的生产厂家采用直捻工艺。该国不生产BCF设备，基本选用诸如SwissTex等欧洲厂家的成套设备，但其本土可提供高品质的预网络、后网络、主网络喷嘴系列以及BCF使用的热空气变形器，据悉SML公司提供的“Austofil”型BCF设备就采用了美国Chiro公司的热空气变形装置。应该说，美国的BCF生产是靠自己的技术能力支撑的，外购的设备仅用作开发新品种或维持生产。

近年来，由于价格因素和加工性能优良，聚酯BCF地毯市场取得了进展。预计美国的聚酯BCF（包括PTT）产量将从2008年的8.5万t提高到2015年的40万t。

PP-BCF是膨体连续长丝的重要品种，但其热性能和弹性回复性不如PA-BCF，这在一定程度上限制了它的使用。PP-BCF是我国地毯纱的主体，但近年亦呈下降趋势，所占比例从2005年的71%下降到2010年的55%。德国IBU研究所对PP-BCF生产进行了LCA研究，认为传统PP-BCF圈绒地毯有较好的视觉效果，因此仍会占有一定的市场份额。LCA研究选择的PP-BCF工厂采取纺前着色工艺，加工线密度在（2600～2900）dtex/（105～135）f之间，强力在1.9～2.0cN/dtex之间，断裂伸长率则为38.5%～40.0%。

该项研究从对环境的影响、资源利用、产出流与废物排放等3个方面着手，对纺前着色PP-BCF地毯纱项目的生命循环周期进行考察和分析。在产出流与废物排放数据中，除输出热能、输出电能、能量回收和材料与部件再利用方面为0外，其它如表1所示，表2为对环境的影响数据。

2.2ATY技术的发展

ATY多用作纬纱，可以改善织物的手感和外观，适用于家纺、汽车内饰、篷帐织物及诸如缝纫线等工业织物。

自上世纪80年代以来，ATY技术取得了长足发展，特别是远东地区如日本、韩国和中国大陆的产品得到了消费者喜欢，并取得了很好的经济效益。进入21世纪，全球纺织业和工业纺织品的市场需求上升，OerlikonBarmag（欧瑞康巴马格）公司开发了新的空气变形丝机CATY，可用于加工室内纺织品、汽车内饰等，亦可提供ATY复合纱、柔软纱及高蓬松纱。

瑞士SSM（丝丝姆）公司开发的新一代ATY机——RM3-T，适用于3200dtex的粗旦纱生产，产品主要用作汽车内饰、居室装饰品、缝纫线和涂层织物。该机对产品品种和花色的适应性较强，可视用户要求生产包括标准花色纱、粗节纱、粗细节花色纱、异收缩纱和桃皮纱等特色纱品种。

目前ATY加工使用的纤维原料大体包括PET、PP、PA的牵伸丝或预取向丝（POY）。在开发高性能ATY产品时，芳香族聚酰胺纤维、PBT纤维、液晶纤维（Vectan）等也有使用。

生产300～6000dtex的空气变形纱，可配置不同规格的变形喷嘴。空气介质使用的压力在6～14bar之间，加工速度为50～500m/min，家纺用ATY的加工工艺配置如表3所示。

德国Aachen（亚琛）大学纺织纤维研究所以短纤维纱为原料，经空气变形加工制取地毯绒头纱。其生产成本比BCF要高30%，但仅为半精梳纱的一半。

2.3家纺用短纤维生产技术及其在地毯与铺敷织物上的应用

短纤纱多用作款式多样、高端地毯的绒头纱。目前铺敷织物厂家使用的多为11～22dtex的PA和PET短纤维，切断长度有65、150和200mm等几种。

用作地毯绒头纱的短纤维要求具有耐UV和良好的光稳定性，色泽鲜艳并有较宽的色谱，纤维的截面为圆形或异形。图2为使用化纤短纤纱加工铺敷织物与地毯的加工链。

地毯用短纤维生产通常采用纺丝与后处理一步法工艺，即紧凑型（Compact）设计的生产线，具有十分好的生产弹性，非常适宜小批量多品种的市场需求。该纺丝装置采用中心放射型冷却系统、大型环形纺丝板，单丝线密度为11～22dtex，生产线加工速度一般在90～150m/min之间。

短纤维纱通常采用环锭纺纱方法，即半精梳或精梳毛纺工艺。地毯短纤纱多使用单股、两股或3股纱。在使用两股短纤纱时，先自动并线、倍捻，进入后整理工序后，经绞纱染色、络丝、倒筒后进入织造工序；使用3股纱时，可以经环锭加捻、连续热定形、倒筒后进入织造，或采取并线、倍捻，后整理采用连续定形和精练后经倒筒，再进行簇绒或机织工序。

地毯用短纤的性能和品种也在变化，如常规的PA短纤维多为圆形截面、消光产品；第2代PA地毯用短纤维采用异形截面，第3代被赋予了抗静电功能，第4代增添了防污处理，而第5代PA地毯短纤维已发展至酸性染料可染，并具有抗污功能。表4为部分用于地毯纱的新型短纤维的技术特点。

2.4家纺用化学纤维新品种的研究与开发动向

现阶段地毯市场使用的面纱已经发生了很大变化，纤维细旦化大大改善了地毯的柔软性，新一代地毯用单丝线密度也在10D左右，甚至有4～5D的。依据Mohorwk公司的报道，居室地毯的结构设计，要求地毯纱的加捻和热定形工艺同步改进，目前，捻度与传统工艺相比要提高30%，地毯面纱更趋于轻质化。与此同时，高性能及具有“绿色”性质的地毯用纤维正不断进入市场。

韩国晓星公司开发的PA6中空地毯纱，纤维截面呈四孔中空，具有良好的抗污性能和耐用性。该公司开发的三维卷曲PET-BCF，在物理机械性能如阻燃性、刚性、卷曲均匀性及压力条件下的弹性模量上取得了明显改善，其初始模量为2.0g/D，断裂强度为3.0g/D。在初始应力1.0g/D下，伸长仅有5%，初始应力为1.0～2.5g/D时，伸长达20%。

欧瑞康纽马格公司提供的双组分BCF为皮芯型截面，芯层选用价格低廉的回收PET瓶片作原料，可节省60%左右的成本。

2.4.1生物基BCF

PTT-BCF含有28%～37%的生物基组分，其合成中使用的生物基PDO来源于玉米糖。每千克PTT约耗用0.37kgPDO（占其成本的57%）和0.81kg的PTA（占其成本的43%）。

玉米糖的生命循环周期一般不超过10年，其制备的地毯绒头纱可以满足室内空气的品质要求（IEQ）。据测算，与传统PA6相比，其CO2排放量可降低63%，能耗节省30%；与PA66相比，其CO2排放量低56%，能耗低40%。

PTT-BCF用作绒头纱质地柔软，抗污性能优良，易洗快干。其耐用性能测试显示要优于PA6、PA66地毯纱。PTT地毯纱的使用性能十分优秀，具体如表5所示。

美国地毯研究所和Mohawk公司使用37%的杜邦TMSorona？与再生PET混合后用于生产地毯纱，其商品名称为“Smartstrand”，可有效减少石油基资源的使用，与同类型PA产品相比，其能耗可降低30%，GHG排放降低63%。据测算，每生产6m2“Smartstrand”产品可节省3.79L石油。据悉，国内威海山花已有生物基PTT地毯纱生产，常州灵达公司利用杜邦TMSorona？原料生产万吨级生物基PTT-BCF项目亦在实施中。

Invista（英威达）公司向市场投放了一款纺前着色PA66地毯纱，其商品名为“Antron”，该产品混入了25%的再生PA66和5%的生物基PA-11。依据该公司的研究报告，Antron地毯纱的生产过程可以降低燃油能耗13%，碳排放量减少21%，而CO2污染密度下降6%，预计2011—2020年间污染密度值将下降到20%。目前，Antron地毯纱已投放市场，并取得了环境及可持续性方面的认证。

日本Suminde公司开发的纺前着色PLA地毯纤维，线密度范围为500～3500dtex，单丝线密度为2.5～25dtex，强力为1.75～3.5cN/dtex，伸长率为35%～60%，沸水收缩率为2%～8%，干热收缩率为5%～25%，目前已投入试用。

2.4.2新型纤维素纤维地毯纱

Lenzing（兰精）公司的Tencel？纤维取之于可再生资源，100%可生物降解。其非晶区的溶胀和微细-纳米原纤化结构的芯吸功能，赋予其织物新的使用性能。

（1）良好的吸湿性

在相对湿度为90%的条件下，Tencel？纤维的吸湿率达40%，优于棉纤维，当相对湿度从65%升至100%时，Tencel？的吸湿率高过羊毛。其织物良好的吸湿性可有效改善居室内的环境状况。

（2）抗静电性

抗静电性能是地毯应用的重要指标，依据EN1815标准，以Tencel？/PP（80/20）为原料的地毯的静电负荷为0.7kV，而未经处理的PA地毯为10kV，同样未经处理的羊毛地毯静电负荷4kV。通常对地毯静电性的要求低于4kV。

Tencel纤维的高模量赋予纤维制品优良的压缩性和弹性回复性能，受到地毯厂家的青睐。与传统纤维如羊毛、PA、PAN纤维一样，可采用纤维或纱的形式染色。用作地毯绒头纱常使用的纱支数为Nm3～10，具体如表6和表7所示。

（3）Tencel？纤维地毯纱的卫生性能

Tencel？纤维家纺产品的卫生性能主要表现为对室内环境的影响，即人体对纤维材料的过敏性反应以及纤维是否助长微生物侵润皮肤而威胁人的健康。研究和实验结果显示，用该纤维加工的地毯产品的细菌或微生物滋生状况仅为常用合成纤维地毯的1/1000～1/100，可以说，采用线密度为15dtex、切断长度为150mm的Tencel？纤维的簇绒地毯具有良好的吸湿性和卫生性能，可有效改善居室的微环境。

2.4.3利用回收资源制地毯纱技术受到普遍重视

寻求价格低廉的化学纤维原料是铺敷织物与地毯工业近20年来总的发展趋势。而4R的资源开发方式，即降低消耗（R）、立足于可再生（R）、可重复使用（R）和可循环利用（R）是家纺业的广泛共识。

发达国家如美国每小时要扔掉250万个软饮料瓶，我国每年纤维生产使用的回收PET瓶基切片已达数万吨。回收PET瓶不仅环保，且100%PET瓶基地毯纱也显示出了良好的耐用性、色泽、静电防护性能和抗污性能。通常回收1350个饮料瓶可以节省垃圾填埋场0.765m3的填埋空间，使用14个（约567g）PET瓶可以制得0.093m2的地毯。

美国Mohawk公司采用回收PET瓶片料制得了100%PET瓶基BCF，并成功投放市场。该公司每年约回收使用30亿个PET瓶，相当于北美地区每产生4个垃圾饮料瓶中就有1个被用于加工地毯纱。进入21世纪以来，该公司已从垃圾填埋场回收利用了240亿个PET瓶用作地毯纱生产。

美国Universal公司利用废旧的PA66地毯做原料，经筛选、分级后的绒毛纤维加工后得到符合纺丝规格的切片。回收PA66聚合体可以进行正常的纺丝和变形加工，并获得与常规PA66纤维产品相当的品质。Universal公司已形成完整的废旧PA66地毯回收产业链，每年约从美国的垃圾填埋场找回14.1万t的废旧PA66地毯纱，将其变废为宝。

3国内地毯与铺敷织物用化学纤维的技术现状与思考

2011—2020年间，全球地毯和铺敷织物的年增长率约为4.9%，其中亚洲和非洲是需求最旺盛的地区，年增长率超过6%。据预测，中国将占有新增市场的1/3。

2013年我国的纤维加工总量约为4850万t，三大终端纤维即服装/家纺/产业用纺织品的消费比例为48/29/23。据此可推算，目前国内用作家纺产品的化纤量在900万～1100万t/a之间。

变形纱（包括BCF和ATY）是地毯和铺敷织物使用的主打化纤品种，而短纤维化纤纱仅占30%的市场。国内目前PP-BCF的产能在20.65万t/a左右，而PA-BCF为4.1万t/a。PA短纤地毯纱和ATY在铺敷织物上的使用还不多。

3.1国内家纺用化学纤维技术与装备的发展现状

20世纪80年代中期，纽马格的PP-BCF设备进入中国内地，随后陆续引进的还有巴马格公司（STM系列）、瑞士立达公司、意大利Plantex公司和Filtec公司以及意大利4000t/a的PET-BCF生产线。进入90年代后，立达等公司的PA-BCF生产线亦陆续在上海、四川、河南、湖南、山东、湖北等地投入运转。

回顾立足于纽马格BCF设备的国产化工作，进展并不顺利，北京化机的LKP-BCF国产设备始终不能正常运行，几经周折已进入报废期。目前国内的BCF生产（除近期引进的几台设备外）基本靠已临近折旧期限的进口设备维持。国内上海、盐城、河南等地仍有极其简陋的BCF设备供应，其装备水平与国外差距在30年以上。

家纺用ATY的发展状况与BCF相似，进口设备也充当着生产主体，主要包括德国Eltex（AT、HS、ABS）、巴马格（FK6-T80）、美国Enterprise公司（Emad-17）、日本爱机（AT-501）和村田335等机型。

在利用空气变形技术开发仿短纤纱的研究中，国内积累了较为丰富的经验，其中北京、天津、江苏、浙江和上海等地的纺织化纤研究院所和企业开发的7个系列ATY喷嘴已在生产中试用（加工产品的线密度为150～4000dtex）。

华源纺机集团也可提供适用于PET、PP长丝加工的空气变形机，整机64锭或128锭。但近20多年间，没有新的国产ATY机型出现，家纺用ATY的开发和应用亦略显不足。

地毯用短纤维生产通常采用连续一步法工艺，即纺丝-与后处理两段工艺一步完成，俗称短纺。国内大规模多型号引进的一步法短纤维生产线，几乎包揽了全球所有的短纺设备型号（即从德国引进3个系列，从意大利引进6个系列，从英国引进2个系列）。国内邵阳第二纺机公司和张家港港鹰机械公司可提供国产化短纺生产线，但设备效率仅为进口生产线的25%～30%。

国内家纺用化纤生产技术的研究与开发力量相对薄弱，大量引进生产装备带来的技术上的发展机遇也没能抓住。我国家纺用化纤原料的供应链尚不完整，行业的功能界限亦不清晰。

3.2关于我国家纺用化学纤维技术进步的一点思考

目前，国内家纺用（700～4000dtex）ATY产品的开发相对滞后，国产一步法纺丝设备的生产效率比较低，BCF技术的研究与开发投入几乎呈空白状态。

以BCF为例，30多年间，我们引进了不同时期全球最具代表性的BCF生产线，但忽视了BCF的技术特点，仅通过依靠机械厂家简单意义上的转换设计的方式着手BCF设备的国产化，未能取得预期的结果，错过了关键时间。

现今看来，从国内企业的技术状况及不少设备厂家仍然热衷于生产简陋的BCF设备的经营理念来看，着手重大设备的国产化仍有走急功近利老路的可能。鉴于此，可考虑参考北美BCF生产企业的做法，即先在企业与相关院所的研发方面加大投入，待企业有了一定的技术积累后，再实施BCF设备国产化可能会更实际一些。我国是化纤生产大国，亦是家用纺织品的消费大国，不可能长期让进口设备占据国内的家纺用化学纤维市场，但在技术上还需脚踏实地地进行。

4结束语

家用纺织品约占我国纤维加工总量的4成份额，国内的家纺用化纤生产技术，如BCF、ATY技术以及一步法短纤维生产技术，在品种、产品品质和成本效率上与国外还有不小的差距。目前生产中大量使用的进口设备大部分临近折旧期限，而国产家纺用化纤设备技术水平较低，尚不能满足升级中的国内化纤企业的要求，我国家纺用化纤原料的供应链面临着困难的调整期。

作者简介：芦长椿，男，1941年生，高工。

作者单位：全国化纤新技术开发推广中心。