?當(dāng)前經(jīng)濟的一個基本特征是資源消耗呈線性增長?材料通常會經(jīng)歷“制造?使用和處置”3 個階段?企業(yè)開采原材料,并使用能源和勞動力將這些材料制 成產(chǎn)品,再將產(chǎn)品銷售給終端消費者?當(dāng)這些產(chǎn)品不 再能發(fā)揮其固有功能時,消費者則將其丟棄?盡管科 技的發(fā)展使生產(chǎn)效率得以極大的提升,但同時也使得 生產(chǎn)中對資源投入的依賴程度空前增加?這種依賴性在多方面制約著經(jīng)濟的發(fā)展?許多企業(yè)面臨著資源成本難以預(yù)測的風(fēng)險?資源市場的波動有時會侵蝕企業(yè)的盈利能力?伴隨全球資源開采量的不斷增大,自然資源日益枯竭,同時也產(chǎn)生了大量廢棄物,極 大地影響著生態(tài)系統(tǒng)?隨著全球人口不斷增加,這些 問題將持續(xù)存在?若僅依靠生產(chǎn)效率的提高,則只能延緩惡果的來臨?發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成為解決上述問題的有效手段?

? ? ?與傳統(tǒng)線性經(jīng)濟相比,循環(huán)經(jīng)濟可有效降低材料的投入及廢料的產(chǎn)生?在循環(huán)模式下,生產(chǎn)產(chǎn)品可進行重 新設(shè)計?再利用和回收?循環(huán)經(jīng)濟需遵循閉環(huán)生產(chǎn)?能源再生和系統(tǒng)性思維?閉環(huán)生產(chǎn)意味著生產(chǎn)中的剩余材料可作為其他新產(chǎn)品的原料,最終大幅減少進 入垃圾填埋場的材料量?理想的情況是將所有的廢料轉(zhuǎn)變成另一種原料?能源再生要求為經(jīng)濟發(fā)展提供原料的能源來自于可持續(xù)資源?系統(tǒng)性思維指在經(jīng)濟體系中,所有參與者都緊密相連,并作為一個整 體運行?

? ? ? 向循環(huán)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型將打破現(xiàn)狀:新的機遇和問題即將出現(xiàn)?帝人芳綸公司正嘗試通過下述方式應(yīng)對循環(huán)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型中遇到的問題?

———改善回收?收集處于生命周期結(jié)束期的芳綸纖維,用作制備漿粕的原材料?

———提高芳綸纖維的使用壽命?其開發(fā)的新型芳綸纖維,在不同的負載和溫度條件下具有更好的長期力學(xué)性能?

———開發(fā)伴隨循環(huán)經(jīng)濟出現(xiàn)并增長的新應(yīng)用?目前,帝人芳綸公司正努力尋找潛在的業(yè)務(wù),建立合 作關(guān)系,并推動公司的芳綸產(chǎn)品在這些領(lǐng)域的應(yīng)用?如將芳綸用作氫氣輸送管道的增強材料?

本文就上述3 方面對帝人芳綸公司的芳綸循環(huán)利用進行詳細敘述?

1

回收

??? ?多次調(diào)整芳綸的生產(chǎn)工藝,以減少其對生態(tài)的影響?利用回收的芳綸生產(chǎn)漿粕便是其中一項成功的案例,其回收過程如圖1所示?

? ? ? 并非所有的芳綸漿粕都采用該工藝制備,一些高純度的漿粕由純的芳綸直接制成?生產(chǎn)漿粕的原料來自各種終端產(chǎn)品的芳綸廢料:單向無緯布(UD 布)?殘余紗線?增強纖維?背心及繩索等?先將這些原料切碎,并采用多種工藝降低污染物含量,獲得高純度(>90%)的芳綸?有時還可通過添加一部分高純度的芳綸紗線,使回收芳綸產(chǎn)品達到所需的品質(zhì)?中間產(chǎn)物經(jīng)過研磨后,由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)闈{粕?芳綸漿粕通?？勺鳛槭薜奶娲?用于制作剎車襯片和墊圈?

2

提高芳綸纖維的長期穩(wěn)定性

? ? ? 芳綸纖維對循環(huán)經(jīng)濟的貢獻不僅在于循環(huán)利用?若可以延長芳綸纖維的使用壽命,即提高終端產(chǎn)品的使用壽命,將有效減少能量需求及單位時間的能耗?

? ? ? Twaron和?Technora以長期負載下仍具有較高的穩(wěn)定性而著稱?芳綸的這種特性對其用作光纖?輪胎和系泊繩纜的增強材料而言非常重要?帝人芳綸一直致力于開發(fā)具有低蠕變率的芳綸?圖2 為室溫下?Twaron1000?Twaron2200 和?TwaronD3200 的蠕變率?測試時所施加的負載分別為纖維斷裂強度(BS)的30%和50%?在持續(xù)近1a的蠕變測試周期內(nèi),纖維均未出現(xiàn)斷裂?如圖2所示,新一代Twaron纖維具有較低的蠕變率?約1a 后,Twaron1000? Twaron2200 和?Twaron D3200 纖維的蠕變率分別為0.27%?0.14%和0.07%?

圖2中,蠕變時間曲線斜率呈線性變化,表明其對數(shù)蠕變率為常數(shù)?對數(shù)蠕變率的定義為?

? ? ?Twaron1000?Twaron2200 和?Twaron D3200纖維的對數(shù)蠕變率分別為0.041%/dec?0.020%/dec和0.013%/dec?

? ? ? Twaron 的蠕變率與纖維的負載大小無關(guān)?例如, Twaron1000和?Twaron2200在兩種不同負載水平(分別為斷裂強度的30%和50%)下的蠕變率非常接近,而大多數(shù)聚合物在高負荷下蠕變都會加快?

? ? ? 失效時間(tTTF?)是評價芳綸長期穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)?該指標(biāo)主要通過測量在一定負載下纖維斷裂所需時間衡量芳綸的長期穩(wěn)定性?失效時間隨著負載的增大和溫度的升高而呈現(xiàn)出下降趨勢?圖3為?TechnoraT200 和液晶聚酯(LCP)在室溫和高溫(140?℃)下tTTF的變化?圖3中的直線為試驗數(shù)據(jù)的擬合?由圖3可知,室溫下 LCP 紗線的穩(wěn)定性優(yōu)于?Technora T200?但因?TechnoraT200 具有良好的耐熱性能,其高溫(140 ℃)下的穩(wěn)定性優(yōu)于?LCP?

? ? ?基于?Eyring 計算式,Knoester等提出了一種動力學(xué)模型,用于闡釋tTTF?與負載和溫度間的關(guān)系,見式(2)?

式(3)表明,失效時間的對數(shù)值隨施加應(yīng)力(負載)的改變呈線性變化,這與圖3 中關(guān)于失效時間的擬合結(jié)果一致?通過查閱參考文獻,可獲得幾種規(guī)格Twaron的參數(shù)值?

? ? ? 圖4為?Twaron和?LCP 的儲能模量隨溫度的變化曲線?動態(tài)力學(xué)測試(DMA)可表征材料在不同溫度下的黏彈行為?由圖4可知,與 LCP 纖維相比,高溫下 Twaron的儲能模量的衰減相對緩慢?LCP 約在330 ℃時開始熔融,這從其儲能模量的損失狀態(tài)可以看出?Twaron 則可承受更高的溫度?當(dāng)環(huán)境溫度達400 ℃時,Twaron 纖維的儲能模量仍高于80GPa,直至環(huán)境溫度達500 ℃,Twaron 纖維才開始分解?

3

開發(fā)新的應(yīng)用以促進循環(huán)經(jīng)濟

? ? ? 向循環(huán)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的過程中蘊含許多新商機?帝人芳綸公司正潛心研究此類新機遇,并致力于推動芳綸制品的新應(yīng)用?其典型案例是將?Twaron 纖維用作氫氣輸送熱塑性管道(RTP)的增強材料?與傳統(tǒng)金屬管道相比,Twaron RTP具有質(zhì)輕?耐高壓(約30 MPa)等特征,更重要的是,它對氫氣呈惰性?2018 年,德國 Pipelife公司(Twaron?RTP 的制造商)與?Groningen海港簽署了4.5km?的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目?根據(jù) Pipelife公司的計劃,該項目于2019年6月開始施工?

? ? ? 帝人芳綸公司正積極致力于向循環(huán)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型?其產(chǎn)品?Twaron 和?Technora 在嚴苛的負載條件下,仍表現(xiàn)出優(yōu)異的性能?帝人公司將攜手合作伙伴,積 極尋求并努力為下一代構(gòu)筑新的未來?

參考文獻：Z.Y.Cao,O.Grabandt,王宏球.芳綸纖維對循環(huán)經(jīng)濟的貢獻[J].國際紡織導(dǎo)報,2020,48(08):20-21+48.來源：國際紡織導(dǎo)報

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