復(fù)合紡絲法超細(xì)纖維的生產(chǎn)技術(shù)

復(fù)合紡絲法超細(xì)纖維的生產(chǎn)技術(shù)

一、超細(xì)纖維生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展纖維細(xì)是指纖維的一般細(xì)度。對于超細(xì)纖維的劃分,目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),一般傾向于將0.3dtex作為細(xì)旦纖維和超細(xì)纖維的界限。由于纖維極細(xì),用傳統(tǒng)的熔體直接紡絲方法很難紡制出超細(xì)纖維,這也迫使科學(xué)家們尋求其它的技術(shù)和途徑。l964年,美國DuPont(杜邦)公司發(fā)明了復(fù)合紡絲法超細(xì)纖維的生產(chǎn)技術(shù)并申請了專利。隨后,日本的可樂麗、鐘紡等公司開發(fā)出用多層結(jié)構(gòu)的特殊紡絲法和剝離分裂法生產(chǎn)的超細(xì)纖維,我國在20世紀(jì)90年代也成功地開發(fā)出了超細(xì)纖維的生產(chǎn)技術(shù)。目前相對比較成熟的超細(xì)纖維生產(chǎn)技術(shù)主要為直接紡絲、復(fù)合紡絲、共混紡絲、靜電紡絲、熔噴和閃蒸技術(shù)等。其中復(fù)合紡絲和共混紡絲不能直接得到超細(xì)纖維,需要通過機械或化學(xué)方法處理后才能取得;而靜電紡絲、熔噴和閃蒸技術(shù)還不能得到排列整齊的纖維,因此主要用于非織造材料的生產(chǎn)。1.紡絲工藝與設(shè)備熔體直接紡絲法是在普通纖維紡絲技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化紡絲工藝技術(shù)和設(shè)備而得以實現(xiàn)。目前,由直接紡絲法可制造PP、PET、PA等的超細(xì)纖維,其纖度可達(dá)0.3D左右。該類超細(xì)纖維主要用于精細(xì)紡織品和濕法非織造布的生產(chǎn)。2.用機械或化學(xué)剝離復(fù)合紡絲法又可分為分裂型復(fù)合纖維和海島型復(fù)合纖維。分裂型復(fù)合纖維是采用兩種粘合性有差異的聚合物通過復(fù)合紡絲制備桔瓣形、米字形、中空桔瓣形或齒輪形等復(fù)合纖維,然后利用兩種組分的相容性和界面粘結(jié)性較差的特點采用機械或化學(xué)剝離得到超細(xì)纖維。目前,PET、PA、PP等都可以生產(chǎn)分裂型復(fù)合纖維,由分裂型超細(xì)纖維經(jīng)過化學(xué)或機械方法剝離分裂后,可得到0.15dtex左右甚至更細(xì)的超細(xì)纖維。海島型復(fù)合纖維的紡絲法是利用兩種聚合物在同一種溶劑中溶解性能不同的原理進(jìn)行復(fù)合紡絲,從纖維的橫截面看是許多島組分被海組分包圍著,海組分與島組分在纖維軸向上是連續(xù)、均勻的,將所得復(fù)合纖維采用適當(dāng)?shù)娜軇⒑＝M分溶解后即可得到只保留島組分的超細(xì)纖維。復(fù)合的形式主要有PA/PET、PA/PE或PET/PE等,所采用的比例多為70/30,采用該方法可得到0.05dtex甚至更細(xì)的超細(xì)纖維。該類超細(xì)纖維主要用于高檔紡織品和非織造布的生產(chǎn)。3.海島式海島型超極細(xì)纖維網(wǎng)絡(luò)體共混紡絲法是利用非相容高聚物體系共混紡絲,由于兩組分的組因此可使一種組分形成分散相,另一種組分形成連續(xù)相,分散相以微纖狀分散在基體相中,即所謂的“不定島”式海島型共混纖維,將其中的海組分溶解掉即可得到超極細(xì)纖維。采用共混復(fù)合紡絲纖維經(jīng)溶解后可得到0.0005dtex左右的束狀超極細(xì)纖維網(wǎng)絡(luò)體,該網(wǎng)絡(luò)體是制造高檔人造麂皮的最佳纖維材料。目前該類超細(xì)纖維主要用于高檔合成革基布的生產(chǎn)。4.熔噴非織造纖維材料法靜電紡絲法即聚合物噴射靜電拉伸紡絲法。紡絲過程中,將聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電,帶電的聚合物液滴在電場力的作用下在毛細(xì)管的Taylor錐頂點被加速。當(dāng)電場力足夠大時,聚合物液滴克服表面張力形成噴射細(xì)流,并在電場中拉伸,最終在接收裝置上形成非織造狀的超細(xì)纖維。用該方法可得到50~1000nm的納米級纖維。早在1934年就有人申請了靜電紡絲技術(shù)的專利,但是直到近10年來,靜電紡絲技術(shù)才得到了比較系統(tǒng)的理論研究和實驗認(rèn)證,并逐漸成為許多公司和科研機構(gòu)研究的熱點。可用于電紡絲的高分子材料有多種,幾乎不受任何限制,如聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚丙交酯(PLA)、膠原、聚苯胺、聚苯乙烯等等。5.氣腔噴絲法制備超細(xì)纖維聚合物樹脂經(jīng)擠壓熔融后,通過計量泵的精確計量送入一特殊的熔體分配腔,再通過整流后進(jìn)入紡絲熔體池,經(jīng)紡絲微孔噴出;同時噴絲組件與氣刀之間形成一特殊的氣腔,高壓熱風(fēng)氣流通過氣腔狹縫以近似于音速的速度噴射,氣刀刃部與噴絲組件尖端形成一紡絲錐。當(dāng)熔體從紡絲微孔中噴出后,在紡絲錐處被高速氣流夾持牽伸拉細(xì),經(jīng)冷卻后形成非織造狀的超細(xì)纖維。用該方法制得的纖維細(xì)度一般為2~10μm。隨著技術(shù)的發(fā)展,近年來已可制得1μm左右甚至納米級纖維。6.雙組分纖維復(fù)合技術(shù)閃蒸法也叫瞬時紡絲法,是一種超細(xì)纖維非織造技術(shù)。該方法是將紡絲用的聚合物在高溫高壓下溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?紡絲時經(jīng)擠壓機通過噴絲口而降為常壓。由于壓力突然降低,溶劑急劇揮發(fā),引起聚合物高度原纖化而成為超細(xì)纖維,再經(jīng)直接成網(wǎng)、熱軋粘合等工序,制成超細(xì)纖維非織造布。目前用該技術(shù)制得的纖維直徑一般在0.1~10μm(0.2~0.3D)之間。超細(xì)纖維以多種形態(tài)存在,既有復(fù)合態(tài),也有原纖態(tài),既有長絲和短纖,也有非織造布。長絲和短纖形態(tài)的超細(xì)纖維需要進(jìn)行紡、織、整理和再加工,才能成為應(yīng)用的產(chǎn)品并體現(xiàn)其特殊性能,而非織造布形態(tài)的超細(xì)纖維則可以直接或與其它材料組合、復(fù)合后使用,但最終目的都是要應(yīng)用其“超細(xì)”的特質(zhì)。為了使超細(xì)纖維材料及其產(chǎn)品充分發(fā)揮其“超細(xì)”的特質(zhì)和滿足特定應(yīng)用的需要,很多情況下都要對其進(jìn)行“超細(xì)纖維的功能化處理”,而復(fù)合化就是常用的處理方法之一。由于紡織工藝的局限,超細(xì)纖維產(chǎn)品的復(fù)合化大都采用非織造工藝來實現(xiàn)。目前應(yīng)用最多的主要有針刺法、水刺法、熱粘合法、化學(xué)粘合法、超聲波粘合法等等,其中水刺復(fù)合法將是今后超細(xì)纖維復(fù)合技術(shù)研究中最重要的一項技術(shù)?；诜强椩煨袠I(yè)的通識,本文將復(fù)合纖維的“超細(xì)化”處理也納入“復(fù)合”的范疇進(jìn)行論述。二、柔性材料的復(fù)合式水刺復(fù)合法近年來,水刺固結(jié)和紡粘工藝一樣已成為目前世界上發(fā)展最快的非織造工藝之一。據(jù)統(tǒng)計,2008年我國水刺非織造布的產(chǎn)量達(dá)到15.5萬t。水刺非織造生產(chǎn)技術(shù)是20世紀(jì)70年代中期由美國DuPont公司和Chicopee公司發(fā)明并于80年代實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一種新技術(shù),90年代中后期逐步引入我國。該技術(shù)是利用高壓微細(xì)水柱對纖維網(wǎng)進(jìn)行噴射,在壓力的作用下,水流穿過纖網(wǎng)層并受托持網(wǎng)簾的反彈穿刺,使其纖維產(chǎn)生相互位移、穿插、纏結(jié)和抱合,從而使纖網(wǎng)層得到加固形成水刺非織造布。水刺固結(jié)的優(yōu)點在于,產(chǎn)品克重較輕時,固結(jié)強度好于針刺,且手感柔軟,懸垂性好,表面細(xì)致、平整,尤為其它固結(jié)方法所不及。特別是對于裂片型雙組分超細(xì)纖維,水刺工藝可以把開纖和固結(jié)兩種加工同時完成,因此發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒?。除了對紡絲成網(wǎng)和梳理成網(wǎng)直接用水刺聯(lián)線進(jìn)行固結(jié)外,輕克重的紡絲成網(wǎng)和梳理成網(wǎng)非織造布也可經(jīng)輕度熱軋下機后再經(jīng)水刺處理。水刺可以把部分熱軋點打開,并以水刺纏結(jié)來代替,這樣的結(jié)果可以改變原來熱軋固結(jié)手感硬板、粗糙的感覺,從而使產(chǎn)品變得非常柔軟、蓬松、細(xì)膩,在這種情況下水刺的速度可以開得很高(國外有開到600m/min的)。這種產(chǎn)品非常適合用作揩布,國際上已有一些企業(yè)采用這種工藝正常生產(chǎn)。Fleissner(福來司拿)公司還提出克重較大的產(chǎn)品如土工布等采用水刺工藝的可能性。他們認(rèn)為土工布等產(chǎn)品一般采用針刺工藝,速度過慢,針刺機采用高速又會損傷纖維。而如果采用水刺固結(jié),可以加快速度提高效率,同時還可增加強度。由于水刺固結(jié)強度增大,還可適當(dāng)降低克重,因此可以提高其經(jīng)濟(jì)性。Fleissner為了促進(jìn)這種設(shè)想,已設(shè)計、制造了寬幅(超過5m)的水刺設(shè)備。同樣,一般意義的水刺復(fù)合技術(shù)也是以微細(xì)高壓水流為手段,通過對兩種或兩種以上材料的穿透,使纖維在兩種或兩種以上材料的界面相互纏結(jié)而形成一個功能性整體的復(fù)合技術(shù)。然而,采用水刺方法對復(fù)合纖維的“超細(xì)化”處理在行業(yè)里通常也被認(rèn)為是水刺復(fù)合技術(shù)。與普通水刺非織造技術(shù)一樣,水刺復(fù)合技術(shù)具有工藝靈活、原料適應(yīng)性廣、生產(chǎn)效率高、無污染等特點;復(fù)合后的產(chǎn)品不含化學(xué)助劑、手感柔軟、透氣性好、均勻度高、產(chǎn)品多樣,且外觀接近紡織品,因此在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用,水刺復(fù)合技術(shù)也就成為現(xiàn)代柔性材料復(fù)合技術(shù)的主要發(fā)展方向。目前,應(yīng)用比較多的有木漿水刺復(fù)合、紡粘水刺復(fù)合、加強網(wǎng)水刺復(fù)合及超細(xì)纖維水刺復(fù)合等技術(shù)。三、幾種水刺方法在超細(xì)纖維水刺復(fù)合技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)用比較多的有分裂纖維水刺開纖法、雙組分紡絲水刺復(fù)合法、靜電紡絲水刺復(fù)合法、超細(xì)纖維濕法非織造布與機織物水刺復(fù)合等等,本文簡要介紹幾種方法的技術(shù)特點和現(xiàn)狀。1.水刺開纖法主要形式:分裂型復(fù)合短纖網(wǎng)+水刺。水刺開纖主要采用分裂型復(fù)合短纖維經(jīng)梳理成網(wǎng)后,經(jīng)過高壓水針壓力的機械作用使其分割為0.1dtex左右的超細(xì)纖維,同時經(jīng)過水針壓力的穿刺和不同方向的反彈穿刺而成為結(jié)構(gòu)致密細(xì)膩的超細(xì)纖維水刺非織造材料。分裂纖維水刺開纖法是在超細(xì)纖維水刺法中應(yīng)用最早且最為成熟的一種工藝方法,日本東麗、帝人、鐘紡等公司在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位,在國內(nèi)僅有杭州路先、海南欣龍等幾家公司掌握該技術(shù),但是離國外先進(jìn)水平還有一定的差距。水刺開纖法中主要采用的纖維為桔瓣形分裂纖維,分36瓣、24瓣、16瓣、6瓣等類型,其組分的構(gòu)成也有若干種,較常見的有PA/PET、PP/PET、PE/PA等,在兩種聚合物的比例上有55/45、70/30、60/40等區(qū)分。不同類型的分裂纖維,其分裂程度、單絲細(xì)度及對水刺工藝的要求不盡相同。在水刺法中應(yīng)用較多的為16瓣分裂纖維,其組成比為PET/PA(70/30),纖維經(jīng)高壓水刺開纖后單絲細(xì)度可達(dá)0.11dtex,開纖率可達(dá)80%以上。水刺工藝是技術(shù)的核心,壓力太高容易將纖維打斷,而太低又影響開纖的效果,因此不同的設(shè)備需要配置不同的水刺工藝。分裂纖維水刺非織造材料經(jīng)過進(jìn)一步的涂層、磨毛、刷毛等工藝便可制成高仿真的人造麂皮。采用分裂纖維水刺法制成的人造麂皮具有手感柔軟、懸垂性好、透氣、透濕、色澤鮮艷多樣、絨毛豐滿均勻、有利于設(shè)計裁剪等特點。由其制成的服裝材料與真皮相比,具有可水洗、不易蟲蛀、易保養(yǎng)等特點,在國外已大量應(yīng)用。分裂纖維水刺非織造布在高級揩布、過濾材料、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域也有自己獨特的優(yōu)勢。2.熔噴非織造布技術(shù)主要形式:熔噴+機(針)織布、熔噴+非織造布、熔噴+纖維網(wǎng)。熔噴法非織造布由于具有纖維超細(xì)、過濾效率好等特性,因而廣泛用作保溫材料、過濾材料、吸油材料等。但是由于應(yīng)用領(lǐng)域窄、后處理缺失、研發(fā)薄弱等影響,因而熔噴非織造布近幾年增長緩慢,但熔噴水刺復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用成為了熔噴技術(shù)應(yīng)用的一個新亮點。熔噴+機(針)織布、熔噴+非織造布或熔噴+纖維網(wǎng)等組合通過水刺復(fù)合后,熔噴超細(xì)纖維被分散到其它纖維組織材料中,經(jīng)過相互的穿插結(jié)合,成為一種全新的結(jié)構(gòu)體,在布面的柔軟度、強度、均勻性、摩擦系數(shù)、手感等方面得到了完全不同的效果。水刺熔噴復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于擦拭材料、過濾材料、衛(wèi)生材料等領(lǐng)域;還可以根據(jù)需要經(jīng)過涂層或功能性整理,應(yīng)用于服裝、防護(hù)等領(lǐng)域。熔噴水刺復(fù)合技術(shù)是一項最新的水刺法復(fù)合技術(shù),如何得到性能俱佳的熔噴水刺復(fù)合材料,不同的應(yīng)用需要和生產(chǎn)線配置在工藝上也有不同,需要很好地解決水刺工藝以及不同熔噴布對復(fù)合工藝的影響。3.在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要形式:靜電紡絲+機(針)織布。靜電紡絲作為一種簡便高效的生產(chǎn)超細(xì)及納米纖維的新型加工技術(shù),由于其制備的納米纖維所具有的獨特優(yōu)勢,引起了人們的廣泛關(guān)注。由靜電紡絲法生產(chǎn)的非織造材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域可用于軟組織修復(fù)、保護(hù)傷口不被細(xì)菌感染的醫(yī)療防護(hù)產(chǎn)品,還可用作皮膚護(hù)理、皮膚清潔或具有其他治療性能的醫(yī)用面膜;在服裝材料方面,可用于制作生化領(lǐng)域的防護(hù)服,抗靜電、抗紫外線、耐日曬服裝等;由于具有高介電常數(shù)、低介電損耗和較好的熱穩(wěn)定性能,因此可用于生產(chǎn)防電磁輻射、防腐類產(chǎn)品。靜電紡絲+機(針)織布的水刺復(fù)合技術(shù)是首先將靜電紡絲紡出的纖網(wǎng)與機(針)織布的組合體在高壓水針下進(jìn)行復(fù)合,復(fù)合后可得到特殊的表面性能,具有良好的均勻度和透氣性,外觀平整。目前該工藝還未形成產(chǎn)業(yè)化,國內(nèi)外對靜電紡絲水刺復(fù)合產(chǎn)品的研究尚處于實驗室研究階段。4.濕法非織造布與水刺非織造布的復(fù)合方式主要形式:濕法非織造布+機(針)織布。該技術(shù)的工藝路線為,首先將由熔體直紡得到的超細(xì)纖維切斷為長度在3~10mm左右的短纖維,然后通過濕法非織造技術(shù)得到超細(xì)