趙 博

(中原工學(xué)院,河南 鄭州 450007)

聚合物紡粘法非織造布的新型原料及發(fā)展趨勢(shì)

趙 博

(中原工學(xué)院,河南 鄭州 450007)

簡(jiǎn)要介紹了幾種紡粘法非織造布新型原料的特點(diǎn),指出新型紡粘原料加工的產(chǎn)品具有質(zhì)量?jī)?yōu)和性能獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn),并展望了紡粘非織造布新型原料的發(fā)展方向和應(yīng)用前景。

紡粘法;非織造布;新原料;性能;發(fā)展

紡粘法也就是熔融紡絲成網(wǎng)法,它是利用化學(xué)纖維紡絲原理的方法,在聚合物紡絲成形過(guò)程中通過(guò)驟冷的空氣對(duì)擠出的熔體細(xì)絲進(jìn)行冷卻,使細(xì)絲在冷卻過(guò)程中受到拉伸氣流的拉伸作用,形成連續(xù)長(zhǎng)絲,然后在凝網(wǎng)簾上成網(wǎng),并鋪放在成網(wǎng)簾上,再經(jīng)固結(jié)裝置處理后形成紡粘法非織布。該方法是一種一步法成布非織造技術(shù)。紡粘法非織造布技術(shù)不僅在工藝路線和設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面有獨(dú)特之處,而且加工的產(chǎn)品也各有其特點(diǎn)。近年來(lái),由于紡粘法非織造布技術(shù)生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能優(yōu)良和應(yīng)用范圍廣,迎合了當(dāng)今世界非織造布產(chǎn)品向高性能、薄型化發(fā)展的方向,所以在工藝、設(shè)備、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本等方面都得到了極大的進(jìn)步和提高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,必將更大程度地推動(dòng)紡粘法非織造布技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。筆者僅就紡粘法非織造中的原料和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等作一綜述和回顧。

1 紡粘法非織造布常用的原料

紡粘法非織造布采用的原料主要有聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA等,由于紡絲速度高,細(xì)纖維的結(jié)晶度和取向度也較高,故纖維具有良好的熱收縮性和耐熱性。

聚丙烯 PP是紡粘生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種樹(shù)脂,它具有熔點(diǎn)低、強(qiáng)力高、化學(xué)性好和價(jià)格低等特點(diǎn),適合加工衛(wèi)生巾、尿布和包裝材料等等。聚酯PET是紡粘生產(chǎn)中應(yīng)用僅次于聚丙烯 PP的一種樹(shù)脂,它具有強(qiáng)度高、耐氣候性強(qiáng)和綜合性能好等特點(diǎn)。根據(jù)加固方式的不同,切片原料可以采用均聚物和共聚物,它適合加工農(nóng)業(yè)、包裝材料、建筑和屋頂材料等。聚酰胺 (PA6)和 (PA66)具有吸濕性好、染色性好和耐磨等優(yōu)點(diǎn),但是由于價(jià)格較高,所以使用較少。美國(guó)和歐洲利用MET30-35聚丙烯切片,用于紡粘法非織造布生產(chǎn),紡粘溫度控制在 235～240℃;神戶(hù)制鋼公司利用均聚物紡粘法能改善聚丙烯紡粘法的生產(chǎn)能力。

目前以復(fù)合產(chǎn)品和雙組分纖維為原料生產(chǎn)的紡粘法非織造布已發(fā)展為紡粘技術(shù)的主流。

2 紡粘非織造布產(chǎn)品的特點(diǎn)

2.1 紡粘產(chǎn)品差別化、功能化[1]

利用芳香型纖維、阻燃纖維、遠(yuǎn)紅外纖維、防臭抗菌纖維、高吸濕纖維等加工紡粘產(chǎn)品,有良好的保健功能,舒適性好;利用硼和鋰化合物粉末與聚乙烯或聚丙烯共混紡絲,加工的紡粘產(chǎn)品具有防中子輻射的功能;利用抗靜電母粒,生產(chǎn)的紡粘非織造布具有良好的抗靜電性。

德國(guó) Freuderberg公司在紡粘設(shè)備上,采用裂片型雙組分紡絲的噴絲板,纖維使用 PET/PA雙組分纖維紡絲,分離成的單纖維為 0.1 dtex,這些超細(xì)紡粘產(chǎn)品比表面積大,透氣性好,屏蔽性好,能防止塵屑和螨蟲(chóng)的侵入,避免對(duì)人體產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng),適合做床上用品。

通過(guò)改進(jìn)噴絲板孔徑和孔型,可生產(chǎn)出粗旦紡粘產(chǎn)品。采用中空噴絲孔、Y型孔、十字形孔、五角星孔和三葉形噴絲孔,能生產(chǎn)新型的紡粘非織造布,這些產(chǎn)品透氣性和透濕性好。

在聚合物中增加添加劑或做成紡粘產(chǎn)品后,再通過(guò)浸漬、噴淋等后整理,賦予產(chǎn)品一定的功能性,如阻燃性、防紫外線性、抗靜電性、防污性、抗菌性等。在紡粘法生產(chǎn)線的熱軋機(jī)和卷曲機(jī)之間增加一套浸水 (噴霧)與烘干機(jī)組,使紡粘布經(jīng)熱軋之后,在含有不同性質(zhì)的藥液中浸漬 (或噴霧)并烘干,然后再進(jìn)行卷曲,從而使紡粘產(chǎn)品具有不同的功能性。在切片投料斗內(nèi)加入功能性母粒,所生產(chǎn)的功能性紡粘非織造布作用持久,不會(huì)消失。

2.2 采用新型聚合物

采用新型聚合物[2]用于纖維紡絲也是紡粘技術(shù)的一個(gè)新發(fā)展。所使用的新型聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、可熔融仿彈性體、PLA、PTT等等,在紡粘產(chǎn)品中存在的形式可以是雙組分纖維的皮層或均聚物纖維。

美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)了可生物降解的 Sorona纖維紡粘產(chǎn)品,美國(guó) Ason和 Eastman公司開(kāi)發(fā)了可生物降解的聚酯紡粘產(chǎn)品。美國(guó) Eastman公司開(kāi)發(fā)了PCT、PBT聚酯紡粘產(chǎn)品,Toray公司開(kāi)發(fā)了能控制污染的 PPS紡粘產(chǎn)品,它可以做過(guò)濾介質(zhì)。美國(guó)?？松鹃_(kāi)發(fā)了全同立構(gòu)聚合物,用于紡粘生產(chǎn),可加工高強(qiáng)度、輕型的紡粘產(chǎn)品,產(chǎn)品手感柔軟,用于衛(wèi)生用品、醫(yī)院服裝和特殊過(guò)濾材料。日本東洋公司開(kāi)發(fā)了聚酯彈性纖維紡粘產(chǎn)品,產(chǎn)品伸縮性好;開(kāi)發(fā)的 PBT纖維紡粘產(chǎn)品,柔軟性和成型好,用于汽車(chē)車(chē)頂材料。

日本可樂(lè)麗公司采用 ExcevalT M的可溶性樹(shù)脂,與 PP(PE、PA)在紡粘設(shè)備上加工雙組分纖維,噴絲板是裂片型的,加工的產(chǎn)品吸水性好,克重輕,強(qiáng)力大,可用于農(nóng)業(yè)、美容面膜、過(guò)濾材料等。

美國(guó)阿松公司采用可生物降解的 Eastar bio聚酯纖維加工紡粘產(chǎn)品。美國(guó)的 Eastman公司采用PCT和 PBT聚酯纖維加工紡粘法非織造布產(chǎn)品。其它新型聚合物還包括共聚酯、共聚酰胺和可熔融仿彈性體及聚乙烯等等,它們?cè)诩徴钞a(chǎn)品中存在的形式可以是雙組分纖維的皮層或均聚物纖維,賦予紡粘產(chǎn)品以更新和更優(yōu)異的性能。紐馬格公司采用其它生物可降解聚合物、PU、CO-PP、PEPET、COPET、PLA、其它尼龍聚合物和其它特種聚合物,加工的產(chǎn)品種類(lèi)多,性能好。

2.3 復(fù)合產(chǎn)品和雙組分纖維[3]

以復(fù)合產(chǎn)品和雙組分纖維為原料生產(chǎn)的紡粘法非織造布已成為紡粘技術(shù)的主流。雙組分紡粘技術(shù)是將復(fù)合紡絲的成纖技術(shù)和紡粘法的成網(wǎng)、成布技術(shù)相結(jié)合的一種最新非織造布生產(chǎn)技術(shù)。最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用不同原料,通過(guò)不同的復(fù)合形式,生產(chǎn)出不同性能的產(chǎn)品。雙組分纖維由兩種不同的聚合物組成,目前最常用的結(jié)構(gòu)形式是皮芯型、并列型、剝離型。皮芯型雙組分纖維一般指的是單芯,可分成同芯型和偏芯型。并列型是利用兩種熱濕收縮性能不同的聚合物,經(jīng)熱處理后形成的。剝離型雙組分纖維是生產(chǎn)超細(xì)纖維的常用方法,它利用兩種非粘合性高聚物,以一定的形式組合,紡制成單根纖維,其橫截面上各組分以不同形狀分布,然后用物理或化學(xué)剝離方法,使纖維中的各組分相互分離。加工雙組分纖維不僅能賦予產(chǎn)品較高的強(qiáng)度、柔軟性和親水性,而且還能降低成本,提高生產(chǎn)速度。

皮芯層纖維是最為普遍的雙組分復(fù)合紡粘法非織造布的形式,其皮芯結(jié)構(gòu)長(zhǎng)絲的外層是一種低熔點(diǎn)的聚合物,皮芯的比例從 10/90到 50/50,典型的皮芯主要是 PE/PP、PP/PET、PE/PET、COPET/PET等。皮芯型雙組分非織造布有很多優(yōu)點(diǎn),一是皮層的低熔融溫度有牢固的粘合力,能提高生產(chǎn)速度,降低生產(chǎn)成本;二是粘合溫度不影響芯層聚合物的取向,加工的產(chǎn)品強(qiáng)力大;三是皮層聚合物賦予非織造布的柔軟性不影響非織造布的其他性質(zhì);四是由于高成本的添加劑只是同皮層聚合物混合,成本低。

第二種形式的雙組分纖維是剝離型纖維,如采用中空橘瓣型纖維,纖維細(xì)度達(dá)到 0.11dtex,加工的紡粘產(chǎn)品的手感接近細(xì)旦纖維加工。

第三種形式是采用可溶性聚合物,如 EVOH或可用熱水洗掉的水解 PET,2.2 dtex的海島纖維通過(guò)洗去海的組分后,就能得到 2μm纖維組成的紡粘產(chǎn)品。

其它的復(fù)合產(chǎn)品還有日本尤尼吉卡公司的 PE/PET皮芯復(fù)合產(chǎn)品 Eleves,該產(chǎn)品具有強(qiáng)力高,耐溫性好,對(duì)紫外線或射線穩(wěn)定的性能。如德國(guó) Freuderberg公司的 PA/PE橘瓣型復(fù)合產(chǎn)品 TEvolon,Neumag公司的 PP/PE皮芯雙組分復(fù)合紡粘法非織造布等。

3 紡粘法非織造布發(fā)展趨勢(shì)

3.1 紡絲纖維趨于細(xì)旦化[4～5]

紡粘法最先進(jìn)的技術(shù)是趨向于紡絲細(xì)旦化和微細(xì)旦化。采用細(xì)旦纖維,可以使紡粘產(chǎn)品的表面均勻性和豐滿性得到很大程度的改善。目前,細(xì)旦纖維纖度能達(dá)到 0.78 dtex,日本神戶(hù)制鋼公司的 PP可紡到 0.55 dtex,PET可紡到 1.0 dtex,日本 Kobelco公司的 PET可紡到 0.5～0.7 dtex,加工的產(chǎn)品柔軟、拉伸強(qiáng)度高、產(chǎn)品均勻性好。

牽伸器性能、噴絲板孔徑和冷卻條件是加工細(xì)旦和微細(xì)旦纖維的關(guān)鍵。美國(guó)阿松 Ason公司采用高壓窄縫牽伸工藝,可以生產(chǎn) 0.7 dtex的丙綸纖維和 0.5 dtex的滌綸纖維。在 Ason公司的紡粘技術(shù)中,最高的紡絲速度達(dá) 8 km/min,甚至達(dá) 10 km/min,該公司利用MFR是 700的聚丙烯切片,在紡絲速度 6 km/min下,進(jìn)行紡粘法生產(chǎn),可加工出 0.2旦的長(zhǎng)絲或更細(xì)的長(zhǎng)絲,而且強(qiáng)度較高,它完全可以代替熔噴產(chǎn)品,這對(duì)于紡粘非織造布產(chǎn)品來(lái)說(shuō),不僅是一個(gè)新思路,而且也是一個(gè)革命性的突破。

德國(guó)的 Reifenhauser公司的 Reicofil-3型設(shè)備PP紡到 0.78 dtex,PET紡到 1.0 dtex。德國(guó)的 Reifenhauser公司生產(chǎn)的 Reicofil- IV型設(shè)備 PP紡到 0.5 dtex,PET紡到 0.7 dtex。

3.2 設(shè)備多功能化

設(shè)備不但能生產(chǎn)熔噴、紡粘和復(fù)合產(chǎn)品等,而且可以生產(chǎn)厚型和薄型紡粘法非織造布。意大利的摩登公司采用雙套噴絲板和可升降的牽伸器,可生產(chǎn)聚丙烯 PP和聚酯 PET紡粘產(chǎn)品。德國(guó)萊芬豪舍公司可生產(chǎn)熔噴和紡粘復(fù)合產(chǎn)品。日本神戶(hù)公司可以生產(chǎn)聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA6、PA66等等。德國(guó) EMS公司采用高速吸氣系統(tǒng),可以使用原料有聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA等,產(chǎn)品范圍廣,在加工薄型產(chǎn)品時(shí),不但纖網(wǎng)均勻度好,而且能耗低。

目前,德國(guó)有 Freudenberg公司、Phonix公司和HydroSpun公司能生產(chǎn)雙組分紡粘—水刺復(fù)合超細(xì)纖維非織造布產(chǎn)品,Phonix公司能生產(chǎn)短纖和長(zhǎng)絲紡粘—水刺復(fù)合超細(xì)纖維非織造布。產(chǎn)品不僅可加工擦拭布等,而且可加工沙發(fā)面料、防曬床簾和汽車(chē)防曬布等。

美國(guó)諾信 (Nordson)公司開(kāi)發(fā)的 Microfil設(shè)備,采用整板正壓牽伸,利用 Hills技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合產(chǎn)品和雙組分纖維紡粘產(chǎn)品,包括 PET、PE、PLA紡粘產(chǎn)品,克重最輕達(dá) 10 g/m2,纖維細(xì)度最細(xì)達(dá) 0.72 dtex。

原美國(guó) Ason公司 (已被紐馬格公司兼并)生產(chǎn)的設(shè)備,采用正壓牽伸,能加工滌綸、錦綸、丙綸等雙組分紡粘法非織造布產(chǎn)品。荷蘭的阿克蘇 (Akzo)公司可生產(chǎn)皮芯錦滌復(fù)合紡粘生產(chǎn)線,產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用。美國(guó)希爾 (Hills)公司生產(chǎn)的設(shè)備,噴絲板設(shè)計(jì)獨(dú)特,能生產(chǎn)滌綸、錦綸、丙綸等各種組分的復(fù)合纖維。

德國(guó)的 Reifenhauser公司、荷蘭的阿克蘇(Akzo)公司、美國(guó)諾信 (Nordson)公司、美國(guó) Ason公司(已被 Neumag紐馬格公司兼并)生產(chǎn)的設(shè)備、美國(guó)希爾 (Hills)公司都提供雙組分紡粘法技術(shù)。

德國(guó) Freuderberg公司在紡粘設(shè)備上,采用裂片型雙組分紡絲的噴絲板,纖維使用 PET/PA雙組分纖維紡絲,分離成的單纖維為 0.1 dtex。這些超細(xì)紡粘產(chǎn)品,比表面積大,透氣性好,屏蔽性好,能防止塵屑和螨蟲(chóng)的侵入,避免對(duì)人體產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng),適合做床上用品。

3.3 紡粘與其它非織造布技術(shù)結(jié)合

3.3.1 紡粘與水刺非織造布技術(shù)結(jié)合

利用水刺的水流穿刺方法來(lái)固結(jié)紡粘布,產(chǎn)品強(qiáng)力高,成網(wǎng)均勻,產(chǎn)品很接近機(jī)織布的質(zhì)量,適合做外衣和裝飾布。對(duì)長(zhǎng)絲進(jìn)行水刺時(shí),長(zhǎng)絲受損的幾率很小,由于沒(méi)有強(qiáng)壓點(diǎn)和強(qiáng)壓風(fēng),產(chǎn)品手感柔軟,吸濕性和透氣性好;不用或少用粘合劑,對(duì)生態(tài)無(wú)害;由于生產(chǎn)中纖網(wǎng)成形和纖網(wǎng)纏結(jié)速度高,生產(chǎn)成本低,產(chǎn)量高,并節(jié)約纖維成本;水刺工藝能夠壓緊和纏結(jié)多層纖網(wǎng),生產(chǎn)具有理想性能的復(fù)合新材料;水刺工藝可以分裂并纏結(jié)多組分纖維,生產(chǎn)柔軟而有強(qiáng)力的纖網(wǎng)。利用水刺固結(jié)紡粘網(wǎng),是紡粘法發(fā)展的一個(gè)方向。目前,Rieter-Perfojet公司利用水刺對(duì)紡粘法非織造布固結(jié)和整理,Fleissner公司利用水刺固結(jié)裂片型和海島型的紡粘網(wǎng)。

3.3.2 紡粘與熔噴非織造布技術(shù)結(jié)合

生產(chǎn)熔噴非織造布的聚合物[6]主要有聚酯、聚乙烯、尼龍等聚合物,目前生產(chǎn)熔噴法雙組分非織造布的聚合物主要包括以下產(chǎn)品:

a)皮芯層的聚合物。這種類(lèi)型可以是同心、偏心和異形的,一般情況下廉價(jià)材料做芯,具有特殊性能的聚合物做外皮層。例如芯層為聚丙烯,外皮為可粘接用的低熔點(diǎn)聚乙烯或改性聚丙烯等。

b)末端型的聚合物。該類(lèi)型是具有三葉形或十字形的末梢復(fù)合另一種聚合物,例如做導(dǎo)濕和導(dǎo)電纖維時(shí),可以在頂尖上復(fù)合上導(dǎo)電聚合物,這樣不僅具有導(dǎo)濕導(dǎo)電和抗靜電的功能,而且還可以節(jié)省導(dǎo)電聚合物用量,降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

c)微細(xì)旦型的聚合物。該類(lèi)型不僅可以是呈加桔瓣形、條形剝離型組件,而且也可以是海島型纖維,用這兩種不相容的聚合物剝離不僅做成超細(xì)纖維網(wǎng),也可以做成納米纖維網(wǎng)。

d)混合型的聚合物。該類(lèi)型的特點(diǎn)是將不同材料、不同顏色、不同纖維和不同截面形狀混合,甚至和皮芯并列纖維混合的既有共混,又有雙組分纖維的纖維網(wǎng),這樣就可以使纖維網(wǎng)具有所需要的各種性能。

3.4 采用聚氨酯彈性纖維

日本鐘紡公司又在熔噴法非織造布技術(shù)的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了具有彈性的熱縮性聚氨基甲酸酯紡粘非織造布。均聚聚氨基甲酸酯并不具有彈性,但是其嵌段共聚物中,由低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯和聚醚組成軟鏈段,并在常溫下處于高彈態(tài),在應(yīng)力作用下,很容易發(fā)生變形,從而賦予纖維被拉伸變形的性能。由二異氰酸酯構(gòu)成硬鏈段,由于其容易結(jié)晶,并可產(chǎn)生橫向交聯(lián),在應(yīng)力作用下不發(fā)生變形,防止分子間的滑移,而賦予纖維足夠的回彈性。常用的物理交聯(lián)是通過(guò)硬鏈段間的緊密斂集產(chǎn)生結(jié)晶,而使大分子間發(fā)生橫向的連接和化學(xué)交聯(lián),即通過(guò)硬鏈段間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)分子間的連接。一般聚氨酯根據(jù)分子鏈結(jié)構(gòu)中的軟鏈段是聚酯或聚醚而分為聚酯型和聚醚型。線性聚氨酯嵌段共聚物的合成分為兩步,第一步是預(yù)聚合,第二步是低相對(duì)分子質(zhì)量的含有活潑氫原子的雙官能團(tuán)化合物做鏈增長(zhǎng)劑,與預(yù)聚物繼續(xù)反應(yīng),生成線性聚氨酯嵌段共聚物。一般情況下,氨綸的分子結(jié)構(gòu)中,軟鏈段部分的相對(duì)分子質(zhì)量越大,纖維的伸長(zhǎng)彈性和回彈性越高,化學(xué)交聯(lián)型聚氨酯彈性纖維的回彈能力比物理交聯(lián)型的更好。聚醚型氨綸比聚酯型氨綸彈性伸長(zhǎng)、回彈性高。

4 結(jié) 語(yǔ)

面對(duì) 21世紀(jì)非織造布行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì),新一代紡粘新技術(shù)必將以新的姿態(tài)不斷開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域,與其它非織造布工藝相結(jié)合,不斷開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品,拓展發(fā)展方向,跨入一個(gè)嶄新的里程。

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New materials and development trend of polymer spunbonding nonwoven

Zhao Bo
(Zhongyuan university of technology,Henan,zhengzhou,450007)

This paper briefly describes several new materials characteristica of spunbonding nonwoven fabrics.It is pointed that the new spunbonding nonwoven product made from new materials have good quality and unique features and perfor mance etc.,and the development direction of spunbonding nonwoven fabrics and new materials application have good prospects.

spunbonding;nonwoven fabrics;new materials;performance;development

TS174

A

1006-334X(2010)02-0033-04

2010-05-18

趙博 (1966-),男,河南南陽(yáng)人,碩士,主要從事非織造布技術(shù)的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。