黃族健

福建省南紡有限責(zé)任公司， 福建 南平 353000

針?biāo)虖?fù)合海島超纖合成革基布研發(fā)*

黃族健

福建省南紡有限責(zé)任公司， 福建 南平 353000

基于對海島超細(xì)纖維的分析，研發(fā)了針刺、水刺、復(fù)合、堿減量工藝，解決了海島超纖合成革基布生產(chǎn)中后堿減量工藝流程長、一次性投資成本高及產(chǎn)品表面粗糙、門幅收縮程度大、易折皺、手感硬等問題，開發(fā)的針?biāo)虖?fù)合海島超纖合成革基布產(chǎn)品的性價比高，為高仿真合成革生產(chǎn)商提供了更多選擇，大大降低了合成革生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入超纖合成革生產(chǎn)的門檻，擴(kuò)大了超纖合成革的產(chǎn)能，滿足市場需求。

海島超細(xì)纖維， 針刺， 水刺， 復(fù)合， 堿減量

當(dāng)今，超細(xì)纖維(超纖)高仿真合成革代表著整個合成革行業(yè)的發(fā)展方向，對其進(jìn)行研究開發(fā)，要解決纖維紡絲、無紡基布制造、合成革生產(chǎn)三大難題。本文采用前堿減量法，即以超細(xì)纖維為原料，通過針刺和水刺復(fù)合加工制成針?biāo)虖?fù)合海島超纖基布，然后通過堿減量、聚乙烯醇(PVA)浸漬等工藝制成海島超纖聚氨酯(PU)革基布，再經(jīng)樹脂整理制成半成品革貝斯(BASS)，最后通過PU貼合等工藝得到針?biāo)虖?fù)合海島超纖高仿真合成革基布成品。它具有較好的耐磨性、回彈性、柔軟性、舒適性及抗折皺、抗靜電、抗老化和高仿真性，使用價值超過天然皮革，受到眾多國際知名品牌的青睞，其使用量呈迅速增長的趨勢，具有廣闊的市場前景，體現(xiàn)了合成革技術(shù)的發(fā)展方向。

1 現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)生產(chǎn)海島超纖合成革的主要工藝流程：

海島超纖→針刺基布→基布整理→濕法制革→堿減量處理→磨皮上油→PU貼合→成品革。

此工藝流程的投資較大，主要是其堿減量設(shè)備復(fù)雜、制造難度大，故成本高。另外，此工藝流程長度超過260 m，張力控制要求精細(xì)、復(fù)雜，生產(chǎn)時易出現(xiàn)幅寬不穩(wěn)、不達(dá)標(biāo)等質(zhì)量問題，并影響產(chǎn)品手感和張力均勻性。因此，此工藝流程在國內(nèi)發(fā)展緩慢。

2 研發(fā)內(nèi)容

本項(xiàng)目研發(fā)內(nèi)容主要有3個方面：

一是在海島超纖層的中部復(fù)合1層錦綸長絲基布，以有效提高制品的拉伸強(qiáng)力、降低制品的伸長率、提高制品的抗變形能力。

二是開拓性地采用針刺+水刺的復(fù)合工藝，將針刺和水刺2種非織造布的優(yōu)點(diǎn)融為一體，以提高制品的表面平整度及密實(shí)感。

三是采用特殊后整理工藝，以提高制品的堿減量率、改善制品的親水性及抗靜電性能，從而利于下游企業(yè)生產(chǎn)合成革的需要。

3 主要生產(chǎn)工藝流程和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 針?biāo)虖?fù)合工藝流程

針?biāo)虖?fù)合工藝流程如圖1所示。

3.2 纖維原料分析和選擇

3.2.1 纖維原料分析

海島超纖可分為不定島型和定島型2類。目前，國內(nèi)的超纖生產(chǎn)主要采用日本逐漸陶汰的不定島型海島超纖生產(chǎn)技術(shù)。近年來，定島型海島超纖在國內(nèi)日益受到重視，并基本形成了批量生產(chǎn)。

圖1 針?biāo)虖?fù)合工藝流程

不定島型海島超纖特點(diǎn)：

(1) 不定島型海島超纖開纖后，其單纖線密度在0.001～0.111 dtex，細(xì)度不均勻；纖維長度也不一致，最短在1.0 mm以下。因此，由其制作的合成革產(chǎn)品的手感、物性、風(fēng)格等都受到一定影響，存在均勻性、連續(xù)穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)。

(2) 不定島型海島超纖的海的成分主要是聚乙烯(PE)，可紡性差，梳理出的纖網(wǎng)經(jīng)常不均勻，從而影響產(chǎn)品的均勻性。另外，PE的熔點(diǎn)低，纖維間抱合力差，其加工難度大，易造成纖維在開松過程中堵塞及梳理機(jī)黏針布，嚴(yán)重時可導(dǎo)致設(shè)備故障。

(3) 不定島型海島超纖的開纖采用甲苯萃取工藝。甲苯是易揮發(fā)、易燃、易爆且毒性強(qiáng)的有機(jī)溶劑，會對環(huán)境造成較大污染。這是此項(xiàng)工藝逐漸被發(fā)達(dá)國家淘汰的主要原因。

定島型海島超纖特點(diǎn)：

(1) 定島型海島超纖可分為2種，即聚酰胺/堿溶聚酯和聚酯/堿溶聚酯。2種組分的質(zhì)量比決定了成纖質(zhì)量。通常，聚酰胺/堿溶聚酯類的手感、透氣性、回彈性及保型性均優(yōu)于聚酯/堿溶聚酯類。

(2) 定島型海島超纖開纖后，細(xì)度均一，其線密度約0.056 dtex。因此，由其制作的合成革產(chǎn)品的手感、仿真皮風(fēng)格及力學(xué)和染色性等都有改善。

(3) 定島型海島超纖的開纖采用堿減量工藝，相對于不定島型海島超纖的甲苯萃取工藝，其對環(huán)境的污染較小、生產(chǎn)過程中的危險性較低，在環(huán)保性與安全性上都有較大優(yōu)勢。

表1列出了定島型海島超纖的主要技術(shù)指標(biāo)。

表1 定島型海島超纖的主要技術(shù)指標(biāo)

3.2.2 纖維原料規(guī)格選擇

定島型海島超纖按2種組分如聚酰胺、堿溶聚酯的質(zhì)量比可分為錦/滌50/50、錦/滌60/40、錦/滌70/30等，按“島”數(shù)可分為37、 72、 90島等，單纖維線密度為2.222～6.667 dtex。本文在制革工序前進(jìn)行堿減量加工，屬“前減量”工藝路徑，不同于目前國內(nèi)多數(shù)合成革企業(yè)采用的“后減量”工藝路徑，若纖維太細(xì)(即線密度太小)，制品的幅寬穩(wěn)定性會受到影響，所以選用線密度較高、島數(shù)較少和聚酰胺(即島)含量高的纖維原料。這樣，經(jīng)堿減量處理后，基布的組織結(jié)構(gòu)變化小、密度下降幅度也不大，提高了制品的幅寬穩(wěn)定性，能夠滿足高檔合成革用基布的要求，成革后制品的手感會更加柔和、彈性更好。通過多次工藝試驗(yàn)和原料優(yōu)選，最終選擇聚酰胺/堿溶聚酯(即錦/滌)70/30、 3.333 dtex×51.0 mm、37島 的定島型海島超纖。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 針刺工藝技術(shù)

為了保證在堿減量處理后制品密度能夠滿足高檔合成革基布產(chǎn)品對高密度的要求，坯布密度應(yīng)盡量大，一般要求控制在0.25 g/cm3以上。因此，采用高針密的針刺工藝參數(shù)，并采用美國福斯特公司生產(chǎn)的超纖專用刺針，2臺預(yù)針刺選用福斯特F40CON刺針(新型錐形針)，主刺采用福斯特F40R2.3B刺針(2.3B指針鉤深度)，確保刺針與纖維達(dá)到最佳配合。同時選用韓國三和公司生產(chǎn)的高速針刺機(jī)，確保針刺密度達(dá)到2 500 次/cm2。通過上述措施，有效地減少了制備高面密度針刺產(chǎn)品時的斷針現(xiàn)象，減少了刺針的消耗和基布上針痕的產(chǎn)生，同時減小了刺針產(chǎn)生的針眼，提高了基布表面的平整度。

3.3.2 水刺工藝技術(shù)

(1) 主要工藝的制訂。為了提高針?biāo)虖?fù)合海島超纖合成革基布的表面平整度，提高水刺纏結(jié)程度，防止纖網(wǎng)散亂，在纖網(wǎng)剛進(jìn)入水刺區(qū)時采用雙網(wǎng)簾夾持式預(yù)濕預(yù)纏結(jié)系統(tǒng)，并優(yōu)化選擇合適目數(shù)的夾持壓緊簾。該系統(tǒng)在壓緊纖網(wǎng)過程中，排出纖網(wǎng)中的大部分空氣后，使纖網(wǎng)在被夾持狀態(tài)下進(jìn)入預(yù)濕纏結(jié)階段，目的是防止纖網(wǎng)散亂并使其得到初步纏結(jié)，同時減少后續(xù)高壓水刺纏結(jié)過程中因纖維散亂、移動而造成的纖網(wǎng)不均勻，更好地保證產(chǎn)品的表面平整度，并改善厚重產(chǎn)品的層間剝離問題。在水刺纏結(jié)過程中，水針頭壓力、纏結(jié)托網(wǎng)簾、水針形式是決定產(chǎn)品風(fēng)格及相關(guān)性能的主要因素。水針板也是影響產(chǎn)品性能的重要因素，包括水針板的孔徑、間距、排列形式等。通過優(yōu)化，選擇孔徑0.1 mm的單排細(xì)孔水針板，其可以產(chǎn)生較高的水壓，形成穿透力較大的水針，促進(jìn)了鋪網(wǎng)層間纖維的纏結(jié)能力，提高了產(chǎn)品的剝離牢度；同時使布面水針紋路更細(xì)膩，提高了布面的平整度。優(yōu)化水刺機(jī)工藝參數(shù)，水壓以從低到高的方式進(jìn)行配置，先由第一道水針從上往下進(jìn)行充分預(yù)濕，再由后面4道水針一上一下反復(fù)高壓纏結(jié)，促進(jìn)纖網(wǎng)兩面的纖維均衡地相向移動纏結(jié)，提高了水刺基布的強(qiáng)力和布面平整度。

(2) 烘干溫度控制。溫度對纖維的物理化學(xué)性能都會產(chǎn)生直接影響，因此溫度控制是超纖水刺基布生產(chǎn)中的重要工藝控制點(diǎn)。由于該水刺超纖基布的面密度較大、厚度較厚，其含水量較常規(guī)產(chǎn)品高，因而需較多的熱能進(jìn)行烘干，而高溫時超纖中的分子鏈會發(fā)生變化，從而惡化基布的手感、強(qiáng)力等指標(biāo)，對產(chǎn)品品質(zhì)不利，所以采取較低的適合溫度(依據(jù)超纖的玻璃化溫度決定)，同時增加烘干時間來保證產(chǎn)品的干燥程度。為了更好地適應(yīng)不同面密度、厚度的產(chǎn)品及不同車速生產(chǎn)的需要，采用2臺“歐型”熱風(fēng)穿透式烘干機(jī)和表面燙光烘干機(jī)進(jìn)行組合式烘干，可視生產(chǎn)情況的需要開啟其中1臺或2臺，也可將1臺用作烘干而另外1臺用作高溫定型。利用表面燙光烘干機(jī)的燙平作用，也能提高水刺基布的表面平整度。

3.3.3 針?biāo)虖?fù)合工藝技術(shù)

利用針刺生產(chǎn)線，將針刺錦綸長絲基布的強(qiáng)力高、不易變形等優(yōu)點(diǎn)與水刺基布的柔軟、致密、均勻等優(yōu)點(diǎn)融合在一起，開發(fā)出高端的針?biāo)虖?fù)合海島超纖合成革基布。為確保針?biāo)虖?fù)合加工時基布不產(chǎn)生折皺，同時復(fù)合層在超細(xì)纖維的中間層且不外露，以免影響制品外觀和手感，復(fù)合過程中必須嚴(yán)格控制過程張力，保持其持續(xù)、恒定；復(fù)合層退卷張力恒定，布幅穩(wěn)定，不發(fā)生偏移；復(fù)合針深合理，確保纖維穿刺充分但不受損傷。因此，設(shè)計(jì)制造了專門用于復(fù)合加工的雙退繞機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了雙幅復(fù)合不關(guān)車換卷的連續(xù)生產(chǎn)工藝。雙退繞機(jī)構(gòu)的使用不但使復(fù)合加工效率提高了60%以上，而且能確保基布張力相對平穩(wěn)，使復(fù)合產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性得到了保證。

3.3.4 堿減量工藝技術(shù)

在堿減量過程中，要得到均勻的開纖效果，并確保堿減量后超纖合成革基布的門幅滿足要求，關(guān)鍵是掌握好減量率。在處理過程中，影響減量率的因素主要有燒堿濃度、處理溫度和時間及使用促進(jìn)劑等，必須做到既減量充分又不損傷纖維和基布結(jié)構(gòu)。

(1) 堿液濃度控制。堿液濃度太低，則減量率低，開纖效果差，產(chǎn)品手感粗糙而硬挺；堿液濃度太高則減量率高，對纖維損傷大，產(chǎn)品面密度低、強(qiáng)力衰減程度大。通過試驗(yàn)，堿液體積比濃度控制在2.5%～3.0%，減量率達(dá)到25%～30%，開纖效果較好。

(2) 處理溫度控制。處理溫度太高，堿液在100 ℃時沸騰，易造成平幅卷染中基布左右滑移，同時會造成基布門幅收縮大；處理溫度太低，則減量率低，開纖效果差。通過試驗(yàn)，處理溫度控制在(95±1)℃較合適。

(3) 促進(jìn)劑控制。促進(jìn)劑使用TF-118L，其為陽離子聚合物，含有多個陽離子基團(tuán)，它們在堿液中會快速吸附到纖維表面，使堿液中的OH-轉(zhuǎn)移并聚集在纖維表面，促進(jìn)纖維水解。加入促進(jìn)劑，堿液質(zhì)量比用量減少20.0%，處理溫度從98 ℃以上下降到95 ℃，處理時間從70 min降到30 min，促進(jìn)劑質(zhì)量比用量控制在0.8%～1.2%，可達(dá)到預(yù)期效果。

堿減量處理過程中，其他張力控制在1.96～2.95 cN。堿減量處理完成后，超纖合成革基布必須經(jīng)充分水洗，然后用醋酸中和，pH值穩(wěn)定在6～8，保證基布中不殘留堿液。堿減量處理的半成品烘干采用多組烘筒，溫度控制在110～120 ℃，盡量減小烘干過程中布幅的收縮程度，布幅縮率控制在18%以內(nèi)，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求。另外，要定期測定堿減量加工前后的基布干燥質(zhì)量，控制減量率均勻、恒定，否則會對制革生產(chǎn)造成極大的不良影響。

3.3.5 后整理工藝技術(shù)

本文開發(fā)的針?biāo)虖?fù)合海島超纖合成革基布是用于合成革生產(chǎn)的，需要考慮其在制革過程中的加工性能，因此經(jīng)堿減量處理后，還需要進(jìn)行PVA浸漬和伸幅定型加工。

(1) PVA選擇及漿料調(diào)制。選用低聚合度、溶解溫度在50～60 ℃的PVA。若PVA的溶解溫度太低，其在后續(xù)的合成革生產(chǎn)中會在凝聚槽中析出，影響凝聚過程順利進(jìn)行。在合成革生產(chǎn)中，最后2～3個水洗槽中為熱水，水溫一般為65～70 ℃。若PVA的溶解溫度太高，則熱水洗過程中不易除去，這會導(dǎo)致合成革產(chǎn)品手感變硬。PVA漿料調(diào)制過程中，水溫不應(yīng)低于85 ℃，且須攪拌充分。調(diào)制好的PVA漿料需通過80～100目濾網(wǎng)過濾后再放入浸漬槽，防止未溶解的PVA結(jié)晶顆粒附在基布表面。

(2) PVA浸漬和伸幅定型。經(jīng)堿減量處理后，基布中的纖維非常細(xì)，其線密度約0.056 dtex，基布的抗拉伸能力差，在PVA浸漬和伸幅定型過程中容易變形，基布門幅收縮率較大(約15%～20%)。伸幅采用夾持式主動超喂工藝，超喂率為8%～10%，保證基布門幅充分?jǐn)U張。同時，需合理調(diào)節(jié)烘干階段的各區(qū)溫度，調(diào)節(jié)擠漿輥壓力、伸幅定型機(jī)車速，控制好浸漬過程張力，使產(chǎn)品的外觀品質(zhì)、幅寬、親水性等能夠符合使用要求。為了增強(qiáng)最終基布產(chǎn)品的硬挺度和滲透性，需要適當(dāng)提高浸漬PVA漿液的附著量。在正常生產(chǎn)條件下，軋車軋余率為100%～120%，將PVA漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到8%～10%，確保上漿率達(dá)到6%以上，便于下游客戶的制革生產(chǎn)控制，提升成品手感、加工性能等品質(zhì)。

(3) 軋光工藝技術(shù)。為了保證最終超纖合成革基布的厚度均勻且表觀效果和產(chǎn)品手感等滿足使用要求，須合理調(diào)整軋光工藝參數(shù)，如軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過程張力、軋光成品厚度等。

4 技術(shù)指標(biāo)對比

對表2中的3種基布的外觀和內(nèi)在質(zhì)量等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較，可以看出：針刺基布通過針刺加以纏結(jié)，其布面易產(chǎn)生針痕、老人皺，但強(qiáng)力等物性指標(biāo)較好；水刺基布利用高壓水刺進(jìn)行纏結(jié)，其布面紋路細(xì)膩、平整，但強(qiáng)力等物性指標(biāo)較差，且無法滿足生產(chǎn)高面密度產(chǎn)品的要求；針?biāo)虖?fù)合基布采用針刺和水刺2種基布進(jìn)行復(fù)合而形成，布面平整度提高且紋路細(xì)膩，物性指標(biāo)也較好。

表2 針刺、水刺、針?biāo)虖?fù)合基布的技術(shù)指標(biāo)對比

5 結(jié)束語

采用針刺和水刺復(fù)合的工藝制備了針?biāo)虖?fù)合海島超纖合成革基布。此工藝在超纖合成革生產(chǎn)行業(yè)具有較大的創(chuàng)新突破性，它有效融合了針刺、水刺工藝的優(yōu)點(diǎn)，提高了海島超纖合成革基布的表面平整度、密度和物性指標(biāo)，并改善了產(chǎn)品手感和物理性能，可以為下游的合成革生產(chǎn)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的高仿真合成革基布產(chǎn)品，有助于促進(jìn)下游產(chǎn)業(yè)直接向市場提供經(jīng)過堿減量開纖的合成革基布。因此，此工藝有助于優(yōu)化下游超纖合成革的生產(chǎn)工藝，縮短其工藝流程，提高產(chǎn)品的投入產(chǎn)出比，大大降低合成革生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入超纖合成革生產(chǎn)的門檻，擴(kuò)大超纖合成革的產(chǎn)能，滿足市場需求。

[1] 張哲.海島超纖皮革的生產(chǎn)及市場發(fā)展趨勢[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2010，28(3)：39-40.

[2] 侯慶華，戴玲.海島短纖維設(shè)備及工藝技術(shù)的研究[J].合成纖維，2005，34(12)：33-36+39.

Research and developing of composite needled and spunlaced sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabrics

HuangZujian

Fujian Nanfang Textile Co.， Ltd.， Nanping 35300， China

Based on the analysis of sea-island ultra-fine fibers， the technologies of needling， spunlacing， compounding and alkali deweighting were researched and developed. Then the problems in producing the sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabrics, such as longer process of after alkali deweighting， higher one-time investment cost， as well as harsh surface， big width shrinkage， easy to wrinkle and hard handfeel of the products， were solved. The developed composite needled and spunlaced sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabric products posessed a higher cost performance， which provided the manufacturers of high simulation synthetic leathers with more choices， and greatly reduced the threshold to produce ultra-fine fiber synthetic leathers for the manufacruring enterprises of synthetic leathers， and so that the production capacity of ultra-fine fiber synthetic leathers was expanded and then the market demand was met.

sea-island ultra-fine fiber, needling, spunlace, composite， alkali deweighting

*福建省區(qū)域重大科技項(xiàng)目(2011H6029)

2016-11-24

黃族健，男，1963年生，高級工程師，主要從事紡織產(chǎn)品開發(fā)和工藝技術(shù)管理工作

TS174.6

A

1004-7093(2017)04-0012-05