張宇靜, 童珈珈, 葉翔宇, 何家富, 張 恒, 于 斌, 朱寅超, 朱斐超,6

(1.浙江理工大學(xué) a.紡織科學(xué)與工程學(xué)院; b.浙江省產(chǎn)業(yè)紡織材料制備技術(shù)與研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310018;2.紹興市柯橋區(qū)質(zhì)量計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心,浙江 紹興 312030; 3.浙江省輕工業(yè)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院,杭州 310018;4.中原工學(xué)院 紡織學(xué)院,鄭州 451191; 5.江南大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院,江蘇 無(wú)錫 214000;6.紹興宜可紡織科技有限公司,浙江 紹興 311800)

超細(xì)纖維產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代,一般將纖維直徑小于5 μm的纖維稱(chēng)之為超細(xì)纖維,它是化學(xué)纖維向高技術(shù)、高仿真化方向發(fā)展的代表性產(chǎn)品。超細(xì)纖維非織造材料中纖維直徑小,彎曲剛度小,材料手感柔軟,比表面積大,具有很好的覆蓋性、蓬松性、保溫性;纖維之間的微孔有利于容納灰塵、油污,賦予材料超強(qiáng)的清潔功能,同時(shí)具有防水透濕效果;纖維之間的孔隙具有毛細(xì)效應(yīng),產(chǎn)品具有高吸水性,可制成仿真絲、仿桃皮絨、仿麂皮絨、高密織物等產(chǎn)品,從而被廣泛應(yīng)用于高檔時(shí)裝面料、高級(jí)擦拭布、氣體過(guò)濾材料等。最早出現(xiàn)的超細(xì)纖維是雙組分黏膠纖維,隨著雙組分超細(xì)纖維制造技術(shù)的不斷發(fā)展,雙組分纖維的類(lèi)型主要以皮芯型、海島型和桔瓣型為主[1]。雙組分纖維的開(kāi)纖方法主要有針刺法、水刺法和化學(xué)法等。采用針刺法、化學(xué)法對(duì)雙組分纖維進(jìn)行開(kāi)纖,會(huì)造成纖維損傷,且污染環(huán)境。通過(guò)紡黏水刺一步成網(wǎng)法,開(kāi)纖和加固同時(shí)進(jìn)行,提高了原料的利用率、降低了纖維的損耗[2],提升了雙組分超細(xì)纖維產(chǎn)品的使用價(jià)值。

目前,生產(chǎn)超細(xì)纖維非織造材料的方法有:熔噴法、閃蒸法、溶液噴射法、靜電紡絲法和紡黏水刺法等。紡黏水刺法采用兩種組分通過(guò)紡黏法成網(wǎng),再經(jīng)過(guò)水刺加工對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)一步開(kāi)纖和加固,形成超細(xì)纖維網(wǎng)。相較于熔噴法,紡黏水刺法生產(chǎn)的超細(xì)纖維非織造材料產(chǎn)品強(qiáng)度高、手感柔軟細(xì)膩;相較于閃蒸法,其生產(chǎn)成本低、環(huán)保節(jié)能;相較于溶液噴射法,其成纖的過(guò)程中不產(chǎn)生有機(jī)溶劑的揮發(fā),不造成空氣污染;相較于靜電紡絲法,其生產(chǎn)效率高、可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。由于雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的工藝流程短、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能優(yōu)異,在高檔擦拭布、服裝用布、醫(yī)療衛(wèi)生、合成革基布、精密過(guò)濾材料等領(lǐng)域具有一定競(jìng)爭(zhēng)力?；诖?本文歸納總結(jié)了雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的加工原料、工藝特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域,概述了國(guó)內(nèi)外雙組分紡黏水刺技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展和現(xiàn)狀,最后對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)及前景進(jìn)行了展望(圖1)。

圖1 雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)示意

1 雙組分紡黏水刺加工原料及產(chǎn)品

雙組分紡黏長(zhǎng)絲是通過(guò)兩種聚合物復(fù)合紡絲,進(jìn)而在一根纖維截面呈現(xiàn)出不同的形狀配置,按截面形態(tài)的可分裂性大致可分為皮芯型[3]、并列型[4]、海島型[5]、桔瓣型。目前桔瓣型雙組分紡黏長(zhǎng)絲比較常見(jiàn),其原料有聚酯(PET)/聚酰胺6(PA6)[6]、聚乙烯(PE)/PA6[7]、聚丙烯(PP)/PE[8]、PET/PE[9]、聚乳酸(PLA)/PA6[10]。

雙組分紡黏水刺工藝對(duì)原料的要求頗高。紡絲過(guò)程中兩種聚合物之間要有相似的流動(dòng)性和黏度,否則無(wú)法均勻分布在同根纖維中,且聚合物之間需要適當(dāng)?shù)南嗳菪院透街?過(guò)小的相容性和附著力都會(huì)造成纖維分裂,無(wú)法成纖,反之則不易于后續(xù)水刺開(kāi)纖。再者,適當(dāng)提高聚合物的結(jié)晶度,增加兩相界面的張力,有利于雙組分纖維進(jìn)行水刺剝離。胡瀟瀟[11]研究了PET、PA6原料的流變性能,發(fā)現(xiàn)PET切片熔體對(duì)溫度變化較為敏感,PA6則反之,290 ℃測(cè)試條件下PET切片熔體與280 ℃測(cè)試條件下PA6切片熔體有著相似的流動(dòng)性能,有利于兩種聚合物進(jìn)行復(fù)合紡絲。Chureerat Prahsarn等[12]制備了PLA/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和PLA/PP中空桔瓣型雙組分非織造材料,研究發(fā)現(xiàn)由于PLA與PP之間不相容,低黏度PLA包裹了高黏度PP,從而出現(xiàn)界面不平衡力,PLA與PP間的界面表現(xiàn)出凹凸不平的彎曲狀;而PLA界面與PBS界面之間存在平衡力,其有助于降低界面張力,因此PLA與PBS間的界面平坦,PLA/PBS雙組分長(zhǎng)絲纖維未出現(xiàn)分裂情況。趙義俠等[13]提出在熔融狀態(tài)下,雙組分應(yīng)具有相似的黏度和較小的附著力,使紡黏復(fù)合長(zhǎng)絲經(jīng)水刺更容易開(kāi)纖,因此熱性能是選擇聚合物材料的重要參數(shù)。卜義華等[14]探討了PET/PA6中空桔瓣型紡黏復(fù)合長(zhǎng)絲的裂離機(jī)理,研究了PET、PA6結(jié)晶度與其表面張力的關(guān)系。結(jié)果表明,隨著PET、PA6結(jié)晶度的增加,其表面張力相應(yīng)增大,兩相體系的界面張力也呈增大趨勢(shì),兩組分之間的結(jié)合力減弱,PET/PA6復(fù)合纖維更容易剝離。

采用高性能的原料或加入特殊的填料可改善雙組分紡黏水刺非織造材料的不足,賦予材料更優(yōu)異的性能。朵永超等[15-16]以高收縮聚酯(HSPET)/PA6為雙組分原料,采用紡黏法制備了50%/50%和70%/30%的中空桔瓣型HSPET/PA6雙組分纖維,進(jìn)一步采用水刺技術(shù)得到HSPET/PA6超細(xì)非織造材料,經(jīng)熱處理后,雙組分纖維進(jìn)一步分裂,HSPET纖維卷曲,使非織造布具有蓬松的特性。沸水收縮后,纖維分裂度分別達(dá)到81.97%(50/50)和84.65%(70/30),與PET/PA6雙組分非織造材料相比,沸水收縮后HSPET/PA6雙組分非織造材料的柔軟度分別提高了45.1%(50/50)和49.3%(70/30),可用于解決中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布開(kāi)纖率低、懸垂性差的問(wèn)題。Piyanut Jingjit等[17]以PE/PA6為雙組分原料,1.0% TiO2為光催化填料,卷繞速度為500 m/min進(jìn)行雙組分紡絲,利用嵌入在纖維中的無(wú)機(jī)光催化納米顆粒制備了一種生產(chǎn)成本相對(duì)較低、耐用自清潔的抗菌材料。研究發(fā)現(xiàn),雙組分纖維開(kāi)纖后,纖維表面鈦的重量和原子百分比均顯著增加,同時(shí)含1.0% TiO2的雙組分纖維在接觸可見(jiàn)冷光24 h后,抗菌測(cè)試表明金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌含量均大幅度減少,革蘭氏陰性菌的含量無(wú)明顯變化。

幾種高性能雙組分紡黏水刺產(chǎn)品,如德國(guó)Freudenberg(科德寶)公司[18]以PET和PA為原料,采用雙組分紡黏水刺技術(shù),開(kāi)發(fā)出新一代產(chǎn)品“Evolon”,單絲直徑約2 μm。作為擦拭布產(chǎn)品具有不起毛、結(jié)實(shí)、機(jī)械穩(wěn)定性強(qiáng)、縱橫向強(qiáng)力均衡等特點(diǎn),適用于高科技工業(yè)環(huán)境。日本KURARAY(可樂(lè)麗)公司[19]開(kāi)發(fā)了WRAMP產(chǎn)品,該產(chǎn)品非常柔軟,具有優(yōu)越的揩擦性和良好的吸水性,其印染的輪廓效果也十分清晰,可用作揩擦布、化妝巾、醫(yī)療衛(wèi)生用布、睡衣材料和家用紡織品等用途。

2 雙組分紡黏水刺非織造工藝及特點(diǎn)

雙組分紡黏水刺非織造工藝是一種超細(xì)纖維非織造材料制備技術(shù),將復(fù)合紡絲技術(shù)與紡黏法非織造技術(shù)結(jié)合,進(jìn)一步使用水刺剝離技術(shù),將復(fù)合長(zhǎng)絲纖維剝離并相互纏繞。它是多種聚合物加工理論和纖維成型技術(shù)交叉的產(chǎn)物,所生產(chǎn)的超細(xì)纖維非織造材料集合了紡黏非織造材料和水刺非織造材料兩大產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和性能優(yōu)點(diǎn),是融合、創(chuàng)新研發(fā)出的新一代高端非織造產(chǎn)品[20]。雙組分紡黏水刺非織造工藝的生產(chǎn)速度可達(dá)500 m/min,幅寬可達(dá)5.5 m,紡黏工藝賦予雙組分纖維高強(qiáng)力,水刺工藝使長(zhǎng)絲受損的幾率降低且不產(chǎn)生強(qiáng)壓點(diǎn)或強(qiáng)壓區(qū)[21],產(chǎn)品手感柔軟、吸濕性好、透氣性好。

目前,雙組分紡黏復(fù)合纖維主要以海島型和桔瓣型為主。海島型超細(xì)纖維非織造技術(shù)又分為不定島型和定島型兩種,其原理都是以海島短纖維PA6/PE或PET/堿溶性聚酯(COPET)為原料[22],經(jīng)梳理成網(wǎng),再經(jīng)處理(甲苯萃取、堿減量法)將一種組分溶去,從而得到超細(xì)纖維非織造材料[23]。桔瓣型復(fù)合短纖維非織造技術(shù)是采用梳理成網(wǎng)后,再經(jīng)化學(xué)和物理處理,使纖維分裂和剝離,獲得超細(xì)纖維非織造材料[24]。海島型纖維溶去一種組分得到超細(xì)纖維,會(huì)造成原料的浪費(fèi),而化學(xué)法處理纖維會(huì)造成極大的環(huán)境污染。桔瓣型雙組分紡黏水刺法一次成網(wǎng)工藝,雙組分長(zhǎng)絲開(kāi)纖、纏結(jié)、加固、成網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行,減少了工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、運(yùn)行成本,解決了環(huán)境污染問(wèn)題。

雙組分紡黏水刺非織造工藝流程如圖2所示,干燥后的兩種組分分別經(jīng)過(guò)料斗喂入到螺桿擠壓機(jī)內(nèi),在高溫下熔融成聚合物熔體,聚合物熔體在計(jì)量泵中定量擠出,通過(guò)噴絲孔按照一定的比例和排列形式噴出[25]形成雙組分長(zhǎng)絲,在側(cè)吹風(fēng)冷卻和氣流拉伸的作用下被收網(wǎng)簾接收,形成雙組分纖維網(wǎng)[26]。纖網(wǎng)經(jīng)過(guò)水刺工藝進(jìn)一步開(kāi)纖、固結(jié),形成雙組分超細(xì)纖維網(wǎng),最后經(jīng)烘干、卷繞裝置,得到雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料。經(jīng)水刺開(kāi)纖后的雙組分超細(xì)紡黏水刺纖維長(zhǎng)絲,單纖可達(dá)0.067 5 dtex,這種材料的手感和機(jī)織物、針織物相近,纖維排列致密、比表面積大,纖維網(wǎng)強(qiáng)度大,吸濕性和透氣性良好。雙組分紡黏水刺非織造的工藝優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面:一條連續(xù)的生產(chǎn)線完成紡絲、牽伸、成網(wǎng),一次性開(kāi)纖并固結(jié)成超細(xì)纖維非織造材料,生產(chǎn)速度可達(dá)500 m/min以上[27],生產(chǎn)成本低;不產(chǎn)生原料損耗和浪費(fèi),無(wú)任何污染,降低了碳排放量;產(chǎn)品具有強(qiáng)度高、柔軟性好[28]、手感更細(xì)膩的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料成型示意

3 雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的應(yīng)用

雙組分紡黏水刺非織造工藝將紡黏法與水刺法兩種工藝相結(jié)合,生產(chǎn)出的雙組分長(zhǎng)絲非織造材料的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于短纖維非織造材料,手感和柔軟度更接近于服用紡織品。再者,雙組分超細(xì)纖維經(jīng)開(kāi)纖后纖維直徑可達(dá)2 μm,比表面積大,孔隙率高,材料具有更好的吸濕性、透氣性,產(chǎn)品柔軟、手感細(xì)膩。其內(nèi)在質(zhì)量和外觀都有很大的提升,突破了傳統(tǒng)非織造材料的適用范圍,具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.1 高檔擦拭材料

桔瓣型雙組分超細(xì)纖維經(jīng)水刺剝離后,單根纖維的界面類(lèi)似于三角形,比表面積大,超細(xì)纖維之間形成許多微細(xì)的孔隙。因此,纖維表面與灰塵的接觸面積大,具有良好的吸附容納能力[29],能吸附自身質(zhì)量10倍的微塵顆粒,可用作擦拭材料。普通的木漿復(fù)合水刺擦拭材料為短纖梳理成網(wǎng),而雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料是長(zhǎng)絲纏結(jié)成網(wǎng),不存在掉纖維屑的問(wèn)題,不會(huì)損傷被擦物件的表面而留下細(xì)微的擦痕[30]。因此,雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料十分適合用于光電設(shè)備(手機(jī)、電視、電腦、眼鏡、相機(jī))、精密儀器(顯微鏡、實(shí)驗(yàn)室儀器)等產(chǎn)品的擦拭。

3.2 服裝材料

雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料具有較大的斷裂強(qiáng)度和良好的尺寸穩(wěn)定性。經(jīng)水刺工藝開(kāi)纖后,雙組分超細(xì)纖維的單絲線密度可以達(dá)到原來(lái)的1/16[31],超細(xì)纖維擁有極小的線密度、高比表面積和高覆蓋性,因此產(chǎn)品手感柔軟且細(xì)膩。同時(shí),超細(xì)纖維之間形成毛細(xì)管虹吸效應(yīng),加速纖維表面的汗水蒸發(fā),使產(chǎn)品呈現(xiàn)較高的透氣性、吸水性和舒適性。一般的非織造材料只能用作內(nèi)襯、里襯,而雙組分紡黏水刺非織造材料可用于高級(jí)仿麂皮絨外衣面料使用[32],因此雙組分紡黏水刺非織造材料在工作服、防護(hù)服、休閑裝、運(yùn)動(dòng)裝、特種服裝等服裝用布上具有很好的應(yīng)用前景。

3.3 衛(wèi)生材料

雙組分紡黏水刺產(chǎn)品是紡絲成網(wǎng)技術(shù)與水刺固結(jié)技術(shù)的集成,其產(chǎn)品展現(xiàn)出高強(qiáng)力、表面平整、各向同性好等優(yōu)點(diǎn)[33]。與木漿復(fù)合水刺材料相比,雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)和較高的孔隙率,同時(shí)表現(xiàn)出毛細(xì)效應(yīng)使其親水性、吸液速率、吸水量更佳,適合用于嬰兒尿片、婦女衛(wèi)生巾、衛(wèi)生墊、成人失禁尿片等衛(wèi)生用品領(lǐng)域。在日本,采用PE/PET雙組分纖維制成的嬰兒尿布已被廣泛應(yīng)用。

3.4 高級(jí)合成革材料

雙組分纖維與膠原纖維(天然真皮的基本成分)具有相近的纖度,且雙組分超細(xì)纖維非織造材料的彎曲剛度低,手感特別柔軟,被廣泛用作基布合成革材料。機(jī)織布和針織布彈性差、仿真效果不理想,只能生產(chǎn)中低檔次的合成革產(chǎn)品;普通水刺非織造材料的纖維較粗、密度較低[34],不能完全滿足高檔產(chǎn)品的要求;而雙組分紡黏水刺非織造材料在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外觀手感、產(chǎn)品性能上都可以做到類(lèi)似真皮的效果,并且具有高強(qiáng)度、防霉變、抗變形能力優(yōu)良、質(zhì)地均勻柔軟、易裁剪加工等優(yōu)點(diǎn)[35],基本達(dá)到甚至超過(guò)了真皮的各種性能。目前已大量采用超細(xì)纖維合成革代替天然皮革,在服裝用超纖革、家居用超纖革、鞋用超纖革、箱包用超纖革和汽車(chē)用超纖革等方面廣泛使用。趙寶寶等[36-37]研究了中空桔瓣型雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料(PET/PA6-HSBSYMNW)的性能,研究表明纖維直徑大小介于2.2～5.5 μm,所形成的非織造材料性能可以滿足合成革用非織造材料的要求,并以水性聚氨酯(WPU)為聚合物涂層制備了雙組分超細(xì)纖維合成革,系統(tǒng)研究了涂料成型溫度、發(fā)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、發(fā)泡率對(duì)WPU涂料結(jié)構(gòu)和性能的影響,所得雙組分超細(xì)纖維合成革其透氣性、水蒸氣透過(guò)率、隔熱性、剝離強(qiáng)度、易皺回復(fù)角和手感均優(yōu)于不同皮革基質(zhì)的商用服裝合成革及針織合成革。朵永超等[38-39]將中空桔瓣型超細(xì)纖維與聚丙烯腈(PAN)靜電紡絲納米纖維混合,制備了超細(xì)纖維合成革基(MSLB)復(fù)合材料,又將熱塑性聚氨酯(TPU)/磺化聚砜(SPSf)靜電紡絲納米纖維與MSLB混合。結(jié)果表明,PAN、TPU/SPSf納米纖維均勻分布在MSLB中,當(dāng)PAN納米纖維直徑為950 nm時(shí),MSLB的吸濕性能較好,為768.99%,撕裂強(qiáng)度增加了105.76%,且隨著TPU/SPSf納米纖維含量從0增加到30%,MSLB的接觸角從111.64°減小到67.07°,水蒸氣透過(guò)率提高55.19%。

3.5 精密過(guò)濾材料

雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料在結(jié)構(gòu)及工藝方法上不同于傳統(tǒng)的非織造材料,其具有過(guò)濾效率高、阻力小、優(yōu)良的容塵梯度結(jié)構(gòu)、壽命長(zhǎng)及清灰容易等特點(diǎn),在過(guò)濾材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。張恒等[40-41]研究了雙組分紡黏水刺非織造材料的超細(xì)纖維孔徑分布、結(jié)構(gòu)特征和過(guò)濾性能,在三維圖像中發(fā)現(xiàn)纖網(wǎng)表面聚集成纖維束的超細(xì)纖維,纖維網(wǎng)的過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力隨纖網(wǎng)平方米質(zhì)量的增加而增加,孔徑分布對(duì)材料的過(guò)濾性能和滲透機(jī)制有很大的影響。在3.57 m/min的表面速度下,對(duì)于2.05 mm的顆粒,201 g/m2非織造布的過(guò)濾效率為97.68%,可用于新型空氣過(guò)濾器。錢(qián)小剛等[42]具體研究了PET/PA6中空桔瓣型雙組分紡黏非織造過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)特征與過(guò)濾性能的關(guān)系,并建立了二次方模型來(lái)分析厚度、開(kāi)纖率對(duì)過(guò)濾性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),該非織造材料的過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力均隨開(kāi)纖率的增加而提高,且在開(kāi)纖率為76%～80%的區(qū)間內(nèi)有明顯快速增大的趨勢(shì)。王敏等[43]研究了PET/PA6雙組分桔瓣型紡黏水刺非織造材料的過(guò)濾性能,隨著纖網(wǎng)面密度的增大,材料的最大孔徑和平均孔徑均減小,過(guò)濾阻力增大,過(guò)濾效率提高。

3.6 其他應(yīng)用

雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料憑借其優(yōu)異的性能被應(yīng)用于更多領(lǐng)域,如加工成工業(yè)包裝材料、汽車(chē)頂篷布、地毯、隔音材料、窗簾用布、床上用品,以及人造血管等生物組織工程等領(lǐng)域。

4 雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展

4.1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

雙組分紡黏水刺非織造技術(shù)重點(diǎn)是先進(jìn)的紡黏、水刺設(shè)備和生產(chǎn)線,創(chuàng)新點(diǎn)在于將紡黏法與水刺法結(jié)合,提高生產(chǎn)效益,形成了新型非織造產(chǎn)品。隨著紡黏設(shè)備和水刺設(shè)備不斷改進(jìn),紡黏水刺非織造技術(shù)也不斷更新。德國(guó)Reifenhauser(萊芬豪舍)公司[44]與美國(guó)Hills(希爾)合作開(kāi)發(fā)了ReicofilⅣ設(shè)備,能夠加工多種雙組分復(fù)合紡黏纖維(皮芯型和并列型)。德國(guó)Oerlikon Neumag(歐瑞康-紐馬格)公司在收購(gòu)美國(guó)Asan工程公司Ason紡黏技術(shù)的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了AST紡黏設(shè)備,可用于生產(chǎn)雙組分紡黏纖維(皮芯型、并列型、海島型)。目前,可以提供雙組分紡黏法技術(shù)和設(shè)備的公司主要有:德國(guó)Reifenhauser、荷蘭Akzo(阿克蘇)公司、美國(guó)Nordson(諾信)、美國(guó)Asan和美國(guó)Hills。這些雙組分紡黏非織造生產(chǎn)線為后續(xù)生產(chǎn)紡黏水刺非織造產(chǎn)品提供了多種選擇。水刺加固設(shè)備公司主要集中在德國(guó),以Fleissner(福來(lái)司拿)公司[45]AquaJet-Spunlace水刺技術(shù)為代表的新固結(jié)方法已較廣泛用于加工新一代紡黏型產(chǎn)品。2001年德國(guó)Freudenberg(科德寶)公司組裝了世界上第一條紡黏和水刺生產(chǎn)設(shè)備。2006年德國(guó)Hydrospun非織造布公司通過(guò)與法國(guó)Riter合作開(kāi)始了超細(xì)紡黏水刺非織造材料的制備。隨后法國(guó)立達(dá)Perfojet公司(現(xiàn)被德國(guó)安德里茲收購(gòu))推出兼?zhèn)渌毯图忦ぜ夹g(shù)的SPUNjet設(shè)備[46],生產(chǎn)出的紡黏水刺非織造材料與同類(lèi)產(chǎn)品相比能耗可降低到20%,產(chǎn)品的撕裂強(qiáng)度可提高50%～70%。目前,在雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料生產(chǎn)領(lǐng)域最具代表性的公司主要有:德國(guó)Freudenberg公司、荷蘭Phoenix公司和德國(guó)Hydrospun公司。

國(guó)內(nèi)的雙組分紡黏水刺技術(shù)起步較晚,但發(fā)展迅速,目前國(guó)內(nèi)已擁有較為先進(jìn)的紡黏水刺生產(chǎn)線。2008年中國(guó)江西吉安市三江超纖無(wú)紡有限公司建成投產(chǎn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一條雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造生產(chǎn)線[47],該生產(chǎn)線采用PET/PA6兩種切片為原料,幅寬為1.8 m,年產(chǎn)能力為3 000 t。該項(xiàng)技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的空白,處于國(guó)際先進(jìn)水平[48]。2011年廊坊中紡新元無(wú)紡材料有限公司[49]的雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造生產(chǎn)線開(kāi)車(chē)試產(chǎn),標(biāo)志著中國(guó)第二家制備雙組分紡黏水刺非織造材料的公司誕生了。這條由中紡自行整合的設(shè)備(主要設(shè)備由大連華綸化纖工程有限公司提供),采用世界先進(jìn)的雙組分(PET/PA6)紡黏形成桔瓣型超細(xì)纖維,經(jīng)水刺開(kāi)纖固結(jié),整條生產(chǎn)線具有高自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量好、效率高等優(yōu)點(diǎn),年產(chǎn)能可達(dá)2 000 t。大連華綸無(wú)紡設(shè)備工程有限公司[50]研制的雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料生產(chǎn)線,紡絲裝置具有集合式多模頭、雙組分中空桔瓣復(fù)合紡絲箱體和新型雙組分紡絲組件,雙組分熔體分配均勻,噴絲板面溫度可調(diào)、可控,具有多段式加熱系統(tǒng)和特殊的加熱方式。

4.2 國(guó)內(nèi)外研發(fā)技術(shù)及產(chǎn)品

4.2.1 國(guó)外研發(fā)技術(shù)及產(chǎn)品

德國(guó)Freudenberg公司是全球紡黏非織造材料的第一大供應(yīng)商,以萊芬豪斯設(shè)備和立達(dá)設(shè)備為主,經(jīng)過(guò)設(shè)備改造、組裝成紡黏水刺生產(chǎn)線。其產(chǎn)品以PET和PA6為原料,制備桔瓣型(16瓣)紡黏長(zhǎng)絲纖維(圖3)[50],經(jīng)過(guò)水刺開(kāi)纖制備超細(xì)非織造材料。Freudenberg公司代表性產(chǎn)品為Evolon[51],具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu),較高的透氣性和舒適性,可用于運(yùn)動(dòng)衣和休閑服的面料;具有超高的屏蔽性,防止塵屑及螨蟲(chóng)的侵入,可用作床上用品和遮陽(yáng)窗簾;具有優(yōu)良的水洗和干洗的性能,可用于制作工作服。新一代Evolon能夠過(guò)濾更小的過(guò)敏源、灰塵顆粒及羽絨芯,將在床上用品、技術(shù)包裝等諸多方面開(kāi)辟全新應(yīng)用領(lǐng)域,可為制造羽絨枕和羽絨被提供針對(duì)性解決方案。同時(shí)超細(xì)纖維比人發(fā)纖細(xì)200倍,耐機(jī)械應(yīng)力、磨損和反復(fù)洗滌,并且在多次洗滌后保持穩(wěn)定性能,有助于節(jié)約資源。

圖3 16瓣紡黏長(zhǎng)絲纖維截面形貌

荷蘭Phoenix公司制備的紡黏熔噴超細(xì)非織造材料MicroZorb主要有兩種類(lèi)型,一種以70% PET和30% PA6為原料,另一種以70% PES(聚醚砜)和30% PA6為原料,后者耐熱性能優(yōu)異,主要在航空航天等高溫環(huán)境下使用。德國(guó)Hydrospun非織造布公司推出全球第一條商業(yè)化的SPUNjet非織造材料生產(chǎn)線[52],產(chǎn)品牌號(hào)為HYjet超細(xì)紡黏水刺非織造材料,其平方米質(zhì)量為100～120 g/m2,幅寬為1.6 m,可用作涂層材料和農(nóng)用材料。HYjet產(chǎn)品在汽車(chē)業(yè)、家飾業(yè)有潛在市場(chǎng),還可用作過(guò)濾介質(zhì),不僅能代替紡黏非織造布,還可代替水刺和針刺非織造布,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦_(dá)到非織造產(chǎn)品的85%。日本KURARAY公司[53]利用獨(dú)自研發(fā)的超細(xì)纖維WRAMP制造出SOLIV無(wú)塵布,是目前高等級(jí)的超細(xì)纖維擦拭布,該超細(xì)纖維利用自身尖銳的截面可以達(dá)到卓越的擦拭效果。此外,利用熱切割技術(shù)和純凈水清洗處理,極大地控制了灰塵產(chǎn)生,適用于要求很高的無(wú)塵車(chē)間、半導(dǎo)體及光學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)線的環(huán)境保護(hù),SOLIV非常適合高級(jí)凈化室內(nèi)的保潔和保養(yǎng)工作。本文比較了國(guó)外幾種紡黏水刺產(chǎn)品的基本性能,如表1所示。

表1 國(guó)外幾種紡黏水刺非織造產(chǎn)品的基本性能

4.2.2 國(guó)內(nèi)研發(fā)技術(shù)及產(chǎn)品

吉安三江超纖無(wú)紡布有限公司生產(chǎn)的桔瓣型雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料,原料采用70% PET和30% PA6,纖維纖度穩(wěn)定在0.135 dtex左右[54],其縱向強(qiáng)力和橫向強(qiáng)力高達(dá)300～400 N(100 g/m2),特別是撕裂強(qiáng)力可高達(dá)30～60 N,完全可以滿足高級(jí)合成革、汽車(chē)內(nèi)飾、高效濾料等材料要求[55]。廊坊中紡新元無(wú)紡材料有限公司[56]生產(chǎn)的PET/PA6雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的產(chǎn)品質(zhì)量好、手感柔軟、結(jié)構(gòu)密實(shí),可用于制作高級(jí)生態(tài)合成革基布、高級(jí)擦拭布、醫(yī)用非織造材料、民用服飾、過(guò)濾布和防螨家用紡織品等,市場(chǎng)發(fā)展前景十分廣闊。大連華綸化纖工程有限公司生產(chǎn)的PET/PA6中空桔瓣型紡黏水刺非織造產(chǎn)品(參見(jiàn)公司官網(wǎng))被廣泛地應(yīng)用于人工革基布、汽車(chē)裝飾材料、高檔擦拭布、過(guò)濾材料及面膜等領(lǐng)域。其中,長(zhǎng)絲超細(xì)纖維非織造材料較之普通非織造面膜材料,具有超強(qiáng)吸收水分的能力和良好的貼敷性,價(jià)格與蠶絲面膜、果漿纖維面膜、天然纖維素纖維面膜相比要低很多。目前,該公司用于面膜布的雙組分紡黏水刺非織造材料在大批量生產(chǎn)。

5 雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 材料復(fù)合化

為進(jìn)一步提高雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的機(jī)械性能、過(guò)濾性能和舒適性等,可采用雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料與其他材料進(jìn)行復(fù)合,以提升其整體使用價(jià)值,拓寬其應(yīng)用范圍。朵永超等[57]通過(guò)紡黏技術(shù)制備PET/PA6雙組分中空桔瓣纖維,并與Lyocell纖維材料經(jīng)高壓水刺制備雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)的PET-PA6/Lyocell非織造材料,PET-PA6/Lyocell非織造材料相比于PET/PA6非織造材料,親水性有明顯的提升,透氣率、透濕率、柔軟度、力學(xué)性能均得到不同程度的提升,縱橫強(qiáng)力比相差幅度明顯降低,由1.5降至1.2,熱穩(wěn)定性略有下降。該復(fù)合材料的綜合性能有明顯的提升,三維立體結(jié)構(gòu)與天然皮革結(jié)構(gòu)相似,有望在超細(xì)纖維合成革基布領(lǐng)域得到應(yīng)用。

5.2 功能化與智能化

針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化,其對(duì)雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料的功能性也提出了更多、更高的要求。阻燃、防水拒油、防輻射、發(fā)光、變色、磁性等高附加值的功能性雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料成為可能,多功能復(fù)合、新功能負(fù)載的雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料也將不斷推陳出新。王欽等[58]以二苯甲酮(BP)為光引發(fā)劑、丙烯酰胺(AM)為親水接枝單體、丙烯酸丁酯(BA)為親油接枝單體,采用紫外光接枝法將AM和BA接枝到PET/PA6雙組分紡黏水刺非織造材料的表面以提高其親水親油性能。結(jié)果表明,材料的親水、親油性能和柔軟度隨著接枝率的增加先升高后降低。當(dāng)接枝率為18.32%時(shí),接枝后材料的吸水率提高了39.25%,吸油率提高了73.58%,柔軟度較好。Xu Xianlin等[59]基于PET/PA6雙組分超細(xì)非織造材料(PET/PA6 SBSNW),用乙二胺(ETDA)氨化,將氨基酸作為親和配體固定在氨化PET/PA6 SBSNW上用于吸附膽紅素。結(jié)果表明,氨基酸改性PET/PA6 SBSNW具有良好的吸附性能,吸附量峰值為388.35 mg/g。此外,隨著紡織智能材料的不斷發(fā)展,雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料作為一種已產(chǎn)業(yè)化、可宏量制備超細(xì)纖維材料的技術(shù),其可負(fù)載多種智能響應(yīng)材料,從而實(shí)現(xiàn)電磁響應(yīng)、光熱傳感、空氣/水汽監(jiān)測(cè)等智能化發(fā)展。張凌云等[60]采用自然沉降法使SiO2氣凝膠粉末粘附于聚酯-聚乙烯(PET-PE)雙組分纖維表面,制得SiO2氣凝膠/聚酯-聚乙烯纖維復(fù)合非織造材料,研究發(fā)現(xiàn)SiO2氣凝膠粉末的加入對(duì)纖維網(wǎng)具有一定的支撐作用,提升了復(fù)合非織造材料的壓縮回彈性能、拉伸性能,同時(shí)因增加了纖維間靜止空氣的含量,使復(fù)合非織造材料的保暖性能得到很好的提升。

5.3 纖維亞微米及納米化

亞微米及納米化的雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造纖維,是進(jìn)一步細(xì)旦化紡黏雙組分長(zhǎng)絲的纖維直徑及增加雙組分長(zhǎng)絲纖維分裂的瓣數(shù),開(kāi)纖后的纖維直徑達(dá)到亞微米甚至是納米尺度,纖維直徑越小,材料更加蓬松、柔軟,有利于減小纖網(wǎng)孔徑,提高孔隙率,從而獲得更加優(yōu)異的過(guò)濾、吸附和防水透濕性能。這對(duì)雙組分紡黏水刺非織造工藝的技術(shù)要求更高,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備是一種新的挑戰(zhàn)。

5.4 組分多樣化

目前雙組分紡黏水刺纖維原料主要以PA6、PET、PE、PP為主。引入新的組分原料,可以拓寬雙組分紡黏水刺非織造材料的應(yīng)用范圍,能夠得到高性能、高使用價(jià)值、高附加值的雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料。例如,本文中所提到的使用HSPET作為雙組分原料可改善纖維的開(kāi)纖率,從而提高材料的懸垂性、柔軟性,以及在PE/PA6雙組分原料中加入光催化性TiO2納米填料,可實(shí)現(xiàn)雙組分非織造材料的自清潔性能。

5.5 原料綠色化

在中國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”的政策背景下,非織造材料不斷追求綠色環(huán)?；?開(kāi)發(fā)新的環(huán)境友好型材料以代替?zhèn)鹘y(tǒng)不可降解的化石基原料。目前,有關(guān)生物基/可降解雙組分紡黏水刺非織造材料的相關(guān)研究較少,綠色化雙組分原料具有很大的開(kāi)發(fā)空間。劉亞等[61]以聚乳酸(PLA)為原料,對(duì)紡黏水刺復(fù)合工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),成功制備PLA紡黏水刺非織造新產(chǎn)品,該產(chǎn)品具有生物可降解、環(huán)境友好及良好的力學(xué)性、耐磨性,符合醫(yī)用防護(hù)材料的要求。以PLA為原料為開(kāi)發(fā)環(huán)保型雙組分紡黏水刺非織造材料提供了新思路。

6 結(jié) 語(yǔ)

雙組分紡黏水刺是一種可高效獲得超細(xì)纖維非織造材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù),相比單一的紡黏、水刺非織造材料,其生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染少,材料手感更加柔軟、細(xì)膩,比表面積更大,且強(qiáng)度更高,在高檔擦拭布、服裝、衛(wèi)生、高級(jí)合成革基布、精密過(guò)濾材料領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著新技術(shù)的革新和新原料的應(yīng)用,雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料在纖維更細(xì)旦化、材料復(fù)合化、多功能和智能化,以及原料的多樣化、綠色化方向的研究和發(fā)展擁有巨大潛力。同時(shí),在“碳達(dá)峰、碳中和”等國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略的驅(qū)動(dòng)下,雙組分超細(xì)紡黏水刺非織造材料將引來(lái)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。值得一提的是,雙組分紡黏水刺產(chǎn)品在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定方面也需進(jìn)一步研究與完善。

《絲綢》官網(wǎng)下載

中國(guó)知網(wǎng)下載