聚合物紡粘法非織造布的新型原料及發(fā)展趨勢

趙 博

(中原工學院,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

趙 博

(中原工學院,河南 鄭州 450007)

簡要介紹了幾種紡粘法非織造布新型原料的特點,指出新型紡粘原料加工的產品具有質量優(yōu)和性能獨特等優(yōu)點,并展望了紡粘非織造布新型原料的發(fā)展方向和應用前景。

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法,它是利用化學纖維紡絲原理的方法,在聚合物紡絲成形過程中通過驟冷的空氣對擠出的熔體細絲進行冷卻,使細絲在冷卻過程中受到拉伸氣流的拉伸作用,形成連續(xù)長絲,然后在凝網簾上成網,并鋪放在成網簾上,再經固結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。紡粘法非織造布技術不僅在工藝路線和設備結構等方面有獨特之處,而且加工的產品也各有其特點。近年來,由于紡粘法非織造布技術生產流程短、生產效率高、產品性能優(yōu)良和應用范圍廣,迎合了當今世界非織造布產品向高性能、薄型化發(fā)展的方向,所以在工藝、設備、產品質量和生產成本等方面都得到了極大的進步和提高。隨著科學技術的不斷發(fā)展,必將更大程度地推動紡粘法非織造布技術的廣泛應用和迅速發(fā)展。筆者僅就紡粘法非織造中的原料和產品開發(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,細纖維的結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是紡粘生產中應用最多的一種樹脂,它具有熔點低、強力高、化學性好和價格低等特點,適合加工衛(wèi)生巾、尿布和包裝材料等等。聚酯PET是紡粘生產中應用僅次于聚丙烯 PP的一種樹脂,它具有強度高、耐氣候性強和綜合性能好等特點。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,但是由于價格較高,所以使用較少。美國和歐洲利用MET30-35聚丙烯切片,用于紡粘法非織造布生產,紡粘溫度控制在 235～240℃;神戶制鋼公司利用均聚物紡粘法能改善聚丙烯紡粘法的生產能力。

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

2 紡粘非織造布產品的特點

2.1 紡粘產品差別化、功能化[1]

利用芳香型纖維、阻燃纖維、遠紅外纖維、防臭抗菌纖維、高吸濕纖維等加工紡粘產品,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,加工的紡粘產品具有防中子輻射的功能;利用抗靜電母粒,生產的紡粘非織造布具有良好的抗靜電性。

德國 Freuderberg公司在紡粘設備上,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,這些超細紡粘產品比表面積大,透氣性好,屏蔽性好,能防止塵屑和螨蟲的侵入,避免對人體產生過敏反應,適合做床上用品。

通過改進噴絲板孔徑和孔型,可生產出粗旦紡粘產品。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,能生產新型的紡粘非織造布,這些產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品后,再通過浸漬、噴淋等后整理,賦予產品一定的功能性,如阻燃性、防紫外線性、抗靜電性、防污性、抗菌性等。在紡粘法生產線的熱軋機和卷曲機之間增加一套浸水 (噴霧)與烘干機組,使紡粘布經熱軋之后,在含有不同性質的藥液中浸漬 (或噴霧)并烘干,然后再進行卷曲,從而使紡粘產品具有不同的功能性。在切片投料斗內加入功能性母粒,所生產的功能性紡粘非織造布作用持久,不會消失。

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的一個新發(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。

美國杜邦公司開發(fā)了可生物降解的 Sorona纖維紡粘產品,美國 Ason和 Eastman公司開發(fā)了可生物降解的聚酯紡粘產品。美國 Eastman公司開發(fā)了PCT、PBT聚酯紡粘產品,Toray公司開發(fā)了能控制污染的 PPS紡粘產品,它可以做過濾介質。美國埃克森公司開發(fā)了全同立構聚合物,用于紡粘生產,可加工高強度、輕型的紡粘產品,產品手感柔軟,用于衛(wèi)生用品、醫(yī)院服裝和特殊過濾材料。日本東洋公司開發(fā)了聚酯彈性纖維紡粘產品,產品伸縮性好;開發(fā)的 PBT纖維紡粘產品,柔軟性和成型好,用于汽車車頂材料。

日本可樂麗公司采用 ExcevalT M的可溶性樹脂,與 PP(PE、PA)在紡粘設備上加工雙組分纖維,噴絲板是裂片型的,加工的產品吸水性好,克重輕,強力大,可用于農業(yè)、美容面膜、過濾材料等。

美國阿松公司采用可生物降解的 Eastar bio聚酯纖維加工紡粘產品。美國的 Eastman公司采用PCT和 PBT聚酯纖維加工紡粘法非織造布產品。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,它們在紡粘產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,加工的產品種類多,性能好。

2.3 復合產品和雙組分纖維[3]

以復合產品和雙組分纖維為原料生產的紡粘法非織造布已成為紡粘技術的主流。雙組分紡粘技術是將復合紡絲的成纖技術和紡粘法的成網、成布技術相結合的一種最新非織造布生產技術。最大優(yōu)點是可以采用不同原料,通過不同的復合形式,生產出不同性能的產品。雙組分纖維由兩種不同的聚合物組成,目前最常用的結構形式是皮芯型、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,經熱處理后形成的。剝離型雙組分纖維是生產超細纖維的常用方法,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品較高的強度、柔軟性和親水性,而且還能降低成本,提高生產速度。

皮芯層纖維是最為普遍的雙組分復合紡粘法非織造布的形式,其皮芯結構長絲的外層是一種低熔點的聚合物,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,一是皮層的低熔融溫度有牢固的粘合力,能提高生產速度,降低生產成本;二是粘合溫度不影響芯層聚合物的取向,加工的產品強力大;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;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,纖維細度達到 0.11dtex,加工的紡粘產品的手感接近細旦纖維加工。

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的海島纖維通過洗去海的組分后,就能得到 2μm纖維組成的紡粘產品。

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

3 紡粘法非織造布發(fā)展趨勢

3.1 紡絲纖維趨于細旦化[4～5]

紡粘法最先進的技術是趨向于紡絲細旦化和微細旦化。采用細旦纖維,可以使紡粘產品的表面均勻性和豐滿性得到很大程度的改善。目前,細旦纖維纖度能達到 0.78 dtex,日本神戶制鋼公司的 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,加工的產品柔軟、拉伸強度高、產品均勻性好。

牽伸器性能、噴絲板孔徑和冷卻條件是加工細旦和微細旦纖維的關鍵。美國阿松 Ason公司采用高壓窄縫牽伸工藝,可以生產 0.7 dtex的丙綸纖維和 0.5 dtex的滌綸纖維。在 Ason公司的紡粘技術中,最高的紡絲速度達 8 km/min,甚至達 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,進行紡粘法生產,可加工出 0.2旦的長絲或更細的長絲,而且強度較高,它完全可以代替熔噴產品,這對于紡粘非織造布產品來說,不僅是一個新思路,而且也是一個革命性的突破。

德國的 Reifenhauser公司的 Reicofil-3型設備PP紡到 0.78 dtex,PET紡到 1.0 dtex。德國的 Reifenhauser公司生產的 Reicofil- IV型設備 PP紡到 0.5 dtex,PET紡到 0.7 dtex。

3.2 設備多功能化

設備不但能生產熔噴、紡粘和復合產品等,而且可以生產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,可生產聚丙烯 PP和聚酯 PET紡粘產品。德國萊芬豪舍公司可生產熔噴和紡粘復合產品。日本神戶公司可以生產聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA6、PA66等等。德國 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,產品范圍廣,在加工薄型產品時,不但纖網均勻度好,而且能耗低。

目前,德國有 Freudenberg公司、Phonix公司和HydroSpun公司能生產雙組分紡粘—水刺復合超細纖維非織造布產品,Phonix公司能生產短纖和長絲紡粘—水刺復合超細纖維非織造布。產品不僅可加工擦拭布等,而且可加工沙發(fā)面料、防曬床簾和汽車防曬布等。

美國諾信 (Nordson)公司開發(fā)的 Microfil設備,采用整板正壓牽伸,利用 Hills技術生產復合產品和雙組分纖維紡粘產品,包括 PET、PE、PLA紡粘產品,克重最輕達 10 g/m2,纖維細度最細達 0.72 dtex。

原美國 Ason公司 (已被紐馬格公司兼并)生產的設備,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品。荷蘭的阿克蘇 (Akzo)公司可生產皮芯錦滌復合紡粘生產線,產品被廣泛應用。美國希爾 (Hills)公司生產的設備,噴絲板設計獨特,能生產滌綸、錦綸、丙綸等各種組分的復合纖維。

德國的 Reifenhauser公司、荷蘭的阿克蘇(Akzo)公司、美國諾信 (Nordson)公司、美國 Ason公司(已被 Neumag紐馬格公司兼并)生產的設備、美國希爾 (Hills)公司都提供雙組分紡粘法技術。

德國 Freuderberg公司在紡粘設備上,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。這些超細紡粘產品,比表面積大,透氣性好,屏蔽性好,能防止塵屑和螨蟲的侵入,避免對人體產生過敏反應,適合做床上用品。

3.3 紡粘與其它非織造布技術結合

3.3.1 紡粘與水刺非織造布技術結合

利用水刺的水流穿刺方法來固結紡粘布,產品強力高,成網均勻,產品很接近機織布的質量,適合做外衣和裝飾布。對長絲進行水刺時,長絲受損的幾率很小,由于沒有強壓點和強壓風,產品手感柔軟,吸濕性和透氣性好;不用或少用粘合劑,對生態(tài)無害;由于生產中纖網成形和纖網纏結速度高,生產成本低,產量高,并節(jié)約纖維成本;水刺工藝能夠壓緊和纏結多層纖網,生產具有理想性能的復合新材料;水刺工藝可以分裂并纏結多組分纖維,生產柔軟而有強力的纖網。利用水刺固結紡粘網,是紡粘法發(fā)展的一個方向。目前,Rieter-Perfojet公司利用水刺對紡粘法非織造布固結和整理,Fleissner公司利用水刺固結裂片型和海島型的紡粘網。

3.3.2 紡粘與熔噴非織造布技術結合

生產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,目前生產熔噴法雙組分非織造布的聚合物主要包括以下產品:

a)皮芯層的聚合物。這種類型可以是同心、偏心和異形的,一般情況下廉價材料做芯,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聚乙烯或改性聚丙烯等。

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

c)微細旦型的聚合物。該類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纖維網,也可以做成納米纖維網。

d)混合型的聚合物。該類型的特點是將不同材料、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,這樣就可以使纖維網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的基礎上,開發(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,由低相對分子質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。由二異氰酸酯構成硬鏈段,由于其容易結晶,并可產生橫向交聯(lián),在應力作用下不發(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)是通過硬鏈段間的緊密斂集產生結晶,而使大分子間發(fā)生橫向的連接和化學交聯(lián),即通過硬鏈段間發(fā)生化學反應而實現(xiàn)分子間的連接。一般聚氨酯根據(jù)分子鏈結構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,第一步是預聚合,第二步是低相對分子質量的含有活潑氫原子的雙官能團化合物做鏈增長劑,與預聚物繼續(xù)反應,生成線性聚氨酯嵌段共聚物。一般情況下,氨綸的分子結構中,軟鏈段部分的相對分子質量越大,纖維的伸長彈性和回彈性越高,化學交聯(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、回彈性高。

4 結 語

面對 21世紀非織造布行業(yè)的激烈競爭形勢,新一代紡粘新技術必將以新的姿態(tài)不斷開拓新的應用領域,與其它非織造布工藝相結合,不斷開發(fā)新的產品,拓展發(fā)展方向,跨入一個嶄新的里程。

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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,河南南陽人,碩士,主要從事非織造布技術的研究和產品開發(fā)工作。