雙組分長絲的新概念紡絲系統(tǒng)

Günter Schütt Susanne Beyer

雙組分絲的開發(fā)距今已有50年左右的歷史，雖然不是一種新產(chǎn)品，但近年來市場對其需求量穩(wěn)步增長（例如，與服裝相關的應用在2015年達到峰值）。促成這種發(fā)展趨勢的原因有多種。除了目前的時裝流行趨勢外，包括圓型編織在內(nèi)的新型、高效紡織面料加工技術降低了生產(chǎn)成本。

雙組分絲的截面形狀可千變?nèi)f化?？傮w來講，這些絲由兩種不同的聚合物組成，聚合物賦予絲特定的性能。根據(jù)應用要求可加工具有相應截面的雙組分絲。最常見的 4 種截面包括皮芯型、并列型、桔瓣型和海島型。其中，皮芯型和并列型是典型的截面，常用于短纖，而其他兩種截面主要用于長絲。皮芯型雙組分絲常用作非織造布的粘合纖維，而并列型雙組分絲的加工重點放在所需的自我卷曲效果上，桔瓣型和海島型截面主要用于超細纖維，即單絲線密度低于0.3 dtex的纖維。

多種截面造就纖維的多樣性（表 1）

最常見的是皮芯型截面，其應用非常廣泛。該截面主要用于短纖或紡粘非織造布產(chǎn)品中的連續(xù)長絲。主要應用領域包括：雙組分短纖或長絲經(jīng)常被用作將主要纖維原料或長絲粘合在一起的粘合類纖維或長絲。例如，在梳理成網(wǎng)非織造布中，雙組分纖維中作為皮的聚合物在烘箱中熔化。皮組分的熔點低于芯組分的熔點，從而使芯層纖維粘附于交叉點。在這里，皮組分一般會完全熔融，從而作為一種粘合劑。為確保足夠的粘合力，皮組分的占比相對較高，在50%左右。常見的皮芯型聚合物組合包括PET/CoPET（低熔點）和PP/PE。

在加工具有特殊性能的短纖和長絲時，通常在皮組分中加入添加劑或色及/或二氧化鈦（TiO2）濃色體以獲得特殊性能。它們可以是具有親水性或抗菌性能的功能性聚合物。PE常用作衛(wèi)生產(chǎn)品中雙組分短纖/長絲的皮組分，用來提高產(chǎn)品的手感。在這里，皮組分的占比在10% ～ 30%之間，從而盡可能降低添加劑和濃色體的成本。

原料在短纖/長絲加工成本中占很高比例。降低成本的一種途徑是采用較便宜的聚合物作為芯組分，例如B級聚合物或再生聚合物；皮組分采用高檔或較貴的聚合物，其在

芯成分的偏芯程度

皮芯型橫截面的一個特點是纖維采用偏芯結(jié)構(gòu)，這能產(chǎn)生所謂的自卷曲效果。在紡絲后，長絲經(jīng)過拉伸。芯的偏芯性及其造成的不同拉伸度使纖維或長絲產(chǎn)生卷曲。

并列型截面可產(chǎn)生同樣效果。在這種情況下可采用多種聚合物組合，如PP/PE、PET/PE、PET/CoPET等，或采用不同黏度的同種聚合物組合（PET/PET、PP/PP）。并列型纖維和長絲主要采用圓形或圓形-中空截面，盡管也可采用其他截面。采用并列型雙組分絲加工的最典型的紡織品是簾子布。

細支紗：雙組分超細纖維

海島型截面形成一組雙組分超細纖維。用此種方法可生產(chǎn)人造革或絲絨等民用產(chǎn)品長絲。典型的（海島型）聚合物組合是PET/CoPET和PA/CoPET。在纖維加工工藝之后，作為“?！钡木酆衔镌趬A液中溶解，只有作為“島”的長絲留下來。這種工藝可加工出線密度低至0.03 dtex的超細長絲。在市場上，海島纖維通常為37島，而采用Oerlikon Barmag（歐瑞康巴馬格）的裝備可加工島數(shù)高達91島的長絲。在這種情況下，噴絲板的孔密度會適當降低?！昂！苯M分為30%的纖維可實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，也可加工海組分比例更低的纖維，但是易造成開纖困難，產(chǎn)品手感變差。

桔瓣型截面形成第二組雙組分超細纖維。這種結(jié)構(gòu)常用于長絲或紡粘產(chǎn)品加工中，在短纖領域應用較少。最常見的是16瓣長絲，但32或64瓣的長絲也可以加工。可機械撕裂的長絲是用PET/PA6制成的。這些聚合物相互之間的粘合度較低，易于機械分離。在非織造布生產(chǎn)中，可采用水刺工藝進行分離，在紡織品加工中可通過染色工藝進行分離。過去通常采用的原料成分比例是50/50。為降低成本，PA6的比例一直在降低，目前為20%。

針對高端產(chǎn)品的先進技術

紡絲組件的壓差對雙組分工藝的穩(wěn)定性起決定性作用：壓差越小，工藝越穩(wěn)定。聚合物的質(zhì)量也同樣重要。質(zhì)量良好、穩(wěn)定且對溫度變化不太敏感的聚合物可確保紡絲工藝的穩(wěn)定。原料的黏度均勻、分子量分布范圍窄也是確保雙組分纖維紡絲過程穩(wěn)定的必要條件。

歐瑞康巴馬格公司和Oerlikon Neumag（歐瑞康紐馬格）公司自上世紀80年代中期以來一直提供雙組分纖維加工系統(tǒng)，因此積累了豐富的技術知識和經(jīng)驗。這兩家化纖系統(tǒng)制造商已經(jīng)將短纖加工系統(tǒng)以及BCF、POY、FDY和紡粘非織造布加工系統(tǒng)都配備了雙組分紡絲設備，主要用于加工上述 4 種截面的纖維。

市場對系統(tǒng)和工藝的要求正變得越來越復雜。目前標準的混合比是70/30，較大混合比（如90/10皮芯型雙組分絲）也越來越常見。為此，對每種聚合物采取單獨的溫度控制和擴充的工藝窗口成為歐瑞康巴馬格和歐瑞康紐馬格公司加工系統(tǒng)的標準配置。

系統(tǒng)的設計理念

在所有雙組分纖維生產(chǎn)系統(tǒng)中，對不同的聚合物A和B來說，從擠壓機、熔體過濾器到紡絲箱體這一過程中溫度的傳遞均可單獨控制。根據(jù)聚合物種類，建議更加系統(tǒng)地實行溫度分離。以這一理念為基礎，在到達紡絲組件之前不同聚合物的溫度都是單獨控制的，尤其是從紡絲泵到紡絲組件的大部分熔體輸送管線。

基于系統(tǒng)理念，聚合物B的溫度傳遞在整條輸送線上會有所變化（圖 1）。不考慮此因素，兩種聚合物在紡絲組件匯合，在此達到一個共同的溫度水平，形成適配的黏度。為了保證紡絲質(zhì)量均勻，聚合物的黏度差不宜過大。在并列型紡絲工藝中，黏度差異過大會造成紡絲缺陷，產(chǎn)生所謂的“死彎”，導致熔體流在噴絲板下方出現(xiàn)“彎角”等現(xiàn)象。

單溫系統(tǒng)

單溫系統(tǒng)的設計理念包括在聚合物到達紡絲箱體之前實行溫度隔離。起始狀態(tài)下，聚合物A（如PET）的工藝溫度高于聚合物B（如PA6）。總體來說，聚合物A的分配管和紡絲箱體的溫度是相同的。它們通常與聯(lián)苯加熱系統(tǒng)的管路連接。

雖然如此，像雙溫系統(tǒng)中那樣的系統(tǒng)化溫度隔離也并非基本配置。對于一些雙組分纖維的加工來說（例如用再生聚合物或B級聚合物作為芯，用原生聚合物作為皮層加工雙組分纖維時），一般設定相同的工藝溫度。對于一些短纖維和紡粘非織造布產(chǎn)品來說，溫度的傳遞與單溫系統(tǒng)的情況相似，盡管工藝溫度差別很大。其中一個例子是皮芯型PET/PE纖維：PET的加工溫度大約在295 ℃，而PE的工藝溫度為210 ℃。這是由于PE對高溫相對敏感，由于通過量大而使停留時間較短。

雙溫系統(tǒng)

雙溫系統(tǒng)的設計原理是對聚合物進行溫度隔離，每種聚合物在進入紡絲箱體之前采用單獨的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)地進行溫度隔離對加工PS、TPU等降解風險高的聚合物以及CoPET、CoPA6和CoPP等幾種改良聚合物來說很重要。例如：隨著加工溫度的提高，PA6的單體呈指數(shù)級增長。對于敏感型聚合物來說，應該盡量控制其在高溫紡絲箱中停留的時間。由于采用雙溫系統(tǒng)的特殊設計，B組分在A組分溫度環(huán)境中停留的時間得到大幅縮短（圖 2）。

在雙溫系統(tǒng)中，B組分的紡絲泵和熔體分配系統(tǒng)安裝在單獨的箱體內(nèi)，而這個箱體與自己的聯(lián)苯加熱系統(tǒng)連接。熔體在到達紡絲箱體的過渡過程中得到連續(xù)加熱。市場常見的系統(tǒng)則不同，在設計上有明顯缺陷，容易使熔體經(jīng)過未加熱區(qū)域時產(chǎn)生凝固，在生產(chǎn)停頓的情況下形成堵塞，阻擋熔體流動，從而導致整個系統(tǒng)停產(chǎn)。

SP8×B：專為敏感的雙組分長絲設計的紡絲箱體

由于采用新的紡絲系統(tǒng)概念，敏感的聚合物也能轉(zhuǎn)換為雙組分絲。新技術以上述雙溫系統(tǒng)為基礎。采用這種新技術，聚合物的質(zhì)量和黏度可根據(jù)相應的工藝要求進行精確調(diào)整。兩種聚合物的輸送管以及紡絲泵的聯(lián)苯加熱系統(tǒng)嚴格分離，直到在紡絲組件將兩種組分合并，確保對每一種聚合物最少的損傷。這反過來又保證最佳的紡絲條件。

新系統(tǒng)以SP8×B紡絲箱概念為基礎，與普通的矩形紡絲箱相比同樣具有節(jié)能優(yōu)勢，例如：可有效降低加熱能耗。較不敏感的聚合物也可以用標準SP8×B雙組分紡絲箱毫不費力地生產(chǎn)。新的紡絲系統(tǒng)概念既適用于（市場上少見的）單排排列的紡絲箱，也適用于雙排和“Z”形排列的紡絲箱。

總結(jié)

歐瑞康巴馬格公司和歐瑞康紐馬格公司為各個應用領域提供量身定制的系統(tǒng)。在標準聚合物和標準截面產(chǎn)品加工方面，單溫系統(tǒng)是理想的選擇，而雙溫系統(tǒng)則適合于加工超細纖維和對溫度敏感的聚合物。

然而，市場上現(xiàn)有的大多數(shù)共聚物的穩(wěn)定性和對溫度的依賴性比幾年前明顯提高。因此，在到達紡絲箱體之前的輸送過程中，需系統(tǒng)化分隔溫度的聚合物的比例在5% ～ 10%之間。利用單溫系統(tǒng)可加工大多數(shù)類型橫截面的雙組分纖維，因此具有明顯的成本優(yōu)勢。

采用歐瑞康化學纖維事業(yè)部受專利保護的雙溫系統(tǒng)，可將敏感型聚合物加工成高質(zhì)量雙組分纖維。這種概念還為生產(chǎn)商提供了高度靈活性。