海島纖維的生產(chǎn)及應(yīng)用

蔣志青，郭 亞

(青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東 青島 266071)

海島纖維的生產(chǎn)及應(yīng)用

蔣志青，郭 亞

(青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東 青島 266071)

海島纖維是一種由分散相聚合物(島)均勻嵌在連續(xù)相聚合物(海)中形成的復(fù)合纖維，具有優(yōu)異的服用性能。介紹了海島纖維的生產(chǎn)工藝、開(kāi)纖方法、特性及應(yīng)用，并提出了海島纖維目前存在的問(wèn)題，對(duì)未來(lái)的前景作了展望。

海島纖維 制備 開(kāi)纖 應(yīng)用

海島纖維學(xué)名“海島型超細(xì)纖維”，也稱(chēng)基質(zhì)原纖型纖維或超共軛纖維，是一種高附加值、高技術(shù)的新型復(fù)合纖維[1]。海島纖維一般為兩種非相容性高聚物，按一定比例進(jìn)行復(fù)合或共混后紡制，其中一種組分為分散相(即島組分)，另一種為連續(xù)相(即海組分)，分散相(島)均勻嵌在連續(xù)相(海)中，從纖維的橫截面看是一種成分以微細(xì)而分散的狀態(tài)被另一種成分包圍著，好像“海” 中有許多“島”[2]。海島纖維最早是在20世紀(jì)70年代初由日本東麗公司研制開(kāi)發(fā)的[3]。海島纖維通常分為定島型海島纖維和非定島型海島纖維。定島型海島纖維生產(chǎn)難度較大，且隨著島數(shù)的增加，生產(chǎn)難度有增大的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)部分公司已能生產(chǎn)出64島的海島纖維。

1 海島纖維的生產(chǎn)工藝

1.1 工藝流程

海島纖維的海與島組分的組合常見(jiàn)的有COPET/PA6、PET/COPET、PE/PA6等。海島纖維的生產(chǎn)方法有復(fù)合紡絲法和共混紡絲法兩種。下面以COPET/ PA6海島復(fù)合超細(xì)短纖維為例，講述通過(guò)共軛復(fù)合紡絲技術(shù)生產(chǎn)海島纖維的過(guò)程。圖1.1即為COPET/ PA6海島纖維的生產(chǎn)工藝流程。

圖1 COPET/PA6海島復(fù)合超細(xì)短纖維生產(chǎn)工藝流程圖

由于COPET的熔融溫度較低，所以它的預(yù)結(jié)晶是必不可少的一步。之后，再將兩種切片進(jìn)行干燥、除雜，在溫度設(shè)置不同的螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，經(jīng)過(guò)濾后從不同路徑進(jìn)入紡絲箱實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的瞬間復(fù)合，紡絲配件的孔隙大小與組裝直接影響到海島纖維的成形。在經(jīng)一系列后處理工序后，形成COPET/PA6海島纖維。

生產(chǎn)出的32島COPET/PA6海島纖維如圖2所示。

圖2 32島COPET/PA6海島纖維

1.2 質(zhì)量影響因素

1.2.1 切片質(zhì)量

切片的質(zhì)量對(duì)海島纖維的結(jié)晶性能、結(jié)構(gòu)均勻性和高速紡絲時(shí)的強(qiáng)度穩(wěn)定性有較大影響。切片的質(zhì)量指標(biāo)如表1所示。

表1 切片質(zhì)量指標(biāo)

1.2.2 紡絲速度與拉伸倍數(shù)

因?yàn)楹：蛵u是完全不相容的兩種聚合物，紡絲速度和拉伸倍數(shù)的分配也相當(dāng)關(guān)鍵。控制不當(dāng)，極易造成纖維截面的分裂，使纖維不勻率大大提高，影響后加工性能[4]；也會(huì)影響海島纖維的斷頭率，降低生產(chǎn)效率。

1.2.3 油劑

海島纖維的下游產(chǎn)品中，不管是織造或非織造都對(duì)海島纖維的表面性能有一定的要求，所以海島纖維的加工過(guò)程需要使用特殊的油劑。

2 海島纖維的開(kāi)纖方法

海島纖維是一種過(guò)渡狀態(tài)，經(jīng)開(kāi)纖除去海組分或島組分后，才會(huì)得到單絲纖度極細(xì)的超細(xì)纖維或中空、微孔纖維。開(kāi)纖是利用海組分、島組分不同的特點(diǎn)，使海與島之間形成明顯的界線，從而用化學(xué)方法將兩組分分離[5]。開(kāi)纖分為海島纖維開(kāi)纖和織物開(kāi)纖。纖維開(kāi)纖是將海(或島)組分充分溶解去除，得到僅含島(或海)組分的超細(xì)纖維(或中空纖維)。而織物開(kāi)纖是將海島纖維加工成織物后，對(duì)織物進(jìn)行后處理，溶解海(或島)組分，得到超細(xì)纖維織物(或中空纖維織物)?？椢锏拈_(kāi)纖將直接影響到最終成品的外觀、手感以及織物的物理機(jī)械性能[6]。常見(jiàn)的開(kāi)纖的方法有堿減量處理和苯減量處理。

2.1 堿減量處理

常見(jiàn)的采用堿減量處理的海島纖維有COPET/PA6。COPET(海組分)的結(jié)構(gòu)比較疏松，其酯基在熱堿溶液中易發(fā)生水解，而PA6(島組分)的堿穩(wěn)定性較好，不易水解；同時(shí)，在熱堿的作用下，PA6的收縮性大于COPET，兩者的界面處會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，促進(jìn)了海組分的分離和水解[7]。

堿液通常使用NaOH溶液，工藝流程為烘干→稱(chēng)重→堿液處理→溫水洗→冷水洗→烘干→稱(chēng)重→計(jì)算失重率、開(kāi)纖率。失重率和開(kāi)纖率是描述開(kāi)纖效果的常用指標(biāo)，失重率或開(kāi)纖率越大，開(kāi)纖效果越好。

影響開(kāi)纖效果的因素有：

(2)處理溫度。隨著溫度的升高，纖維中大分子鏈的活動(dòng)性增加，COPET的水解加速，失重率增大；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，水解反應(yīng)基本結(jié)束，失重率趨于穩(wěn)定。

(3)處理時(shí)間。隨著處理時(shí)間的增加，COPET逐漸水解，失重率增大；當(dāng)COPET水解完成，失重率趨于穩(wěn)定。這時(shí)，繼續(xù)增加處理時(shí)間對(duì)開(kāi)纖效果的影響不大。

(4)浴比。在其他條件相同時(shí)，隨著浴比的增加，處理液中堿的濃度增大，失重率增加。但是浴比過(guò)大必然造成資源的浪費(fèi)，選擇合適的浴比是必要的。

2.2 苯減量處理

在某一溫度時(shí)，海組分溶解于苯液(如甲苯)中，而在此溫度下，島組分不溶于苯液，充分作用后，島組分被分離出來(lái)成為超細(xì)纖維。使用苯減量處理的常見(jiàn)的海島纖維有PE/PA6[9]。

PE(海組分)在20℃時(shí)基本不溶于甲苯，在50℃時(shí)能夠部分溶解，100℃到120℃之間甲苯能夠最大程度的溶解PE。將PE/PA6海島纖維置于密閉的裝有100%甲苯的玻璃瓶中，上面用聚四氟乙烯的蓋子密封，將其置于溫度為105℃的烘箱中20分鐘取出，等溫度恢復(fù)常溫中，將溶解的海島纖維取出，得到超細(xì)纖維。

3 海島纖維的特性及用途

3.1 海島纖維的特性

圖1為AFA 1和AFA 2兩種消泡劑對(duì)新拌超高性能混凝土漿體含氣量的影響，從圖中可以看出，未摻消泡劑的基準(zhǔn)組含氣量為7.8%，遠(yuǎn)高于普通混凝土；兩種消泡劑的摻入均使得含氣量大幅降低。隨著消泡劑摻量增大，超高性能混凝土拌和物的含氣量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，即存在一個(gè)含氣量最低點(diǎn)；這時(shí)兩種消泡劑AFA 1和AFA 2的摻量均為3‰，對(duì)應(yīng)的含氣量分別為4.8%、4.2%，比基準(zhǔn)配合比分別降低了38.5%和46.2%。

(1)高覆蓋性。海島纖維纖度很小，直徑細(xì)，比表面積大。纖維的覆蓋能力增加，吸濕性能大大改善[10]。

(2)手感柔軟、穿著舒適。海島纖維纖維超細(xì)且柔軟，制成織物，可產(chǎn)生毛細(xì)管的芯吸作用，促使織物吸附水分，并將水分移至織物表面，水分的蒸發(fā)增加了穿著的舒適感。

(3)高去污性。海島纖維比面積大、空隙多，制成的織物的去污性、吸塵性和過(guò)濾性能俱佳；纖維柔軟且細(xì)度很小，能夠在很大程度上保護(hù)被清潔的物品不受損傷[11]。

(4)織物光澤柔和。超細(xì)纖維的直徑越小，纖維的曲率半徑越小，其表面反射的散射光占的比例越大，使織物表面的色調(diào)比較柔和。

(5)懸垂性好。海島纖維的抗彎剛度較小，織物容易獲得瀟灑、飄逸的效果；若用高收縮絲作為芯層，能夠賦予織物極好的視覺(jué)舒適性和懸垂性。

3.2 海島纖維的用途

3.2.1 人造麂皮

選用海島型超細(xì)纖維的長(zhǎng)絲，將其織制成織物，采用涂層技術(shù)對(duì)基布處理再經(jīng)起絨加工，在織物成品的表面形成了細(xì)密均勻的絨毛，制成具有書(shū)寫(xiě)效果的高檔人造麂皮。被廣泛用于外套、夾克、家具用裝飾織物，蓬松、飄逸、懸垂性及柔軟性極好，手感舒適[12]。

3.2.2 桃皮絨

經(jīng)染整加工中精細(xì)的磨絨整理，借助化學(xué)助劑使纖維膨化、開(kāi)松，再經(jīng)過(guò)滾筒的碾軋，輔之以機(jī)械動(dòng)作摩擦，使織物表面產(chǎn)生緊密覆蓋約0.2毫米的短絨，猶如水蜜桃的表面。絨毛比人造麂皮更短，手感更加的柔軟、細(xì)膩，織物的反光點(diǎn)小，光澤、色澤柔和，表現(xiàn)豐滿(mǎn)、細(xì)潔、精致，懸垂性好。

3.2.3 高密度防水透氣性織物

這利用水滴的最小直徑與水蒸氣分子粒徑大小相差懸殊的事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[13]。通常雨滴的直徑在100μm～200μm，人體的水汽大約為0.1μm。適當(dāng)改變纖維間空隙，可織成空隙僅為0.2μm～10μm的海島高密織物，具有優(yōu)良的防水透汽性能。這種防水透氣織物透濕性較好，柔軟性和懸垂性也較好，但染整加工較困難。廣泛應(yīng)用于沖鋒衣、帳篷、睡袋等民用戶(hù)外產(chǎn)品，軍服、防護(hù)服、特種兵作戰(zhàn)服等軍用服裝，也成為開(kāi)發(fā)核生化防護(hù)服的理想材料[14]。

3.2.4 人造皮革

以海島超細(xì)纖維非織造布為基布的聚氨酯合成革是近年發(fā)展起來(lái)的新一代合成革，被稱(chēng)為第四代人工皮革。無(wú)論是內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)還是外觀質(zhì)感，都可與天然高級(jí)皮革相媲美，并且在機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)性、防水、防霉變性等方面超過(guò)天然皮革?？捎米鲂⑾浒?、家具、汽車(chē)內(nèi)飾等的各領(lǐng)域[15]。

3.2.5 薄型保暖織物

海島型超細(xì)纖維間隙多而密，可利用其毛細(xì)管的作用，使織物獲得良好的吸濕導(dǎo)汗功能。織物間的微孔結(jié)構(gòu)允許織物內(nèi)擁有較多的靜態(tài)空氣，因而可獲得較好的隔熱保暖作用。利用超細(xì)纖維制得的薄型保暖織物，適用于春秋服裝，市場(chǎng)前景廣闊[16]。

3.2.6 高性能揩布

超細(xì)纖維的比表面積大纖度小，手感柔軟，用超細(xì)纖維生產(chǎn)的這種潔凈布表面有大量的微纖維，對(duì)很多臟污物的吸收性很強(qiáng)，所以當(dāng)用其對(duì)污漬進(jìn)行擦拭后，不僅不會(huì)對(duì)擦拭物造成破壞，而且能夠擦拭的很干凈，沒(méi)有什么殘存物，所以可以用作高性能揩布。

3.2.7 高性能過(guò)濾材料

眾所周知，超細(xì)纖維強(qiáng)度高，充填性好，毛細(xì)網(wǎng)絡(luò)多且致密，吸濾能力強(qiáng)，可以做成性能優(yōu)異的超細(xì)過(guò)濾材料，現(xiàn)在很多企業(yè)都在朝著這個(gè)方面發(fā)展，也是現(xiàn)在很熱的一個(gè)課題，如高性能濾布。

4 問(wèn)題與展望

雖然海島纖維的生產(chǎn)工藝逐漸成熟，但依舊存在很多問(wèn)題。開(kāi)纖過(guò)程浪費(fèi)掉大量的海組分或島組分，導(dǎo)致資源浪費(fèi)；海島纖維制成的織物染色均勻性差，且染色過(guò)程會(huì)造成大量的水資源的污染和浪費(fèi)，加大了環(huán)保壓力；生產(chǎn)設(shè)備投資巨大，大多需要進(jìn)口，我國(guó)生產(chǎn)的噴絲板組件等，與日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家還有較大差距。

海島纖維作為一種新型復(fù)合纖維已經(jīng)在海內(nèi)外市場(chǎng)表現(xiàn)出十分可觀的發(fā)展前景，但我國(guó)海島纖維的進(jìn)口量依舊很大。而海島纖維生產(chǎn)技術(shù)作為一種高新技術(shù)，只有上下游產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)，加大技術(shù)投入，從整體上提高開(kāi)發(fā)能力，才能增大海島纖維產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

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Production and Application of Sea island Fiber

JIANGZhi-qing,GUOYa

(College of Textile & Clothing, Qingdao University, Qingdao 266071)

Sea island fiber is a kind of composite fiber with excellent clothing function, which is formed by dispersed phase polymer (island) evenly-embedded in the continuous phase polymer (sea). The production technology, fiber opening methods, the characteristics and application of sea island fiber were introduced, the existing problems were discussed and the prospects were put forward.

sea island fiber preparation fiber opening application

2017-03-03

蔣志青(1993-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織工程。

TS102.6

A

1008-5580(2017)03-0209-04