定島型海島纖維的生產(chǎn)及其在超纖革中的應(yīng)用

蔣志青 尹德河 陳建民 馬建偉 陳韶娟

摘要：定島型海島纖維是一種由分散相聚合物（島組分）均勻嵌在連續(xù)相聚合物（海組分）中形成的復(fù)合纖維，且島組分?jǐn)?shù)量固定，具有優(yōu)異的服用性能。本文介紹了定島型海島纖維的發(fā)展現(xiàn)狀、生產(chǎn)工藝以及超纖革的生產(chǎn)及應(yīng)用，并提出了定島型海島纖維和超纖革目前存在的問題，對(duì)未來的前景作了展望。

關(guān)鍵詞：定島型海島纖維；制備；超纖革；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TS102文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-265X（2018）03-0029-05Production of Figured Seaisland Fiber and its Application in Microfiber Leather

JIANG Zhiqing1， YIN Dehe2， CHEN Jianmin3， MA Jianwei1， CHEN Shaojuan1

（1.School of Textile and Garment， Qingdao University， Qingdao 266071，China； 2.Shandong

Dazheng Special Fiber New Material Co.， Ltd， Linyi 251500， China； 3.Shandong Kobel

Nonwovens New Material Technology Co.， Ltd， Linyi 251500， China）Abstract：Figured seaisland fiber is a composite fiber formed by uniformly embedding the dispersed phase polymer （island component） in the continuous phase polymer （sea component）， and the number of the island components is fixed. It has excellent wearing performance. This paper introduces the development of figured seaisland fiber， the production process and the production and application of microfiber leather， puts forward the existing problems of figured seaisland and microfiber leather， and prospects the future.

Key words：figured seaisland fiber； production； microfiber leather； application

通信作者：陳韶娟，Email：qdchshj@126.com海島纖維學(xué)名“海島型超細(xì)纖維”，也稱基質(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。海島纖維通常分為定島型海島纖維和不定島型海島纖維。定島型海島纖維的島組分分布均勻，它既可以制作長絲，也可以將長絲切斷后得到所需長度的短纖維[1]。定島型海島纖維在縱軸上連續(xù)且“島”的纖度均勻，從而可以制得強(qiáng)度高、染色性能和色牢度俱佳的超細(xì)纖維合成革（簡稱超纖革）[2]。因此定島型海島纖維隨著超纖革的快速發(fā)展進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期。

1定島型海島纖維及超纖革的發(fā)展

1.1發(fā)展背景

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發(fā)的，從此掀起了超細(xì)纖維研發(fā)的浪潮[3]。起初研發(fā)的是不定島型海島纖維，但其島纖維在縱軸上不連續(xù)，島數(shù)不固定，島纖維的細(xì)度、長度也不均勻，用此制成的超纖革的染色性能和色牢度都較差。為使海島纖維在縱軸上連續(xù)，長度、細(xì)度均勻一致，染色性能、色牢度俱佳，海島纖維的生產(chǎn)技術(shù)更新?lián)Q代，定島型海島纖維應(yīng)運(yùn)而生。

1.2發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

除日本東麗公司外，日本旭化成、可樂麗、帝人可多麗、三菱人造絲、鐘紡也具有自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。韓國大成最早從日本引進(jìn)海島纖維非織造布，研發(fā)超纖革；科隆成功開發(fā)了0.055 dtex的海島纖維并批量生產(chǎn)；除此之外，韓國的大進(jìn)、東宇生產(chǎn)的超纖革也走在世界的前列。

1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

在中國臺(tái)灣，最具規(guī)模的是南亞和三芳。1993年，南亞開始使用0.055 dtex的海島纖維生產(chǎn)超纖革，并逐步市場化；1995年，三芳開始涉獵這個(gè)行業(yè)。

煙臺(tái)合成革總廠于20世紀(jì)80年代末期就開始著手研發(fā)不定島型海島纖維及超纖革，但定島型海島纖維及定島型超纖革的開發(fā)起步較晚，發(fā)展也比較慢。上海市合成纖維研究所于2003年成功研制定島型海島短纖維，是國內(nèi)第一個(gè)建成年產(chǎn)2 000 t的全部國產(chǎn)化的定島型海島短纖維生產(chǎn)線的單位；浙江梅盛和華峰超纖同期建成了定島型海島纖維超纖革生產(chǎn)線，原廈門鴻信也于2005年開始建設(shè)定島型海島纖維及超纖革的生產(chǎn)線。臨邑大正特纖新材料有限公司于2013年開發(fā)了64島定島型海島纖維，打破了日本在該規(guī)格產(chǎn)品上的國際市場壟斷，填補(bǔ)了我國64島海島纖維的生產(chǎn)空白；除此之外，常熟貝斯特也在定島型超纖革市場占有較大的市場份額。

中國的定島型海島纖維及超纖革的生產(chǎn)研發(fā)仍處于成長階段，很多技術(shù)仍需突破，服用定島型超纖革等領(lǐng)域被日本壟斷，仍需大量進(jìn)口。而以日本為代表的定島型海島纖維生產(chǎn)強(qiáng)國經(jīng)過多年的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，生產(chǎn)模式已從單一的纖維生產(chǎn)向技術(shù)升級(jí)、成本降低等方面轉(zhuǎn)變。

2定島型海島纖維

2.1品種

定島型海島纖維因“?！焙汀皪u”的成分不同而形成多個(gè)產(chǎn)品系列，其中海組分有COPET、PE、PS、PPS、改性PVA等，島組分有PET、PA6等，組合常見的有COPET/PA6、PPS/PA6、PE/PA6等。

2.2生產(chǎn)

2.2.1生產(chǎn)流程

“海”和“島”的成分不同，其生產(chǎn)工藝路線略有不同。以32島COPET/PA6海島復(fù)合短纖維生產(chǎn)過程為例，其生產(chǎn)工藝流程為（島組分簡稱A，海組分簡稱B）：B預(yù)結(jié)晶→A、B切片干燥除雜→分別進(jìn)入A、B螺桿擠出機(jī)→過濾→噴絲→冷卻→集束→一級(jí)牽伸→二級(jí)牽伸→三級(jí)牽伸→卷曲→干燥定型→切斷→稱量→打包。

生產(chǎn)出的32島COPET/PA6海島纖維如圖1所示。圖132島COPET/PA6海島纖維

2.2.2工藝優(yōu)化

優(yōu)化紡絲工藝首先需要嚴(yán)格要求切片的質(zhì)量，不同的切片質(zhì)量指標(biāo)不盡相同，但均要控制其粘度、熔點(diǎn)、端羧基含量、色相、含水率等指標(biāo)。其次，在現(xiàn)有的工藝下，生產(chǎn)的定島型海島纖維“?！迸c“島”組分界限不明顯，需嚴(yán)格控制紡絲溫度，兩種組分分區(qū)各自控溫熔融，避免組分之間發(fā)生黏連。再者，優(yōu)化冷卻成型、卷繞和后拉伸環(huán)節(jié)，保證UDY結(jié)構(gòu)均勻，并使POY充分取向，提高定島型海島纖維的染色性能[4]。

2.3研發(fā)方向

2.3.1噴絲板的設(shè)計(jì)

影響定島型海島纖維質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備是復(fù)合噴絲板。復(fù)合噴絲板最早由美國的Moriki和Ogasawara設(shè)計(jì)并申請(qǐng)專利，日本卡森生產(chǎn)的高精度復(fù)合紡絲噴絲板也有多年的歷史，德國威查集團(tuán)采用激光打孔工藝制造噴絲板精度高，質(zhì)量好。中國復(fù)合噴絲板的自主研制起步較晚，噴絲板的質(zhì)量也與日本、德國等國家有一定差距。國內(nèi)生產(chǎn)海島纖維噴絲板的廠家較少，其中自主研發(fā)海島纖維噴絲板（或紡絲組件）并申請(qǐng)專利的公司還不足10家。大連賽陽化纖公司[5]、深圳市中晟公司[6]、中國石化儀征化纖公司[7]、濟(jì)南欣海公司[8]等公司先后成功研發(fā)海島纖維噴絲板，此類技術(shù)的發(fā)展在一定程度上提高了國內(nèi)海島纖維的質(zhì)量水平。

2.3.2純水溶性海相切片研發(fā)

海島纖維的海組分的發(fā)展趨勢(shì)為苯溶性→堿溶性→水溶性。在開纖去除“海”組分時(shí)，若“?！苯M分為PE或PS等，則采用苯減量處理，若為COPET、PPS等，則采用堿減量處理。但因甲苯為有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境和人體存在危害，已有淘汰趨勢(shì)。為此國內(nèi)外開始研發(fā)水溶性海島纖維，即在開纖時(shí)，不需要其他化學(xué)試劑，直接利用水為介質(zhì)對(duì)海島纖維作減量處理?，F(xiàn)已開發(fā)出的水溶性“?！苯M分有改性PVA、SP等[910]，但多數(shù)僅處于實(shí)驗(yàn)室階段，目前世界上已產(chǎn)業(yè)化的溶于水的合成纖維僅有改性PVA，而社會(huì)上常說的水溶性海島纖維，實(shí)則多為堿溶性，純水溶性海相切片研發(fā)的完成是水溶性海島纖維開發(fā)的前提。

3超纖革

超纖革，被稱為第四代人工皮革，是當(dāng)今世界最接近天然皮革的人造革材料。圖2為超纖革圖片。

3.1物理特性

超纖革表面浸漬聚氨酯，使其具有聚氨酯微孔網(wǎng)狀表面結(jié)構(gòu)和束狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這與天然皮革的粒面層和網(wǎng)狀層的結(jié)構(gòu)形態(tài)極其相似。除此之外，超纖革的質(zhì)感也可與天然高級(jí)皮革相媲美，而且在強(qiáng)度、舒適性、透氣透濕性、耐化學(xué)性、抗皺性、可洗滌性、可加工適應(yīng)性以及質(zhì)量均一性等方面優(yōu)于天然皮革，是替代天然皮革的最佳產(chǎn)品。超纖革與天然皮革相比主要有以下特點(diǎn)：

a）耐折牢度高。常溫下彎曲達(dá)20萬次無裂紋，低溫（-20 ℃）下彎曲3萬次無裂紋；

b）伸長率適中；

c）撕裂強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度較高。

3.2工藝流程

定島型海島纖維超纖革的生產(chǎn)工藝流程大致如下：

定島型海島纖維短纖→無紡布制造→無紡布定性→浸漬聚氨酯→聚氨酯固化→減量→后整理。

而普通人造革的生產(chǎn)主要包括基布處理、膠料制備、涂覆、貼合、凝膠化、表面處理、壓花、冷卻、卷取等工序。超纖革和普通人造革在涂覆材料和底基材料等方面存在差異。超纖革以超細(xì)纖維非織造布為基布，浸漬聚氨酯；而普通人造革以傳統(tǒng)織物為基布，涂覆聚氯乙烯或聚氨酯樹脂。

3.3研發(fā)方向

3.3.1省去PVA含浸

定島型海島纖維非織造基布可省去PVA預(yù)處理[12]。海組分本身使基布中的纖維表面附著一層薄膜，再將該基布浸于聚氨酯中，讓聚氨酯在海島纖維非織造布的三維網(wǎng)狀組織中形成具有無數(shù)微孔的連續(xù)彈性體，隨著海組分的去除，即形成理想結(jié)構(gòu)。

3.3.2超纖革新型染色技術(shù)

海島纖維染色困難，染色后的顯色度低且顏色不夠鮮艷，選擇合適的染料、助劑、介質(zhì)和工藝才能獲得較好的染色效果。郭生偉[13]采用酸性染料與分散染料拼混染色的方法，添加增深增艷劑APA處理PA6超纖革，達(dá)到了理想的染色效果。隨著CO2染色法、溶劑法、真空染料升華染色法[1415]等無水染色技術(shù)的發(fā)展，超纖革染色革命的步伐將進(jìn)一步加快。

3.3.3記憶性定島型海島纖維超纖革的開發(fā)

定島型海島纖維超纖革存在易變形的缺點(diǎn)。選用PTT等形狀記憶型纖維作為海島纖維組分[16]，從纖維性能的提升、非織造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等方面入手，解決當(dāng)前超纖革保型性差等難題，為開發(fā)車用革、服用革和正裝鞋用革奠定基礎(chǔ)。

3.3超纖革的應(yīng)用

定島型海島纖維超纖革的用途廣泛，可應(yīng)用于鞋、服裝、箱包、家具、汽車內(nèi)飾等的各領(lǐng)域[17]。

3.3.1鞋用超纖革

超纖革有良好的物理機(jī)械性能，吸水、透汗，能保護(hù)人的腳面免受鞋幫接縫和夾層襯墊凸出的邊角擦傷，故可用來生產(chǎn)高級(jí)鞋的鞋面和鞋里[18]。但鞋用超纖革的耐曲撓性、變形恢復(fù)性和吸濕性能還需進(jìn)一步提高。Wu等[19]采用在1 064、532 nm和355 nm波長處的3種激光器來構(gòu)建超纖革上的微孔陣列，提高了超纖革的水蒸汽透過率。為提高其吸水、保水性能，還可在鞋用超纖革中添加高保水材料，使鞋內(nèi)形成干爽、舒適的內(nèi)部環(huán)境?？梢哉f，進(jìn)一步提高超纖革的力學(xué)性能和吸濕換汽能力應(yīng)成為我國正裝鞋用革發(fā)展的主攻方向。中國先后制定了防護(hù)鞋用合成革和運(yùn)動(dòng)鞋用聚氨酯合成革的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2021]，但對(duì)于正裝鞋用合成革仍是空白。

3.3.2家具用超纖革

超纖革家具的耐磨性和耐老化性俱佳，性能穩(wěn)定，紋路整齊規(guī)律，取材方便，且價(jià)格低于真皮家具，是除真皮外，制作高檔家具的另一選擇。但這一市場的高端產(chǎn)品幾乎被日本壟斷。中國相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)應(yīng)在家具用超纖革的手感及外觀仿真皮、環(huán)保無異味和保型性等方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

3.3.3服裝面料

服用超纖革的開發(fā)和生產(chǎn)難度較大，目前基本被日本壟斷。定島型海島纖維用于服用超纖革主要有兩大類產(chǎn)品[2223]。一是選用定島型海島超細(xì)纖維的長絲，將其織成織物，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，制成具有書寫效果的高檔人造麂皮，蓬松、飄逸、懸垂性及柔軟性極好，手感舒適，被廣泛用于外套、夾克等；二是選用定島型海島超細(xì)纖維的短纖維，將其織制成非織造布，再通過浸漬聚氨酯、除去島組分、片皮和起絨加工等工序，制成具有書寫效果的高檔人造麂皮或桃皮絨。日本可樂麗生產(chǎn)的Amaretta和東麗生產(chǎn)的Ultrasuede高級(jí)人造麂皮超纖革，作為風(fēng)衣、夾克等高級(jí)時(shí)尚服飾材料廣獲市場好評(píng)[24]。

3.3.4車用超纖革

與天然皮革相比，超纖革在厚度均勻性、耐霉菌性、材料利用率和成本等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。它具有更高的耐久性和質(zhì)量，在內(nèi)飾中的應(yīng)用部位也逐步擴(kuò)大。東麗公司稱[25]，汽車超纖皮革的高級(jí)感等性能成為國內(nèi)外汽車設(shè)計(jì)者的核心所在，從中高級(jí)轎車到質(zhì)量較好的小型車，普遍應(yīng)用了超纖革作為內(nèi)飾。

車用超纖革對(duì)超纖革的質(zhì)量要求很高。中國于2011年制定汽車用聚氨酯合成革的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB/T4194—2011）[26]，提出了對(duì)其色牢度、耐磨性、耐折牢度、耐老化性、耐光性等指標(biāo)的技術(shù)要求。為了提高車用革的色牢度和保型性，纖維著色技術(shù)和多纖維混紡技術(shù)在高性能車用革領(lǐng)域得到了較快的發(fā)展。

4問題與展望

雖然定島型海島纖維的生產(chǎn)工藝逐漸成熟，但依舊存在很多問題。生產(chǎn)的定島型海島纖維的質(zhì)量和水平還有待提高，纖維的表征有待完善；開纖過程浪費(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)備投資較大，中國生產(chǎn)的噴絲板組件與日本、德國、韓國等國家還有較大差距，多數(shù)需要進(jìn)口。

雖然超纖革的性能與天然皮革相近，甚至某些性能優(yōu)于天然皮革，但它也存在不足，如海島纖維非織造布的內(nèi)外密度相同，而天然皮革在截面上存在密度梯度，這導(dǎo)致超纖皮的韌性和折曲手感與天然皮革有一定差異。另外，超纖革表面也未能達(dá)到天然皮革面層所特有的自然優(yōu)美的紋路和手感，透氣和透濕性與天然皮革相比有差距。

定島型海島纖維作為一種新型復(fù)合纖維已經(jīng)在海內(nèi)外市場表現(xiàn)出十分強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，盡管中國的山東臨邑大正特纖新材料有限公司已全面突破了定島型海島纖維加工技術(shù)，成功地開發(fā)出64島海島纖維，但我國的定島型海島纖維的進(jìn)口量依舊很大，與日本存在的差距也不容忽視。而定島型海島纖維生產(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，加大技術(shù)投入，在新功能、新技術(shù)上不斷探索，開發(fā)定島型海島纖維超纖革及其他海島纖維附屬產(chǎn)品，才能有效提高海島纖維產(chǎn)品的國際競爭力。

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