海島纖維的性能及制備方法

陳 林

（鹽城優(yōu)和博新材料有限公司，江蘇 射陽(yáng) 224341）

海島纖維產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，其技術(shù)才在20世紀(jì)90年代漸漸成熟起來(lái)。海島纖維這幾年在東亞一帶的發(fā)展速度很快，海島型超細(xì)纖維生產(chǎn)線得到了很好的建設(shè)，創(chuàng)造了生產(chǎn)0.001 1～0.330 0dtex海島纖維的單絲纖度，從島的數(shù)目看，16、36、37、64是常見(jiàn)的，也能生產(chǎn)出600～1 000島的海島纖維。我國(guó)發(fā)展海島纖維受麂皮絨訂單大量涌進(jìn)的推動(dòng)，由于其利潤(rùn)可觀，附加值高，國(guó)家對(duì)此產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了扶持。從海島纖維分類(lèi)看，可將其分為長(zhǎng)絲和短纖，已經(jīng)被列入目前紡織業(yè)的高新技術(shù)，發(fā)展勢(shì)頭迅速。

1 海島纖維之組分和構(gòu)成

海島纖維的“島”組分一般采用聚酯（PET）或者聚酰胺（PA），“海”組分使用容易被水溶解的聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺（PA6或PA66）、聚苯乙烯（PS）聚酯（COPET）、聚乙烯（PE）等?！皪u”組分的定島型海島纖維數(shù)目以16、36、37、51、61居多，當(dāng)前最高的可達(dá)1 000甚至更多。20%～50%是“?！苯M分占比，“?！苯M分要實(shí)現(xiàn)低占比，在技術(shù)上可行，可降至10%。降低“?！苯M分比例可減少溶除量，污染變小，制造成本降低等。不過(guò)，一味追求“?！苯M分的低，形成的“?！薄皪u”結(jié)構(gòu)將難以保證，使超細(xì)纖維制備的基礎(chǔ)丟失，從而使織物的風(fēng)格受到影響。

在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)海島纖維的企業(yè)中，一般選取30∶70為“?！薄皪u”組分的比例，由于不斷地進(jìn)行技術(shù)革新和創(chuàng)新生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝先進(jìn)的企業(yè)“海”組分占比已經(jīng)降到了15%。實(shí)施海島纖維的開(kāi)纖工序（溶除海組分）后，可獲得0.110～0.011 dtex“島”組分的單絲纖度，工藝先進(jìn)企業(yè)能夠獲得0.000 1 dtex“島”組分的單絲纖度。

2 海島纖維性能

海島纖維的優(yōu)異性能是其他普通纖維所達(dá)不到的，主要特性有以下幾方面。

2.1 極高的纖維覆蓋能力

伴隨纖維尺寸的減小，纖維直徑變薄，單位質(zhì)量的纖維表面積增大。增加的表面積增強(qiáng)了纖維的包覆能力，大大提高了吸濕性能。海島狀纖維憑其微小的纖度，可使織物柔軟光滑，舒適性明顯，可得到高防水性、緊密性、吸濕性，并獲得獨(dú)特的美感和時(shí)尚風(fēng)格的織物。同時(shí)，可在織物表面形成多層結(jié)構(gòu)，使織物呈現(xiàn)極小的反射點(diǎn)，顏色柔和，外觀豐滿、細(xì)膩。

2.2 纖維更柔軟

由于超細(xì)和柔軟的纖維能產(chǎn)生毛細(xì)管般的核心吸收，使更多織物的水分被吸附，吸附的水分又在織物表面移動(dòng)并被蒸發(fā)，使舒適性在穿著時(shí)顯現(xiàn)出來(lái)。直徑愈小的超細(xì)纖維，纖維曲率半徑愈大，纖維表面反射的散射光占比就愈大，織物表面的色調(diào)就愈柔和。

2.3 防水透氣和保暖作用

纖維間存在大量致密的空隙，可使織物具有較好的吸水性和吸油性。此外，通過(guò)對(duì)纖維間隙的適當(dāng)改變，可以將其織成海島高密度織物，空隙只有0.2～10.0 μm，防水性和透氣性優(yōu)良?？椢镩g微孔結(jié)構(gòu)使得織物中靜態(tài)空氣更多，從而獲得了更好的隔熱保暖效果。

3 海島纖維共軛復(fù)合紡絲法的制備

海島纖維制備的基本原理是先制備兩種或兩種以上的聚合物流體，形成皮芯或平行型之復(fù)合細(xì)流，然后類(lèi)似生產(chǎn)單一成分纖維樣，自噴絲板孔中擠出聚集體，得到海島纖維（圖1）。

圖1 海島纖維制備方法程序

兩種聚合物經(jīng)過(guò)預(yù)結(jié)晶和干燥后，分別在溫度控制的螺桿壓力機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、過(guò)濾和測(cè)量，然后送入含有特殊復(fù)合紡絲組件的紡絲箱中，螺桿擠出到紡絲箱的路徑是獨(dú)立的，完成了復(fù)合工藝的即時(shí)實(shí)現(xiàn)。之后，經(jīng)過(guò)冷卻、固化得到初生纖維。最后，通過(guò)上油、拉伸、定型、纏繞成絲，即海島纖維。

3.1 生產(chǎn)工藝流程

以海島復(fù)合超細(xì)短纖維[改性聚醋（COPET）、尼龍（PA6）]為例，組分選擇COPET作“?！保琍A6作“島”，采用共扼復(fù)合紡絲技術(shù)，工藝采用堿減量處理方法，可完成線密度3.5～4.4 dtex超細(xì)纖維之生產(chǎn)（圖2）。

圖2 生產(chǎn)海島復(fù)合超細(xì)短纖維（COPET/PA6）工藝流程

3.2 主要工藝條件

主要工藝條件見(jiàn)表1。

表1 海島復(fù)合超細(xì)短纖維（COPET/PA6）工藝主要條件

3.2.1 預(yù)結(jié)晶和干燥

從生產(chǎn)的環(huán)節(jié)來(lái)看，將COPET進(jìn)行預(yù)結(jié)晶這一環(huán)節(jié)尤為重要，因?yàn)閮煞N高聚物熔體的復(fù)合效果就是由結(jié)晶度和均勻度來(lái)衡量的。要防止發(fā)生切片黏結(jié)的情形，裝置可使用空心楔型預(yù)結(jié)晶，使熱交換效率盡最大可能獲得提升，物料駐留時(shí)間縮短，防止相互撞擊之物料形成粉屑。溫度控制在100～165 ℃為宜，過(guò)高或過(guò)低的預(yù)結(jié)晶溫度都不適宜。對(duì)結(jié)晶的時(shí)間適合控制在18～23 min，能夠獲得35%～41%的結(jié)晶度，得到較為理想的紡絲效果。

COPET切片采用填塔式連續(xù)干燥工藝。165 ℃以下的干燥溫度和8 h以內(nèi)的干燥時(shí)間為最佳。如若不然，COPET切片由于長(zhǎng)時(shí)間的熱降解和高溫而結(jié)塊，難以滿足切片干燥均勻性和含水率的工藝要求，對(duì)紡絲不利。對(duì)PA6的切片而言，采用露點(diǎn)要低（-80 ℃）、空氣干燥和低溫工藝，在85 μg/g以下的干切片含水[1]。

3.2.2 海相和島相復(fù)合比

復(fù)合短纖維開(kāi)纖之容易和困難，由COPET（海相）與PA6（島相）復(fù)合比決定，開(kāi)纖容易的話需要海相比例高，不過(guò)會(huì)使生產(chǎn)的成品纖維出現(xiàn)高的成本，太低的海相比例又會(huì)形成并島或丟島，造成成品纖維之開(kāi)纖和染色困難。多次工藝實(shí)踐表明，COPET/PA6為30：70，生產(chǎn)3.5～4.4 dtex的產(chǎn)品，能夠獲得開(kāi)纖及染色性能均較好的成品纖維。

3.2.3 設(shè)置紡絲控制溫度

為了獲得良好的可紡性，應(yīng)盡可能接近兩種熔體之表觀黏度，防止發(fā)生熔體彎曲，因而熔體表觀黏度的控制可通過(guò)調(diào)節(jié)紡絲溫度進(jìn)行。

在紡絲的全過(guò)程，應(yīng)按照海島兩相的物料特點(diǎn)，控制兩組分的紡絲溫度和箱體總成的溫度，并運(yùn)用多套聯(lián)苯熱媒循環(huán)系統(tǒng)對(duì)兩組分的紡絲溫度和箱體組件的溫度進(jìn)行控制。在紡絲進(jìn)程中，275～285 ℃的溫度是COPET組分控制的紡絲溫度，268～280 ℃是PA6組分控制的紡絲溫度，而272～285 ℃的箱體總成溫度能獲得理想的紡絲效果。

3.2.4 控制紡絲的速度

要使海島兩種組分的復(fù)合效果提高，需要對(duì)紡絲速度進(jìn)行控制，對(duì)后拉伸倍數(shù)進(jìn)行控制。如果將紡絲速度設(shè)定在1 200 m/min以上，初生纖維和流體在拉伸作用下形成細(xì)長(zhǎng)絲條的復(fù)合成形能力較差，發(fā)生島變形的可能性很大，對(duì)成品纖維開(kāi)纖處理極為不利，但過(guò)低的紡絲速度又會(huì)造成產(chǎn)能降低。生產(chǎn)實(shí)踐表明，800～1 000 m/min的紡絲控制速度適宜[2]。

3.2.5 卷曲定型

在卷曲的進(jìn)程中，絲束的預(yù)熱溫度應(yīng)和卷曲輪的加工溫度基本一致。復(fù)合纖維的楊氏模量應(yīng)通過(guò)塑性效應(yīng)降低，最終使纖維的卷曲性能提高。在生產(chǎn)實(shí)際中，當(dāng)熱凝溫度控制在115～130 ℃時(shí)，可獲得復(fù)合纖維較好的卷曲性能。卷曲后，可以免考定型松弛處理，切割后為海島復(fù)合短纖維。

4 結(jié)語(yǔ)

海島纖維可以制成時(shí)裝面料、人造皮革、高性能揩布、高性能過(guò)濾材料、高性能紙張、生物醫(yī)用材料。因此，研究與探討海島纖維的制備以及生產(chǎn)工藝是很有必要的。同時(shí)，開(kāi)發(fā)海島纖維，必須結(jié)合紡絲技術(shù)與織造、染整及服裝加工，上游下游一條龍，提高開(kāi)發(fā)能力，海島纖維產(chǎn)品的生命力才會(huì)旺盛。