国内外双组分纤维的技术发展动向文档格式.docx
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CS三叶并列型双组分纤维亦属此类产品。
台湾远东纺织使用PLA制得的双组分纤维商品名为IngeoTMSLN2711CHS,即为硅处理的中空复合纤维。
PLA作为热粘合纤维材料具有先天条件,即可利用PLA两种旋光体的性能差异,通过控制聚合物中右旋体P（LD）LA（75℃）和左旋体P（L）LA（178℃）的比例与配置,获得聚合物加工时不同的熔化点。
这一技术特征十分有利于生产性能优良的热粘合纤维。
1.2复合纤维品种
复合纺丝技术主要用于熔法纺丝和溶液纺丝（干法和湿法）。
近年来,在静电纺丝中,C/S型双组分产品的开发也取得了一些进展。
实验数据显示,同心皮芯型静电纺丝是可行的,即用PAN为芯、PAN与共聚酯为皮层。
成形后使用三氯甲烷溶去皮层组分,可获得单丝直径缩减48%的纳米纤维网。
鉴于成纤聚合物粘度的差异,通常在双组分熔融纺丝中,熔体粘度控制在80～1000Pas,纺丝板孔径0.2～2mm;
双组分干法纺丝的熔体粘度则控制在20～200Pa&
#12539;
s,纺丝板孔径0.15～0.25mm。
静电纺丝中,其C/S双组分纤维网制品的单丝直径已可做到50～2000nm。
复合纺丝依据纺丝专件结构的不同,可成形不同的产品,大体分3个类型,即并列型（S/S）、皮芯型（S/C）和基质原纤型（M/F）。
1.2.1并列型双组分纤维
并列型双组分纤维具有类似于天然纤维的三度空间卷曲性能,卷曲状态取决于两个组分的收缩与膨胀性能差异。
通常丝条经牵伸后,于加热或湿热状态下显现卷曲。
图1为典型的并列型纤维截面。
自行卷曲度变化可以通过调节两种组分的比率实现。
如日本钟纺公司的“Belltron”并列型双组分纤维的两组分比率为1/99,而韩国Samyang公司的“7?
CCHS”并列型双组分纤维的组分比则为50/50。
表1为部分代表性双组分纤维的性能特点。
1.2.2皮芯型双组分纤维
皮芯型纤维以芯组分位置分布,可以分为同心和偏心型两类。
后者由于组分聚合物的性能差异和应力分布因素,纤维可实现自卷曲。
皮芯型复合纤维可制得具有粘合功能的低熔点纤维,已广泛用于梳理型非织造布生产。
其部分品种如表2所示。
典型的皮芯型纤维截面如图2所示。
复合纺丝方法是研制导电纤维产品的主要技术途径之一。
美国Invista（英威达）公司开发了商品名为Antron&
的S/S型双组分导电纤维;
韩国晓星公司名为MipanCorona&
的导电和抗静电双组分纤维系列,使用PET或PA原料添加碳粉,经复合纺丝成形为导电纤维,其PA型产品比电阻可达107～108Ω/cm,Belt型产品比电阻可达108Ω/cm。
1.2.3基质原纤型纤维
M/F型双组分纤维大多用于细旦或超细旦纤维的生产。
海岛型双组分纤维,岛组分数可做到600,纤维直径最小达0.3&
micro;
m。
裂片型纤维生产中,裂片数在4～36之间,最小的裂片宽度0.5&
m,目前已研究出直径1&
m的纤维可分成4个裂片。
多层型纤维也可用于超细纤维生产,已有一些品种投放市场。
如韩国Huvis（汇维仕）公司的FPN即为多层型双组分纤维。
该纤维选用PET和PA为原料,组分比为55/45,总计13层,层组分纤度仅为0.22dtex。
表3为部分典型的M/F型复合纤维产品的技术特征。
典型M/F型纤维截面如图3所示。
1.3复合纺丝技术在化纤生产中的应用
双组分纺丝技术发展至今,拓展了越来越多的工业用途。
虽然与常规纤维比较,其加工成本要高20%～40%,但依然稳步发展。
目前,双组分纺丝技术几乎涉及合成纤维中所有的纤维品种,是名副其实的实用化技术。
20世纪50年代,杜邦公司开发了并列型双组分PAN纤维Orlon&
其优良的性能和手感赢得了消费者的好评。
在一些大型PAN纤维厂家的生产中,复合PAN产品大多占10%以上。
60年代末,日本钟纺公司采用双组分纺丝工艺,经剥离制得超细长丝;
东丽公司采用海岛型双组分纺丝方法,成功制得高性能人造麂皮。
美国TechConsultant公司将PA或PET树脂添加到PP中制得双组分长丝,这种M/F双组分膨体连续长丝纱的蓬松性、包覆性、耐磨性、手感等近10项指标要优于单组分BCF产品。
近年来OerlikonNeumag（欧瑞康纽马格）公司开发的双组分BCF纺丝装备已投放市场。
德国Reimotec公司的双组分单丝的成形模头可加工3种不同的聚合物,并可使两种不熔合的聚合体借助第三组分进行粘结。
这种三组分单丝具有非常好的耐磨性、抗紫外性、抗污性和优良的回弹性,是高档人造草坪用纱的极佳选择。
Reimotec公司开发了一种以PA6为芯、线性低密度聚乙烯（LLDPE）为皮组分的皮芯型单丝,可作热粘合单丝使用;
另一种使用回收PET作芯的皮芯型单丝,可明显降低成本。
目前,复合纺丝技术在短纤维和聚合物直接成网生产中取得了巨大成功。
低熔点纤维、双组分纺丝成网和熔喷非织造布产量稳步增长。
依据INDEX2008统计,2008年全球双组分纺丝成网非织造布产量达16万t,约占非织造布总产量的6%,并将以每年12%的速率递增。
1.3.1双组分短纤维纺丝技术
在双组分短纤维生产中,冷却成形有侧吹风与放射型冷却两种方式,后者又分为放射型内环吹（In?
Cflow）和放射型外环吹（Out?
Cflow）。
后处理工序的设备有传统的两段法工艺、连续一步法工艺以及紧凑型生产线。
提供传统的两段法双组分短纤维生产设备的厂家较多,如英国ESL公司、PFE公司,美国Hills（希尔）公司,日本大和纺公司,瑞士EMS?
CFischer等。
而OerlikonNeumag公司双组分短纤维生产线的产能占比最大,运转中的产能已达450t/d,生产线可生产S/S、S/C和M/F型双组分短纤维,组分比从20/80～80/20,产品品质好,且具有较好的生产弹性。
表4所示为OerlikonNeumag设备加工的部分双组分短纤维品种的技术特征及用途。
意大利Fare（法瑞）公司采用紧凑设计的双组分短纤维生产线具有连续化、多孔纺丝特征,纺丝板孔数高达28000～37750孔（S/C）,板直径700mm。
生产线加工速度为60～150m/min,纺丝成形采用放射型中心外环吹形式。
该生产线具有很好的生产灵活性,不仅可生产低熔点纤维,还可生产普通型短纤维和细旦棉型纤维。
以2.2dtex的PP/PE皮芯型热粘合纤维生产为例。
使用37750孔纺丝板,第三级牵伸速度为200m/min,产能达200kg/h。
其中一等品率>
95%,切片单耗<
1.04t/t,电耗<
1100kW&
h/t。
其产品品质与设备运转性能赢得了用户的广泛好评。
1.3.2复合纺丝技术在聚合物直接成网方面的应用
（1）双组分纺丝成网技术
目前双组分纺丝成网生产呈现出高速发展的态势,预计每年将以15%～20%的速率增长。
北美、欧洲的双组分纺丝成网生产已占其产量的10%,仅Hills公司的双组分纺丝成网设备,就有超过8000t/a的产能投放市场。
亚洲,特别是日本的双组分纺丝成网产能增长亦十分迅速。
双组分纺丝技术在纺丝成网上的应用,促进了纺粘非织造布产品细旦化技术的进步。
用这种工艺加工的细旦纺粘非织造产品,在生产效率和成本可接受的情况下,大大改善了产品的柔软性能,同时低克重的特征也给轻薄产品的开发提供可能。
Ason公司采用CoPP或LLDPE为皮层、PP为芯组分,制得的纤维网具有很好的柔软度。
德国Reifenhauser（莱芬豪舍）公司提供的双组分纺丝成网生产线,其PP/PET皮芯型产品具有很好的柔软度和较好的撕裂强度,PP/PE并列型产品具有潜在的卷曲性能,此外还可生产海岛型、裂片型双组分纺丝成网产品。
意大利Fare公司开发的Superspun双组分纺粘非织造布生产线,可生产双组分纺丝成网产品,也可生产普通的纺粘产品,具有一定的灵活性。
Hills公司在双组分纺丝技术领域具有丰富的经验,该公司开发的双组分纺粘产品,如组分比50/50（PET/PP）的中空裂片型产品,组分比为10/90的皮芯型CoPET/PET产品等已投放市场。
目前,双组分纺丝成网技术开发的重点集中在制造幅宽为3400mm或更大的纺丝组件及与此密切相关的纺丝板孔密度的提高上,以使双组分纺丝成网与正规纺粘设备相比,在综合技术性能及效率上更具竞争性。
采用双组分纺粘工艺生产的细旦产品,通常规格包括:
①PP/PE,组分比为50/50或75/25;
②PP/PET,组分比60/40;
③PET/PE,组分比50/50;
④PET/PP,组分比50/50;
⑤PET/PA,组分比50/50。
纤维截面呈并列型、皮芯型、裂片型和中空裂片型。
表5所示为使用ReifenhauserReicofil公司Reicofil?
C4实验设备进行双组分纺丝成网生产的工艺特征,其后处理配置水刺工艺,产品主要用做吸收、过滤或绝缘材料及防护服装。
双组分纺丝成网后处理可以采用化学处理、热处理或机械处理等方法。
（2）双组分熔喷非织造技术
双组分熔喷非织造技术（BIC?
CMB）始终是非织造布行业关注的重点之一。
自20世纪90年代以来,Reifenhauser公司与美国田纳西大学合作,建成了幅宽600mm的双组分熔喷试验生产线,并陆续开发出以PP、PE、PBT、PET、CoPET以及PA为原料的双组分熔喷非织造布产品。
在1999年的INDEX上该公司首次展出双组分熔喷装置,纤网单丝直径<
2&
Hills公司提供的双组分熔喷组件具有非常好的生产弹性,可与双组分纺粘组件互换。
纺丝组件设计独特,可适应多种双组分熔喷产品,如皮芯型、并列型及裂片型双组分熔喷产品,也可生产常规的熔喷非织造布产品。
组件具有高压、高孔径比等特点,孔密度达100孔/英寸。
表6为使用Reifenhauser公司Reicofil双组分熔喷设备进行试验性生产的工艺特征。
其后配置水刺处理工艺。
1.4复合纺丝技术应用于纳米纤维的开发
依据2008年苏黎世全球PET会议的信息,2007年世界纳米纤维纺织品的市场已达136亿美元,预计2012年将达到1150亿美元。
聚合物纳米纤维的研究与开发是关系纤维材料工业持续发展的具有战略意义的课题,而双组分纺丝技术正成为这一课题重要的技术途径之一。
日本帝人公司与shinshuuniversity（信州大学）合作,以PET作原料,采用传统的海岛型双组分熔纺工艺,制得岛组分纤维直径为500nm的纳米纤维,海/岛组分比30/70,岛组分数300,纤维截面呈10圈分布。
当纳米纤维直径为450nm时,即纤度为0.0025dtex时,纤维强力为4.5cN/dtex,伸长30%。
日本东丽公司以PA或PBT为原料,同样采用海岛型双组分熔纺工艺,也成功制取了直径为20～200nm的纳米长丝纱。
日本可乐丽公司开发了用双组分纺粘工艺制取纳米纤维的技术,即采用海岛型复合纺丝组件,由数百个岛组成,纺丝成网后溶去海组分,形成纳米纤维网材。
该纳米纤网的横向分布和单纤直径的均匀性均优于静电纺和熔喷纺的纳米纤维产品。
全美非织造布合作研究中心（NCRC）开发的海岛型纺丝成网制纳米纤维网工艺,海组分无需溶去,制造成本低,并具有环境友好特征,目前已完成商业化运转。
近期美国Hills公司海岛型双组分纺丝成网也完成了商业化实验,单纤直径达500nm。
该公司的新型熔喷纺丝组件,在纺制并列型（S/S型和A?
CB?
CA截面）复合熔喷产品时,单纤直径仅为250nm,组件的孔密度>
100孔/英寸。
聚合物纳米纤维的规模化生产是使用静电纺工艺完成的,目前双组分技术已在静电纺丝中使用。
日本高知女子大学以PVDF/PMMA为原料,利用海岛型复合静电纺丝工艺制得了多空穴结构的PVDF纳米纤维,可用于精密过滤。
日本京都技术研究所开发了以PMMA为皮层、PVDF做芯层的皮芯型纳米纤维。
2复合纺丝技术的研究与开发动向
目前,复合纤维的技术研究动向涉及双组分生产工艺、双组分纤维产品、相关测量技术和仪器以及复合纤维组分结构和加工工艺的模拟试验。
2.1提高双组分纤维的生产效率及工艺弹性
提高复合纺丝机的生产效率,主要是增加纺丝板孔数,对海岛型产品来说是提高岛组分的数量。
如Hills公司海岛型纺粘产品中,岛组分数已可做到300或更多。
此外,提高纺丝机的卷绕速度也是可行途径之一。
改进纺丝组件性能,适应双组分纤维对品质和生产弹性的要求。
Hills公司提供的双组分组件具有精密细小的熔体通道,可最大限度地减少聚合物的停留时间,有利于防止聚合物降解,并使生产效率得以提高。
改进板的尺寸与结构,提高纺丝板的孔密度,如熔喷非织造布使用的皮芯型复合纺丝板的孔距可控制在0.736mm,双组分纺粘非织造布生产中裂片型产品的纺丝板孔距可控制在6mm以内。
对于纤维截面,如皮芯型双组分纤维中,A/B组分比可做到10/90,皮层厚度可控制在纤维直径的21%～22%。
此外,为改进生产弹性,适应不同截面和结构的双组分纤维生产,组件更换要力求简单方便,使用的工具也尽可能少些。
Hills设计的双组分纺丝组件具有非常好的生产弹性。
在生产10种以上不同截面和结构的双组分纤维中,纺丝组件无需变换整个组件,只需更新1块或几块板件即可完成品种的转换,目前已用于裂片型产品的生产,如裂片数为16的多层型（11层）产品以及海岛型产品（海岛组分数分别为12、24、36、64）。
Fare公司的纺粘Superspun系统和SuperMB系统均可生产双组分产品,也可生产常规产品,生产灵活性好。
另外,该公司Superstaple?
CIII短纤维生产线,可视市场变化,在双组分短纤维和普通纤维间进行转换。
2.2双组分纤维研究方法的进步
信息技术的进步正促使更多生产商在双组分纤维的研究方法上进行新的尝试,即通过计算机模拟完成从零部件到装备的设计、总成和生产的整合。
其间可运用三维模拟技术,将研究人员和电脑同步互动,实现技术难点突破,具有研发成本和时间上的明显优势。
采用诸如对大量双组分纤维应用方面的产品设计进行模拟验证,双组分纤维纺丝组件中聚合物停留时间模拟实验以及使用数字式计算方法完成熔体流变性能的定量化等方法,可以十分有效地改进双组分纺丝组件的设计,同时也有利于后加工工序,如非织造布产品孔隙分布参数的确定等。
此外,新的检测方法以及双组分纤维品质的在线监测方面也有新的变化,如采用Raman光谱方法可对双组分纤维的结晶度进行在线控制与监测等。
3国内复合纤维的技术现状与发展空间
全球主要的30余家双组分纤维生产商中,兼有复合长丝和短纤维生产的厂家约占1/4左右,近八成的厂家仅生产双组分短纤维,双组分短纤维占据着市场的最大份额。
近年来双组分纺粘和熔喷非织造布市场发展迅速,可以说,双组分短纤维和双组分聚合物直接成网（SB/MB）产品市场是复合纤维技术进步最有活力的领域。
3.1国内双组分短纤维技术状况
国内双组分短纤维生产中,PE/PP或CoPET/PET低熔点纤维产量最大,约6万～8万t/a左右,基本用作梳理型非织造布的粘合纤维组分,但品质不是很稳定。
目前用进口设备生产的低熔点纤维价格要比国产设备生产的高200～300元/t,出口产品则多使用进口热粘合纤维。
目前我国用于人造革基布生产的双组分短纤维产能已达2万t/a,其中80%仍采用共混纺丝方法。
依据用户反映,国产海岛型（定岛）双组分短纤维品质和日本、韩国等的同类产品尚有差距,大部分用户仍使用进口纤维。
而新增的国产人造革基布用双组分短纤维生产线也多是进口复合纺丝组件与国内设备嫁接配套使用。
应该说,国内的复合纺丝工艺、双组分纺丝组件设计及加工水平还有较大的提升空间。
而目前国产双组分短纤维的应用研究显得更为薄弱,已影响到产品使用领域的拓展。
3.2研究亚微米-纳米级聚合物直接成网技术
国外已有多个生产商采用复合纺丝方法探索纳米纤维的成形工艺,并在纳米纤维实用化方面取得了长足进步。
面对全球纺熔技术的高速发展,国内采用复合纺丝技术开发亚微米?
C纳米级纤维材料的研究基本上处于空白状态,这不能不说是我国纺熔非织造布技术和纤维材料前沿学科研究的缺憾。
国内双组分纤维的开发,基本立足于化纤工程公司和相关研究院所。
鉴于双组分纺丝要求工艺与精密机械加工协同的技术特点,不能沿用设备生产厂家测绘仿制、粗放经营的老办法。
3.3改善国内双组分纤维的研究条件
由于双组分纺丝技术对成形工艺和纺丝专件有特定要求,要想出成果,提供一个基本的研究条件是必要的。
即使无法达到OerlikonNeumag或Hills公司技术中心那样完备,但配置一条类似比利时Centexbel多功能双组分纺丝实验线或Reicofil双组分实验装置的实验生产线是必不可少的。
实验线可提供成纤高聚物流变性能的基础数据,进行双组分纤维的结构验证,同时还能承接新的双组分纤维研究成果的商业化运转任务。
4结束语
双组分纺丝技术广泛应用于化纤生产的各个领域,如传统的熔法纺长丝、短纤、BCF地毯面纱、单丝、干/湿法PAN纤维、纺粘与熔喷非织造布等品种中,显示出巨大的实用性。
细旦和超细纤维及其高附加值纤维制品成功投放市场,使双组分纤维技术与产品赢得了生产商和消费者的认可。
近年来,在熔法纺长丝、纺粘与熔喷非织造布开发中,采用双组分纺丝技术制纳米纤维制品取得了很大进展。
可以说,不断发展的复合纺丝技术已成为研究开发聚合物纳米纤维材料的重要技术途径之一。
鉴于此,加大国内双组分纺丝技术方面的研究投入,强化人才队伍的建设,不仅务实,同时将有助于我国纤维产业的可持续发展。
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