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1、定岛型海岛短纤维的研制和应用上海市合成纤维研究所倪福厦邹荣华1 序言定岛型海岛短纤维是国际上最先进的一种生产超细纤维的工艺技术。它是7 0 年代初由日本东丽公司首先开发的一种新型纤维。从纤维的横截面看是一种成分以微细而分散的状态被另一利，成分包围着，好像海中有许多岛屿。其“岛”与“海”成分在纤维的轴向上是连续、密集、均匀分布的。在生产过程r f I ，它具有常规纤维的纤度，但是用溶剂把“海”成分溶掉，则可得到集束状的超细纤维束( 见图1 ) 。图2 是海岛型纤维的截面图，其中岛成分是锦纶( P A ) ，海成分是改性涤纶( C O P E T ) 。目前、国外定岛型海岛短纤维已形成产业化的有日
2、本东丽、钏，纺等一些公司，韩国的鲜京、科隆等公司。我国台湾远东、南亚、三芳等公司也有生产。国内近年来用进口海岛纤维开发的下游产品如仿麂皮、皮革挞布、擦镜布等已超前发展，因此海岛纤维已形成开发热点。国家也已将海岛短纤维列入“十五”国家重点发展项目指南中。上海市合成纤维研究所二年前开始进行定岛型海岛短纤维的研制，项目已列入“上海市引进技术的I 吸收与创新计划”。经过二年的反复试验，基本解决了项目的技术关键：国产原料、纺丝工艺和喷丝组件，建成了国内第一条年产2 0 0 0 1 吨的全部国产化的定岛型海岛短坌r维生产线，产品规格为纤度4 4 d t e x ，内含3 7 个岛，海岛为3 0 4 0 7
3、 0 一6 0 ，经碱溶后，分离出来的纤维纤度可达0 0 5 d t e x 左右。批量生产的纤维质量达到了进口纤维指标。纤维在非织造和织造两个方面的产品开发也取得了可喜的进展。2 研制图l 海岛纤维“海”溶后的超细纤维束图2C O P E T 7 P A 海岛纤维截面图2 1 原料海岛纤维的岛组分通常为常规涤纶或锦纶，国内已成规模生产，质量指标完全能满足海岛纤维生产要求，本文不另赘述。海组分为改性共聚酯，国内有多家单位在研制，长丝海岛纤维上已有少量应用，但短丝方面的应用尚未见报道。我们将国外已正常生产的改性共聚酯羽1 国内的一些样品作了测试分析，数据见表1 。图3 一图6 中l # 样品为进
4、口，2 # 、3 # 为自产。 表l 改性共聚酯的粘度和熔点l #2 #3 #特性粘数 T 1 】0 5 80 6 00 7 0熔点 C2 4 02 3 82 4 82 1 1 原料的粘度和熔点从表l 的数据判断，l # 、2 # 样品特性粘数和熔点比较接近，3 # 样品差异较大。2 1 2 原料的红外分析( 图3 6 )红外图谱掘示：l # 、2 # 样品与常规涤纶相比，1 3 2 0 c mI 、9 7 0 c m 峰有减小其中l # 样品减得多一些，2 # 样品减得少些，而3 # 样品没有变化。在2 8 5 0 - 2 9 5 0 c m 一带，l # 、2 # 峰增大，3 # 样未变。
5、此外1 #1 4 3样在3 2 5 0 c m l 带增大，3 # 样在3 5 0 0 c m 叫处增大。-。从红外图谱分析，三种样品的改性起码都添加了第三种单体，但单体的化学成分不同。l # 、2 # 样品所加第三单体影响了正常涤纶上亚甲基一C H ：的分子振动吸收，并使得熔点都降低了2 0 左右。而3 # 样品对亚甲基分子振动无影响，熔点仅降低了1 0 左右。1因此，红外分析表明，2 # 样品的化学改胜与1 # 进口样改性较为接近。2 1 3 原料的溶解性试验我们在碱浓度5 、温度1 0 0 、反应时问1 5 分钟的实验条件下，做了原料的溶解性试验，l # 、2 # 样品碱溶率均为9 5
6、左右，3 # 样品碱溶率仅为4 0 不到。原料分析的结果表明，国产2 # 样品的粘度、熔点、改性方法和碱溶性都与进口原料相仿，可以用作海组分的原料。2 2 生产工艺2 2 1 工艺流程海岛纤维生产工艺流程与其它复合纺丝一样，在进入纺丝组件前有二套相同的完全独立的系统，设备工基本相同。海组份切片经过筛料机筛选，去除粉尘和杂质，输送到转鼓式或充填式干燥机中预结晶，干燥，使切片的含水降低到规定值后，通过储料仓进入到螺杆中，切片在螺杆中被加热熔融，压缩，计量输送经过熔体过滤器，滤去杂质，进入箱体。每个箱体有6 个纺丝部位，箱体有保证各部位熔体相同质量的作用、熔体进入箱体，通过6 根相同直径和长短的管道
7、分别通过各自的传动装置和计量泵定量输入复合纺丝组件。岛组份切片以同样方法，同样或略有差别的设备制得的熔体从另一方向输入复合纺丝组件。复合纺丝组件是特殊设计的，两种组分的熔体由组件内二条各自的通道进人，直至出喷丝板的微孑L 时，才复合为一体，成为海岛纤维每个组件一块喷丝板，每块喷丝板约有5 0 0 孔，每个部位5 0 0 孑L 一束的丝束经过独立的吹风冷却、上油导丝系统与其它部位丝束汇集在一起、通过卷绕进入盛丝桶。根据后处理设备对纤维集束总旦数的要求，将多个盛丝桶的丝束通过集束、二道欠伸、卷曲、定型、切断，进人打包机，最后包装为成品出厂。图53 # 样红外图谱1 0 ( ) c m图64 # 样
8、( 常规涤纶) 红外图谱2 2 2 技术关键海岛纤维生产的技术关键是根据复合熔体的流变性能来确定最佳的成形工艺条件；合理选择纺丝速度和分1 4 4配后拉伸倍数；配制适当的油剂。高聚物熔体是种粘弹体，其流变性能除了取决于高聚物的结构外，还取决于温度、速度及熔体流动过程中所受的各种力。海岛纤维生产中由于两种聚合物具有不同的粘性和弹性，因此复合熔体的流变性能更为复杂。成形工艺的难度在于通过适当参数使两种高聚物熔体在喷丝组件的挤出、卷绕过程中形成稳定的海岛排列。因为海和岛是完全不相容的两种聚合物，纺丝速度和后拉伸倍数的分配也相当关键，控制不当，极易造成纤维截面的分裂，使纤维不匀率大大提高，影响后加工性
9、能。由于海组份的聚合物是非常规的，没有现成的油剂，而且考虑到下游产品非织造和纺纱织造对纤维指标的要求，海岛短纤维的油剂也需特殊配制。2 3 喷丝组件海岛纤维的喷丝组件较为复杂，加工要求相当高，价格也比较昂贵，德国和日本的一些公司都能提供成熟产品。但是由于组件结构设计的原因，同样直径的喷丝板，海岛纤维的排孔数比其他复合纤维的排孔数要少得多，因此会影响产量。我所海岛纤维的纺丝组件与上述公司的设计完全不同、具有结构简单，加工方便的特点，价格仅为进口组件的四分之一左右，而同样直径的喷丝板，排孔数可比进口板增加百分之四十，使用效果相同。2 4 海岛纤维的测试数据我们将自己生产的纤维和一些进口的海岛纤维进
10、行了测试分析，数据见表2表2 上海合纤所和进口海岛纤维样品测试数据纤度d t e x强度c N d t e x伸长长度c m卷曲数( 个2 5 m m )比电阻Q c ml #4 1 33 15 7 55 7 62 1 82 5 2X1 0 2 #3 9 73 13 8 15 6 61 9 0 52 7 3X1 0 93 #4 4 83 75 6 45 2 61 9 7 51 7 1 0 o表中l # 、2 # 样品为进口纤维，已在国内后加工企业用得较广泛。3 # 样品为本所产品，数据显示除纤度偏大以外，其他指标与进I ：1 纤维基本接近。3 海岛纤维的特性根据纤维的一般分类，单丝纤度0 5
11、d t e x 以下的称为超细纤维，海岛纤维分离后，单丝纤度仅为0 0 5 d t e x ，属超细纤维，常规纺丝不可能做到，因此它具有一般纤维不可能有的特性。3 1 高覆盖性表3 是涤纶( P E T ) 纤维的纤度和其直径、表面积的关系。表3 涤纶( P E T ) 纤维的纤度和其直径、表面积的关系单丝纤度d t e x0 0 6O 1 lO 5 61 1l5 5 6纤维直径m2 33 27 21 0 12 2 6纤维表面积m 2 g1 30 90 4 lO 2 90 1 3数据显示，随着纤维纤度的降低，直径变细，单位重量纤维的表面积增加。随着表面积的增加，纤维的覆盖能力增加，吸湿性能大大
12、改善。3 2 手感柔软、穿着舒适由于纤维超细，纤维手感更加柔软。制成织物，可产生毛细管的芯吸作用，使织物吸附更多水分，并可将这些水分移至织物表面，供其蒸发，增加了穿着的舒适感。3 3 织物光泽柔和超细纤维的直径越小，纤维的曲率半径越大，其表面反射的散射光占的比例越大，使织物表面的色调比较1 4 5柔和。4 海岛短纤维的应厝目前上海市合成纤维研究所海岛纤维生产了C O P E T P E T 和C O P E T P A 两个品种。其中C O P E T P A 主要用于人造麂皮和超纤皮革，C O P E T P E T 主要用于仿麂皮织物，擦镜材料和吸湿导湿织物。4 1 人造麂皮和超纤皮革用C
13、 O P E T P A 海岛纤维制成的人造麂皮和超纤皮革，不光外观上类似于天然皮革，其综合性能超过真皮( 见表4 ) ，故在一些国家被称为“超真皮”，已在高档时装、制鞋、箱包、汽车内饰等领域应用，售价是天然皮革制品的3 4 倍。日本东丽公司在1 9 9 9 年超细纤维制成的皮革产量已达1 5 5 0 万平方米，其中约8 0 0 方平方米为人造麂皮，已占世界上人造麂皮产量的一半，该公司预计到2 0 0 5 年世界人造麂皮产量将达到2 5 0 0 万平方米。表4 钟纺公司人造麂皮B E L L E S I M E 和天然麂皮性能对比性能B E L L E S E I M E天然麂皮( 羊皮)厚度
14、O 7 0O 7 0重量2 7 03 8 0拉伸强度1 2 4 5x4 2 11 4 1 1 5 5 9拉伸伸长7 3X1 3 84 8X5 5撕裂强度2 2 5 1 3 7t 6 7x1 5 7抗弯曲性5 8X4 85 0X4 5耐磨重量损失O 1 21 3 0折皱回复( 干)8 7X9 26 8X6 6色牢度( 级) 光照4干摩擦3湿摩擦42水洗4l从表4 中可以看出，海岛纤维制成的人造麂皮和真皮相比具有如下优点：相同厚度的情况下，比天然皮革轻；均匀性比天然皮革好；耐折皱性好；色牢度大大高于天然皮革；耐磨性好。此外，化纤制品无异味，可防霉变虫蛀，易于缝制加工。钟纺公司还作了透气性对比试验，
15、同样厚度的人造麂皮透气性是天然麂皮的3 0 多倍。我国虽然是世界上人造革生产的大国，国内人造麂皮的开发也已成热点，但是到目前为止，真正具备全套生产设备和工艺的企业还不多。我们的海岛纤维在这些厂家作了生产性试验。生产人造麂皮和超纤皮革的工艺相当复杂，简单流程如下：原料( C O P E T P A ) 一基布一( P V A P U ) 浸渍碱溶一打磨一贴面一超纤皮革染色一打磨一人造麂皮其中海岛纤维质量的好坏与基布质量和碱溶后岛纤维的分离效果密切相关，也直接影响最终人造麂皮和超纤革的品质。4 1 1 基布质量人造麂皮和超纤革的基布一般都是用针刺法将海岛纤维制戚非织造布因先天然麂皮在显微镜下观察是
16、一种超细纤维束的三维交络结构，与针刺法非织造布的结构相当近似、基布的质量要求相当高，针刺的密度要达到2 0 0 0 譬t 以上，布面厚度的误差要小于3 微米，不匀率要小于百分之三，非织造布的密度也比较高，每立方厘米要大于0 2 克。针刺时纤维不能断裂，纤维的截面不能开裂。因此对纤维也提出了较高的要求。国内的基布原来都1 4 6用进口海岛纤维生产，我们的海岛纤维在同样的设备上，用同样的生产速度和同样的针刺密度进行了生产性试验，表5 是合纤所海岛纤维和进口海岛纤维在二个工厂制成的基布的测试报告。表5 合纤所海岛纤维和进口海岛纤维生产的基布的测试报告( 1 )【N ”屯 项目1 #2 # ，l #2 #拉伸强度M D1 2 6 9 67 3 5 03 3 53 8 5( k g 5 0 m m )C D9 8 9 5
