什么是海岛型复合超细纤维?其生产方法、分类和用途简述

郑德银

什么是海岛型复合超细纤维?其生产方法、分类和用途简述
近年来,随着纺织技术水平和纺织业需求的提升,海岛型复合超细纤维成为重要的新型纺织材料之一.海岛型复合超细纤维即海岛纤维,又称超共轭纤维或基质原纤型纤维.

海岛型复合超细纤维是利用两种不同性能的聚合物分别作为“岛”和“海”组分,按不同的复合比例分别送入挤压机,在其两根螺杆中进行熔融挤压,两组熔体经两套计量泵和熔体管道进入复合纺丝组件,从海岛型复合喷丝板喷出,冷却后形成海岛型复合原丝,再通过特殊的化学溶剂,使复合原丝中的“海”组分溶掉,留下“岛”组分即为复合超细纤维,“海”组分经回收处理后可循环使用.

海岛纤维的优异性能是其他普通纤维所达不到的,主要特性有以下几方面:

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极高的纤维覆盖能力

海岛超细纤维单丝纤度小,纤维比表面积大,且纤维间的空隙产生了芯吸作用,因此具有很强的吸湿能力.海岛状纤维凭其微小的纤度,可使织物柔软光滑,舒适性明显,可得到高防水性、紧密性、吸湿性,并有独特的美感和时尚风格的织物.同时,可在织物表面形成多层结构,使织物呈现极小的反射点,颜色柔和,外观丰满、细腻.

02

纤维更柔软

海岛纤维拥有超细、柔软的纤维,并能产生毛细管般的核心吸附能力,可使更多织物的水分被吸附,吸附的水分又在织物表面移动并被蒸发,使舒适性在穿着时显现出来.直径越小的超细纤维,纤维曲率半径越大,纤维表面反射的散射光占比就越大,织物表面的色调就越柔和.


03

防水透气和保暖作用

纤维间存在大量致密的空隙,可使织物具有较好的吸水性和吸油性.此外,通过对纤维间隙的适当改变,可以将其织成海岛高密度织物,空隙只有0.2μm至10.0μm,防水性和透气性优良.织物间微孔结构使得织物中静态空气更多,从而获得了更好的隔热保暖效果.

海岛纤维生产的产品还适于制作仿麂皮和桃皮绒面料、人造革基布、高档过滤材料及高性能清洁布等.因此,研究与探讨海岛纤维的制备以及生产工艺是很有必要的.

04

海岛型超细纤维的生产方法和分类

超细纤维的生产方法有多种,不同线密度纤维的生产方法有所不同,主要生产方法如图1-1所示.


在超细纤维的生产方法中,直接纺丝法最简单,但很难纺制0.55dtex以下的纤维.其他方法包括熔喷法和闪蒸法等,都有较大的局限性,熔喷法虽然也较简单,但纤维粗细和长短较难控制,而且多半用在立即制网、生产无纺基布上.闪蒸法靠快速蒸去溶剂成纤,也难均匀稳定控制纤维的质量.它们属随机性超细纤维的纺丝法.

双组分纺丝法是目前应用和研究最多的方法,可大致分为复合纺丝和共混纺丝两类,其中又以复合纺丝法应用最多,根据纤维的线密度要求不同有不同的生产工艺和剥离方法.双组分纤维也称复合纤维或共轭纤维,根据截面分布不同,有并列型、皮芯型、海岛型等多种.

在并列型纤维中两个组分沿长度方向可分为两个或更多的清晰区域,两组分的分布面积和形状有很大变化,形状各不相同;双组分纤维另一种较重要的品种是皮芯型,其中芯组分完全被另一种组分(皮)包绕,两种组分的截面形状和面积也各不相同;双组分纤维还包括海岛型纤维,又称基质—原纤型纤维.


海岛型纤维是将两种热力学非相容性高聚物按一定比例进行复合或共混后纺得的复合纤维,其中一种组分为分散相(即离组分),另一种为连续相(即海组分).岛组分以极细纤维形状包含在海组分中,极细纤维的截面呈岛屿状分布,其长轴与复合纤维平行.根据岛屿分布规律不同可分为定岛和不定岛两种.

前者岛屿分布是均匀和固定的,后者则不固定,也不够均匀,粗细相差很大,最细的比定岛型的细,但粗的可以在0.1dtex以上;前者一般采用复合法纺丝,后者采用共混纺丝法纺丝;前者可纺制长丝,长丝经过切断后也可制得各种长度的短纤,后者一般只能纺得粗细和长短不等的短纤.目前采用复合法纺丝的较多,因为它可以制得各种性能稳定的超细纤维.

海和岛两种组分都有一定的要求,有多种组合.


目前,岛组分选用PET或PA为多,海组分选用阳离子染料可染的聚酯(COPET)、PE、PA、PS以及PET等.定岛型的岛数通常为16、36、37、51、64,目前已可以生产岛数超过100的超细纤维.目前生产的海岛型超细纤维主要有PET/COPET和PA/(COPET或PET)两种,前者主要制成长丝型,用于生产各种纺织品,后者主要制成短纤型,用于生产合成革基布.

如果将岛组分溶离掉,则得到的是呈蜂窝结构的多孔中空纤维,它和海岛型超细纤维不同的是,纤维较粗,但其中的中空管道直径很细,相互平行排列,有多种孔数类别.

海岛复合纤维的截面如图1-2所示.将37个岛组分溶离后的中空纤维的截面如图1-3所示.溶离去海组分的海岛型超细纤维见图1-4.


复合纺丝法是通过交替排列的两种聚合熔体连续不断经过复合纺丝组件复合成丝后,再经冷却、上油、干燥、卷绕等加工得到复合的海岛丝.制成纺织品后,经过溶离可得到多孔中空纤维或超细纤维纺织品.纺出的海岛型纤维粗细取决于两种聚合物细流的数量、数目和后加工条件.岛组分和海组分的比例由两个组分挤出的速率决定.

海岛型超细纤维的线密度由下式所示关系来确定:

由上式可看出,岛数越大,喷丝板孔数越多及海组分比越低(即岛组分比越高),单丝线密度就越低.海组分比低不仅除去的海组分量少、污染少,而且有利于降低超细纤维的线密度.从纯技术角度来说,海组分比可减少到总组分的2%～10%,目前已可降到3%左右.图1-5为海组分比为3%的几种岛数的海岛复合纤维截面图.

由图1-5可看出,低比率海组分的海岛复合纤维中的海组分虽然是连续相,但它只是以很薄的膜状分割岛组分,形成均匀的极细的单纤维,这要求极精密的控制系统,海组分量越少,纺丝难度越大.而且得到的超细纤维束中的空隙过分少,还会导致产品手感差.海组分量太高,则溶离较难,污染或成本也有问题.海与岛的组分比例过去通常为60∶40左右,现在已变为20∶80,甚至为10∶90,大多数的是30∶70和20∶80.

共混纺丝生产海岛型纤维的方法和复合法有些不同.它是由两种聚合物以合适的比例混合所得的混合物纺制的,在混合物中,一种聚合物以小熔滴形式悬浮在另一聚合物熔体中,混合物熔体挤出喷丝孔后立即进行冷却,再经过一系列的加工,得到共混长丝.由于一种聚合物是以液滴形式在共混长丝中被拉伸形成超细纤维(岛组分),所以目前还不能生产连续的长丝型超细纤维.共混丝经过有机溶剂等除去连续相(海组分)后,得到的是长短不一的短纤型超细纤维,其线密度最细可达0.0001～0.0008dtex,属不定岛型海岛超细纤维.影响这种纤维生产的因素主要有两种高聚物的共混比、熔体粘度、两种聚合物熔体的相容性以及混合机械条件等.目前常用的两种组分是PA、PE、PET和COPET等,特别是PA和PET或COPET,生产PA超细短纤,用于加工合成革基布.

海岛型超细纤维最早是日本东丽公司制造的,最初主要用来生产仿麂皮绒织物等产品.近年来日本多家公司、韩国、中国台湾、意大利和美国等都进行了开发生产.我国近年来用进口海岛型纤维开发了不少仿麂皮、皮革基布、擦镜布等产品,后来自己生产的海岛型超细纤维也得到了快速开发,目前已成为世界上最重要的生产国.现主要生产定岛型的海岛型超细纤维,线密度在0.11～0.011dtex.

随着超细纤维生产技术不断发展,生产的纤维品种越来越多、也越来越细,长丝型的纤维直径已达1000nm,甚至更细,不过纺织加工用的还没有达到这种程度.近年来有报道国外一些公司(包括日本东丽公司)已开发出一种由140多万根直径为20～100nm单丝的尼龙丝.它是采用特殊方法生产的,其性能与普通尼龙丝不同,吸湿性提高了2～3倍,接近于棉纤维.但这种纤维正式用于纺织加工还有待进一步发展.