低熔點纖維的研究進展

陳佳月，張北波，王 樺，陳麗萍，覃 俊，岳海生

(1.四川省紡織科學研究院，四川 成都 610072；2.高技術有機纖維四川省重點實驗室，四川 成都 610072)

低熔點纖維的研究進展

陳佳月1,2，張北波1，王 樺1,2，陳麗萍1,2，覃 俊1,2，岳海生1,2

(1.四川省紡織科學研究院，四川 成都 610072；2.高技術有機纖維四川省重點實驗室，四川 成都 610072)

低熔點纖維是熱熔粘合工藝生產非織造布所需的重要原料，是非織造布行業的新技術。介紹了低熔點纖維的定義、作用機理、成型過程及其在國內外的發展概況和應用開發，并對我國未來在該領域的發展前景進行了展望和建議。

低熔點纖維；熱粘合；共聚酯；共聚酰胺；復合紡絲

非織造布的固結一直是非織造布生產過程中的一個關鍵技術點，其中熱粘合法具有生產速度高、耗能低、無污染的特點，是一個通過加熱、變形、熔融、流動和固化達到成布的過程，主要利用粘合材料受熱熔融的特性，將主體纖維交叉點相互粘結在一起，再經過冷卻使熔融聚合物得以固化，從而生產出熱粘合非織造布。低熔點纖維是熱粘合工藝所需粘合劑中的一種纖維粘合劑，是一種新技術，在國外的開發研究已經成熟，但在國內，自主產品還處于產業化起步階段，尚面臨著諸多技術難點有待攻克。

1 低熔點纖維

低熔點纖維一般是指一種加熱到110～150 ℃，皮層即可融化并產生粘結的皮芯或并列結構纖維，是利用熱粘合工藝生產非織造布的重要原料。加工前，將低熔點纖維與主體纖維按一定比例充分混合，經開松、梳理等工序，鋪成具有一定厚度的纖維網。加工時，在低于主體纖維熔點的溫度下，低熔點纖維部分融化在交叉點進行均勻而有效的熔融粘合，使主體纖維彼此粘結起來，而主體纖維保持原狀，在低熔點纖維的作用下彼此粘結。如此，既維持了非織造布固有的網狀結構，又充分發揮了主體纖維的物理化學性能，因而正逐漸取代化學粘合劑廣泛應用于熱粘合工藝。

低熔點纖維大體可分為3類，即聚烯烴類低熔點纖維、聚酰胺類低熔點纖維和聚酯類低熔點纖維，聚烯烴類低熔點纖維一般是指以低熔點聚烯烴作皮層，熔點較高的其他纖維作芯層的復合纖維，目前有PP/PE、PE/PET、PE/PLA等品種；聚酰胺類低熔點纖維則是指多元(三元或四元)共聚酰胺纖維，常見的有PA6/66/12、PA6/612/12、PA6/610/12、PA6/66/69、 PA6/66/610 、PA6/66/610/12、 PA6/66/69/12等品種[1]；而聚酯類低熔點纖維，則是以低熔點共聚酯為原料制成的纖維，有純組分纖維也有復合纖維，比較常見的有LPET/PET、PET/PBT等品種。

2 低熔點纖維的成型

目前低熔點纖維主要通過熔融紡絲法制得，因此，低熔點聚合物的制備和低熔點纖維的制備成為得到成品的關鍵步驟，現簡要說明制備低熔點聚合物涉及的改性機理和切片紡絲法所存在的關鍵技術難點。

2.1 低熔點聚合物制備

除了利用聚合物本身的低熔點特性，要降低聚合物的熔點，同時又盡可能不影響聚合物的可紡性，需對聚合物進行改性，常見的改性方法有共聚改性和共混改性。

為得到低熔點聚酰胺，可將2種以上的聚酰胺單體進行熔融共縮聚。由于聚酰胺的熔點與大分子鏈的側邊相互關系密切相關，即氫鍵指數越大，熔點越高，因此必須降低氫鍵指數，即破壞聚酰胺主鏈的結構規整性，降低大分子鏈間(-NH-)與(-CO-)間形成氫鍵的幾率，從而減小酰胺鍵分子力的間隔，達到降低聚合物熔點的目的[2]。以上述理論作為依據，一種方法是通過在主鏈上引入側鏈或在酰胺基N原子上引入取代基，增加大分子的空間位阻，使分子鏈相互分開，形成徑向的不規則性排布。第二種方法是使連接在酰胺基N原子上的H原子被其他基團所取代，減小極性鍵的作用。再者還可通過增加分子鏈中的亞甲基(-CH2-)數目，減小氫鍵的排布密度，或在主鏈中添加酯基(-COO-)、非共軛雙鍵等柔性基團，來打亂分子間原本規則排列的氫鍵，使分子鏈間的作用力被大大削弱，導致在后續結晶過程中結晶度所需的長鏈段序列不能順利發展，生成無定形聚合物，最終達到降低聚酰胺熔點的目的[2]。

低熔點聚酯則可通過共聚和共混2種方法制得。從熱力學上講，線性聚合物的熔點與熔融焓變(ΔH)和熔融熵變(ΔS)關系如下：

Tm=ΔH/ΔS

ΔH與分子間作用力的強弱有關，而ΔS與熔化后分子的混亂程度相關。顯然，減少分子間作用力使ΔH減小或破壞分子鏈規整性使ΔS增大都能使聚合物的熔點降低。此外，從結晶的角度上考慮，結晶高聚物的熔點，取決于結晶程度及結晶形態的完整性，當分子鏈規整性好、結晶完善、堆砌緊密時，熔點就高；反之，當分子鏈的規整性遭到破壞，迫使結晶存在較多缺陷時，熔點就會降低。另外，若兩種高聚物共混，一種為結晶高聚物，另一種為非晶物質或雖屬結晶性但無法形成共晶的物質，所得結果也會使體系的熔點下降[3]。

若通過共聚途徑降低聚酯的熔點，根據日本專利的報道，可在聚合過程中添加第三組分和第四組分共聚，利用第三組份降低聚合物的熔點，第四組分改善高聚物的結晶性能。可供選擇的第三組分有：脂肪族二元酸如已二酸、癸二酸及其酯類、芳香族二元酸(如領苯二甲酸、間苯二甲酸及其酯類)、二元醇如丙二醇、丁二醇等[2]。備選的第四組分則有己二醇、新戊二醇、聚乙二醇等。

除了共聚，還可通過共混法，在PET熔體中適量添加低分子助劑或其同系物，使混合體系的晶格出現明顯缺陷，增加結晶的不完善性，從而降低聚合物的熔點。

2.2 低熔點纖維的制備

3.3 作為綠色、安全的殺菌消毒劑，乙醇殺菌與冷藏保鮮技術相結合可滿足鮮切荸薺的短期保鮮要求。該種保鮮方法有望用于鮮切荸薺的冷藏保鮮中，解決鮮切荸薺短期保鮮的難題。與其他保鮮方法相比，乙醇保鮮方法操作簡單、成本低廉且安全性高，有利于保持鮮切荸薺的品質，提高鮮切荸薺的商品價值。

目前，熔融紡絲法是制得低熔點纖維的主要途徑，和普通纖維相比，主要特點是聚合物的熔點低，對紡絲過程中各項工藝參數都需要作出相應的調整，對紡絲設備的要求也有所改變。

投料之前，在對原料切片進行烘干干燥時，由于聚合物的熔點低，軟化點也隨之降低，切片容易發粘結塊，而且切片中的水分在高溫下汽化容易形成氣泡絲，直接造成紡絲斷頭和毛絲，不利于后續的紡絲。含水率高的切片在螺桿進料階段容易導致環結阻料，直接中斷紡絲的進行，因此，宜采用低溫長時的方式，干燥時控制溫度在玻璃化溫度和結晶溫度之間緩慢升溫，使切片有充分時間排除其表面和深層次的水分, 并產生預結晶。然后在切片結晶之后，再迅速升溫至烘料最高溫度盡可能降低切片的含水率，減輕其對紡絲的不利影響[4]。

若進行復合紡絲，兩個組分復合的比例決定了纖維粘結性能的優劣。若皮層比例低，無法體現材料的特點，且在紡絲過程中易造成皮層破裂；若皮層過厚，會影響正常紡絲,使得纖維的物理、機械性能下降。根據應用要求,低熔點皮芯復合纖維的復合比一般在50:50 左右[5]。

在紡絲設備上，需對螺桿、組件、噴絲板等進行適應性改造，緩解低粘度熔體對紡絲的不良影響，如產生毛絲、氣泡絲等，同時，利用配套的特殊油劑[6]或卷繞輥與導絲輥直接拉伸的方式盡可能避免絲束間和單絲間的粘結。

3 國內外發展概況

從上世紀70年代末開始，低熔點纖維逐漸進入人們的視野，伴隨著非織造布行業的飛速發展，越來越多的品種被開發出來滿足多樣化市場的需求。從最早的低熔點聚烯烴纖維，到低熔點聚酰胺纖維，再到低熔點聚酯纖維，經過數十年對產品的不斷創新和改進，低熔點纖維材料品質得到充分的提升，應用領域不斷拓寬，既實現了廠家降低能耗提高效率的需求，又滿足了市場的各項需求，已在多個應用領域占有重要的一席之地。

3.1 國外發展概況

烯烴類低熔點纖維除了日本窒素的ES纖維，丹麥Danaklon公司作為以生產聚烯烴熱熔纖維為主的生產廠家，在引進窒素ES纖維技術的基礎之上開發了自己的系列產品(見表1)。此外美國塞拉尼斯公司生產的Celbond系列聚烯烴類復合纖維(產品規格見表2)，美國BASF公司開發的以PET為芯層，PE、PP為皮層的熱熔粘合復合纖維(產品規格見表3)也具有一定的市場占有率[8-9]。

表1 丹麥Danaklon 公司的產品規格

表2 美國塞拉尼斯公司的產品規格

表3 BASF公司的產品規格

3.2 國內發展概況

相比于國外，國內低熔點纖維的發展起步較晚，且品種比較單一，在原料、技術和設備上與國際領先產品還有一定差距，目前國內的大部分產品還停留在開發階段，在實現產業化的道路上還面臨著諸多困難。

1980年起，總后軍需裝備研究所和天津市化學纖維研究所經過3年的努力共同開發了我國第一個專用低熔點粘結纖維——乙綸短纖維。由于當時我國在復合紡絲上的技術尚不成熟，生產復合型粘結纖維比較困難，故而使用國產聚乙烯樹脂為原料進行普通的熔融紡絲，以單一組分的低熔點粘結纖維為生產路線[10]，經河南省紡織廳測試中心測定，纖維的各項指標見表4。

自1985年7月乙綸在湖南省常德化纖廠順利投產以來，浙江、湖北、吉林等地的幾十家絮片廠先后利用這種低熔點乙綸取代了正在使用的丙綸。在使用過程中，低熔點乙綸在節能、提高絮片質量、延長設備壽命、改善工作環境等方面都體現出明顯的優勢，為我國非織造布產業的發展提供了有力的支持。

表4 低熔點乙綸短纖維的物理性能表

1991年，大連合成纖維研究所承擔了“七五”國家重點攻關項目——《低熔點纖維的研制》，開發了D190和D250兩個型號的低熔點聚酯纖維。2種纖維分別為定取向結晶纖維和非取向無結晶纖維，熔點在180～200 ℃。研發過程中，通過在聚合過程中添加2種改性組分，降低共聚酯熔點的同時改善其結晶性能。熔紡時，采取縮短升溫溫度區間，延長每一升溫的保溫時間等措施緩解或消除低熔點切片在干燥過程中出現的顆粒粘結。通過調整卷繞張力，滿足了不同用途的特定需求，紡得的纖維單絲纖度分別為3.33dtex(D190)和5.56dtex(D250)。探究了牽伸對低熔點纖維的強力、伸長及初始熔點的影響，針對低熔點纖維的特性，在纖維后處理時提高了烘干速率，保證了成品的含濕率。經過對各項技術的改進，大連合成纖維所研制的非取向無結晶低熔點纖維——D250，質量基本符合熱壓閥電工絕緣非織造布的工藝要求，達到了國外同類產品的水平(表5)，為我國后續引進制造電工絕緣聚酯非織造布提供了重要的原料來源，填補了我國在此類產品上的空白[11]。

表5 大連研制D250與國外同類產品技術指標對比

4 應用開發

低熔點纖維的應用開發正日益受到全世界的重視，不僅在紡織業被廣泛應用，在輕工業和汽車工業也很受歡迎。可用于亞高效過兩次材料、西施材料、包裝材料、纖維填充物、電池隔膜中的絕緣材料、汽車的頂部襯料、氈等；在土木工程上，用于片材、排水裝置、覆蓋材料、道路襯墊等；在衛生用品方面，作為口罩、繃帶、手術衣的用料、布等的表面材料；在消費品領域，用于袋泡茶、濕面巾、粘貼藥膏等易加工品，拖鞋、窗紙等家庭用品，墨筆芯、被子、筒型過濾器等成型品[12]。

5 展望及建議

低熔點纖維在開發、產業化、產品多樣化等階段的發展在國外已經較為成熟，而國內這個領域的研究還面臨諸多問題，要全面趕上國際水平仍需繼續努力奮斗。一方面，我們可以借鑒國外的發展經驗，引入進口原料和設備與國內的原料、設備進行對比研究，探究兩者間存在的差異并對國產原料和設備進行針對性的改進，開發適合我國市場需求的系列產品；另一方面，也可以拋開國外的產品路線，結合國內原料供應的特點就地取材，利用一些聚合物自身所具有的低熔點特性，順應新材料發展的大趨勢，開發一些全新品種如PBS、PES低熔點纖維，尋求不同的方式追趕該領域領先行者的腳步。

作為一種新技術，低熔點纖維的發展也從側面映射出世界非織造布工業發展的高速化和多元化，國內外的產品在質量、設備、工藝的水平上固然存在差距，但巨大的發展潛力即是我們奮斗的動力，我國對低熔點纖維的研究還任重而道遠。

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Research Progress of Low Melting Fiber

CHEN Jia-yue1,2, ZHANG Bei-bo1, WANG Hua1,2, CHEN Li-ping1,2, QIN Jun1,2, YUE Hai-sheng1,2

(1.Sichuan Institute of Textile Science, Chengdu 610072, China；2.High-tech Organic Fibers Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610072, China)

In the field of non-woven fabric production, low melting fiber was an important raw material of thermal bonding process. The definition, action mechanism, forming progress, development status and application development of LMF (Low Melting Fiber) at home and abroad were introduced. The development prospects were proposed.

low melting fiber; thermal bonding; copolyester; copolyamide; composite spinning

2016-06-10；

2016-06-22

陳佳月(1992-)，女，學士，主要從事高技術纖維的結構與性能分析工作，E-mail：913318885@qq.com。

TS102.5

A

1673-0356(2016)07-0001-04