針水刺復合海島超纖合成革基布研發*

黃族健

福建省南紡有限責任公司， 福建 南平 353000

針水刺復合海島超纖合成革基布研發*

黃族健

福建省南紡有限責任公司， 福建 南平 353000

基于對海島超細纖維的分析，研發了針刺、水刺、復合、堿減量工藝，解決了海島超纖合成革基布生產中后堿減量工藝流程長、一次性投資成本高及產品表面粗糙、門幅收縮程度大、易折皺、手感硬等問題，開發的針水刺復合海島超纖合成革基布產品的性價比高，為高仿真合成革生產商提供了更多選擇，大大降低了合成革生產企業進入超纖合成革生產的門檻，擴大了超纖合成革的產能，滿足市場需求。

海島超細纖維， 針刺， 水刺， 復合， 堿減量

當今，超細纖維(超纖)高仿真合成革代表著整個合成革行業的發展方向，對其進行研究開發，要解決纖維紡絲、無紡基布制造、合成革生產三大難題。本文采用前堿減量法，即以超細纖維為原料，通過針刺和水刺復合加工制成針水刺復合海島超纖基布，然后通過堿減量、聚乙烯醇(PVA)浸漬等工藝制成海島超纖聚氨酯(PU)革基布，再經樹脂整理制成半成品革貝斯(BASS)，最后通過PU貼合等工藝得到針水刺復合海島超纖高仿真合成革基布成品。它具有較好的耐磨性、回彈性、柔軟性、舒適性及抗折皺、抗靜電、抗老化和高仿真性，使用價值超過天然皮革，受到眾多國際知名品牌的青睞，其使用量呈迅速增長的趨勢，具有廣闊的市場前景，體現了合成革技術的發展方向。

1 現狀

目前，國內生產海島超纖合成革的主要工藝流程：

海島超纖→針刺基布→基布整理→濕法制革→堿減量處理→磨皮上油→PU貼合→成品革。

此工藝流程的投資較大，主要是其堿減量設備復雜、制造難度大，故成本高。另外，此工藝流程長度超過260 m，張力控制要求精細、復雜，生產時易出現幅寬不穩、不達標等質量問題，并影響產品手感和張力均勻性。因此，此工藝流程在國內發展緩慢。

2 研發內容

本項目研發內容主要有3個方面：

一是在海島超纖層的中部復合1層錦綸長絲基布，以有效提高制品的拉伸強力、降低制品的伸長率、提高制品的抗變形能力。

二是開拓性地采用針刺+水刺的復合工藝，將針刺和水刺2種非織造布的優點融為一體，以提高制品的表面平整度及密實感。

三是采用特殊后整理工藝，以提高制品的堿減量率、改善制品的親水性及抗靜電性能，從而利于下游企業生產合成革的需要。

3 主要生產工藝流程和關鍵技術

3.1 針水刺復合工藝流程

針水刺復合工藝流程如圖1所示。

3.2 纖維原料分析和選擇

3.2.1 纖維原料分析

海島超纖可分為不定島型和定島型2類。目前，國內的超纖生產主要采用日本逐漸陶汰的不定島型海島超纖生產技術。近年來，定島型海島超纖在國內日益受到重視，并基本形成了批量生產。

圖1 針水刺復合工藝流程

不定島型海島超纖特點：

(1) 不定島型海島超纖開纖后，其單纖線密度在0.001～0.111 dtex，細度不均勻；纖維長度也不一致，最短在1.0 mm以下。因此，由其制作的合成革產品的手感、物性、風格等都受到一定影響，存在均勻性、連續穩定性較差的缺點。

(2) 不定島型海島超纖的海的成分主要是聚乙烯(PE)，可紡性差，梳理出的纖網經常不均勻，從而影響產品的均勻性。另外，PE的熔點低，纖維間抱合力差，其加工難度大，易造成纖維在開松過程中堵塞及梳理機黏針布，嚴重時可導致設備故障。

(3) 不定島型海島超纖的開纖采用甲苯萃取工藝。甲苯是易揮發、易燃、易爆且毒性強的有機溶劑，會對環境造成較大污染。這是此項工藝逐漸被發達國家淘汰的主要原因。

定島型海島超纖特點：

(1) 定島型海島超纖可分為2種，即聚酰胺/堿溶聚酯和聚酯/堿溶聚酯。2種組分的質量比決定了成纖質量。通常，聚酰胺/堿溶聚酯類的手感、透氣性、回彈性及保型性均優于聚酯/堿溶聚酯類。

(2) 定島型海島超纖開纖后，細度均一，其線密度約0.056 dtex。因此，由其制作的合成革產品的手感、仿真皮風格及力學和染色性等都有改善。

(3) 定島型海島超纖的開纖采用堿減量工藝，相對于不定島型海島超纖的甲苯萃取工藝，其對環境的污染較小、生產過程中的危險性較低，在環保性與安全性上都有較大優勢。

表1列出了定島型海島超纖的主要技術指標。

表1 定島型海島超纖的主要技術指標

3.2.2 纖維原料規格選擇

定島型海島超纖按2種組分如聚酰胺、堿溶聚酯的質量比可分為錦/滌50/50、錦/滌60/40、錦/滌70/30等，按“島”數可分為37、 72、 90島等，單纖維線密度為2.222～6.667 dtex。本文在制革工序前進行堿減量加工，屬“前減量”工藝路徑，不同于目前國內多數合成革企業采用的“后減量”工藝路徑，若纖維太細(即線密度太小)，制品的幅寬穩定性會受到影響，所以選用線密度較高、島數較少和聚酰胺(即島)含量高的纖維原料。這樣，經堿減量處理后，基布的組織結構變化小、密度下降幅度也不大，提高了制品的幅寬穩定性，能夠滿足高檔合成革用基布的要求，成革后制品的手感會更加柔和、彈性更好。通過多次工藝試驗和原料優選，最終選擇聚酰胺/堿溶聚酯(即錦/滌)70/30、 3.333 dtex×51.0 mm、37島 的定島型海島超纖。

3.3 關鍵技術

3.3.1 針刺工藝技術

為了保證在堿減量處理后制品密度能夠滿足高檔合成革基布產品對高密度的要求，坯布密度應盡量大，一般要求控制在0.25 g/cm3以上。因此，采用高針密的針刺工藝參數，并采用美國福斯特公司生產的超纖專用刺針，2臺預針刺選用福斯特F40CON刺針(新型錐形針)，主刺采用福斯特F40R2.3B刺針(2.3B指針鉤深度)，確保刺針與纖維達到最佳配合。同時選用韓國三和公司生產的高速針刺機，確保針刺密度達到2 500 次/cm2。通過上述措施，有效地減少了制備高面密度針刺產品時的斷針現象，減少了刺針的消耗和基布上針痕的產生，同時減小了刺針產生的針眼，提高了基布表面的平整度。

3.3.2 水刺工藝技術

(1) 主要工藝的制訂。為了提高針水刺復合海島超纖合成革基布的表面平整度，提高水刺纏結程度，防止纖網散亂，在纖網剛進入水刺區時采用雙網簾夾持式預濕預纏結系統，并優化選擇合適目數的夾持壓緊簾。該系統在壓緊纖網過程中，排出纖網中的大部分空氣后，使纖網在被夾持狀態下進入預濕纏結階段，目的是防止纖網散亂并使其得到初步纏結，同時減少后續高壓水刺纏結過程中因纖維散亂、移動而造成的纖網不均勻，更好地保證產品的表面平整度，并改善厚重產品的層間剝離問題。在水刺纏結過程中，水針頭壓力、纏結托網簾、水針形式是決定產品風格及相關性能的主要因素。水針板也是影響產品性能的重要因素，包括水針板的孔徑、間距、排列形式等。通過優化，選擇孔徑0.1 mm的單排細孔水針板，其可以產生較高的水壓，形成穿透力較大的水針，促進了鋪網層間纖維的纏結能力，提高了產品的剝離牢度；同時使布面水針紋路更細膩，提高了布面的平整度。優化水刺機工藝參數，水壓以從低到高的方式進行配置，先由第一道水針從上往下進行充分預濕，再由后面4道水針一上一下反復高壓纏結，促進纖網兩面的纖維均衡地相向移動纏結，提高了水刺基布的強力和布面平整度。

(2) 烘干溫度控制。溫度對纖維的物理化學性能都會產生直接影響，因此溫度控制是超纖水刺基布生產中的重要工藝控制點。由于該水刺超纖基布的面密度較大、厚度較厚，其含水量較常規產品高，因而需較多的熱能進行烘干，而高溫時超纖中的分子鏈會發生變化，從而惡化基布的手感、強力等指標，對產品品質不利，所以采取較低的適合溫度(依據超纖的玻璃化溫度決定)，同時增加烘干時間來保證產品的干燥程度。為了更好地適應不同面密度、厚度的產品及不同車速生產的需要，采用2臺“歐型”熱風穿透式烘干機和表面燙光烘干機進行組合式烘干，可視生產情況的需要開啟其中1臺或2臺，也可將1臺用作烘干而另外1臺用作高溫定型。利用表面燙光烘干機的燙平作用，也能提高水刺基布的表面平整度。

3.3.3 針水刺復合工藝技術

利用針刺生產線，將針刺錦綸長絲基布的強力高、不易變形等優點與水刺基布的柔軟、致密、均勻等優點融合在一起，開發出高端的針水刺復合海島超纖合成革基布。為確保針水刺復合加工時基布不產生折皺，同時復合層在超細纖維的中間層且不外露，以免影響制品外觀和手感，復合過程中必須嚴格控制過程張力，保持其持續、恒定；復合層退卷張力恒定，布幅穩定，不發生偏移；復合針深合理，確保纖維穿刺充分但不受損傷。因此，設計制造了專門用于復合加工的雙退繞機構，實現了雙幅復合不關車換卷的連續生產工藝。雙退繞機構的使用不但使復合加工效率提高了60%以上，而且能確保基布張力相對平穩，使復合產品的品質穩定性得到了保證。

3.3.4 堿減量工藝技術

在堿減量過程中，要得到均勻的開纖效果，并確保堿減量后超纖合成革基布的門幅滿足要求，關鍵是掌握好減量率。在處理過程中，影響減量率的因素主要有燒堿濃度、處理溫度和時間及使用促進劑等，必須做到既減量充分又不損傷纖維和基布結構。

(1) 堿液濃度控制。堿液濃度太低，則減量率低，開纖效果差，產品手感粗糙而硬挺；堿液濃度太高則減量率高，對纖維損傷大，產品面密度低、強力衰減程度大。通過試驗，堿液體積比濃度控制在2.5%～3.0%，減量率達到25%～30%，開纖效果較好。

(2) 處理溫度控制。處理溫度太高，堿液在100 ℃時沸騰，易造成平幅卷染中基布左右滑移，同時會造成基布門幅收縮大；處理溫度太低，則減量率低，開纖效果差。通過試驗，處理溫度控制在(95±1)℃較合適。

(3) 促進劑控制。促進劑使用TF-118L，其為陽離子聚合物，含有多個陽離子基團，它們在堿液中會快速吸附到纖維表面，使堿液中的OH-轉移并聚集在纖維表面，促進纖維水解。加入促進劑，堿液質量比用量減少20.0%，處理溫度從98 ℃以上下降到95 ℃，處理時間從70 min降到30 min，促進劑質量比用量控制在0.8%～1.2%，可達到預期效果。

堿減量處理過程中，其他張力控制在1.96～2.95 cN。堿減量處理完成后，超纖合成革基布必須經充分水洗，然后用醋酸中和，pH值穩定在6～8，保證基布中不殘留堿液。堿減量處理的半成品烘干采用多組烘筒，溫度控制在110～120 ℃，盡量減小烘干過程中布幅的收縮程度，布幅縮率控制在18%以內，滿足了產品質量要求。另外，要定期測定堿減量加工前后的基布干燥質量，控制減量率均勻、恒定，否則會對制革生產造成極大的不良影響。

3.3.5 后整理工藝技術

本文開發的針水刺復合海島超纖合成革基布是用于合成革生產的，需要考慮其在制革過程中的加工性能，因此經堿減量處理后，還需要進行PVA浸漬和伸幅定型加工。

(1) PVA選擇及漿料調制。選用低聚合度、溶解溫度在50～60 ℃的PVA。若PVA的溶解溫度太低，其在后續的合成革生產中會在凝聚槽中析出，影響凝聚過程順利進行。在合成革生產中，最后2～3個水洗槽中為熱水，水溫一般為65～70 ℃。若PVA的溶解溫度太高，則熱水洗過程中不易除去，這會導致合成革產品手感變硬。PVA漿料調制過程中，水溫不應低于85 ℃，且須攪拌充分。調制好的PVA漿料需通過80～100目濾網過濾后再放入浸漬槽，防止未溶解的PVA結晶顆粒附在基布表面。

(2) PVA浸漬和伸幅定型。經堿減量處理后，基布中的纖維非常細，其線密度約0.056 dtex，基布的抗拉伸能力差，在PVA浸漬和伸幅定型過程中容易變形，基布門幅收縮率較大(約15%～20%)。伸幅采用夾持式主動超喂工藝，超喂率為8%～10%，保證基布門幅充分擴張。同時，需合理調節烘干階段的各區溫度，調節擠漿輥壓力、伸幅定型機車速，控制好浸漬過程張力，使產品的外觀品質、幅寬、親水性等能夠符合使用要求。為了增強最終基布產品的硬挺度和滲透性，需要適當提高浸漬PVA漿液的附著量。在正常生產條件下，軋車軋余率為100%～120%，將PVA漿液質量分數提高到8%～10%，確保上漿率達到6%以上，便于下游客戶的制革生產控制，提升成品手感、加工性能等品質。

(3) 軋光工藝技術。為了保證最終超纖合成革基布的厚度均勻且表觀效果和產品手感等滿足使用要求，須合理調整軋光工藝參數，如軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過程張力、軋光成品厚度等。

4 技術指標對比

對表2中的3種基布的外觀和內在質量等技術指標進行比較，可以看出：針刺基布通過針刺加以纏結，其布面易產生針痕、老人皺，但強力等物性指標較好；水刺基布利用高壓水刺進行纏結，其布面紋路細膩、平整，但強力等物性指標較差，且無法滿足生產高面密度產品的要求；針水刺復合基布采用針刺和水刺2種基布進行復合而形成，布面平整度提高且紋路細膩，物性指標也較好。

表2 針刺、水刺、針水刺復合基布的技術指標對比

5 結束語

采用針刺和水刺復合的工藝制備了針水刺復合海島超纖合成革基布。此工藝在超纖合成革生產行業具有較大的創新突破性，它有效融合了針刺、水刺工藝的優點，提高了海島超纖合成革基布的表面平整度、密度和物性指標，并改善了產品手感和物理性能，可以為下游的合成革生產企業提供優質的高仿真合成革基布產品，有助于促進下游產業直接向市場提供經過堿減量開纖的合成革基布。因此，此工藝有助于優化下游超纖合成革的生產工藝，縮短其工藝流程，提高產品的投入產出比，大大降低合成革生產企業進入超纖合成革生產的門檻，擴大超纖合成革的產能，滿足市場需求。

[1] 張哲.海島超纖皮革的生產及市場發展趨勢[J].產業用紡織品，2010，28(3)：39-40.

[2] 侯慶華，戴玲.海島短纖維設備及工藝技術的研究[J].合成纖維，2005，34(12)：33-36+39.

Research and developing of composite needled and spunlaced sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabrics

HuangZujian

Fujian Nanfang Textile Co.， Ltd.， Nanping 35300， China

Based on the analysis of sea-island ultra-fine fibers， the technologies of needling， spunlacing， compounding and alkali deweighting were researched and developed. Then the problems in producing the sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabrics, such as longer process of after alkali deweighting， higher one-time investment cost， as well as harsh surface， big width shrinkage， easy to wrinkle and hard handfeel of the products， were solved. The developed composite needled and spunlaced sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabric products posessed a higher cost performance， which provided the manufacturers of high simulation synthetic leathers with more choices， and greatly reduced the threshold to produce ultra-fine fiber synthetic leathers for the manufacruring enterprises of synthetic leathers， and so that the production capacity of ultra-fine fiber synthetic leathers was expanded and then the market demand was met.

sea-island ultra-fine fiber, needling, spunlace, composite， alkali deweighting

*福建省區域重大科技項目(2011H6029)

2016-11-24

黃族健，男，1963年生，高級工程師，主要從事紡織產品開發和工藝技術管理工作

TS174.6

A

1004-7093(2017)04-0012-05