長絲芯類填充料的開發與研制

周宏輝

（中山宗德無紡科技有限公司，廣東 中山 528441）

1 保暖材料概況

人類憑借自己的智慧持續地追尋更實用的保暖材料。不管是有上千年歷史的蠶絲，還是近年涌現的高端羽絨；不管是優質的天然棉絮，還是質輕的仿絲棉、水洗棉，在近幾十年人們物質文化需求日益高漲、生活體驗愈發豐富的情況下，這些材料原有的缺陷（沉重、難壓縮、移位、板結、怕曬、怕潮、怕機洗）依然存在。因此，開發一款既輕盈又保暖、可機洗不位移、不怕潮、蓬松性好又易壓縮、耐用的高性能保暖材料，滿足國人日益增長的物質文化需要，是紡織和非織造布科技工作者的不懈追求，也是一項重要任務。

目前，市面上的短纖類填充物，不論是噴膠粘合成型，還是熱熔粘結纖維粘合成型，或是兩者的結合；不論是化學功能性纖維，還是天然纖維，都存在下述問題或不足。

（1）蓬松性差，且蓬松性隨著使用周期的延長而降低；（2）不易壓縮（壓縮性差），體積較大，占用較大的空間，給儲存、運輸造成極大的不便；（3）容易分離并產生位移，形成塊狀，造成被褥、衣服、睡袋、枕頭、手套等在使用過程中產生冷斑，嚴重影響保暖性；（4）壓縮回彈性差，由于短纖類填充物本身壓縮性差，經壓縮后，回彈性會隨著使用次數增加而顯著減弱；（5）不耐水洗和機洗，短纖類填充物基本不耐機洗，稍加機洗就會形成塊狀、團狀，有些短纖類填充物雖然耐水洗，但水洗次數有限，大部分都不耐水洗。

目前，市面上國產短纖填充物大部分用于中低端產品，極少數用于高端產品。被戶外愛好者津津樂道的T棉、P棉和C棉，幾乎占據了所有高端睡袋及其他戶外用品市場。世界前十大戶外品牌，如始祖鳥、北面、猛犸象等，戶外產品中的睡袋，特別是戶外高端睡袋（耐寒或耐極寒），填充物全部指定用T棉或P棉或C棉。這類用于高端產品的填充料都有一些共性：輕盈保暖、良好的蓬松性、壓縮率及回復率很高。運用具有這些共性的填充料成為未來的發展方向。

2 開發長絲芯類填充料的可能性

人們對物質水平的追求，特別是在保暖材料方面，趨向于輕盈保暖、易打理的產品。短纖類填充料（絮片）的問題和不足制約了市場的深入發展和更高端的應用。

長絲作為填充料，顯著的特點是非常輕盈、超強的蓬松性以及非常保暖，用較少的材料可以達到最佳的保暖性能，這樣可以降低裝備質量，實現裝備輕量化。超強的壓縮性能又可以減小裝備的體積，便于野外作訓攜帶；具有超強的壓縮回復性，反復壓縮仍能保持很高的回復率，保持產品的蓬松性，也就保證了產品優異的保溫性能。長絲芯類填充料（保溫棉）不像其他短纖維噴膠棉、仿絲棉那樣因撕開或位移產生塊狀，因而不會像短纖維保溫棉或者羽絨那樣產生冷斑。因其特殊的3D結構，長絲保溫棉能保持大量的空氣，發揮持久高效的保溫作用；可以水洗、機洗。

長絲芯類填充料（保溫棉）是新型絕熱保溫填充材料，性價比非常高，是軍隊服裝和戶外睡袋、雪衣、夾克、棉被、枕頭、手套等御寒用品的首選，也是高檔民用家紡和高檔戶外睡袋行業的首選，應用前景廣闊。

3 長絲芯類填充料的制造方法

3.1 研發路線的選擇

化學短纖維填充料，包括仿絲棉和洗水棉，一般是通過非織造布制造方法實現的。化學短纖維經過混合、開松、梳理、鋪網、噴膠（針刺）、烘燥、卷取等工序獲得較為蓬松的噴膠棉（絮片）、仿絲棉或洗水棉。如何讓化學纖維長絲變成化學短纖維填充料？經過調研、查閱文獻[1-4]，通過技術創新，決定采用傳統紡織和非織造布兩者相結合的方式自主開發研究路線。

3.2 研發方案的確定

根據研發路線的需要，第一步選擇材料；第二步設計制造專用的實驗設備，選購合適的配套設備；第三步完成實驗生產線的配套、改造和組合；第四步采取小試、中試、量產這種循序漸進、穩妥的研制步驟，使產品的主要性能指標超過目前國內仿絲棉、洗水棉的性能指標。小試和中試在自主開發的小型實驗生產線上進行，量產在擴大版的實驗線上進行。

3.3 方案實施

3.3.1 原材料種類的選擇

本研究選擇了滌綸纖維長絲（DTY）、丙綸纖維長絲、再生滌綸纖維長絲、錦綸纖維長絲作為實驗用材料種類[1]。

3.3.2 原材料規格的選擇

材料種類確定后，選擇材料規格：300 D/96 f、 200 D/96 f、600 D/192 f、450 D/144 f。

3.3.3 專用設備的設計制造

要使長絲變得像短纖那樣有卷曲、有彈性、有較好的壓縮率和壓縮回彈性，就必須有專用的設備，因此，專門設計制造了一臺卷曲蓬松成型設備。為了保證優良的蓬松性和壓縮回彈性，專門設計制造了一臺熱空氣收縮定型機和冷空氣松弛定型機。對非織造布生產工序中用到的鋪網機進行改造，使之能夠適合纖維長絲的鋪網。

3.3.4 工藝路線

工藝路線為：退紗→上扣分絲→拉伸→卷曲→鋪網→熱空氣定型→冷卻定型→（噴膠）→（熱烘）→壓燙→卷取→包裝。

將筒子架上退卷下來的多根化學纖維長絲通過分絲裝置，在卷曲蓬松成型的設備上依次進行拉伸、自然松弛，使得化學纖維長絲形成蓬松的螺旋卷曲狀。

將螺旋卷曲狀化學纖維長絲通過鋪網，形成均勻的、有一定厚度和寬度的纖維長絲網（芯類填充物雛形）。

將鋪網成型后的纖維長絲網通過熱空氣收縮定型和冷空氣松弛定型。根據產品應用環境的不同，可以向定型后的纖維長絲網噴灑膠水或膠粉，經過烘燥壓燙，卷取包裝。

3.3.5 產品性能分析

經過研發創新的專門實驗設備生產出來的長絲芯填充料（保溫棉）性能優異，產品的有關實驗數據以常用規格120 g/m2為例，測試其熱阻、克羅值、蓬松度、壓縮彈性率（壓縮率、回彈率）、透氣率、水洗性能[5]。測試結果見表1。

表1 長絲芯填充料（保溫棉）性能測試

對長絲芯填充纖維生產的仿絲棉、洗水棉和噴膠棉樣品的性能指標進行對比，并進行了性能指標測試。對比結果見表2。

表2 長絲芯填充纖維生產的仿絲棉、洗水棉和噴膠棉樣品的性能測試

對小試和中試試樣進行分析測試、量產樣測試、同類產品對比，從表1～2可以看出：產品達到研發設計方案的要求，特別是蓬松度、壓縮率、壓縮回彈性這3個直接反映填充料性能優劣的指標，非常優秀。高度蓬松的材料能夠容納更多的空氣，鎖住熱量。優異的壓縮性能便于收藏，易壓縮、回彈性好，經久耐用，主要性能指標超過目前國內其他的填充料，處于國內領先水平，達到國際先進水平。

3.3.6 關鍵性能指標的研究

長絲芯類填充料具有高蓬松度且輕盈保暖、易壓縮且易收納、壓縮回彈好、經久耐用、可機洗、易打理等優異性能，其關鍵性能指標蓬松度、壓縮率和壓縮回彈性三者相對平衡，達到了高度統一。

3.3.6.1 長絲的卷曲度、排列方向與蓬松度

一般而言，在非織造布纖網中，排除其他因素的影響，纖維的卷曲度越大，纖網的蓬松性就越好。卷曲度與蓬松度的關系見表3和圖1。從實驗測試數據可以看出，兩者沒有必然的聯系，但仍然存在正切斜率為正的趨勢。

表3 卷曲度與蓬松度的關系

圖1 卷曲度與蓬松度的關系

長絲經過拉伸卷曲蓬松成型設備處理后，沿絲的長度方向形成三維螺旋卷曲，絲與絲之間或相互糾纏，或相互穿插，或相互并列，形成一個三維立體結構。如果卷曲度大的絲相互糾纏在一起，糾纏的絲越多，蓬松度受到的影響越大。

3.3.6.2 蓬松度與壓縮率、壓縮回彈性

長絲在纖維網中的排列方向會影響長絲芯類填充料（保溫棉）的蓬松度。專用拉伸卷曲蓬松設備將拉伸卷曲后的長絲進行了平行排列與垂直排列[6]，改善了纖維網的蓬松度，且蓬松度能夠在后續工序中繼續保持甚至提高。

長絲芯類填充料（保溫棉）就是一個纖維集合體[7]，纖維長絲的排列方向直接影響壓縮性能和壓縮回復性能。纖維長絲平行排列的蓬松性不及垂直排列，其壓縮率卻優于纖維垂直排列。壓縮回彈性剛好相反，即纖維長絲平行排列的壓縮回彈性弱于垂直排列。正是因為長絲芯類填充料這個纖維集合體的特殊組織結構，其蓬松性、壓縮率與壓縮回彈性得以高度平衡與統一。

4 問題和解決辦法

盡管長絲芯類填充料已經可以在專門研發創新的實驗生產線上規模化量產，但要實現工廠化量產、產品市場化，還要進一步解決專用設備的設計簡化和操作優化問題、加大市場宣傳推廣力度。

4.1 自主創新設計的專用設備操作復雜、難度大

自主創新設計的專用設備由于融合了多種工藝，集多功能于一體，具有操作復雜、難度大的問題，常常需要專人操作。這就需要融合紡織與非織造兩個領域多學科的知識，針對工藝技術要求，結合機電一體化，對現有設備進行機械設計改造和電氣控制改造，達到操作簡單、容易控制的效果。

4.2 產品的市場宣傳推廣與接受使用度亟待提高

相比于長絲芯類填充料，噴膠棉、仿絲棉、洗水棉采用的原材料短纖維變化多樣，稍微添加一些其他功能性纖維便可成為一個賣點。長絲芯類填充料所用的纖維長絲原料品種選擇有限，盡管產品本身的功能和性能非常優秀，但對市場來說仍然沒有賣點，不但需要加大宣傳推廣力度，更需要各方大力支持。

5 結語

長絲芯類填充料研究開發的成功，解決了填充料高蓬松度和易壓縮的矛盾，能鎖住高熱能，解決了短纖維填充料常見的不易壓縮、不能機洗、壓縮回彈性差的問題。長絲芯類填充料的超輕盈保暖性、較好的干燥和潮濕環境保暖性、持久的蓬松性、優異的壓縮性和壓縮回彈性，為家紡和戶外產品的品質升級及新品開發提供了更為廣闊的選擇空間。用較少的原料、較低的成本，獲得輕盈保暖易打理、具有高蓬松高壓縮高回彈性、使用價值較高的產品，大幅度提高了品味與檔次，也為家紡和戶外產品進入高端市場奠定了基礎。