雙組分超細紡黏水刺非織造材料發展現狀與展望

張宇靜, 童珈珈, 葉翔宇, 何家富, 張 恒, 于 斌, 朱寅超, 朱斐超,6

(1.浙江理工大學 a.紡織科學與工程學院; b.浙江省產業紡織材料制備技術與研究重點實驗室,杭州 310018;2.紹興市柯橋區質量計量檢驗檢測中心,浙江 紹興 312030; 3.浙江省輕工業品質量檢驗研究院,杭州 310018;4.中原工學院 紡織學院,鄭州 451191; 5.江南大學 化學與材料工程學院,江蘇 無錫 214000;6.紹興宜可紡織科技有限公司,浙江 紹興 311800)

超細纖維產生于20世紀40年代,一般將纖維直徑小于5 μm的纖維稱之為超細纖維,它是化學纖維向高技術、高仿真化方向發展的代表性產品。超細纖維非織造材料中纖維直徑小,彎曲剛度小,材料手感柔軟,比表面積大,具有很好的覆蓋性、蓬松性、保溫性;纖維之間的微孔有利于容納灰塵、油污,賦予材料超強的清潔功能,同時具有防水透濕效果;纖維之間的孔隙具有毛細效應,產品具有高吸水性,可制成仿真絲、仿桃皮絨、仿麂皮絨、高密織物等產品,從而被廣泛應用于高檔時裝面料、高級擦拭布、氣體過濾材料等。最早出現的超細纖維是雙組分黏膠纖維,隨著雙組分超細纖維制造技術的不斷發展,雙組分纖維的類型主要以皮芯型、海島型和桔瓣型為主[1]。雙組分纖維的開纖方法主要有針刺法、水刺法和化學法等。采用針刺法、化學法對雙組分纖維進行開纖,會造成纖維損傷,且污染環境。通過紡黏水刺一步成網法,開纖和加固同時進行,提高了原料的利用率、降低了纖維的損耗[2],提升了雙組分超細纖維產品的使用價值。

目前,生產超細纖維非織造材料的方法有:熔噴法、閃蒸法、溶液噴射法、靜電紡絲法和紡黏水刺法等。紡黏水刺法采用兩種組分通過紡黏法成網,再經過水刺加工對纖網進一步開纖和加固,形成超細纖維網。相較于熔噴法,紡黏水刺法生產的超細纖維非織造材料產品強度高、手感柔軟細膩;相較于閃蒸法,其生產成本低、環保節能;相較于溶液噴射法,其成纖的過程中不產生有機溶劑的揮發,不造成空氣污染;相較于靜電紡絲法,其生產效率高、可實現規模化生產。由于雙組分超細紡黏水刺非織造材料的工藝流程短、生產成本低、產品性能優異,在高檔擦拭布、服裝用布、醫療衛生、合成革基布、精密過濾材料等領域具有一定競爭力。基于此,本文歸納總結了雙組分超細紡黏水刺非織造材料的加工原料、工藝特點、應用領域,概述了國內外雙組分紡黏水刺技術及產品的發展和現狀,最后對其發展趨勢及前景進行了展望(圖1)。

圖1 雙組分超細紡黏水刺非織造材料的應用領域與發展趨勢示意

1 雙組分紡黏水刺加工原料及產品

雙組分紡黏長絲是通過兩種聚合物復合紡絲,進而在一根纖維截面呈現出不同的形狀配置,按截面形態的可分裂性大致可分為皮芯型[3]、并列型[4]、海島型[5]、桔瓣型。目前桔瓣型雙組分紡黏長絲比較常見,其原料有聚酯(PET)/聚酰胺6(PA6)[6]、聚乙烯(PE)/PA6[7]、聚丙烯(PP)/PE[8]、PET/PE[9]、聚乳酸(PLA)/PA6[10]。

雙組分紡黏水刺工藝對原料的要求頗高。紡絲過程中兩種聚合物之間要有相似的流動性和黏度,否則無法均勻分布在同根纖維中,且聚合物之間需要適當的相容性和附著力,過小的相容性和附著力都會造成纖維分裂,無法成纖,反之則不易于后續水刺開纖。再者,適當提高聚合物的結晶度,增加兩相界面的張力,有利于雙組分纖維進行水刺剝離。胡瀟瀟[11]研究了PET、PA6原料的流變性能,發現PET切片熔體對溫度變化較為敏感,PA6則反之,290 ℃測試條件下PET切片熔體與280 ℃測試條件下PA6切片熔體有著相似的流動性能,有利于兩種聚合物進行復合紡絲。Chureerat Prahsarn等[12]制備了PLA/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和PLA/PP中空桔瓣型雙組分非織造材料,研究發現由于PLA與PP之間不相容,低黏度PLA包裹了高黏度PP,從而出現界面不平衡力,PLA與PP間的界面表現出凹凸不平的彎曲狀;而PLA界面與PBS界面之間存在平衡力,其有助于降低界面張力,因此PLA與PBS間的界面平坦,PLA/PBS雙組分長絲纖維未出現分裂情況。趙義俠等[13]提出在熔融狀態下,雙組分應具有相似的黏度和較小的附著力,使紡黏復合長絲經水刺更容易開纖,因此熱性能是選擇聚合物材料的重要參數。卜義華等[14]探討了PET/PA6中空桔瓣型紡黏復合長絲的裂離機理,研究了PET、PA6結晶度與其表面張力的關系。結果表明,隨著PET、PA6結晶度的增加,其表面張力相應增大,兩相體系的界面張力也呈增大趨勢,兩組分之間的結合力減弱,PET/PA6復合纖維更容易剝離。

采用高性能的原料或加入特殊的填料可改善雙組分紡黏水刺非織造材料的不足,賦予材料更優異的性能。朵永超等[15-16]以高收縮聚酯(HSPET)/PA6為雙組分原料,采用紡黏法制備了50%/50%和70%/30%的中空桔瓣型HSPET/PA6雙組分纖維,進一步采用水刺技術得到HSPET/PA6超細非織造材料,經熱處理后,雙組分纖維進一步分裂,HSPET纖維卷曲,使非織造布具有蓬松的特性。沸水收縮后,纖維分裂度分別達到81.97%(50/50)和84.65%(70/30),與PET/PA6雙組分非織造材料相比,沸水收縮后HSPET/PA6雙組分非織造材料的柔軟度分別提高了45.1%(50/50)和49.3%(70/30),可用于解決中空桔瓣型超細纖維非織造布開纖率低、懸垂性差的問題。Piyanut Jingjit等[17]以PE/PA6為雙組分原料,1.0% TiO2為光催化填料,卷繞速度為500 m/min進行雙組分紡絲,利用嵌入在纖維中的無機光催化納米顆粒制備了一種生產成本相對較低、耐用自清潔的抗菌材料。研究發現,雙組分纖維開纖后,纖維表面鈦的重量和原子百分比均顯著增加,同時含1.0% TiO2的雙組分纖維在接觸可見冷光24 h后,抗菌測試表明金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌含量均大幅度減少,革蘭氏陰性菌的含量無明顯變化。

幾種高性能雙組分紡黏水刺產品,如德國Freudenberg(科德寶)公司[18]以PET和PA為原料,采用雙組分紡黏水刺技術,開發出新一代產品“Evolon”,單絲直徑約2 μm。作為擦拭布產品具有不起毛、結實、機械穩定性強、縱橫向強力均衡等特點,適用于高科技工業環境。日本KURARAY(可樂麗)公司[19]開發了WRAMP產品,該產品非常柔軟,具有優越的揩擦性和良好的吸水性,其印染的輪廓效果也十分清晰,可用作揩擦布、化妝巾、醫療衛生用布、睡衣材料和家用紡織品等用途。

2 雙組分紡黏水刺非織造工藝及特點

雙組分紡黏水刺非織造工藝是一種超細纖維非織造材料制備技術,將復合紡絲技術與紡黏法非織造技術結合,進一步使用水刺剝離技術,將復合長絲纖維剝離并相互纏繞。它是多種聚合物加工理論和纖維成型技術交叉的產物,所生產的超細纖維非織造材料集合了紡黏非織造材料和水刺非織造材料兩大產品的技術優勢和性能優點,是融合、創新研發出的新一代高端非織造產品[20]。雙組分紡黏水刺非織造工藝的生產速度可達500 m/min,幅寬可達5.5 m,紡黏工藝賦予雙組分纖維高強力,水刺工藝使長絲受損的幾率降低且不產生強壓點或強壓區[21],產品手感柔軟、吸濕性好、透氣性好。

目前,雙組分紡黏復合纖維主要以海島型和桔瓣型為主。海島型超細纖維非織造技術又分為不定島型和定島型兩種,其原理都是以海島短纖維PA6/PE或PET/堿溶性聚酯(COPET)為原料[22],經梳理成網,再經處理(甲苯萃取、堿減量法)將一種組分溶去,從而得到超細纖維非織造材料[23]。桔瓣型復合短纖維非織造技術是采用梳理成網后,再經化學和物理處理,使纖維分裂和剝離,獲得超細纖維非織造材料[24]。海島型纖維溶去一種組分得到超細纖維,會造成原料的浪費,而化學法處理纖維會造成極大的環境污染。桔瓣型雙組分紡黏水刺法一次成網工藝,雙組分長絲開纖、纏結、加固、成網同時進行,減少了工藝流程、生產設備、運行成本,解決了環境污染問題。

雙組分紡黏水刺非織造工藝流程如圖2所示,干燥后的兩種組分分別經過料斗喂入到螺桿擠壓機內,在高溫下熔融成聚合物熔體,聚合物熔體在計量泵中定量擠出,通過噴絲孔按照一定的比例和排列形式噴出[25]形成雙組分長絲,在側吹風冷卻和氣流拉伸的作用下被收網簾接收,形成雙組分纖維網[26]。纖網經過水刺工藝進一步開纖、固結,形成雙組分超細纖維網,最后經烘干、卷繞裝置,得到雙組分超細紡黏水刺非織造材料。經水刺開纖后的雙組分超細紡黏水刺纖維長絲,單纖可達0.067 5 dtex,這種材料的手感和機織物、針織物相近,纖維排列致密、比表面積大,纖維網強度大,吸濕性和透氣性良好。雙組分紡黏水刺非織造的工藝優點主要有以下幾個方面:一條連續的生產線完成紡絲、牽伸、成網,一次性開纖并固結成超細纖維非織造材料,生產速度可達500 m/min以上[27],生產成本低;不產生原料損耗和浪費,無任何污染,降低了碳排放量;產品具有強度高、柔軟性好[28]、手感更細膩的優點。

圖2 雙組分超細紡黏水刺非織造材料成型示意

3 雙組分超細紡黏水刺非織造材料的應用

雙組分紡黏水刺非織造工藝將紡黏法與水刺法兩種工藝相結合,生產出的雙組分長絲非織造材料的強度遠高于短纖維非織造材料,手感和柔軟度更接近于服用紡織品。再者,雙組分超細纖維經開纖后纖維直徑可達2 μm,比表面積大,孔隙率高,材料具有更好的吸濕性、透氣性,產品柔軟、手感細膩。其內在質量和外觀都有很大的提升,突破了傳統非織造材料的適用范圍,具有廣泛的應用前景。

3.1 高檔擦拭材料

桔瓣型雙組分超細纖維經水刺剝離后,單根纖維的界面類似于三角形,比表面積大,超細纖維之間形成許多微細的孔隙。因此,纖維表面與灰塵的接觸面積大,具有良好的吸附容納能力[29],能吸附自身質量10倍的微塵顆粒,可用作擦拭材料。普通的木漿復合水刺擦拭材料為短纖梳理成網,而雙組分超細紡黏水刺非織造材料是長絲纏結成網,不存在掉纖維屑的問題,不會損傷被擦物件的表面而留下細微的擦痕[30]。因此,雙組分超細紡黏水刺非織造材料十分適合用于光電設備(手機、電視、電腦、眼鏡、相機)、精密儀器(顯微鏡、實驗室儀器)等產品的擦拭。

3.2 服裝材料

雙組分超細紡黏水刺非織造材料具有較大的斷裂強度和良好的尺寸穩定性。經水刺工藝開纖后,雙組分超細纖維的單絲線密度可以達到原來的1/16[31],超細纖維擁有極小的線密度、高比表面積和高覆蓋性,因此產品手感柔軟且細膩。同時,超細纖維之間形成毛細管虹吸效應,加速纖維表面的汗水蒸發,使產品呈現較高的透氣性、吸水性和舒適性。一般的非織造材料只能用作內襯、里襯,而雙組分紡黏水刺非織造材料可用于高級仿麂皮絨外衣面料使用[32],因此雙組分紡黏水刺非織造材料在工作服、防護服、休閑裝、運動裝、特種服裝等服裝用布上具有很好的應用前景。

3.3 衛生材料

雙組分紡黏水刺產品是紡絲成網技術與水刺固結技術的集成,其產品展現出高強力、表面平整、各向同性好等優點[33]。與木漿復合水刺材料相比,雙組分超細紡黏水刺非織造材料具有超細纖維結構和較高的孔隙率,同時表現出毛細效應使其親水性、吸液速率、吸水量更佳,適合用于嬰兒尿片、婦女衛生巾、衛生墊、成人失禁尿片等衛生用品領域。在日本,采用PE/PET雙組分纖維制成的嬰兒尿布已被廣泛應用。

3.4 高級合成革材料

雙組分纖維與膠原纖維(天然真皮的基本成分)具有相近的纖度,且雙組分超細纖維非織造材料的彎曲剛度低,手感特別柔軟,被廣泛用作基布合成革材料。機織布和針織布彈性差、仿真效果不理想,只能生產中低檔次的合成革產品;普通水刺非織造材料的纖維較粗、密度較低[34],不能完全滿足高檔產品的要求;而雙組分紡黏水刺非織造材料在內部結構、外觀手感、產品性能上都可以做到類似真皮的效果,并且具有高強度、防霉變、抗變形能力優良、質地均勻柔軟、易裁剪加工等優點[35],基本達到甚至超過了真皮的各種性能。目前已大量采用超細纖維合成革代替天然皮革,在服裝用超纖革、家居用超纖革、鞋用超纖革、箱包用超纖革和汽車用超纖革等方面廣泛使用。趙寶寶等[36-37]研究了中空桔瓣型雙組分超細紡黏水刺非織造材料(PET/PA6-HSBSYMNW)的性能,研究表明纖維直徑大小介于2.2～5.5 μm,所形成的非織造材料性能可以滿足合成革用非織造材料的要求,并以水性聚氨酯(WPU)為聚合物涂層制備了雙組分超細纖維合成革,系統研究了涂料成型溫度、發泡劑質量分數、發泡率對WPU涂料結構和性能的影響,所得雙組分超細纖維合成革其透氣性、水蒸氣透過率、隔熱性、剝離強度、易皺回復角和手感均優于不同皮革基質的商用服裝合成革及針織合成革。朵永超等[38-39]將中空桔瓣型超細纖維與聚丙烯腈(PAN)靜電紡絲納米纖維混合,制備了超細纖維合成革基(MSLB)復合材料,又將熱塑性聚氨酯(TPU)/磺化聚砜(SPSf)靜電紡絲納米纖維與MSLB混合。結果表明,PAN、TPU/SPSf納米纖維均勻分布在MSLB中,當PAN納米纖維直徑為950 nm時,MSLB的吸濕性能較好,為768.99%,撕裂強度增加了105.76%,且隨著TPU/SPSf納米纖維含量從0增加到30%,MSLB的接觸角從111.64°減小到67.07°,水蒸氣透過率提高55.19%。

3.5 精密過濾材料

雙組分超細紡黏水刺非織造材料在結構及工藝方法上不同于傳統的非織造材料,其具有過濾效率高、阻力小、優良的容塵梯度結構、壽命長及清灰容易等特點,在過濾材料領域具有廣闊的應用前景。張恒等[40-41]研究了雙組分紡黏水刺非織造材料的超細纖維孔徑分布、結構特征和過濾性能,在三維圖像中發現纖網表面聚集成纖維束的超細纖維,纖維網的過濾效率和過濾阻力隨纖網平方米質量的增加而增加,孔徑分布對材料的過濾性能和滲透機制有很大的影響。在3.57 m/min的表面速度下,對于2.05 mm的顆粒,201 g/m2非織造布的過濾效率為97.68%,可用于新型空氣過濾器。錢小剛等[42]具體研究了PET/PA6中空桔瓣型雙組分紡黏非織造過濾材料的結構特征與過濾性能的關系,并建立了二次方模型來分析厚度、開纖率對過濾性能的影響。研究發現,該非織造材料的過濾效率、過濾阻力均隨開纖率的增加而提高,且在開纖率為76%～80%的區間內有明顯快速增大的趨勢。王敏等[43]研究了PET/PA6雙組分桔瓣型紡黏水刺非織造材料的過濾性能,隨著纖網面密度的增大,材料的最大孔徑和平均孔徑均減小,過濾阻力增大,過濾效率提高。

3.6 其他應用

雙組分超細紡黏水刺非織造材料憑借其優異的性能被應用于更多領域,如加工成工業包裝材料、汽車頂篷布、地毯、隔音材料、窗簾用布、床上用品,以及人造血管等生物組織工程等領域。

4 雙組分超細紡黏水刺非織造技術及產品發展

4.1 國內外技術發展及現狀

雙組分紡黏水刺非織造技術重點是先進的紡黏、水刺設備和生產線,創新點在于將紡黏法與水刺法結合,提高生產效益,形成了新型非織造產品。隨著紡黏設備和水刺設備不斷改進,紡黏水刺非織造技術也不斷更新。德國Reifenhauser(萊芬豪舍)公司[44]與美國Hills(希爾)合作開發了ReicofilⅣ設備,能夠加工多種雙組分復合紡黏纖維(皮芯型和并列型)。德國Oerlikon Neumag(歐瑞康-紐馬格)公司在收購美國Asan工程公司Ason紡黏技術的基礎上,開發了AST紡黏設備,可用于生產雙組分紡黏纖維(皮芯型、并列型、海島型)。目前,可以提供雙組分紡黏法技術和設備的公司主要有:德國Reifenhauser、荷蘭Akzo(阿克蘇)公司、美國Nordson(諾信)、美國Asan和美國Hills。這些雙組分紡黏非織造生產線為后續生產紡黏水刺非織造產品提供了多種選擇。水刺加固設備公司主要集中在德國,以Fleissner(福來司拿)公司[45]AquaJet-Spunlace水刺技術為代表的新固結方法已較廣泛用于加工新一代紡黏型產品。2001年德國Freudenberg(科德寶)公司組裝了世界上第一條紡黏和水刺生產設備。2006年德國Hydrospun非織造布公司通過與法國Riter合作開始了超細紡黏水刺非織造材料的制備。隨后法國立達Perfojet公司(現被德國安德里茲收購)推出兼備水刺和紡黏技術的SPUNjet設備[46],生產出的紡黏水刺非織造材料與同類產品相比能耗可降低到20%,產品的撕裂強度可提高50%～70%。目前,在雙組分超細紡黏水刺非織造材料生產領域最具代表性的公司主要有:德國Freudenberg公司、荷蘭Phoenix公司和德國Hydrospun公司。

國內的雙組分紡黏水刺技術起步較晚,但發展迅速,目前國內已擁有較為先進的紡黏水刺生產線。2008年中國江西吉安市三江超纖無紡有限公司建成投產了具有自主知識產權的第一條雙組分超細紡黏水刺非織造生產線[47],該生產線采用PET/PA6兩種切片為原料,幅寬為1.8 m,年產能力為3 000 t。該項技術屬國內首創,填補了國內雙組分超細紡黏水刺非織造材料的空白,處于國際先進水平[48]。2011年廊坊中紡新元無紡材料有限公司[49]的雙組分超細紡黏水刺非織造生產線開車試產,標志著中國第二家制備雙組分紡黏水刺非織造材料的公司誕生了。這條由中紡自行整合的設備(主要設備由大連華綸化纖工程有限公司提供),采用世界先進的雙組分(PET/PA6)紡黏形成桔瓣型超細纖維,經水刺開纖固結,整條生產線具有高自動化、生產過程穩定、產品質量好、效率高等優點,年產能可達2 000 t。大連華綸無紡設備工程有限公司[50]研制的雙組分超細紡黏水刺非織造材料生產線,紡絲裝置具有集合式多模頭、雙組分中空桔瓣復合紡絲箱體和新型雙組分紡絲組件,雙組分熔體分配均勻,噴絲板面溫度可調、可控,具有多段式加熱系統和特殊的加熱方式。

4.2 國內外研發技術及產品

4.2.1 國外研發技術及產品

德國Freudenberg公司是全球紡黏非織造材料的第一大供應商,以萊芬豪斯設備和立達設備為主,經過設備改造、組裝成紡黏水刺生產線。其產品以PET和PA6為原料,制備桔瓣型(16瓣)紡黏長絲纖維(圖3)[50],經過水刺開纖制備超細非織造材料。Freudenberg公司代表性產品為Evolon[51],具有超細纖維結構,較高的透氣性和舒適性,可用于運動衣和休閑服的面料;具有超高的屏蔽性,防止塵屑及螨蟲的侵入,可用作床上用品和遮陽窗簾;具有優良的水洗和干洗的性能,可用于制作工作服。新一代Evolon能夠過濾更小的過敏源、灰塵顆粒及羽絨芯,將在床上用品、技術包裝等諸多方面開辟全新應用領域,可為制造羽絨枕和羽絨被提供針對性解決方案。同時超細纖維比人發纖細200倍,耐機械應力、磨損和反復洗滌,并且在多次洗滌后保持穩定性能,有助于節約資源。

圖3 16瓣紡黏長絲纖維截面形貌

荷蘭Phoenix公司制備的紡黏熔噴超細非織造材料MicroZorb主要有兩種類型,一種以70% PET和30% PA6為原料,另一種以70% PES(聚醚砜)和30% PA6為原料,后者耐熱性能優異,主要在航空航天等高溫環境下使用。德國Hydrospun非織造布公司推出全球第一條商業化的SPUNjet非織造材料生產線[52],產品牌號為HYjet超細紡黏水刺非織造材料,其平方米質量為100～120 g/m2,幅寬為1.6 m,可用作涂層材料和農用材料。HYjet產品在汽車業、家飾業有潛在市場,還可用作過濾介質,不僅能代替紡黏非織造布,還可代替水刺和針刺非織造布,其應用領域將達到非織造產品的85%。日本KURARAY公司[53]利用獨自研發的超細纖維WRAMP制造出SOLIV無塵布,是目前高等級的超細纖維擦拭布,該超細纖維利用自身尖銳的截面可以達到卓越的擦拭效果。此外,利用熱切割技術和純凈水清洗處理,極大地控制了灰塵產生,適用于要求很高的無塵車間、半導體及光學產品生產線的環境保護,SOLIV非常適合高級凈化室內的保潔和保養工作。本文比較了國外幾種紡黏水刺產品的基本性能,如表1所示。

表1 國外幾種紡黏水刺非織造產品的基本性能

4.2.2 國內研發技術及產品

吉安三江超纖無紡布有限公司生產的桔瓣型雙組分超細紡黏水刺非織造材料,原料采用70% PET和30% PA6,纖維纖度穩定在0.135 dtex左右[54],其縱向強力和橫向強力高達300～400 N(100 g/m2),特別是撕裂強力可高達30～60 N,完全可以滿足高級合成革、汽車內飾、高效濾料等材料要求[55]。廊坊中紡新元無紡材料有限公司[56]生產的PET/PA6雙組分超細紡黏水刺非織造材料的產品質量好、手感柔軟、結構密實,可用于制作高級生態合成革基布、高級擦拭布、醫用非織造材料、民用服飾、過濾布和防螨家用紡織品等,市場發展前景十分廣闊。大連華綸化纖工程有限公司生產的PET/PA6中空桔瓣型紡黏水刺非織造產品(參見公司官網)被廣泛地應用于人工革基布、汽車裝飾材料、高檔擦拭布、過濾材料及面膜等領域。其中,長絲超細纖維非織造材料較之普通非織造面膜材料,具有超強吸收水分的能力和良好的貼敷性,價格與蠶絲面膜、果漿纖維面膜、天然纖維素纖維面膜相比要低很多。目前,該公司用于面膜布的雙組分紡黏水刺非織造材料在大批量生產。

5 雙組分超細紡黏水刺非織造材料的發展趨勢

5.1 材料復合化

為進一步提高雙組分超細紡黏水刺非織造材料的機械性能、過濾性能和舒適性等,可采用雙組分超細紡黏水刺非織造材料與其他材料進行復合,以提升其整體使用價值,拓寬其應用范圍。朵永超等[57]通過紡黏技術制備PET/PA6雙組分中空桔瓣纖維,并與Lyocell纖維材料經高壓水刺制備雙層復合結構的PET-PA6/Lyocell非織造材料,PET-PA6/Lyocell非織造材料相比于PET/PA6非織造材料,親水性有明顯的提升,透氣率、透濕率、柔軟度、力學性能均得到不同程度的提升,縱橫強力比相差幅度明顯降低,由1.5降至1.2,熱穩定性略有下降。該復合材料的綜合性能有明顯的提升,三維立體結構與天然皮革結構相似,有望在超細纖維合成革基布領域得到應用。

5.2 功能化與智能化

針對應用場景的多樣化,其對雙組分超細紡黏水刺非織造材料的功能性也提出了更多、更高的要求。阻燃、防水拒油、防輻射、發光、變色、磁性等高附加值的功能性雙組分超細紡黏水刺非織造材料成為可能,多功能復合、新功能負載的雙組分超細紡黏水刺非織造材料也將不斷推陳出新。王欽等[58]以二苯甲酮(BP)為光引發劑、丙烯酰胺(AM)為親水接枝單體、丙烯酸丁酯(BA)為親油接枝單體,采用紫外光接枝法將AM和BA接枝到PET/PA6雙組分紡黏水刺非織造材料的表面以提高其親水親油性能。結果表明,材料的親水、親油性能和柔軟度隨著接枝率的增加先升高后降低。當接枝率為18.32%時,接枝后材料的吸水率提高了39.25%,吸油率提高了73.58%,柔軟度較好。Xu Xianlin等[59]基于PET/PA6雙組分超細非織造材料(PET/PA6 SBSNW),用乙二胺(ETDA)氨化,將氨基酸作為親和配體固定在氨化PET/PA6 SBSNW上用于吸附膽紅素。結果表明,氨基酸改性PET/PA6 SBSNW具有良好的吸附性能,吸附量峰值為388.35 mg/g。此外,隨著紡織智能材料的不斷發展,雙組分超細紡黏水刺非織造材料作為一種已產業化、可宏量制備超細纖維材料的技術,其可負載多種智能響應材料,從而實現電磁響應、光熱傳感、空氣/水汽監測等智能化發展。張凌云等[60]采用自然沉降法使SiO2氣凝膠粉末粘附于聚酯-聚乙烯(PET-PE)雙組分纖維表面,制得SiO2氣凝膠/聚酯-聚乙烯纖維復合非織造材料,研究發現SiO2氣凝膠粉末的加入對纖維網具有一定的支撐作用,提升了復合非織造材料的壓縮回彈性能、拉伸性能,同時因增加了纖維間靜止空氣的含量,使復合非織造材料的保暖性能得到很好的提升。

5.3 纖維亞微米及納米化

亞微米及納米化的雙組分超細紡黏水刺非織造纖維,是進一步細旦化紡黏雙組分長絲的纖維直徑及增加雙組分長絲纖維分裂的瓣數,開纖后的纖維直徑達到亞微米甚至是納米尺度,纖維直徑越小,材料更加蓬松、柔軟,有利于減小纖網孔徑,提高孔隙率,從而獲得更加優異的過濾、吸附和防水透濕性能。這對雙組分紡黏水刺非織造工藝的技術要求更高,對生產設備是一種新的挑戰。

5.4 組分多樣化

目前雙組分紡黏水刺纖維原料主要以PA6、PET、PE、PP為主。引入新的組分原料,可以拓寬雙組分紡黏水刺非織造材料的應用范圍,能夠得到高性能、高使用價值、高附加值的雙組分超細紡黏水刺非織造材料。例如,本文中所提到的使用HSPET作為雙組分原料可改善纖維的開纖率,從而提高材料的懸垂性、柔軟性,以及在PE/PA6雙組分原料中加入光催化性TiO2納米填料,可實現雙組分非織造材料的自清潔性能。

5.5 原料綠色化

在中國“碳達峰、碳中和”的政策背景下,非織造材料不斷追求綠色環保化,開發新的環境友好型材料以代替傳統不可降解的化石基原料。目前,有關生物基/可降解雙組分紡黏水刺非織造材料的相關研究較少,綠色化雙組分原料具有很大的開發空間。劉亞等[61]以聚乳酸(PLA)為原料,對紡黏水刺復合工藝進行優化設計,成功制備PLA紡黏水刺非織造新產品,該產品具有生物可降解、環境友好及良好的力學性、耐磨性,符合醫用防護材料的要求。以PLA為原料為開發環保型雙組分紡黏水刺非織造材料提供了新思路。

6 結 語

雙組分紡黏水刺是一種可高效獲得超細纖維非織造材料的產業化技術,相比單一的紡黏、水刺非織造材料,其生產成本低、環境污染少,材料手感更加柔軟、細膩,比表面積更大,且強度更高,在高檔擦拭布、服裝、衛生、高級合成革基布、精密過濾材料領域被廣泛應用。隨著新技術的革新和新原料的應用,雙組分超細紡黏水刺非織造材料在纖維更細旦化、材料復合化、多功能和智能化,以及原料的多樣化、綠色化方向的研究和發展擁有巨大潛力。同時,在“碳達峰、碳中和”等國家中長期發展戰略的驅動下,雙組分超細紡黏水刺非織造材料將引來進一步發展和應用。值得一提的是,雙組分紡黏水刺產品在行業標準的制定方面也需進一步研究與完善。

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