紡粘非織造技術(shù)在非織造工業(yè)中的應(yīng)用

紡粘非織造技術(shù)在非織造工業(yè)中的應(yīng)用

可追溯自然法的起源可以追溯到20世紀(jì)40年代。20世紀(jì)50年代末和60年代初,美國(guó)DuPont(杜邦)公司和德國(guó)Freudenberg(科德寶)公司分別在美國(guó)和歐洲開發(fā)了紡粘非織造技術(shù)。紡粘法是利用化學(xué)纖維紡絲原理,在聚合物紡絲成形過程中利用冷氣流對(duì)擠出的熔體細(xì)絲進(jìn)行冷卻,使細(xì)絲在冷卻過程中受到拉伸氣流的拉伸作用,形成連續(xù)長(zhǎng)絲,然后在凝聚網(wǎng)簾上成網(wǎng),加固后形成非織造布。紡粘非織造布技術(shù)不僅在工藝路線和設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面有獨(dú)特之處,近年來,該技術(shù)由于生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能優(yōu)良、應(yīng)用范圍廣,在工藝、原料、設(shè)備和產(chǎn)品等方面都有了明顯的進(jìn)步。1新型聚合物紡粘紡粘非織造布采用的原料主要有聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)和聚酰胺(PA)等。由于能源危機(jī)導(dǎo)致的原料價(jià)格飛漲、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈和人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求及環(huán)保問題,使用新型聚合物已成為紡粘技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。所使用的新型聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、彈性聚合物、聚乳酸(PLA)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等。1.1可生物降解的pla和雙組分纖維PLA在常見的生物可降解聚合物中性能最為優(yōu)越,如結(jié)晶度高、阻燃性好等,最大的優(yōu)點(diǎn)是易被生物降解、綠色環(huán)保,且容易被加工成可生物降解的紡粘非織造布。日本KaneboGosen公司和Kureha化學(xué)公司已開發(fā)出了一種名為PLAblock的聚乳酸紡粘非織造布。這種非織造布在水過濾、土木工程和建筑等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。美國(guó)杜邦公司開發(fā)了生物質(zhì)PTT纖維Sorona1.2軟質(zhì)聚烯烴lmpo日本東洋紡(Toyobo)公司開發(fā)了聚酯彈性纖維紡粘非織造布,產(chǎn)品具有很好的伸縮性。由美國(guó)ExxonMobilChemical(埃克森美孚化工)公司開發(fā)的Vistamaxx日本Kosan公司采用自有的單活性中心催化劑開發(fā)了一種新型軟質(zhì)聚烯烴LMPO,制成的紡粘非織造布具有良好的彈性。此外,LMPO還具有熱穩(wěn)定性高、熔融粘度低、無味、不粘連、無色透明、與PP相容等優(yōu)良特性。日本鐘紡(Kinebo)公司在熔噴非織造布技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了具有彈性的熱縮性聚氨基甲酸酯紡粘非織造布。1.3聚合物紡粘非織造布美國(guó)Eastman(伊士曼)公司開發(fā)了聚對(duì)苯二甲酸1,4環(huán)己烷二甲酯(PCT)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)紡粘非織造布。日本東麗(Toray)公司開發(fā)了可用作過濾介質(zhì)的聚苯硫醚(PPS)紡粘非織造布。美國(guó)?？松梨诨す鹃_發(fā)了全同立構(gòu)聚合物,可加工高強(qiáng)度、輕薄型的紡粘非織造布,產(chǎn)品手感柔軟,用作衛(wèi)生用品、醫(yī)院服裝和特殊過濾材料。日本東洋紡公司開發(fā)的PBT紡粘非織造布,具有良好的柔軟性和成型性,可用作汽車車頂材料。2發(fā)展紡織印染和非紡織機(jī)制的發(fā)展2.1熔噴非織造布紡粘法的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是纖維細(xì)旦化和微細(xì)旦化。拉伸器性能、噴絲板孔徑和冷卻條件是加工細(xì)旦和微細(xì)旦纖維的關(guān)鍵。美國(guó)Ason(阿松)公司采用高壓窄縫拉伸工藝,可以生產(chǎn)0.7dtex的PP纖維和0.5dtex的PET纖維。該公司利用熔融流動(dòng)速率(MFR)為700的聚丙烯切片,在紡絲速度6000m/min下可加工出0.22dtex甚至更細(xì)的纖維,而且纖維強(qiáng)度較高,可以代替熔噴非織造布。這是紡粘非織造技術(shù)的一個(gè)重要突破。在超細(xì)纖維的生產(chǎn)上,日本旭化成(AsahiKasei)公司在發(fā)展超細(xì)纖維的潮流中選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單的直接紡絲工藝的發(fā)展途徑,努力開發(fā)纖度在0.22dtex以下的PET纖維,并最終實(shí)現(xiàn)了0.11~0.17dtex超細(xì)纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。日本Kobelco公司的PP纖維可紡到0.55dtex,PE纖維可紡到1.0dtex,PET纖維可紡到0.5~0.7dtex,加工的紡粘非織造布柔軟度高、拉伸強(qiáng)度高、均勻性好。德國(guó)Reifenhauser(萊芬豪舍)公司在其Reicofil-III型紡粘非織造設(shè)備上加工的PP紡粘非織造布,其纖維細(xì)度為0.78dtex,PET纖維細(xì)度為1.0dtex。其Reicofil-V紡粘設(shè)備可加工出纖維細(xì)度為0.5dtex的PP紡粘非織造布和細(xì)度為0.7dtex的PET紡粘非織造布。2.2功能性母粒紡粘非織造布紡粘非織造布的功能化是近幾年紡粘非織造技術(shù)的發(fā)展方向之一。一種方法是在切片投料斗內(nèi)加入功能性母粒,所生產(chǎn)的纖維功能特性持久,難以消失,再利用功能性纖維制得紡粘非織造布;另一種方法是在紡粘生產(chǎn)線的熱軋機(jī)和卷曲機(jī)之間增加一套浸水(噴霧)和烘干機(jī)組,使紡粘非織造布經(jīng)熱軋之后,在具有功能特性的整理劑溶液中浸漬(或噴霧)并烘干,賦予產(chǎn)品一定的功能。2.3通過多種復(fù)合方式生產(chǎn)出不同性能產(chǎn)品雙組分復(fù)合紡粘技術(shù)是紡粘非織造技術(shù)重要的發(fā)展方向之一。其優(yōu)點(diǎn)是可用不同原料,通過不同復(fù)合形式生產(chǎn)出不同性能的產(chǎn)品,從而極大地拓展了紡粘技術(shù)的發(fā)展空間。雙組分纖維主要分為皮芯型、海島型、桔瓣型。雙組分復(fù)合紡粘法非織造布是由兩種組分的切片由各自獨(dú)立的螺桿擠出機(jī)擠出后經(jīng)熔融復(fù)合紡絲成網(wǎng)、加固而形成的,其工藝流程如下:2.3.1改性前后皮芯比例的加工皮芯型雙組分纖維的皮層為低熔點(diǎn)組分,芯層為高熔點(diǎn)組分。產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度都很高,且柔軟性和懸垂性好,還能進(jìn)行親水、拒水和抗靜電等后整理,產(chǎn)品種類較多,主要有PP/PE、PP/PET、PE/PA、PE/PET和CoPET/PET等。皮芯比例有50/50、20/80等幾種,可加工成同芯型、偏芯型等。代表性產(chǎn)品為荷蘭AkzoNobel(阿克蘇·諾貝爾)公司的“COLBOND”,皮層為20%的PA6,芯層為80%的PET,克重為100g/m2.3.2細(xì)胞膠質(zhì)紡粘非織造布桔瓣型纖維一般以PET/PA為原料,比例大多為70/30(PET/PA),其分裂前的單絲纖度大多為1.1~3dtex,分裂的片數(shù)有8、16、32片,分裂后的單絲平均纖度可達(dá)0.03dtex,是一種超細(xì)纖維。由于熱軋法加固會(huì)使纖維熔結(jié)在一起而不能分裂,所以這種超細(xì)纖維非織造布只能用水刺法實(shí)現(xiàn)加固和纖維分裂。桔瓣型超細(xì)纖維應(yīng)用非常廣泛,其產(chǎn)品柔軟性、懸垂性和蓬松性均較好,尺寸穩(wěn)定性好,吸音效果好,主要用于聚氨酯(PU)革基布、高級(jí)揩布和過濾材料、汽車用紡織品、醫(yī)療衛(wèi)生用品等,經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。2.3.3海島型纖維的開纖海島型雙組分纖維可分為不定島型和定島型兩種。海島型雙組分纖維開纖后獲得的超細(xì)纖維纖度比桔瓣型更小。目前大多數(shù)桔瓣中空型纖維的纖度為0.14dtex。而海島型可自由變化海與島的比例。如果海島型開纖前原絲為3.33dtex,若為34個(gè)島,則其纖度為0.09dtex;若為64島,開纖后其纖度可達(dá)到0.05dtex。不定島的甚至達(dá)到0.001dtex以下,比現(xiàn)在的桔瓣型細(xì)很多。日本可樂麗(Kuraray)公司用一種名為Exceval2.4多層非織造布技術(shù)非織造復(fù)合技術(shù)即將兩種或兩種以上性能各異的非織造布或其他材料經(jīng)復(fù)合加工,制成高性能、高適用性多層非織造布的技術(shù)。紡粘復(fù)合技術(shù)主要有紡粘/熔噴/紡粘(SMS)、紡粘/熔噴/熔噴/紡粘(SMMS)、紡粘/漿粕/梳理(SPC)等。2.4.1按復(fù)合方式分SMS型生產(chǎn)線的基礎(chǔ)技術(shù)是紡粘法、熔噴法非織造布技術(shù)。SMS產(chǎn)品綜合了紡粘和熔噴非織造材料的特點(diǎn),具有手感柔軟、強(qiáng)度高、孔徑小、屏蔽性能好及一定的耐光老化性能等優(yōu)點(diǎn)。按復(fù)合方式可分為在線復(fù)合SMS、離線復(fù)合SMS和一步半法復(fù)合SMS。在線復(fù)合(即一步法)是把紡粘、熔噴生產(chǎn)線合在一起的技術(shù)。該技術(shù)可根據(jù)產(chǎn)品的性能要求隨機(jī)調(diào)整紡粘層和熔噴層的結(jié)構(gòu)比例,可生產(chǎn)輕薄型產(chǎn)品,克重最低為12g/m據(jù)統(tǒng)計(jì),2011年我國(guó)SMS型非織造布生產(chǎn)線已達(dá)44條,主要機(jī)型包括SMS、SMXS、SMMS、SSMMS、SSMMXS等,產(chǎn)品的幅寬已經(jīng)達(dá)到4.2m,產(chǎn)能約為29.5萬t/a。2.4.2水刺加工非織造布利用水刺法加固紡粘纖網(wǎng),是紡粘非織造技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。傳統(tǒng)紡粘非織造布采用的加固方式主要有針刺法和熱軋法等,工藝雖然成熟,但是由于產(chǎn)品性能的局限性,用途得不到擴(kuò)展,難以加工出高檔非織造布。利用水流穿刺方法來加固紡粘纖網(wǎng),產(chǎn)品強(qiáng)度高,均勻性好,適合做外衣和裝飾布,克服了傳統(tǒng)紡粘非織造布柔軟性、懸垂性和膨松性差的缺點(diǎn),從而可以用于服裝領(lǐng)域。由于對(duì)長(zhǎng)絲進(jìn)行水刺時(shí),長(zhǎng)絲受損的幾率很小,沒有強(qiáng)壓點(diǎn),產(chǎn)品手感柔軟,吸濕性和透氣性好;不用或少用粘合劑,對(duì)生態(tài)無害;生產(chǎn)中纖網(wǎng)成形和纖維纏結(jié)速度高,生產(chǎn)成本低,產(chǎn)量高;水刺工藝能夠壓緊和纏結(jié)多層纖網(wǎng),能夠生產(chǎn)具有理想性能的復(fù)合材料;水刺工藝還可以分裂并纏結(jié)多組分纖維,生產(chǎn)柔軟而強(qiáng)度高的非織造布。3紡織機(jī)和非紡織機(jī)的發(fā)展3.1pe/pp雙組分復(fù)合紡粘生產(chǎn)線OerlikonNeumag(歐瑞康紐馬格)公司開發(fā)了幅寬達(dá)7m的紡粘生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線為SMS三模頭配置,使生產(chǎn)效率得到了提高,既可加工單組分產(chǎn)品又可加工雙組分產(chǎn)品。同時(shí),其分段式結(jié)構(gòu)還可自由調(diào)節(jié)產(chǎn)品的幅寬,幾乎可以加工所有可紡聚合物,有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。日本卡森(Kasen)公司多年來在世界上以噴絲板的設(shè)計(jì)和加工制造而聞名,該公司近年來也進(jìn)入了紡粘非織造領(lǐng)域。目前,該公司已在日本國(guó)內(nèi)銷售了兩條紡粘生產(chǎn)線,一條是幅寬為5m的皮芯型PE/PP雙組分復(fù)合紡粘生產(chǎn)線,另一條是PP紡粘生產(chǎn)線,還向國(guó)外提供了一條既可生產(chǎn)PP又可生產(chǎn)PET的柔性紡粘生產(chǎn)線。山東俊富非織造材料有限公司從德國(guó)引進(jìn)了紡熔非織造布生產(chǎn)線,其幅寬為4.4m,速度達(dá)800m/min,年產(chǎn)量達(dá)1.6萬t,產(chǎn)值近4億元。山東金禹王防水材料有限公司擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、幅寬7m的PET紡粘針刺土工布生產(chǎn)線,創(chuàng)造了我國(guó)紡粘非織造布的最寬記錄。3.2自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)雙組分紡粘生產(chǎn)線上海合成纖維研究所研制的我國(guó)第一條雙組分復(fù)合紡粘生產(chǎn)線,結(jié)束了我國(guó)沒有雙組分紡粘非織造布技術(shù)的歷史,可以生產(chǎn)PE/PP皮芯雙組分、克重為16~200g/m江西三江集團(tuán)建成了我國(guó)首條擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙組分紡粘水刺超細(xì)纖維非織造布生產(chǎn)線,其幅寬為1.7m,預(yù)計(jì)年生產(chǎn)能力達(dá)2000t。該公司桔瓣型產(chǎn)品的纖維細(xì)度可穩(wěn)定控制在0.165dtex。其紡粘非織造布手感柔軟、纖維特細(xì)、懸垂性好,適合用作高級(jí)合成革基布、高級(jí)抹布和高級(jí)濾材。歐瑞康紐馬格公司AST紡粘設(shè)備生產(chǎn)的雙組分產(chǎn)品包括皮芯型、并列型和海島型。其紡絲速度可達(dá)8000m/min,單絲纖度為0.55~6.6dtex,可生產(chǎn)PET、PA、PP、CoPET和PE的雙組分紡粘產(chǎn)品。它所生產(chǎn)的皮芯型雙組分紡粘法纖維,皮層的含量只有5%,產(chǎn)品手感柔軟,廢絲可回收利用,廢品率低。4國(guó)內(nèi)外毛紡系材料和非毛紡系技術(shù)的差距4.1生產(chǎn)線以中國(guó)制造為主目前國(guó)內(nèi)外紡粘設(shè)備行業(yè)的新格局已經(jīng)形成,高端產(chǎn)品萊芬豪舍公司獨(dú)霸天下,而中低檔的生產(chǎn)線以中國(guó)制造為主。從設(shè)備的技術(shù)水平來看,我國(guó)紡粘設(shè)備的制造還局限于模仿,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備較少,與國(guó)外設(shè)備相比在品質(zhì)上還存在較大差距,還不能生產(chǎn)出高品質(zhì)的紡粘非織造布。4.2同質(zhì)化發(fā)展趨向品種的多樣性是國(guó)內(nèi)紡粘裝備行業(yè)的短板,近幾年國(guó)內(nèi)新增的產(chǎn)能主要集中在紡粘熱軋線(生產(chǎn)包裝材料)、SMS熱軋線(生產(chǎn)衛(wèi)生防護(hù)材料)、滌綸熱軋線(生產(chǎn)排水板)以及滌綸針刺線(生產(chǎn)土工布)上。這種同質(zhì)化的過度發(fā)展趨向不可避免地產(chǎn)生了拼產(chǎn)能、拼成本、拼價(jià)格的惡性競(jìng)爭(zhēng),影響了行業(yè)的良性長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。雖然我國(guó)已成為世界第一的紡粘非織造布生產(chǎn)大國(guó),但是大部分都是一些單一的中低檔產(chǎn)品,因此紡粘產(chǎn)品的多樣化應(yīng)該是一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展方向。4.3在(b)應(yīng)對(duì)壓力提高能力,超預(yù)制超速增長(zhǎng)超快速增長(zhǎng)(n雖然國(guó)內(nèi)廠商的生產(chǎn)線在大型化方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,其最大幅寬已從5m提高至7m,速度已從200m/min提高至350m/min,單機(jī)年產(chǎn)能超過了6000t,但與國(guó)外先進(jìn)水平800m/min以上的生產(chǎn)速度以及萬噸以上的單機(jī)生產(chǎn)能力相比仍有很大的發(fā)展空間。4.4流動(dòng)性及分子量分布的要求紡粘法與一般化纖紡絲對(duì)原料的要求不同,對(duì)原料的流動(dòng)性及分子量分布的均勻性等要求較高。目前,國(guó)內(nèi)較少有紡粘非織造布生產(chǎn)的專用原料,大部分依然采用一般化纖紡絲原料,產(chǎn)品性能受到一定影響。4.5紡粘非織造布的應(yīng)用開發(fā)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求對(duì)紡粘