銅氨再生纖維素紡粘非織造工藝的研究進(jìn)展

銅氨再生纖維素紡粘非織造工藝的研究進(jìn)展

近年來，隨著微納米纖維、彈性材料和多組纖維的出現(xiàn)，多組加工技術(shù)、復(fù)合加工技術(shù)和多種工藝的組合日益完善，新材料和新工藝的應(yīng)用越來越復(fù)雜。紡織粘膜制造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)功能化和高性能化。紡粘非織造已不只是特指某種單一的工藝,而是體現(xiàn)多學(xué)科結(jié)合、多領(lǐng)域應(yīng)用的多種工藝的組合。1發(fā)展紡織印染和非紡織機(jī)制的發(fā)展1.1纖維素紡粘(nmmo溶劑)德國SME公司采用4-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)水溶液系統(tǒng)開發(fā)出全新纖維素紡粘非織造工藝,其紡絲成網(wǎng)裝置結(jié)構(gòu)簡潔實(shí)用,對不同品質(zhì)的初始漿粕適應(yīng)性好,并可將纖維素最大限度地轉(zhuǎn)化為纖維素網(wǎng)材,纖網(wǎng)單絲直徑分布在1~15μm范圍內(nèi)。產(chǎn)品廣泛適用于醫(yī)療衛(wèi)生、保健和防護(hù)服裝等領(lǐng)域。臺(tái)灣地區(qū)聚龍(Alon)公司采用NMMO溶劑系統(tǒng)生產(chǎn)的纖維素紡粘非織造產(chǎn)品,其纖網(wǎng)強(qiáng)力MD>196N,CD>118N,克重可控制在10~300g/mNanoval公司開發(fā)的Nanovlisz纖維素紡粘產(chǎn)品在細(xì)旦化和生產(chǎn)效率方面具有優(yōu)勢。該工藝采用的是NMMO溶劑系統(tǒng),紡絲液濃度為8%,商業(yè)化設(shè)備幅寬為750mm,噴絲孔密度250~400孔/m,單絲直徑分布為在1~15μm之間。日本旭化成(AsahiKasei)公司以銅氨溶液為溶劑,棉短絨為初始原料,采用紡粘法制得了100%再生纖維素纖維非織造產(chǎn)品,該產(chǎn)品的商品名為Bemliese。銅氨纖維素紡粘非織造布因取材于棉短絨,而使其纖維制品具有良好的吸濕性。Bemliese的生產(chǎn)過程中不使用黏合劑,因此具有較高的使用安全性。又由于纖網(wǎng)由連續(xù)長絲構(gòu)成,纖維表面不會(huì)產(chǎn)生絨毛,這為產(chǎn)品在高端醫(yī)用和衛(wèi)生保健用品上的應(yīng)用提供了可能。銅氨纖維素紡粘非織造工藝主要包括溶液配制、擠壓成形和成網(wǎng)等3個(gè)操作區(qū)。此外,由于銅氨纖維的成形需要大量的水,該工藝還包括水處理和銅與氨的回收區(qū)。其成形裝置采用3組矩形紡絲組件和矩形紡絲板,紡絲板孔徑在0.5~0.7mm范圍內(nèi);纖維成形速度可達(dá)150m/min,絲束的牽伸倍數(shù)為100,纖網(wǎng)加工速度在20~40m/min之間,纖網(wǎng)單絲直徑控制在3~5μm。銅氨再生纖維素紡粘非織造布的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。1.2聚合物熔體的制備德國Nanoval公司近期大力推廣Nanoval紡粘法新技術(shù)(又稱分裂紡技術(shù))。Nanoval技術(shù)可生產(chǎn)出超細(xì)纖維非織造布,其纖維直徑在0.7~4μm范圍內(nèi)變化,達(dá)到熔噴非織造布纖維的粗細(xì)水平,而Nanoval非織造布的強(qiáng)度與普通紡粘非織造布相當(dāng)。Nanoval的工藝原理是采用常溫氣流對聚合物熔體施加拉伸作用,并使聚合物熔體發(fā)生爆裂。其技術(shù)關(guān)鍵在于將常溫氣流從噴絲頭側(cè)面引入,使其進(jìn)入一個(gè)先逐步收縮后逐步擴(kuò)張的噴嘴。聚合物熔體表面在常溫氣流剛進(jìn)入縮擴(kuò)噴嘴時(shí),在常溫氣流的作用下迅速拉伸和固化,而纖維內(nèi)層則暫未受到氣流影響,仍處于液體狀態(tài);隨著氣流逐漸進(jìn)入噴嘴內(nèi)部,氣流速度逐漸增大,當(dāng)?shù)竭_(dá)噴嘴喉部位置時(shí),氣流速度達(dá)到最大,處于跨音速范圍;氣流通過噴嘴喉部以后,其壓力由于噴嘴橫截面積的增加而迅速降低,聚合物絲條的表層和內(nèi)層在內(nèi)外巨大壓力差的作用下沿絲條徑向爆裂成為許多根超細(xì)纖維(圖2)。Nanoval技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括:只需將幾個(gè)紡絲噴嘴平行地安裝生產(chǎn)線上就能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),而無需使用大量噴絲孔;由于是連續(xù)長絲成網(wǎng),產(chǎn)品強(qiáng)力類似于紡粘法非織造布,明顯高于熔噴非織造布,但同時(shí)又是超細(xì)纖維成網(wǎng),而且是自粘合的加固方式,不經(jīng)過針刺、熱軋,因而手感極為柔軟;因?yàn)槭褂贸貧饬鲗酆衔锶垠w施加拉伸和爆裂作用,與常規(guī)熔噴工藝相比,其能耗低,產(chǎn)量高;可加工的原料種類多,包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乳酸(PLA)、聚苯硫醚(PPS)等可熔紡聚合物及粘膠等纖維素紡絲溶液。目前Nanoval技術(shù)已從試驗(yàn)線逐步投入到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中,門幅可達(dá)1.6m以上,可提供所需產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的門幅寬度。1.3sms復(fù)合工藝據(jù)了解,國外SMS復(fù)合生產(chǎn)線朝著多個(gè)S和多個(gè)M組合的方向發(fā)展。以意大利STP公司為例,其復(fù)合非織造設(shè)備可用PP、PET等原料生產(chǎn)SMS、SMMS、SMSMS等產(chǎn)品。其產(chǎn)品幅寬為1.6~4.8m,克重范圍為10~150g/m隨著紡粘、熔噴非織造技術(shù)以及在線復(fù)合技術(shù)水平的提高,國內(nèi)SMS復(fù)合生產(chǎn)線水平有了明顯提升。在生產(chǎn)線的總體性能和產(chǎn)品質(zhì)量等方面,逐漸縮小了與國外的差距。目前,我國已具備自主研發(fā)和制造SMS生產(chǎn)設(shè)備的能力,在國內(nèi)已運(yùn)行的SMS復(fù)合生產(chǎn)線中,國產(chǎn)線的比重已超過70%。熔噴(M)、紡粘(S)復(fù)合設(shè)備的主要機(jī)型包括SMS、SMXS、SMMS、SSMMXS、SSMMMS、SSMMMMS等,同國外的發(fā)展方向一樣。產(chǎn)品的名義幅寬涵蓋1.6、2.4、3.2、4.2m或者相近的規(guī)格。其中,幅寬為1.6、2.4m的均為國產(chǎn)機(jī)型,幅寬為4.2m的均為引進(jìn)設(shè)備。1.4雙組分纖維—雙組分紡粘非織造技術(shù)美國Hills(希爾斯)公司研發(fā)的雙組分紡粘技術(shù)是目前國際上較先進(jìn)的雙組分紡粘非織造技術(shù)。該公司開發(fā)的雙組分紡絲組件中使用多層輕薄分配板,這些分配板的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了兩種組分聚合物熔體的分配形式、流動(dòng)路徑以及匯合后的形狀,不同的聚合物通過分配板分配到多組分束流中,并被輸運(yùn)到各噴絲孔中。這一技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以再同一紡絲組件中紡制各種類型的可進(jìn)行熔體紡絲的雙組分纖維。上海市合成纖維研究所自主開發(fā)的雙模頭(PE/PP、PE/PET)雙組分復(fù)合紡粘法生產(chǎn)線是目前國際上先進(jìn)的紡粘法生產(chǎn)技術(shù),填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。它是以雙組分復(fù)合纖維代替單組分纖維通過直接紡絲成網(wǎng)、熱軋成布技術(shù)制成雙組分復(fù)合非織造布產(chǎn)品,產(chǎn)品平滑柔爽,且使用性能佳,是紡粘非織造布的升級換代產(chǎn)品。2紡織法和非紡織機(jī)的發(fā)展2.1雙幅雙寬雙組分纖維紡粘非織造布德國的Reifenhauser(萊芬豪舍)公司在冷卻、拉伸、鋪網(wǎng)等工藝方面進(jìn)一步優(yōu)化了ReicofilIV型紡粘設(shè)備,通過增強(qiáng)正壓拉伸、增加噴絲板寬度和噴絲孔數(shù)量,生產(chǎn)速度和生產(chǎn)線的年產(chǎn)量顯著提高。例如,PP的紡絲速度最高增加到了5000m/min,生產(chǎn)線的產(chǎn)量提高到了20000t/a。美國Nordson(諾信)公司研發(fā)了幅寬為3.6m的雙模頭紡粘非織造設(shè)備。該設(shè)備采用了美國J&MLaboratories公司和日本NKK公司的技術(shù)以及狹縫拉伸技術(shù),且適于加工多種聚合物絲,包括PET、PP等。該設(shè)備加工PET、PP的紡絲速度最高分別可達(dá)8000m/min和5000m/min。產(chǎn)品幅寬最大為5m,最薄的紡粘非織造布克重為10g/m法國Perfojet(已被Andritz集團(tuán)收購)公司生產(chǎn)的Perfobond3000紡粘設(shè)備采用整幅的狹縫拉伸技術(shù),且將噴絲板與機(jī)器的前進(jìn)方向的夾角設(shè)計(jì)為45°,不僅在相等幅寬內(nèi)增加了噴絲孔的數(shù)量,而且提高了紡絲速度,并改善了非織造布的縱橫向強(qiáng)度比。最近,日本東麗工業(yè)株式會(huì)社(Toray)及其子公司TorayAdvancedMaterialsKorea決定在東麗高新聚化(南通)有限公司增加設(shè)備,以擴(kuò)大其產(chǎn)能。這套新設(shè)備的產(chǎn)能為2萬t,預(yù)計(jì)于2014年12月投產(chǎn)。屆時(shí),東麗高新聚化(南通)有限公司高性能聚丙烯長纖維非織造布的產(chǎn)能將達(dá)到7.8萬t,而東麗集團(tuán)的整體高性能聚丙烯長纖維非織造布的產(chǎn)能將增至14.1萬t。2.2采用其他的水刺生產(chǎn)線紡粘可與針刺、水刺、氣流成網(wǎng)、梳理成網(wǎng)等多種非織造加工技術(shù)進(jìn)行差別化組合。例如,中國恒天重工股份有限公司推出的紡粘/水刺生產(chǎn)線,其紡絲部分采用是的美國希爾斯公司的桔瓣型雙組分紡絲技術(shù),拉伸部分引入了希爾斯公司的整板正壓拉伸技術(shù),水刺部分使用的是恒天重工公司自行研制的水刺裝備。再如,大連華陽化纖工程技術(shù)有限公司近期推出了小板管式氣流牽伸雙組分復(fù)合紡粘水刺生產(chǎn)線以及滌丙兩用紡粘針刺+水刺非織造布生產(chǎn)線。此外,大連合成纖維研究設(shè)計(jì)院股份有限公司與江蘇省儀征市海潤紡織機(jī)械有限公司共同研究開發(fā)了新一代聚酯紡粘針刺非織造布生產(chǎn)線,并已投入市場。從運(yùn)行生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況看,第二代生產(chǎn)線具有第一代生產(chǎn)線無法比擬的優(yōu)點(diǎn),如產(chǎn)品的均勻度以及產(chǎn)品性能指標(biāo)明顯提高,機(jī)器的調(diào)整操作更方便,運(yùn)行成本大大降低等。2.3回收聚合物的性能紡粘非織造設(shè)備的發(fā)展過程中,應(yīng)重視節(jié)能、環(huán)保和資源的循環(huán)利用。例如,Nanoval紡粘技術(shù)采用常溫氣流施加拉伸和爆裂作用,比熔噴更加節(jié)能;宏大研究院研發(fā)的低壓紡絲成網(wǎng)技術(shù)以及大連華陽公司研制的特殊氣流拉伸裝置,均能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。資源循環(huán)利用方面,如德國OerlikonNeumag(歐瑞康紐馬格)公司的雙組分紡粘設(shè)備降低了皮層含量以利于廢料回收;大連合成纖維研究設(shè)計(jì)院新開發(fā)使用的紡粘斜網(wǎng)簾成網(wǎng)技術(shù)及紡絲箱側(cè)吹風(fēng)裝置專利技術(shù)可以降低50%的側(cè)吹風(fēng)風(fēng)量,生產(chǎn)運(yùn)行成本大大降低。3國內(nèi)外毛紡系材料和非毛紡系技術(shù)的差距3.1國產(chǎn)設(shè)備與國外設(shè)備的差距近年來,我國紡粘非織造工藝和設(shè)備取得了快速的發(fā)展,但設(shè)備的自主研發(fā)和制造水平仍然落后于國際先進(jìn)水平。國產(chǎn)設(shè)備在加工精度、運(yùn)行速度、生產(chǎn)能力、穩(wěn)定性及工藝配置等方面都與國外設(shè)備存在較大的差距。目前國內(nèi)許多成套設(shè)備仍需引進(jìn)國外的關(guān)鍵元器件進(jìn)行配套,例如使用日本卡森(Kasen)等公司生產(chǎn)的噴絲板等。3.2行業(yè)發(fā)展對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的需求發(fā)達(dá)國家為了確保產(chǎn)品的使用安全性,對產(chǎn)品用作不同用途均有完善的標(biāo)準(zhǔn)和法律規(guī)定,而在我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂明顯落后于行業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2012年8月,我國第一部《紡粘/熔噴/紡粘(SMS)法非織造布》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式報(bào)批,該標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了國內(nèi)SMS法非織造布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的空白。隨著我國設(shè)備技術(shù)水平的不斷提高和產(chǎn)品進(jìn)一步升級,行業(yè)的發(fā)展將對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出更多、更新的要求。因此,制定國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)是極其必要的。3.3缺乏高層次的市場競爭力我國行業(yè)的總體技術(shù)和研發(fā)能力尚弱。技術(shù)人才和創(chuàng)新能力的缺乏,制約著行業(yè)的健康發(fā)展。因此,各企業(yè)采取產(chǎn)學(xué)研的合作方式以吸收和培養(yǎng)各方面人才十分重要。我國紡粘非織造布產(chǎn)品總體處于中低端水平上,缺乏中高檔市場競爭力,嚴(yán)重制約了向廣泛市場的擴(kuò)展。因此,企業(yè)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,就必須十分重視品牌的建立和完善工作,特別是能夠參與國際競爭的高端自主品牌,避免走低