錢 鑫

（中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司樹脂應用研究所，北京市 102500）

為了迎合消費市場對高感性化、高功能化紡織品的需求，必須對傳統(tǒng)的纖維制造進行變革，開發(fā)出高功能纖維、高感性纖維、智能纖維以及可降解纖維等。雙組分纖維[1]的開發(fā)則是實現(xiàn)纖維高感性化、高功能化的一個重要手段。它可以通過噴絲板形設(shè)計、聚合物的配方設(shè)計以及紡絲纖維的截面設(shè)計等多種形式，獲得各種性能、風格的新型紡織材料，居于差別化纖維品種中較為復雜的類型。目前，國內(nèi)外雙組分纖維生產(chǎn)技術(shù)在短纖維和長纖維的生產(chǎn)中發(fā)展較快，主要應用于生產(chǎn)衛(wèi)生領(lǐng)域所用的熱黏合非織造布，其產(chǎn)品具有良好的蓬松性、卷曲性及柔軟性。

1 雙組分纖維及其分類

雙組分纖維大體分為皮芯型、并列型、基質(zhì)-原纖型纖維[2]（見表1），其中以皮芯型復合纖維為主。按高分子材料的組分分類，有聚乙烯（PE）/聚丙烯（PP）、PE/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、低熔點聚酯/聚酯等。高分子材料的兩組分體積比可以在（30∶70）～（70∶30）調(diào)整，纖維纖度可以在2～6旦選擇，長度可以是4，6，8，12，38，51，65 mm等。

表1 雙組分纖維種類Tab.1 Types of bicomponent fibers

1.1 皮芯型纖維

皮芯型雙組分纖維優(yōu)點：1）溫和的黏合條件。皮層材料有較低的熔點，在非織造布生產(chǎn)過程中作為黏合劑使用。2）節(jié)約成本。表層聚合物提供光澤、可染性或穩(wěn)定性等特性，芯層聚合物提供材料的強度，同時能夠降低成本。3）兩種材料性能組合。4）對一些難以紡絲的材料可以同易紡材料組合實現(xiàn)紡絲，以生產(chǎn)具有不同性能的產(chǎn)品。目前，國內(nèi)市場以v（PE）/v（PP）為50∶50的PE/PP皮芯型復合纖維（ES纖維）為主，由日本智索公司開發(fā)[3]。

1.2 并列型纖維

并列型雙組分纖維中兩個組分的分布呈并列狀態(tài)（見表1），兩組分可以是完全不同的聚合物，如PET/聚酰胺（PA）6，也可以是熔體流動速率（MFR）不同的同種聚合物（如間規(guī)PP/等規(guī)PP），并列型纖維也可做成體積比為50∶50與20∶80等不同比例和AB，ABA等多種形式。此種纖維具有三維空間卷曲性能，通常為短纖維，可用作填充物。并列型雙組分纖維具有更高的加工速度，可降低設(shè)備投資，產(chǎn)品更蓬松、手感改善、美觀性提高，并能省去一些下游工序，也可以利用兩種組分的不同染色性制造異色纖維。

1.3 基質(zhì)-原纖型纖維

基質(zhì)-原纖型纖維大多用于生產(chǎn)微纖維，包括橘瓣形和海島形，用于合成仿麂皮、人造革、揩布、超細過濾介質(zhì)、人造動脈和其他特殊應用。其具有的優(yōu)點：橘瓣型常用針刺機械力或水刺噴射力使橘瓣剝離，纖維比表面積增加，手感更好，以此制造具有異性截面的超細纖維，可應用于人造麂皮和過濾材料。海島型的“島”通常是熔紡聚合物（如PA，PET或PP），“?！眲t為聚苯乙烯、塑化體或皂化聚乙烯醇等，多用于合成皮革、揩布等。

2 雙組分纖維生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)、外發(fā)展概況

雙組分纖維是在20世紀40年代由德國Aviso公司提出的，而第一次商業(yè)化應用是由美國杜邦公司于20世紀60年代中期推出的，產(chǎn)品為“CCaanntt--rese”并列型針織纖維[2]。20世紀70年代后期，最為著名的就是日本Chisso公司研究的 ES 短纖維，這種熱黏合纖維在市場中獲得了高度評價。表 2為雙組分纖維產(chǎn)品化進程。

表2 雙組分纖維的產(chǎn)品化進程Tab.2 Development course of bicomponent fibers

目前，國際上雙組分纖維的生產(chǎn)公司主要為日本Chisso公司、韓國Huvis公司和臺灣遠東公司，其中，日本雙組分纖維水平處于世界領(lǐng)先地位。丹麥Fiber Vision公司是全球最大的一次性衛(wèi)生用品纖維生產(chǎn)商，也開發(fā)出了雙組分纖維。

據(jù)日本 Chisso公司的統(tǒng)計，2012年，世界雙組分纖維的產(chǎn)量為330 kt。其中，亞洲 225 kt，美國56 kt，歐洲 49 kt。日本的年產(chǎn)量為112 kt，占世界首位[4]。雙組分纖維的主要用途是衛(wèi)生領(lǐng)域所用的熱黏合非織造布。新的應用領(lǐng)域（如家用產(chǎn)品、醫(yī)用和農(nóng)用產(chǎn)品以及土工布）正在不斷開發(fā)。

20世紀80年代，我國雙組分纖維生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品的品種、檔次和質(zhì)量不斷提高。上海合成纖維研究所最早研制出ES纖維，建成我國第一條將雙組分復合紡絲與紡黏法的成網(wǎng)、成布工藝相結(jié)合的試驗生產(chǎn)線[5]。揚州石油化工廠于2000 年從德國引進一條8 kt/a的二步法生產(chǎn)線，生產(chǎn)高檔衛(wèi)生型長度為分別為40，51 mm 的PE/PP，PE/PET的熱黏合常規(guī)短纖維[6]。目前，國內(nèi)雙組分纖維領(lǐng)域主要使用復合短纖維熱軋或熱風工藝生產(chǎn)非織造布，其中，采用3，4，5 mm的ES超短纖維得到了市場的青睞，其產(chǎn)品要比單組分的手感更柔軟、強度更高、延伸更大，具有良好的透氣性，是衛(wèi)生用品表層無紡布的生產(chǎn)原料。2010 年，我國ES纖維需求量180 kt，預計2015年將達到320 kt，年增長率約為16%（見圖1）；同時，ES纖維作為熱黏合物質(zhì)取代黏合膠來生產(chǎn)無塵紙，市場的需求量也不斷增長。

2.2 雙組分纖維生產(chǎn)工藝

2.2.1 雙組分短纖維紡絲技術(shù)

雙組分短纖維選擇不同的熱處理方式，可獲得不同效果的無紡布。（1）熱風生產(chǎn)線。熱風黏合式生產(chǎn)蓬松性無紡布，速度20～60 m/min，克重16～100 g/m2。產(chǎn)品具有蓬松度高，彈性好，手感柔軟，保暖性強，透氣透水性好等特點，但其強度較低，易變形。（2）熱軋生產(chǎn)線。熱軋黏合式生產(chǎn)高強度的無紡布，速度為20～60 m/min，門幅1.5～2.3 m。其產(chǎn)品具有產(chǎn)量高，成本低，衛(wèi)生性好，強度高，密度平整等特點。雙組分短纖維紡絲工藝流程見圖2。

圖1 國內(nèi)ES纖維的需求量Fig.1 Domestic demand of ES fibers

圖2 雙組分短纖維紡絲工藝流程示意Fig.2 Spinning process flow of bicomponent staple fiber

紡絲溫度根據(jù)兩種原料的MFR決定，如果PE和PP的MFR之比接近1.0，纖維截面為皮芯型，如果MFR之比大于1.5，則纖維截面呈偏皮芯型，一般為紡絲箱溫度為250～270℃，側(cè)吹風濕度為85%±5%，側(cè)吹風溫度為（20±2）℃，側(cè)吹風速率為1.0～1.6m/s，卷曲速率為1 180 m/min[6]。

2.2.2 雙組分紡黏無紡布技術(shù)

單絲均勻地在網(wǎng)簾上進行鋪絲，最后通過熱軋法、針刺法、水刺法、熱風法、化學黏合法等對長纖維網(wǎng)固結(jié)成布[7]（見圖3）。

表3為使用德國萊芬豪舍公司Reicofil-4實驗設(shè)備進行雙組分紡絲成網(wǎng)生產(chǎn)的工藝特征，其后處理配置水刺工藝，產(chǎn)品主要用作吸收、過濾或生產(chǎn)絕緣材料及防護服裝。

圖3 雙組分纖維紡黏法工藝流程示意Fig.3 Spunbonded process flow of bicomponent fiber

表3 雙組分纖維紡黏工藝特征Tab.3 Spunbonded process characteristics of bicomponent fibers

2.3 國內(nèi)外雙組分纖維生產(chǎn)企業(yè)

德國萊芬豪舍公司雙組分紡絲成網(wǎng)生產(chǎn)線生產(chǎn)的PP/PET皮芯型產(chǎn)品具有很好的柔軟度和較好的撕裂強度，PP/PE并列型產(chǎn)品具有潛在的卷曲性能[8]。近年來，法國歐瑞康紐馬格公司雙組分短纖維生產(chǎn)線的產(chǎn)能所占比例最大，運轉(zhuǎn)中的產(chǎn)能已達450 t/d，可生產(chǎn)皮芯型、并列型、基質(zhì)-原纖型雙組分短纖維，產(chǎn)品品質(zhì)好。意大利Fare公司開發(fā)的商品名為Superspun的雙組分紡黏非織造布生產(chǎn)線[9]，可生產(chǎn)雙組分紡絲成網(wǎng)產(chǎn)品，也可生產(chǎn)普通的紡黏產(chǎn)品，具有一定的靈活性。美國Hills公司開發(fā)的雙組分紡黏產(chǎn)品，如組分體積比50∶50的PET/PP中空裂片型產(chǎn)品，體積比為10∶90的皮芯型全水溶性聚酯/PET產(chǎn)品等已投放市場。

目前，國內(nèi)雙組分纖維生產(chǎn)主要集中在江浙地區(qū)， ES纖維需求量約200 kt/a[4]。我國雙組分纖維生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)情況見表4。

表4 國內(nèi)雙組分纖維的產(chǎn)量Tab.4 Production of domestic bicomponent fiber kt

2.5 ES纖維原料

2.5.1 ES纖維用 PP

ES纖維中，PP在雙組分纖維芯層，對專用PP樹脂質(zhì)量指標的要求主要是MFR高且波動小、等規(guī)指數(shù)高和灰分小等，這些性能直接影響紡絲性能和成品絲的質(zhì)量，一般MFR控制在20～35 g/10 min，等規(guī)指數(shù)大于95%。國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)ES纖維所用PP主要來自：中國石油天然氣股份有限公司（簡稱中國石油）遼陽石化分公司（簡稱遼陽石化公司）生產(chǎn)的 PP 71735，PP 70318；中國石油化工股份有限公司（中國石化）鎮(zhèn)海煉化公司生產(chǎn)的MFR為2～12 g/10 min的PP，經(jīng)降溫母粒調(diào)整MFR在25 g/10 min左右；南京金陵石化公司生產(chǎn)的PP 225和上海金山石油化工公司PP 2600。

2.5.2 ES纖維用 PE

目前，國內(nèi)雙組分纖維的生產(chǎn)企業(yè)使用的HDPE的需求量在100 kt/a左右，原料以進口為主，如卡塔爾的M200056、馬來西亞的HI1600J、美國的8920等。中國石油撫順石化公司生產(chǎn)的HDPE 2911，熔點134 ℃左右，因熔點較高不能滿足高檔無紡布生產(chǎn)要求；中國石化北京燕山分公司（簡稱燕山石化公司）生產(chǎn)的HDPE 1508S，是1-丁烯作共聚單體，熔點較低，可紡性好，滿足高檔衛(wèi)生材料對原料性能要求。在江南高纖股份有限公司、嘉興特種纖維廠等應用表明，在雙組分PE/PP短纖維的生產(chǎn)中，燕山石化公司的HDPE 1508S無飄絲、并絲、斷頭絲的情況，卷繞情況良好，在針刺、水刺、熱黏合無紡布的加工中，纖維的梳理過程正常，熱黏合性能佳，使用情況良好。

目前，國內(nèi)使用的雙組分纖維用HDPE生產(chǎn)工藝主要有溶液法、氣相法、漿液法，MFR18～22 g/10 min，密度0.950～0.960 g/cm3，熔點130 ℃左右。

3 雙組分纖維應用

雙組分纖維最大的應用領(lǐng)域是一次性衛(wèi)生用品，是第三、第四代一次性衛(wèi)生用品表層（緊靠皮膚）無紡布的生產(chǎn)原料。

3.1 醫(yī)用衛(wèi)生品

據(jù)統(tǒng)計，美國60%～70%的非織造布用于醫(yī)療衛(wèi)生及生活用品，在西歐使用的醫(yī)用紡織品中75%為非織造布。目前，我國每年消耗非織造布約5.73億平方米，一旦大多數(shù)醫(yī)院都采用一次性非織造防護產(chǎn)品，我國的醫(yī)用防護產(chǎn)品領(lǐng)域就會有巨大的發(fā)展空間[10]。

無紡布的市場兩極分化嚴重，分化成高端高質(zhì)量方向和低端低價位方向。目前，全球市場90.0%以上的衛(wèi)生巾是亞洲（主要為韓國和中國）生產(chǎn)的。到2008年，我國衛(wèi)生巾市場滲透率為68.4%，預計2015年將接近90.0%，發(fā)達國家一次性衛(wèi)生產(chǎn)品的滲透率平均為95.0% 左右。目前，嬰兒紙尿褲的市場，日本滲透率達95.0%，北美達96.0%，世界平均水平將近50.0%；而我國的市場滲透率與世界平均水平相比還較低，具有巨大發(fā)展?jié)摿11]。國內(nèi)成人失禁用品市場滲透率僅為5%左右，雖然基數(shù)低，但增長最快。2010年，成人失禁用品生產(chǎn)商約有160家，主要在福建、廣東和江蘇等地，而發(fā)達國家市場滲透率在40%以上。

3.2 無塵紙

無塵紙也叫干法造紙非織造布，是干法非織造布的一種。無塵紙具有獨特的物理性能，表現(xiàn)為高彈力，柔軟、手感、垂感極佳，具有極高的吸水性和良好的保水性能。雙組分超短纖維在無塵紙的生產(chǎn)中，主要作為熱黏合成分。纖維纖度小，單位質(zhì)量的纖維比表面積大，纖維黏結(jié)點多；纖維纖度大，使用效率低，纖維的摻加比例高，但是纖度過低，絨毛效應增強，分散困難，容易出現(xiàn)白點。纖維纖度以150.3～225.0 旦適中，絨毛漿的長度為1.0～3.0 mm，混用纖維長度以3.0～3.5 mm較合適，由于無塵紙生產(chǎn)線速度越來越快，3.0 mm長的纖維是超短纖維的發(fā)展方向。增加纖維皮層的比例，皮芯復合體積比達2∶1，有利于皮層熱熔化后黏附更多的絨毛漿，紙張強度增加。

3.3 擦拭布

由于雙組分纖維特別細，吸附力大，能夠發(fā)揮其卓越的擦拭功能，并且耐洗、耐用，是作電子工業(yè)、光學工業(yè)擦拭布的理想材料[12]。目前，國外需用大量超細纖維擦拭布，出口市場很大。

3.4 其他

由于雙組分纖維獨特的高透氣性、舒適性以及天然的抗螨性能，不易磨損，非常適合于作被褥。由于其纖維細，毛細管多，吸附性能好，結(jié)構(gòu)緊密，阻隔力強，適用于汽車隔音、地毯、汽車頂蓬布和其他的建筑用途[13]。

4 結(jié)語

雙組分纖維在醫(yī)療衛(wèi)生用品、無塵紙、裝飾材料、過濾材料等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。隨著生活水平的提高，對醫(yī)用無紡布柔軟性、皮膚接觸舒適性、白度、衛(wèi)生性能的要求越來越高。因此，石化企業(yè)應加大雙組分纖維用HDPE和PP原料的開發(fā)和市場推廣力度，從而滿足以雙組分纖維為原料制造的非織造布手感豐滿、柔軟、蓬松度好、透氣效果等性能的要求，并加大國內(nèi)雙組分紡絲技術(shù)方面的研究投入。

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