滌綸以及新型聚酯纖維在非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用

1、滌綸以及新型聚酯纖維在非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用王鳴義(中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸事業(yè)部,上海,200540摘要:概述滌綸以及聚酯新纖維PTT、P BT等在非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用前景,介紹了上海石化在新產(chǎn)品以及功能性纖維和聚酯新纖維方面的開發(fā)狀況,提出滌綸和聚酯新纖維在非織造布領(lǐng)域的發(fā)展具有三大趨勢。隨著滌綸和新纖維性能和品種的不斷完善和開發(fā),其在非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用將會有較大的發(fā)展。關(guān)鍵詞:滌綸,新型聚酯纖維,非織造布,市場,應(yīng)用中圖分類號:TS102.522;TS172文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1004-7093(200405-0001-071概況在紡織幾大產(chǎn)業(yè)門類中,我國非織造布的發(fā)展較晚,2

2、0世紀(jì)80年代初期全國年產(chǎn)量還不到1萬t,但其卻以驚人的速度發(fā)展,2003年我國生產(chǎn)各種非織造布超過70萬t,非織造布生產(chǎn)所用纖維原料中化學(xué)纖維占85%,天然纖維占15%?；w中使用最多的是聚酯纖維(約占總量的一半左右,還有聚丙烯、粘膠、聚乙烯醇纖維及少量聚酰胺纖維,其中采用滌綸(PET纖維為原料的PET耗用量約為26萬t。近幾年紡粘和水刺非織造布發(fā)展異常迅猛。中國非織造布生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有500多家,干法、濕法、聚合物成網(wǎng)法、水刺法、化學(xué)粘合法等各類非織造布專業(yè)生產(chǎn)線1000多條,生產(chǎn)能力超過100萬t/a,見表1。我國對產(chǎn)業(yè)用紡織品分為16大類,目前非織造布在大多數(shù)類別中都占有一定的份額,例如在

3、衛(wèi)生、環(huán)保、過濾、土工、建筑、人造革、汽車、工業(yè)、包裝和家具等領(lǐng)域,非織造布均已占有較大份額并得到普及應(yīng)用,在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、篷蓋、防護、軍工收稿日期:2004-04-12作者簡介:王鳴義,男,1958年生,教授級高工。曾任國外工程公司技術(shù)專家,現(xiàn)任滌綸事業(yè)部總工程師。從事聚酯及其纖維的生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)工作。等領(lǐng)域也已達到了一定的市場滲透率。滌綸在合成纖維中發(fā)展最快,且在紡織和非織造布等領(lǐng)域中具有相當(dāng)?shù)氖袌龈偁幠芰Α?003年我國滌綸總生產(chǎn)量接近1000萬t,其中短纖維約為315萬t,用于非織造布行業(yè)的約為21萬t,占短纖維總量的6.7%。表12003年國內(nèi)非織造業(yè)產(chǎn)能及耗用PET量(估計數(shù)生產(chǎn)

4、工藝生產(chǎn)線數(shù)(條產(chǎn)能(萬t/a需耗用PET量(萬t紡粘法140505水刺法57103熔噴法522化學(xué)粘合法520258針刺法210157其他73共計10926隨著非織造材料原料和產(chǎn)品開發(fā)力度的加大,新技術(shù)的推廣應(yīng)用,后加工技術(shù)組合等非織造技術(shù)的進展,不僅可提高產(chǎn)品質(zhì)量,還將出現(xiàn)具有多功能的新材料。在今后的數(shù)年內(nèi),滌綸仍將在非織造布領(lǐng)域繼續(xù)保持適當(dāng)?shù)脑鲩L比例,其中適合非織造布加工技術(shù)發(fā)展的專用短纖維仍將是主要的消耗對象;用于水刺等加工流程的細旦、功能性纖維也會有比較大的發(fā)展空間;值得引起重視的是聚酯新纖維也會在非織造布領(lǐng)域占有一席地位。滌綸制造業(yè)對于今后幾年非織造布工業(yè)繼續(xù)保持較高速度的增長,其

5、發(fā)展速度仍將大大超過傳統(tǒng)紡織工業(yè)已有相當(dāng)?shù)恼J識,重視滌綸以及聚酯新纖維在非織造布應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展和進行配套技術(shù)合作不僅僅是非織造布業(yè)本身的關(guān)注點,更是聚酯行業(yè)以及加工鏈發(fā)展的關(guān)鍵之一。2滌綸以及新型聚酯纖維在非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用滌綸和聚酯新纖維在非織造布領(lǐng)域的發(fā)展具有三大趨勢:一是適合非織造布加工技術(shù)和產(chǎn)品要求的專用系列化;二是符合最終產(chǎn)品要求的差別化和功能化,如抗菌、阻燃、芳香、保暖等;三是符合加工過程和產(chǎn)品使用環(huán)保和安全要求的“綠色”化。目前適合非織造布加工要求的雙組分、超細、耐高溫、阻燃、抗靜電、抗菌防臭等功能性纖維品種和質(zhì)量還存在尚待克服的障礙,所以相應(yīng)的功能性非織造布產(chǎn)品的開發(fā)受到了一定

6、限制。功能性非織造布屬于高附加值、高技術(shù)非織造產(chǎn)品,其生產(chǎn)需要解決原料、設(shè)備和工藝三個方面的問題,在我國還處于起步階段。2.1滌綸在非織造布應(yīng)用領(lǐng)域的專用化滌綸短纖維用于織造加工的特點是纖維具有較高的10%伸長對應(yīng)強力,以達到紡織加工過程的效率;理想的纖維表面處理,特別是可紡性(開松性能、成紗性能、抗靜電性能、纖維抱合性能等?，F(xiàn)在非織造布使用的滌綸短纖維在物理機械性能和外觀質(zhì)量上應(yīng)當(dāng)具有與紡織產(chǎn)品使用的纖維同等的特性,如較高的斷裂強度、較低的干熱收縮率、適當(dāng)?shù)木砬螤詈屠味?以及較低的疵點和倍長纖維含量。干法針刺生產(chǎn)線的特征是纖維在生產(chǎn)運行中,經(jīng)歷數(shù)千次,甚至于上萬次與金屬刺針相互摩擦的相對運

7、動,所以要求纖維與金屬的摩擦系數(shù)較低;纖維與纖維有較高的摩擦系數(shù),以使纖網(wǎng)在針刺過程中提高相互間的纏結(jié)效果,提高纖網(wǎng)的強度;纖維還應(yīng)當(dāng)具有親水性、抗靜電性等,以滿足非織造布企業(yè)的可紡性要求。在水刺生產(chǎn)加工中,要求纖維具有良好的親水性、低污染性及低泡沫性,可延長水循環(huán)的使用周期和過濾網(wǎng)更換周期;纖維具有較好的開松特性和合適的卷曲性能,以提高纏結(jié)效果,提高非織造布強度。高收縮型聚酯纖維(high shrinkage fiber一般是通過對結(jié)晶性聚酯的改性而獲得。主要通過兩條途徑來生產(chǎn)高收縮滌綸:一是采用特殊的紡絲與拉伸工藝;二是采用化學(xué)改性的方法。上海石化股份有限公司滌綸部采用物理方法和化學(xué)改性方

8、法制高收縮滌綸短纖維,在90的熱水中,收縮率可達到80%。纖維的線密度范圍根據(jù)最終產(chǎn)品的要求,一般在1.403.33dtex范圍內(nèi),主要用于人造革高密度基布和用于仿毛型織物。高收縮纖維用于非織造布的主要貢獻是利用纖維在熱水或熱空氣條件下的快速收縮特性,使非織造布產(chǎn)生縱向和橫向的受控收縮,最終使非織造布的密度增加。20世紀(jì)80年代后期,國內(nèi)采用非對稱紡絲冷卻成形法生產(chǎn)填充料滌綸中空纖維,并形成經(jīng)濟規(guī)模。從產(chǎn)品的品種和技術(shù)含量上也由普通的單中孔發(fā)展到多中空,表面處理(給予良好的彈性和蓬松性,有色,功能性(如遠紅外、抗菌、芳香、拒蟲、驅(qū)蚊等。原料由單組分發(fā)展到雙組分,紡絲由傳統(tǒng)的切片紡到直接復(fù)合紡。

9、由于中空短纖維的原料來源充足,具有良好的蓬松性、高彈性和保暖性,是一種理想的絮填材料,并正在取代天然纖維作枕芯、床墊、被套、床罩、睡袋、滑雪衫、溜冰服、沙發(fā)座靠墊和軟玩具里面的絮片和填充物。日本和韓國家具和床上用品已經(jīng)幾乎95%以上采用中空滌綸短纖維取代合成海綿和棉花。20世紀(jì)80年代起,滌綸超短纖維(short cut, flock的生產(chǎn)技術(shù)逐步成熟,隨著滌綸生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和滌綸原料成本的降低,滌綸超短纖維的應(yīng)用領(lǐng)域不斷開拓,并且在造紙業(yè)和非織造布過濾領(lǐng)域的應(yīng)用中起到非常大的作用。該產(chǎn)品的技術(shù)關(guān)鍵主要可歸結(jié)為6項,即特殊的物理機械性能所需的紡絲成型和后處理拉伸定型技術(shù)、高度均勻的外觀和內(nèi)在質(zhì)

10、量的工藝控制技術(shù)、小于6mm長度的切斷技術(shù)、在其他介質(zhì)中的高程度可分散性技術(shù)、纖維表面處理技術(shù)以及特殊要求的纖維內(nèi)添加劑使用技術(shù)。90年代起,滌綸超短纖維在濕法非織造布過濾材料的應(yīng)用上取得突破性的進展,由于滌綸具有較高的熔點(265和較高的斷裂強度,以及具有抵抗油和部分化學(xué)溶劑的溶解腐蝕能力,被應(yīng)用于汽車和機械加工設(shè)備的潤滑油過濾,食品加工和醫(yī)藥制造過濾以及空氣過濾等領(lǐng)域。滌綸超短纖維根據(jù)最終用途的不同,采用特殊的制造方法,以體現(xiàn)超短纖維在其他介質(zhì)中的分散性能、熱收縮穩(wěn)定性能和衛(wèi)生要求。線密度范圍可以從0.73dtex,切斷長度一般為2、4、6mm等,色澤可以為特白、熒光、有色。纖維表面經(jīng)過F

11、DA認證的特殊添加劑處理。根據(jù)土工布用滌綸短纖維的應(yīng)用和加工要求,大致可分為兩大類,一是用于梳理成網(wǎng),二是采用氣流成網(wǎng)。梳理成網(wǎng)對纖維的第一要求是纖維的可梳理性(基本類似棉紡設(shè)備中“鋼絲車”,因此纖維的油劑品種、含油率、纖維的倍長含量、卷曲狀態(tài)都會有很大的影響。氣流成網(wǎng)的最關(guān)鍵因素是纖維的油劑品種。纖維物理機械性能和熱收縮率也是針刺非織造布成品質(zhì)量和加工效率的關(guān)鍵。非織造布要求纖維的斷裂功大(斷裂強度高,斷裂伸長也大,以提高產(chǎn)品的撕裂牢度和承壓強度(較高的韌性;同時希望180干熱收縮率越小越好,且C V%能夠小于6%,以適合在熱處理過程中盡可能保持產(chǎn)品的縱橫向尺寸穩(wěn)定。國內(nèi)在20世紀(jì)8090年

12、代采用回用聚酯原料生產(chǎn)的普通(低強高伸滌綸短纖維,纖維質(zhì)量非常不穩(wěn)定,給土工布的質(zhì)量和技術(shù)的進步帶來負面影響。90年代起國內(nèi)不少企業(yè)開始注重滌綸短纖維用于土工布的質(zhì)量要求,根據(jù)土工布的應(yīng)用領(lǐng)域,開發(fā)和逐步建立了土工布用非織造布滌綸短纖維的品種系列,向?qū)I(yè)化和系列規(guī)格邁出了可喜的一步。主要品種規(guī)格見表2。表2不同規(guī)格非織造土工布用滌綸規(guī)格用途功能產(chǎn)品規(guī)格(g/m2纖維規(guī)格海峽、岸堤的護堤過濾、排水、加固47080015003.335.55dtex,5198mm中強低伸高強高伸道路(輕便(中型(重型分隔與加固2003003504005.557.77dtex7.7711.1dtex11.116.5d

13、tex鐵路(路軌、路基分隔、加固、排水2703.335.55dtex堆石結(jié)構(gòu)、堤壩過濾、排水3506005.5511.1dtex隧道加固800150011.118.7dtex(1常規(guī)紡絲的細旦纖維一般地說,在非織造布定量相等條件下,纖維線密度越細,則纖維根數(shù)多,纖維間接觸點及接觸面積增加,纖維間相對滑移阻力增大,故而增加了非織造布強力。纖維線密度是反映梳理能力的一個重要指標(biāo),梳理機梳理能力主要取決于纖維線密度,線密度過細的纖維,例如111dtex以下的纖維,相對難梳理,成網(wǎng)困難。但是纖維線密度越細,成網(wǎng)均勻度越好,通常要求均勻度、平整度和質(zhì)密度好的非織造布大都采用細旦纖維。常規(guī)方法紡絲的細旦纖

14、維線密度在0.56 0.89dtex,化纖生產(chǎn)業(yè)已經(jīng)可以通過直接紡絲和切片紡絲等傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出適合非織造布用的專用纖維,相對于復(fù)合超細紡絲其成本大大降低,纖維的均勻性相對超細纖維優(yōu)越。(2復(fù)合紡絲的超細纖維目前滌綸超細纖維的生產(chǎn)以海島和橘瓣分割型為主要方法,一般通過針刺和水刺加工用于非織造布生產(chǎn)人造革基布。“?！焙汀皪u”的材料成分也有了改進,以往“島”材料是聚酰胺或聚酯,“海”采用聚苯乙烯,由于聚苯乙烯的溶解需要用三氯乙烯作溶劑,有一定毒性,且存在溶劑回收困難等問題。目前“海”采用可水解聚酯(高含量IPA等的C o2PET,可在80左右的溫度下,通過30%左右的堿液分解“?！?。處理過程是在人造

15、革成形后的浴槽中進行,因此為海島法超細纖維的應(yīng)用提供了工業(yè)化的可行方法。橘瓣分割方法的超細纖維,一般采用聚酯或改性聚酯與聚酰胺的復(fù)合纖維,在水刺或針刺過程中和以后的處理(分纖化中用機械摩擦的方法超細化。2.2差別化和功能化滌綸的阻燃改性(不考慮織物的阻燃后整理有共混改性和共聚改性兩種方法。共混改性是在聚酯切片制造過程中添加共混阻燃劑制造阻燃切片或在紡絲時添加阻燃劑與聚酯熔體共混制共混阻燃纖維;共聚改性就是在制造聚酯過程中加入共聚型阻燃劑作為單體通過共聚方法制造阻燃聚酯。目前阻燃劑的阻燃行為主要通過冷卻、稀釋、形成隔離膜和終止自由基鏈反應(yīng)等途徑來實現(xiàn)。其中前三種為物理途徑,后一種為化學(xué)過程。磷系

16、阻燃劑的阻燃機理主要是形成隔離膜來達到阻燃效果,形成隔離膜的方式有兩種:(1利用阻燃劑的熱降解產(chǎn)物促使聚合物表面迅速脫水而炭化,進而形成炭化層。由于單質(zhì)碳不進行產(chǎn)生火焰的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒,因此具有阻燃保護作用。磷系阻燃劑對含氧聚合物的阻燃作用就是通過這種方式實現(xiàn)的。其原因是含磷化合物熱分解得到的最終產(chǎn)物是聚偏磷酸,是一種強脫水劑。(2磷系阻燃劑在燃燒溫度下分解生成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì),包覆在聚合物的表面,這種致密的保護層起到了隔離層的作用。鹵化磷類阻燃劑就具有此特征。以多聚磷酸銨為基體的膨脹型阻燃體系就是此種機理的典型代表。芳香纖維是用皮芯復(fù)合的方法,在芯層加入由特殊聚合物為載體的香料,由于芯

17、層以較低的溫度進行紡絲,因此香味在紡絲過程中的揮發(fā)減到了最低限度,纖維成型后香味沿纖維軸向切斷的橫截面逐漸逸出,達到持久芳香的效果。在PET熔體中添加特殊的無機添加劑(電氣石T ourmaline,可以賦予滌綸四大特性和功能。一是可以使纖維具有遠紅外保暖功能;二是具有明顯的除臭效果;三是具有負氧離子發(fā)射功能,能在室溫條件下產(chǎn)生負氧離子;四是具有一定的抗菌效果。電氣石是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鋰環(huán)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽物質(zhì),因其熱電性和壓電性,使其極性離子在平衡位置振動而引起偶極矩變化產(chǎn)生遠紅外波段的電磁輻射,有較強的輻射寬帶。紅外輻射可使人體產(chǎn)生熱效應(yīng)和共振吸收效應(yīng)。對人體的保健作用有:使新陳代謝旺

18、盛,組織再生能力加強,功能恢復(fù)加快;可以引起血管擴張,血流加快,改善微循環(huán);提高免疫力,起到防病抗病的作用。當(dāng)外界某種因素作用于電中性的氣體分子時,氣體分子的外層電子就會擺脫原子核的束縛從軌道中躍出,此時氣體分子呈正電性,躍出的自由電子很快就會附著在另外的氣體分子或原子上,成為空氣負離子。該產(chǎn)品可以作為填充料,以單中空、多中空、特殊異形的截面形式提高纖維與空氣接觸的面積,提高和強化“奇異”效果,用于醫(yī)療紡織品的內(nèi)芯等,也可以用于室內(nèi)的床上用品、汽車的座椅等。由具有高效抗菌劑或內(nèi)含金屬離子的沸石微粒子與成纖PET共混制成的抗菌消臭滌綸可有效抑制和殺死附著在纖維表面的微生物(如真菌和細菌,在使用中

19、具有很好的持久性和安全性(不會影響人體正常的機能,尤其是用內(nèi)含金屬離子的沸石粒子制成的滌綸,除具有抗菌、防臭功能外,還增加了某些新特性,如織物懸垂、消炎、鎮(zhèn)痛、促進人體血液循環(huán)、加速傷口愈合等醫(yī)療保健功能。將抗菌、防臭劑混入成纖原液或熔體中,或者結(jié)合纖維的后加工都可以制得抗菌防臭纖維。用于滌綸及其織物抗菌處理的抗菌劑主要有金屬、季銨鹽、酚類、鹵素和有機氮等5類,其中最常用的是金屬類和季銨鹽類抗菌劑。抗菌防臭纖維線密度1.516.6dtex,長度3876mm,細菌減少率可達97%,廣泛用于衛(wèi)生、醫(yī)療材料和特殊要求的過濾材料。2.3安全和環(huán)保可降解聚酯纖維(degradable polyester

20、 fiber是指在特定環(huán)境條件下,化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化而引起某些性質(zhì)損失的一類聚酯纖維。按照引起降解的環(huán)境條件分類可以分為光降解、生物降解、化學(xué)降解以及上述3類條件組合發(fā)生的降解。目前制備可降解聚酯原料采用比較多的方法是把聚酯與聚己內(nèi)酯(PC L、聚丁二酸丁二酯(P BS等具有生物降解性的脂肪族聚酯進行共聚,另外一種方法是與聚乳酸(P LA、淀粉等可生物降解的高分子材料進行共混。今天,人類及動物間的各種傳染病頻頻發(fā)生,人類保護地球環(huán)境的意識愈顯重要,為保證經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,保持人類安全的生存環(huán)境、潔凈的生活空間,世界各國對環(huán)保技術(shù)、環(huán)保產(chǎn)品的研究開發(fā)都予以極大的關(guān)注,可降解聚酯纖維在非織造布應(yīng)

21、用方面的開發(fā)研究定會具有越來越廣闊的前景。低熔點聚酯復(fù)合纖維是把一般聚酯和特殊設(shè)計的聚酯復(fù)合紡絲生產(chǎn)的低熔點纖維,可以在比一般聚酯更低的溫度下熔融,并和其他纖維粘合。低熔點纖維既可以和其他原料混合使用,也可以單獨使用。主要用于絮片、襯布、衛(wèi)生材料、過濾材料及各種工業(yè)用非織造布。通常情況下低熔點纖維是采用皮芯復(fù)合的方法制得。芯采用常規(guī)聚酯,皮采用熔點為130左右的低熔點聚酯。皮層也可采用聚乙烯(PE或聚丙烯(PP。低熔點復(fù)合纖維粘合力大小主要由低熔點組分(皮層結(jié)構(gòu)、低熔點組分所形成纖維表面的比例和低熔點組分厚度等因素決定,以剝離強度指標(biāo)考察。該纖維能在高溫環(huán)境中維持一般低熔點纖維在常溫下的強力,耐久性和環(huán)境親和性較好。美國從20世紀(jì)80年代起,在滌綸中添加增白劑,提高纖維的白度,同時可以有效提高染色的鮮艷程度,可以有效提高在印染過程中的效率,有效節(jié)約水資源和減少織物在印染和整理時的廢水排放,在一定程度上是一種“綠色”產(chǎn)品。美國市場上90%的滌綸短纖維都含OB21(化學(xué)名稱2,22二苯乙烯。美國的伊士曼化工(Eastman公司生產(chǎn)的主要光學(xué)增白劑OB21(中國大陸商品名“特白麗 ”,具有FDA(The US A F ood and