双组分超细纺黏水刺非织造材料发展现状与展望

张宇静, 童珈珈, 叶翔宇, 何家富, 张 恒, 于 斌, 朱寅超, 朱斐超,6

(1.浙江理工大学 a.纺织科学与工程学院; b.浙江省产业纺织材料制备技术与研究重点实验室,杭州 310018;2.绍兴市柯桥区质量计量检验检测中心,浙江 绍兴 312030; 3.浙江省轻工业品质量检验研究院,杭州 310018;4.中原工学院 纺织学院,郑州 451191; 5.江南大学 化学与材料工程学院,江苏 无锡 214000;6.绍兴宜可纺织科技有限公司,浙江 绍兴 311800)

超细纤维产生于20世纪40年代,一般将纤维直径小于5 μm的纤维称之为超细纤维,它是化学纤维向高技术、高仿真化方向发展的代表性产品。超细纤维非织造材料中纤维直径小,弯曲刚度小,材料手感柔软,比表面积大,具有很好的覆盖性、蓬松性、保温性;纤维之间的微孔有利于容纳灰尘、油污,赋予材料超强的清洁功能,同时具有防水透湿效果;纤维之间的孔隙具有毛细效应,产品具有高吸水性,可制成仿真丝、仿桃皮绒、仿麂皮绒、高密织物等产品,从而被广泛应用于高档时装面料、高级擦拭布、气体过滤材料等。最早出现的超细纤维是双组分黏胶纤维,随着双组分超细纤维制造技术的不断发展,双组分纤维的类型主要以皮芯型、海岛型和桔瓣型为主[1]。双组分纤维的开纤方法主要有针刺法、水刺法和化学法等。采用针刺法、化学法对双组分纤维进行开纤,会造成纤维损伤,且污染环境。通过纺黏水刺一步成网法,开纤和加固同时进行,提高了原料的利用率、降低了纤维的损耗[2],提升了双组分超细纤维产品的使用价值。

目前,生产超细纤维非织造材料的方法有:熔喷法、闪蒸法、溶液喷射法、静电纺丝法和纺黏水刺法等。纺黏水刺法采用两种组分通过纺黏法成网,再经过水刺加工对纤网进一步开纤和加固,形成超细纤维网。相较于熔喷法,纺黏水刺法生产的超细纤维非织造材料产品强度高、手感柔软细腻;相较于闪蒸法,其生产成本低、环保节能;相较于溶液喷射法,其成纤的过程中不产生有机溶剂的挥发,不造成空气污染;相较于静电纺丝法,其生产效率高、可实现规模化生产。由于双组分超细纺黏水刺非织造材料的工艺流程短、生产成本低、产品性能优异,在高档擦拭布、服装用布、医疗卫生、合成革基布、精密过滤材料等领域具有一定竞争力。基于此,本文归纳总结了双组分超细纺黏水刺非织造材料的加工原料、工艺特点、应用领域,概述了国内外双组分纺黏水刺技术及产品的发展和现状,最后对其发展趋势及前景进行了展望(图1)。

图1 双组分超细纺黏水刺非织造材料的应用领域与发展趋势示意

1 双组分纺黏水刺加工原料及产品

双组分纺黏长丝是通过两种聚合物复合纺丝,进而在一根纤维截面呈现出不同的形状配置,按截面形态的可分裂性大致可分为皮芯型[3]、并列型[4]、海岛型[5]、桔瓣型。目前桔瓣型双组分纺黏长丝比较常见,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]。

双组分纺黏水刺工艺对原料的要求颇高。纺丝过程中两种聚合物之间要有相似的流动性和黏度,否则无法均匀分布在同根纤维中,且聚合物之间需要适当的相容性和附着力,过小的相容性和附着力都会造成纤维分裂,无法成纤,反之则不易于后续水刺开纤。再者,适当提高聚合物的结晶度,增加两相界面的张力,有利于双组分纤维进行水刺剥离。胡潇潇[11]研究了PET、PA6原料的流变性能,发现PET切片熔体对温度变化较为敏感,PA6则反之,290 ℃测试条件下PET切片熔体与280 ℃测试条件下PA6切片熔体有着相似的流动性能,有利于两种聚合物进行复合纺丝。Chureerat Prahsarn等[12]制备了PLA/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和PLA/PP中空桔瓣型双组分非织造材料,研究发现由于PLA与PP之间不相容,低黏度PLA包裹了高黏度PP,从而出现界面不平衡力,PLA与PP间的界面表现出凹凸不平的弯曲状;而PLA界面与PBS界面之间存在平衡力,其有助于降低界面张力,因此PLA与PBS间的界面平坦,PLA/PBS双组分长丝纤维未出现分裂情况。赵义侠等[13]提出在熔融状态下,双组分应具有相似的黏度和较小的附着力,使纺黏复合长丝经水刺更容易开纤,因此热性能是选择聚合物材料的重要参数。卜义华等[14]探讨了PET/PA6中空桔瓣型纺黏复合长丝的裂离机理,研究了PET、PA6结晶度与其表面张力的关系。结果表明,随着PET、PA6结晶度的增加,其表面张力相应增大,两相体系的界面张力也呈增大趋势,两组分之间的结合力减弱,PET/PA6复合纤维更容易剥离。

采用高性能的原料或加入特殊的填料可改善双组分纺黏水刺非织造材料的不足,赋予材料更优异的性能。朵永超等[15-16]以高收缩聚酯(HSPET)/PA6为双组分原料,采用纺黏法制备了50%/50%和70%/30%的中空桔瓣型HSPET/PA6双组分纤维,进一步采用水刺技术得到HSPET/PA6超细非织造材料,经热处理后,双组分纤维进一步分裂,HSPET纤维卷曲,使非织造布具有蓬松的特性。沸水收缩后,纤维分裂度分别达到81.97%(50/50)和84.65%(70/30),与PET/PA6双组分非织造材料相比,沸水收缩后HSPET/PA6双组分非织造材料的柔软度分别提高了45.1%(50/50)和49.3%(70/30),可用于解决中空桔瓣型超细纤维非织造布开纤率低、悬垂性差的问题。Piyanut Jingjit等[17]以PE/PA6为双组分原料,1.0% TiO2为光催化填料,卷绕速度为500 m/min进行双组分纺丝,利用嵌入在纤维中的无机光催化纳米颗粒制备了一种生产成本相对较低、耐用自清洁的抗菌材料。研究发现,双组分纤维开纤后,纤维表面钛的重量和原子百分比均显著增加,同时含1.0% TiO2的双组分纤维在接触可见冷光24 h后,抗菌测试表明金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌含量均大幅度减少,革兰氏阴性菌的含量无明显变化。

几种高性能双组分纺黏水刺产品,如德国Freudenberg(科德宝)公司[18]以PET和PA为原料,采用双组分纺黏水刺技术,开发出新一代产品“Evolon”,单丝直径约2 μm。作为擦拭布产品具有不起毛、结实、机械稳定性强、纵横向强力均衡等特点,适用于高科技工业环境。日本KURARAY(可乐丽)公司[19]开发了WRAMP产品,该产品非常柔软,具有优越的揩擦性和良好的吸水性,其印染的轮廓效果也十分清晰,可用作揩擦布、化妆巾、医疗卫生用布、睡衣材料和家用纺织品等用途。

2 双组分纺黏水刺非织造工艺及特点

双组分纺黏水刺非织造工艺是一种超细纤维非织造材料制备技术,将复合纺丝技术与纺黏法非织造技术结合,进一步使用水刺剥离技术,将复合长丝纤维剥离并相互缠绕。它是多种聚合物加工理论和纤维成型技术交叉的产物,所生产的超细纤维非织造材料集合了纺黏非织造材料和水刺非织造材料两大产品的技术优势和性能优点,是融合、创新研发出的新一代高端非织造产品[20]。双组分纺黏水刺非织造工艺的生产速度可达500 m/min,幅宽可达5.5 m,纺黏工艺赋予双组分纤维高强力,水刺工艺使长丝受损的几率降低且不产生强压点或强压区[21],产品手感柔软、吸湿性好、透气性好。

目前,双组分纺黏复合纤维主要以海岛型和桔瓣型为主。海岛型超细纤维非织造技术又分为不定岛型和定岛型两种,其原理都是以海岛短纤维PA6/PE或PET/碱溶性聚酯(COPET)为原料[22],经梳理成网,再经处理(甲苯萃取、碱减量法)将一种组分溶去,从而得到超细纤维非织造材料[23]。桔瓣型复合短纤维非织造技术是采用梳理成网后,再经化学和物理处理,使纤维分裂和剥离,获得超细纤维非织造材料[24]。海岛型纤维溶去一种组分得到超细纤维,会造成原料的浪费,而化学法处理纤维会造成极大的环境污染。桔瓣型双组分纺黏水刺法一次成网工艺,双组分长丝开纤、缠结、加固、成网同时进行,减少了工艺流程、生产设备、运行成本,解决了环境污染问题。

双组分纺黏水刺非织造工艺流程如图2所示,干燥后的两种组分分别经过料斗喂入到螺杆挤压机内,在高温下熔融成聚合物熔体,聚合物熔体在计量泵中定量挤出,通过喷丝孔按照一定的比例和排列形式喷出[25]形成双组分长丝,在侧吹风冷却和气流拉伸的作用下被收网帘接收,形成双组分纤维网[26]。纤网经过水刺工艺进一步开纤、固结,形成双组分超细纤维网,最后经烘干、卷绕装置,得到双组分超细纺黏水刺非织造材料。经水刺开纤后的双组分超细纺黏水刺纤维长丝,单纤可达0.067 5 dtex,这种材料的手感和机织物、针织物相近,纤维排列致密、比表面积大,纤维网强度大,吸湿性和透气性良好。双组分纺黏水刺非织造的工艺优点主要有以下几个方面:一条连续的生产线完成纺丝、牵伸、成网,一次性开纤并固结成超细纤维非织造材料,生产速度可达500 m/min以上[27],生产成本低;不产生原料损耗和浪费,无任何污染,降低了碳排放量;产品具有强度高、柔软性好[28]、手感更细腻的优点。

图2 双组分超细纺黏水刺非织造材料成型示意

3 双组分超细纺黏水刺非织造材料的应用

双组分纺黏水刺非织造工艺将纺黏法与水刺法两种工艺相结合,生产出的双组分长丝非织造材料的强度远高于短纤维非织造材料,手感和柔软度更接近于服用纺织品。再者,双组分超细纤维经开纤后纤维直径可达2 μm,比表面积大,孔隙率高,材料具有更好的吸湿性、透气性,产品柔软、手感细腻。其内在质量和外观都有很大的提升,突破了传统非织造材料的适用范围,具有广泛的应用前景。

3.1 高档擦拭材料

桔瓣型双组分超细纤维经水刺剥离后,单根纤维的界面类似于三角形,比表面积大,超细纤维之间形成许多微细的孔隙。因此,纤维表面与灰尘的接触面积大,具有良好的吸附容纳能力[29],能吸附自身质量10倍的微尘颗粒,可用作擦拭材料。普通的木浆复合水刺擦拭材料为短纤梳理成网,而双组分超细纺黏水刺非织造材料是长丝缠结成网,不存在掉纤维屑的问题,不会损伤被擦物件的表面而留下细微的擦痕[30]。因此,双组分超细纺黏水刺非织造材料十分适合用于光电设备(手机、电视、电脑、眼镜、相机)、精密仪器(显微镜、实验室仪器)等产品的擦拭。

3.2 服装材料

双组分超细纺黏水刺非织造材料具有较大的断裂强度和良好的尺寸稳定性。经水刺工艺开纤后,双组分超细纤维的单丝线密度可以达到原来的1/16[31],超细纤维拥有极小的线密度、高比表面积和高覆盖性,因此产品手感柔软且细腻。同时,超细纤维之间形成毛细管虹吸效应,加速纤维表面的汗水蒸发,使产品呈现较高的透气性、吸水性和舒适性。一般的非织造材料只能用作内衬、里衬,而双组分纺黏水刺非织造材料可用于高级仿麂皮绒外衣面料使用[32],因此双组分纺黏水刺非织造材料在工作服、防护服、休闲装、运动装、特种服装等服装用布上具有很好的应用前景。

3.3 卫生材料

双组分纺黏水刺产品是纺丝成网技术与水刺固结技术的集成,其产品展现出高强力、表面平整、各向同性好等优点[33]。与木浆复合水刺材料相比,双组分超细纺黏水刺非织造材料具有超细纤维结构和较高的孔隙率,同时表现出毛细效应使其亲水性、吸液速率、吸水量更佳,适合用于婴儿尿片、妇女卫生巾、卫生垫、成人失禁尿片等卫生用品领域。在日本,采用PE/PET双组分纤维制成的婴儿尿布已被广泛应用。

3.4 高级合成革材料

双组分纤维与胶原纤维(天然真皮的基本成分)具有相近的纤度,且双组分超细纤维非织造材料的弯曲刚度低,手感特别柔软,被广泛用作基布合成革材料。机织布和针织布弹性差、仿真效果不理想,只能生产中低档次的合成革产品;普通水刺非织造材料的纤维较粗、密度较低[34],不能完全满足高档产品的要求;而双组分纺黏水刺非织造材料在内部结构、外观手感、产品性能上都可以做到类似真皮的效果,并且具有高强度、防霉变、抗变形能力优良、质地均匀柔软、易裁剪加工等优点[35],基本达到甚至超过了真皮的各种性能。目前已大量采用超细纤维合成革代替天然皮革,在服装用超纤革、家居用超纤革、鞋用超纤革、箱包用超纤革和汽车用超纤革等方面广泛使用。赵宝宝等[36-37]研究了中空桔瓣型双组分超细纺黏水刺非织造材料(PET/PA6-HSBSYMNW)的性能,研究表明纤维直径大小介于2.2～5.5 μm,所形成的非织造材料性能可以满足合成革用非织造材料的要求,并以水性聚氨酯(WPU)为聚合物涂层制备了双组分超细纤维合成革,系统研究了涂料成型温度、发泡剂质量分数、发泡率对WPU涂料结构和性能的影响,所得双组分超细纤维合成革其透气性、水蒸气透过率、隔热性、剥离强度、易皱回复角和手感均优于不同皮革基质的商用服装合成革及针织合成革。朵永超等[38-39]将中空桔瓣型超细纤维与聚丙烯腈(PAN)静电纺丝纳米纤维混合,制备了超细纤维合成革基(MSLB)复合材料,又将热塑性聚氨酯(TPU)/磺化聚砜(SPSf)静电纺丝纳米纤维与MSLB混合。结果表明,PAN、TPU/SPSf纳米纤维均匀分布在MSLB中,当PAN纳米纤维直径为950 nm时,MSLB的吸湿性能较好,为768.99%,撕裂强度增加了105.76%,且随着TPU/SPSf纳米纤维含量从0增加到30%,MSLB的接触角从111.64°减小到67.07°,水蒸气透过率提高55.19%。

3.5 精密过滤材料

双组分超细纺黏水刺非织造材料在结构及工艺方法上不同于传统的非织造材料,其具有过滤效率高、阻力小、优良的容尘梯度结构、寿命长及清灰容易等特点,在过滤材料领域具有广阔的应用前景。张恒等[40-41]研究了双组分纺黏水刺非织造材料的超细纤维孔径分布、结构特征和过滤性能,在三维图像中发现纤网表面聚集成纤维束的超细纤维,纤维网的过滤效率和过滤阻力随纤网平方米质量的增加而增加,孔径分布对材料的过滤性能和渗透机制有很大的影响。在3.57 m/min的表面速度下,对于2.05 mm的颗粒,201 g/m2非织造布的过滤效率为97.68%,可用于新型空气过滤器。钱小刚等[42]具体研究了PET/PA6中空桔瓣型双组分纺黏非织造过滤材料的结构特征与过滤性能的关系,并建立了二次方模型来分析厚度、开纤率对过滤性能的影响。研究发现,该非织造材料的过滤效率、过滤阻力均随开纤率的增加而提高,且在开纤率为76%～80%的区间内有明显快速增大的趋势。王敏等[43]研究了PET/PA6双组分桔瓣型纺黏水刺非织造材料的过滤性能,随着纤网面密度的增大,材料的最大孔径和平均孔径均减小,过滤阻力增大,过滤效率提高。

3.6 其他应用

双组分超细纺黏水刺非织造材料凭借其优异的性能被应用于更多领域,如加工成工业包装材料、汽车顶篷布、地毯、隔音材料、窗帘用布、床上用品,以及人造血管等生物组织工程等领域。

4 双组分超细纺黏水刺非织造技术及产品发展

4.1 国内外技术发展及现状

双组分纺黏水刺非织造技术重点是先进的纺黏、水刺设备和生产线,创新点在于将纺黏法与水刺法结合,提高生产效益,形成了新型非织造产品。随着纺黏设备和水刺设备不断改进,纺黏水刺非织造技术也不断更新。德国Reifenhauser(莱芬豪舍)公司[44]与美国Hills(希尔)合作开发了ReicofilⅣ设备,能够加工多种双组分复合纺黏纤维(皮芯型和并列型)。德国Oerlikon Neumag(欧瑞康-纽马格)公司在收购美国Asan工程公司Ason纺黏技术的基础上,开发了AST纺黏设备,可用于生产双组分纺黏纤维(皮芯型、并列型、海岛型)。目前,可以提供双组分纺黏法技术和设备的公司主要有:德国Reifenhauser、荷兰Akzo(阿克苏)公司、美国Nordson(诺信)、美国Asan和美国Hills。这些双组分纺黏非织造生产线为后续生产纺黏水刺非织造产品提供了多种选择。水刺加固设备公司主要集中在德国,以Fleissner(福来司拿)公司[45]AquaJet-Spunlace水刺技术为代表的新固结方法已较广泛用于加工新一代纺黏型产品。2001年德国Freudenberg(科德宝)公司组装了世界上第一条纺黏和水刺生产设备。2006年德国Hydrospun非织造布公司通过与法国Riter合作开始了超细纺黏水刺非织造材料的制备。随后法国立达Perfojet公司(现被德国安德里兹收购)推出兼备水刺和纺黏技术的SPUNjet设备[46],生产出的纺黏水刺非织造材料与同类产品相比能耗可降低到20%,产品的撕裂强度可提高50%～70%。目前,在双组分超细纺黏水刺非织造材料生产领域最具代表性的公司主要有:德国Freudenberg公司、荷兰Phoenix公司和德国Hydrospun公司。

国内的双组分纺黏水刺技术起步较晚,但发展迅速,目前国内已拥有较为先进的纺黏水刺生产线。2008年中国江西吉安市三江超纤无纺有限公司建成投产了具有自主知识产权的第一条双组分超细纺黏水刺非织造生产线[47],该生产线采用PET/PA6两种切片为原料,幅宽为1.8 m,年产能力为3 000 t。该项技术属国内首创,填补了国内双组分超细纺黏水刺非织造材料的空白,处于国际先进水平[48]。2011年廊坊中纺新元无纺材料有限公司[49]的双组分超细纺黏水刺非织造生产线开车试产,标志着中国第二家制备双组分纺黏水刺非织造材料的公司诞生了。这条由中纺自行整合的设备(主要设备由大连华纶化纤工程有限公司提供),采用世界先进的双组分(PET/PA6)纺黏形成桔瓣型超细纤维,经水刺开纤固结,整条生产线具有高自动化、生产过程稳定、产品质量好、效率高等优点,年产能可达2 000 t。大连华纶无纺设备工程有限公司[50]研制的双组分超细纺黏水刺非织造材料生产线,纺丝装置具有集合式多模头、双组分中空桔瓣复合纺丝箱体和新型双组分纺丝组件,双组分熔体分配均匀,喷丝板面温度可调、可控,具有多段式加热系统和特殊的加热方式。

4.2 国内外研发技术及产品

4.2.1 国外研发技术及产品

德国Freudenberg公司是全球纺黏非织造材料的第一大供应商,以莱芬豪斯设备和立达设备为主,经过设备改造、组装成纺黏水刺生产线。其产品以PET和PA6为原料,制备桔瓣型(16瓣)纺黏长丝纤维(图3)[50],经过水刺开纤制备超细非织造材料。Freudenberg公司代表性产品为Evolon[51],具有超细纤维结构,较高的透气性和舒适性,可用于运动衣和休闲服的面料;具有超高的屏蔽性,防止尘屑及螨虫的侵入,可用作床上用品和遮阳窗帘;具有优良的水洗和干洗的性能,可用于制作工作服。新一代Evolon能够过滤更小的过敏源、灰尘颗粒及羽绒芯,将在床上用品、技术包装等诸多方面开辟全新应用领域,可为制造羽绒枕和羽绒被提供针对性解决方案。同时超细纤维比人发纤细200倍,耐机械应力、磨损和反复洗涤,并且在多次洗涤后保持稳定性能,有助于节约资源。

图3 16瓣纺黏长丝纤维截面形貌

荷兰Phoenix公司制备的纺黏熔喷超细非织造材料MicroZorb主要有两种类型,一种以70% PET和30% PA6为原料,另一种以70% PES(聚醚砜)和30% PA6为原料,后者耐热性能优异,主要在航空航天等高温环境下使用。德国Hydrospun非织造布公司推出全球第一条商业化的SPUNjet非织造材料生产线[52],产品牌号为HYjet超细纺黏水刺非织造材料,其平方米质量为100～120 g/m2,幅宽为1.6 m,可用作涂层材料和农用材料。HYjet产品在汽车业、家饰业有潜在市场,还可用作过滤介质,不仅能代替纺黏非织造布,还可代替水刺和针刺非织造布,其应用领域将达到非织造产品的85%。日本KURARAY公司[53]利用独自研发的超细纤维WRAMP制造出SOLIV无尘布,是目前高等级的超细纤维擦拭布,该超细纤维利用自身尖锐的截面可以达到卓越的擦拭效果。此外,利用热切割技术和纯净水清洗处理,极大地控制了灰尘产生,适用于要求很高的无尘车间、半导体及光学产品生产线的环境保护,SOLIV非常适合高级净化室内的保洁和保养工作。本文比较了国外几种纺黏水刺产品的基本性能,如表1所示。

表1 国外几种纺黏水刺非织造产品的基本性能

4.2.2 国内研发技术及产品

吉安三江超纤无纺布有限公司生产的桔瓣型双组分超细纺黏水刺非织造材料,原料采用70% PET和30% PA6,纤维纤度稳定在0.135 dtex左右[54],其纵向强力和横向强力高达300～400 N(100 g/m2),特别是撕裂强力可高达30～60 N,完全可以满足高级合成革、汽车内饰、高效滤料等材料要求[55]。廊坊中纺新元无纺材料有限公司[56]生产的PET/PA6双组分超细纺黏水刺非织造材料的产品质量好、手感柔软、结构密实,可用于制作高级生态合成革基布、高级擦拭布、医用非织造材料、民用服饰、过滤布和防螨家用纺织品等,市场发展前景十分广阔。大连华纶化纤工程有限公司生产的PET/PA6中空桔瓣型纺黏水刺非织造产品(参见公司官网)被广泛地应用于人工革基布、汽车装饰材料、高档擦拭布、过滤材料及面膜等领域。其中,长丝超细纤维非织造材料较之普通非织造面膜材料,具有超强吸收水分的能力和良好的贴敷性,价格与蚕丝面膜、果浆纤维面膜、天然纤维素纤维面膜相比要低很多。目前,该公司用于面膜布的双组分纺黏水刺非织造材料在大批量生产。

5 双组分超细纺黏水刺非织造材料的发展趋势

5.1 材料复合化

为进一步提高双组分超细纺黏水刺非织造材料的机械性能、过滤性能和舒适性等,可采用双组分超细纺黏水刺非织造材料与其他材料进行复合,以提升其整体使用价值,拓宽其应用范围。朵永超等[57]通过纺黏技术制备PET/PA6双组分中空桔瓣纤维,并与Lyocell纤维材料经高压水刺制备双层复合结构的PET-PA6/Lyocell非织造材料,PET-PA6/Lyocell非织造材料相比于PET/PA6非织造材料,亲水性有明显的提升,透气率、透湿率、柔软度、力学性能均得到不同程度的提升,纵横强力比相差幅度明显降低,由1.5降至1.2,热稳定性略有下降。该复合材料的综合性能有明显的提升,三维立体结构与天然皮革结构相似,有望在超细纤维合成革基布领域得到应用。

5.2 功能化与智能化

针对应用场景的多样化,其对双组分超细纺黏水刺非织造材料的功能性也提出了更多、更高的要求。阻燃、防水拒油、防辐射、发光、变色、磁性等高附加值的功能性双组分超细纺黏水刺非织造材料成为可能,多功能复合、新功能负载的双组分超细纺黏水刺非织造材料也将不断推陈出新。王钦等[58]以二苯甲酮(BP)为光引发剂、丙烯酰胺(AM)为亲水接枝单体、丙烯酸丁酯(BA)为亲油接枝单体,采用紫外光接枝法将AM和BA接枝到PET/PA6双组分纺黏水刺非织造材料的表面以提高其亲水亲油性能。结果表明,材料的亲水、亲油性能和柔软度随着接枝率的增加先升高后降低。当接枝率为18.32%时,接枝后材料的吸水率提高了39.25%,吸油率提高了73.58%,柔软度较好。Xu Xianlin等[59]基于PET/PA6双组分超细非织造材料(PET/PA6 SBSNW),用乙二胺(ETDA)氨化,将氨基酸作为亲和配体固定在氨化PET/PA6 SBSNW上用于吸附胆红素。结果表明,氨基酸改性PET/PA6 SBSNW具有良好的吸附性能,吸附量峰值为388.35 mg/g。此外,随着纺织智能材料的不断发展,双组分超细纺黏水刺非织造材料作为一种已产业化、可宏量制备超细纤维材料的技术,其可负载多种智能响应材料,从而实现电磁响应、光热传感、空气/水汽监测等智能化发展。张凌云等[60]采用自然沉降法使SiO2气凝胶粉末粘附于聚酯-聚乙烯(PET-PE)双组分纤维表面,制得SiO2气凝胶/聚酯-聚乙烯纤维复合非织造材料,研究发现SiO2气凝胶粉末的加入对纤维网具有一定的支撑作用,提升了复合非织造材料的压缩回弹性能、拉伸性能,同时因增加了纤维间静止空气的含量,使复合非织造材料的保暖性能得到很好的提升。

5.3 纤维亚微米及纳米化

亚微米及纳米化的双组分超细纺黏水刺非织造纤维,是进一步细旦化纺黏双组分长丝的纤维直径及增加双组分长丝纤维分裂的瓣数,开纤后的纤维直径达到亚微米甚至是纳米尺度,纤维直径越小,材料更加蓬松、柔软,有利于减小纤网孔径,提高孔隙率,从而获得更加优异的过滤、吸附和防水透湿性能。这对双组分纺黏水刺非织造工艺的技术要求更高,对生产设备是一种新的挑战。

5.4 组分多样化

目前双组分纺黏水刺纤维原料主要以PA6、PET、PE、PP为主。引入新的组分原料,可以拓宽双组分纺黏水刺非织造材料的应用范围,能够得到高性能、高使用价值、高附加值的双组分超细纺黏水刺非织造材料。例如,本文中所提到的使用HSPET作为双组分原料可改善纤维的开纤率,从而提高材料的悬垂性、柔软性,以及在PE/PA6双组分原料中加入光催化性TiO2纳米填料,可实现双组分非织造材料的自清洁性能。

5.5 原料绿色化

在中国“碳达峰、碳中和”的政策背景下,非织造材料不断追求绿色环保化,开发新的环境友好型材料以代替传统不可降解的化石基原料。目前,有关生物基/可降解双组分纺黏水刺非织造材料的相关研究较少,绿色化双组分原料具有很大的开发空间。刘亚等[61]以聚乳酸(PLA)为原料,对纺黏水刺复合工艺进行优化设计,成功制备PLA纺黏水刺非织造新产品,该产品具有生物可降解、环境友好及良好的力学性、耐磨性,符合医用防护材料的要求。以PLA为原料为开发环保型双组分纺黏水刺非织造材料提供了新思路。

6 结 语

双组分纺黏水刺是一种可高效获得超细纤维非织造材料的产业化技术,相比单一的纺黏、水刺非织造材料,其生产成本低、环境污染少,材料手感更加柔软、细腻,比表面积更大,且强度更高,在高档擦拭布、服装、卫生、高级合成革基布、精密过滤材料领域被广泛应用。随着新技术的革新和新原料的应用,双组分超细纺黏水刺非织造材料在纤维更细旦化、材料复合化、多功能和智能化,以及原料的多样化、绿色化方向的研究和发展拥有巨大潜力。同时,在“碳达峰、碳中和”等国家中长期发展战略的驱动下,双组分超细纺黏水刺非织造材料将引来进一步发展和应用。值得一提的是,双组分纺黏水刺产品在行业标准的制定方面也需进一步研究与完善。

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