国内外双组分纤维的生产现状及发展趋势

钱 鑫

（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司树脂应用研究所，北京市 102500）

为了迎合消费市场对高感性化、高功能化纺织品的需求，必须对传统的纤维制造进行变革，开发出高功能纤维、高感性纤维、智能纤维以及可降解纤维等。双组分纤维[1]的开发则是实现纤维高感性化、高功能化的一个重要手段。它可以通过喷丝板形设计、聚合物的配方设计以及纺丝纤维的截面设计等多种形式，获得各种性能、风格的新型纺织材料，居于差别化纤维品种中较为复杂的类型。目前，国内外双组分纤维生产技术在短纤维和长纤维的生产中发展较快，主要应用于生产卫生领域所用的热黏合非织造布，其产品具有良好的蓬松性、卷曲性及柔软性。

1 双组分纤维及其分类

双组分纤维大体分为皮芯型、并列型、基质-原纤型纤维[2]（见表1），其中以皮芯型复合纤维为主。按高分子材料的组分分类，有聚乙烯（PE）/聚丙烯（PP）、PE/聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、低熔点聚酯/聚酯等。高分子材料的两组分体积比可以在（30∶70）～（70∶30）调整，纤维纤度可以在2～6旦选择，长度可以是4，6，8，12，38，51，65 mm等。

表1 双组分纤维种类Tab.1 Types of bicomponent fibers

1.1 皮芯型纤维

皮芯型双组分纤维优点：1）温和的黏合条件。皮层材料有较低的熔点，在非织造布生产过程中作为黏合剂使用。2）节约成本。表层聚合物提供光泽、可染性或稳定性等特性，芯层聚合物提供材料的强度，同时能够降低成本。3）两种材料性能组合。4）对一些难以纺丝的材料可以同易纺材料组合实现纺丝，以生产具有不同性能的产品。目前，国内市场以v（PE）/v（PP）为50∶50的PE/PP皮芯型复合纤维（ES纤维）为主，由日本智索公司开发[3]。

1.2 并列型纤维

并列型双组分纤维中两个组分的分布呈并列状态（见表1），两组分可以是完全不同的聚合物，如PET/聚酰胺（PA）6，也可以是熔体流动速率（MFR）不同的同种聚合物（如间规PP/等规PP），并列型纤维也可做成体积比为50∶50与20∶80等不同比例和AB，ABA等多种形式。此种纤维具有三维空间卷曲性能，通常为短纤维，可用作填充物。并列型双组分纤维具有更高的加工速度，可降低设备投资，产品更蓬松、手感改善、美观性提高，并能省去一些下游工序，也可以利用两种组分的不同染色性制造异色纤维。

1.3 基质-原纤型纤维

基质-原纤型纤维大多用于生产微纤维，包括橘瓣形和海岛形，用于合成仿麂皮、人造革、揩布、超细过滤介质、人造动脉和其他特殊应用。其具有的优点：橘瓣型常用针刺机械力或水刺喷射力使橘瓣剥离，纤维比表面积增加，手感更好，以此制造具有异性截面的超细纤维，可应用于人造麂皮和过滤材料。海岛型的“岛”通常是熔纺聚合物（如PA，PET或PP），“海”则为聚苯乙烯、塑化体或皂化聚乙烯醇等，多用于合成皮革、揩布等。

2 双组分纤维生产现状

2.1 国内、外发展概况

双组分纤维是在20世纪40年代由德国Aviso公司提出的，而第一次商业化应用是由美国杜邦公司于20世纪60年代中期推出的，产品为“CCaanntt--rese”并列型针织纤维[2]。20世纪70年代后期，最为著名的就是日本Chisso公司研究的 ES 短纤维，这种热黏合纤维在市场中获得了高度评价。表 2为双组分纤维产品化进程。

表2 双组分纤维的产品化进程Tab.2 Development course of bicomponent fibers

目前，国际上双组分纤维的生产公司主要为日本Chisso公司、韩国Huvis公司和台湾远东公司，其中，日本双组分纤维水平处于世界领先地位。丹麦Fiber Vision公司是全球最大的一次性卫生用品纤维生产商，也开发出了双组分纤维。

据日本 Chisso公司的统计，2012年，世界双组分纤维的产量为330 kt。其中，亚洲 225 kt，美国56 kt，欧洲 49 kt。日本的年产量为112 kt，占世界首位[4]。双组分纤维的主要用途是卫生领域所用的热黏合非织造布。新的应用领域（如家用产品、医用和农用产品以及土工布）正在不断开发。

20世纪80年代，我国双组分纤维生产技术发展迅速，产品的品种、档次和质量不断提高。上海合成纤维研究所最早研制出ES纤维，建成我国第一条将双组分复合纺丝与纺黏法的成网、成布工艺相结合的试验生产线[5]。扬州石油化工厂于2000 年从德国引进一条8 kt/a的二步法生产线，生产高档卫生型长度为分别为40，51 mm 的PE/PP，PE/PET的热黏合常规短纤维[6]。目前，国内双组分纤维领域主要使用复合短纤维热轧或热风工艺生产非织造布，其中，采用3，4，5 mm的ES超短纤维得到了市场的青睐，其产品要比单组分的手感更柔软、强度更高、延伸更大，具有良好的透气性，是卫生用品表层无纺布的生产原料。2010 年，我国ES纤维需求量180 kt，预计2015年将达到320 kt，年增长率约为16%（见图1）；同时，ES纤维作为热黏合物质取代黏合胶来生产无尘纸，市场的需求量也不断增长。

2.2 双组分纤维生产工艺

2.2.1 双组分短纤维纺丝技术

双组分短纤维选择不同的热处理方式，可获得不同效果的无纺布。（1）热风生产线。热风黏合式生产蓬松性无纺布，速度20～60 m/min，克重16～100 g/m2。产品具有蓬松度高，弹性好，手感柔软，保暖性强，透气透水性好等特点，但其强度较低，易变形。（2）热轧生产线。热轧黏合式生产高强度的无纺布，速度为20～60 m/min，门幅1.5～2.3 m。其产品具有产量高，成本低，卫生性好，强度高，密度平整等特点。双组分短纤维纺丝工艺流程见图2。

图1 国内ES纤维的需求量Fig.1 Domestic demand of ES fibers

图2 双组分短纤维纺丝工艺流程示意Fig.2 Spinning process flow of bicomponent staple fiber

纺丝温度根据两种原料的MFR决定，如果PE和PP的MFR之比接近1.0，纤维截面为皮芯型，如果MFR之比大于1.5，则纤维截面呈偏皮芯型，一般为纺丝箱温度为250～270℃，侧吹风湿度为85%±5%，侧吹风温度为（20±2）℃，侧吹风速率为1.0～1.6m/s，卷曲速率为1 180 m/min[6]。

2.2.2 双组分纺黏无纺布技术

单丝均匀地在网帘上进行铺丝，最后通过热轧法、针刺法、水刺法、热风法、化学黏合法等对长纤维网固结成布[7]（见图3）。

表3为使用德国莱芬豪舍公司Reicofil-4实验设备进行双组分纺丝成网生产的工艺特征，其后处理配置水刺工艺，产品主要用作吸收、过滤或生产绝缘材料及防护服装。

图3 双组分纤维纺黏法工艺流程示意Fig.3 Spunbonded process flow of bicomponent fiber

表3 双组分纤维纺黏工艺特征Tab.3 Spunbonded process characteristics of bicomponent fibers

2.3 国内外双组分纤维生产企业

德国莱芬豪舍公司双组分纺丝成网生产线生产的PP/PET皮芯型产品具有很好的柔软度和较好的撕裂强度，PP/PE并列型产品具有潜在的卷曲性能[8]。近年来，法国欧瑞康纽马格公司双组分短纤维生产线的产能所占比例最大，运转中的产能已达450 t/d，可生产皮芯型、并列型、基质-原纤型双组分短纤维，产品品质好。意大利Fare公司开发的商品名为Superspun的双组分纺黏非织造布生产线[9]，可生产双组分纺丝成网产品，也可生产普通的纺黏产品，具有一定的灵活性。美国Hills公司开发的双组分纺黏产品，如组分体积比50∶50的PET/PP中空裂片型产品，体积比为10∶90的皮芯型全水溶性聚酯/PET产品等已投放市场。

目前，国内双组分纤维生产主要集中在江浙地区， ES纤维需求量约200 kt/a[4]。我国双组分纤维生产企业的生产情况见表4。

表4 国内双组分纤维的产量Tab.4 Production of domestic bicomponent fiber kt

2.5 ES纤维原料

2.5.1 ES纤维用 PP

ES纤维中，PP在双组分纤维芯层，对专用PP树脂质量指标的要求主要是MFR高且波动小、等规指数高和灰分小等，这些性能直接影响纺丝性能和成品丝的质量，一般MFR控制在20～35 g/10 min，等规指数大于95%。国内企业生产ES纤维所用PP主要来自：中国石油天然气股份有限公司（简称中国石油）辽阳石化分公司（简称辽阳石化公司）生产的 PP 71735，PP 70318；中国石油化工股份有限公司（中国石化）镇海炼化公司生产的MFR为2～12 g/10 min的PP，经降温母粒调整MFR在25 g/10 min左右；南京金陵石化公司生产的PP 225和上海金山石油化工公司PP 2600。

2.5.2 ES纤维用 PE

目前，国内双组分纤维的生产企业使用的HDPE的需求量在100 kt/a左右，原料以进口为主，如卡塔尔的M200056、马来西亚的HI1600J、美国的8920等。中国石油抚顺石化公司生产的HDPE 2911，熔点134 ℃左右，因熔点较高不能满足高档无纺布生产要求；中国石化北京燕山分公司（简称燕山石化公司）生产的HDPE 1508S，是1-丁烯作共聚单体，熔点较低，可纺性好，满足高档卫生材料对原料性能要求。在江南高纤股份有限公司、嘉兴特种纤维厂等应用表明，在双组分PE/PP短纤维的生产中，燕山石化公司的HDPE 1508S无飘丝、并丝、断头丝的情况，卷绕情况良好，在针刺、水刺、热黏合无纺布的加工中，纤维的梳理过程正常，热黏合性能佳，使用情况良好。

目前，国内使用的双组分纤维用HDPE生产工艺主要有溶液法、气相法、浆液法，MFR18～22 g/10 min，密度0.950～0.960 g/cm3，熔点130 ℃左右。

3 双组分纤维应用

双组分纤维最大的应用领域是一次性卫生用品，是第三、第四代一次性卫生用品表层（紧靠皮肤）无纺布的生产原料。

3.1 医用卫生品

据统计，美国60%～70%的非织造布用于医疗卫生及生活用品，在西欧使用的医用纺织品中75%为非织造布。目前，我国每年消耗非织造布约5.73亿平方米，一旦大多数医院都采用一次性非织造防护产品，我国的医用防护产品领域就会有巨大的发展空间[10]。

无纺布的市场两极分化严重，分化成高端高质量方向和低端低价位方向。目前，全球市场90.0%以上的卫生巾是亚洲（主要为韩国和中国）生产的。到2008年，我国卫生巾市场渗透率为68.4%，预计2015年将接近90.0%，发达国家一次性卫生产品的渗透率平均为95.0% 左右。目前，婴儿纸尿裤的市场，日本渗透率达95.0%，北美达96.0%，世界平均水平将近50.0%；而我国的市场渗透率与世界平均水平相比还较低，具有巨大发展潜力[11]。国内成人失禁用品市场渗透率仅为5%左右，虽然基数低，但增长最快。2010年，成人失禁用品生产商约有160家，主要在福建、广东和江苏等地，而发达国家市场渗透率在40%以上。

3.2 无尘纸

无尘纸也叫干法造纸非织造布，是干法非织造布的一种。无尘纸具有独特的物理性能，表现为高弹力，柔软、手感、垂感极佳，具有极高的吸水性和良好的保水性能。双组分超短纤维在无尘纸的生产中，主要作为热黏合成分。纤维纤度小，单位质量的纤维比表面积大，纤维黏结点多；纤维纤度大，使用效率低，纤维的掺加比例高，但是纤度过低，绒毛效应增强，分散困难，容易出现白点。纤维纤度以150.3～225.0 旦适中，绒毛浆的长度为1.0～3.0 mm，混用纤维长度以3.0～3.5 mm较合适，由于无尘纸生产线速度越来越快，3.0 mm长的纤维是超短纤维的发展方向。增加纤维皮层的比例，皮芯复合体积比达2∶1，有利于皮层热熔化后黏附更多的绒毛浆，纸张强度增加。

3.3 擦拭布

由于双组分纤维特别细，吸附力大，能够发挥其卓越的擦拭功能，并且耐洗、耐用，是作电子工业、光学工业擦拭布的理想材料[12]。目前，国外需用大量超细纤维擦拭布，出口市场很大。

3.4 其他

由于双组分纤维独特的高透气性、舒适性以及天然的抗螨性能，不易磨损，非常适合于作被褥。由于其纤维细，毛细管多，吸附性能好，结构紧密，阻隔力强，适用于汽车隔音、地毯、汽车顶蓬布和其他的建筑用途[13]。

4 结语

双组分纤维在医疗卫生用品、无尘纸、装饰材料、过滤材料等领域具有广阔的市场前景。随着生活水平的提高，对医用无纺布柔软性、皮肤接触舒适性、白度、卫生性能的要求越来越高。因此，石化企业应加大双组分纤维用HDPE和PP原料的开发和市场推广力度，从而满足以双组分纤维为原料制造的非织造布手感丰满、柔软、蓬松度好、透气效果等性能的要求，并加大国内双组分纺丝技术方面的研究投入。

[1] 张黎.双组分纤维的开发及应用[J].合成技术及应用,2004,19（1）：38-41.

[2] Houis S, Schreiber F, Gries T.双组分纤维（第一部分） [J].国际纺织导报,2008（5）：8-10.

[3] 王红,斯坚.ES纤维的发展及在非织造布领域的应用[J].非织造布,2003,16（2）：37-38.

[4] Houis S, Schreiber F, Gries T.双组分纤维（第二部分）[J].国际纺织报,2008（11）:10-16.

[5] 许志,宣志强.我国复合短纤维生产概况[J].合成纤维工业,2011,24（4）:46-47.

[6] 肖传慰.PE/PP皮芯型复合超短纤维生产技术[J].高科技纤维与应用,2003（3）:43-45.

[7] 林桐,陈凯,任强.双组分纺粘非织造布技术研究进展[J].福建轻纺,2010（3）:48-49.

[8] 赵永霞.双组分纺粘技术的新进展[J].纺织导报,2008（6）:104-105.

[9] 芦长椿.国内外双组分纤维的技术发展动向[J].纺织导报,2010（1）：51-55.

[10] 程爱民.PE/PP双组分复合纺粘法非织造布的结构与性能研究[D].上海：东华大学,2008：18-35.

[11] 丁洋.纸尿裤市场国际化竞争剧烈[N]. 消费日报, 2011-05-10（B01）.

[12] 冯静.双组分纤维非织造布的市场浅析[J].纺织导报,2011（3）:87-88.

[13] 江曼霞.2009年吸收性卫生用品行业的概况和展望[J].造纸信息,2010（11）:26-27.