海岛纤维的性能及制备方法

2020-09-10陈林

纺织报告 2020年5期

陈林

（盐城优和博新材料有限公司，江苏射阳 224341）

海岛纤维产生于20世纪70年代，历经十几年的发展，其技术才在20世纪90年代渐渐成熟起来。海岛纤维这几年在东亚一带的发展速度很快，海岛型超细纤维生产线得到了很好的建设，创造了生产0.001 1～0.330 0dtex海岛纤维的单丝纤度，从岛的数目看，16、36、37、64是常见的，也能生产出600～1 000岛的海岛纤维。我国发展海岛纤维受麂皮绒订单大量涌进的推动，由于其利润可观，附加值高，国家对此产业的发展进行了扶持。从海岛纤维分类看，可将其分为长丝和短纤，已经被列入目前纺织业的高新技术，发展势头迅速。

1 海岛纤维之组分和构成

海岛纤维的“岛”组分一般采用聚酯（PET）或者聚酰胺（PA），“海”组分使用容易被水溶解的聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺（PA6或PA66）、聚苯乙烯（PS）聚酯（COPET）、聚乙烯（PE）等。“岛”组分的定岛型海岛纤维数目以16、36、37、51、61居多，当前最高的可达1 000甚至更多。20%～50%是“海”组分占比，“海”组分要实现低占比，在技术上可行，可降至10%。降低“海”组分比例可减少溶除量，污染变小，制造成本降低等。不过，一味追求“海”组分的低，形成的“海”“岛”结构将难以保证，使超细纤维制备的基础丢失，从而使织物的风格受到影响。

在实现工业化生产海岛纤维的企业中，一般选取30∶70为“海”“岛”组分的比例，由于不断地进行技术革新和创新生产，生产工艺先进的企业“海”组分占比已经降到了15%。实施海岛纤维的开纤工序（溶除海组分）后，可获得0.110～0.011 dtex“岛”组分的单丝纤度，工艺先进企业能够获得0.000 1 dtex“岛”组分的单丝纤度。

2 海岛纤维性能

海岛纤维的优异性能是其他普通纤维所达不到的，主要特性有以下几方面。

2.1 极高的纤维覆盖能力

伴随纤维尺寸的减小，纤维直径变薄，单位质量的纤维表面积增大。增加的表面积增强了纤维的包覆能力，大大提高了吸湿性能。海岛状纤维凭其微小的纤度，可使织物柔软光滑，舒适性明显，可得到高防水性、紧密性、吸湿性，并获得独特的美感和时尚风格的织物。同时，可在织物表面形成多层结构，使织物呈现极小的反射点，颜色柔和，外观丰满、细腻。

2.2 纤维更柔软

由于超细和柔软的纤维能产生毛细管般的核心吸收，使更多织物的水分被吸附，吸附的水分又在织物表面移动并被蒸发，使舒适性在穿着时显现出来。直径愈小的超细纤维，纤维曲率半径愈大，纤维表面反射的散射光占比就愈大，织物表面的色调就愈柔和。

2.3 防水透气和保暖作用

纤维间存在大量致密的空隙，可使织物具有较好的吸水性和吸油性。此外，通过对纤维间隙的适当改变，可以将其织成海岛高密度织物，空隙只有0.2～10.0 μm，防水性和透气性优良。织物间微孔结构使得织物中静态空气更多，从而获得了更好的隔热保暖效果。

3 海岛纤维共轭复合纺丝法的制备

海岛纤维制备的基本原理是先制备两种或两种以上的聚合物流体，形成皮芯或平行型之复合细流，然后类似生产单一成分纤维样，自喷丝板孔中挤出聚集体，得到海岛纤维（图1）。

图1 海岛纤维制备方法程序

两种聚合物经过预结晶和干燥后，分别在温度控制的螺杆压力机中进行熔融挤出、过滤和测量，然后送入含有特殊复合纺丝组件的纺丝箱中，螺杆挤出到纺丝箱的路径是独立的，完成了复合工艺的即时实现。之后，经过冷却、固化得到初生纤维。最后，通过上油、拉伸、定型、缠绕成丝，即海岛纤维。

3.1 生产工艺流程

以海岛复合超细短纤维[改性聚醋（COPET）、尼龙（PA6）]为例，组分选择COPET作“海”，PA6作“岛”，采用共扼复合纺丝技术，工艺采用碱减量处理方法，可完成线密度3.5～4.4 dtex超细纤维之生产（图2）。

图2 生产海岛复合超细短纤维（COPET/PA6）工艺流程

3.2 主要工艺条件

主要工艺条件见表1。

表1 海岛复合超细短纤维（COPET/PA6）工艺主要条件

3.2.1 预结晶和干燥

从生产的环节来看，将COPET进行预结晶这一环节尤为重要，因为两种高聚物熔体的复合效果就是由结晶度和均匀度来衡量的。要防止发生切片黏结的情形，装置可使用空心楔型预结晶，使热交换效率尽最大可能获得提升，物料驻留时间缩短，防止相互撞击之物料形成粉屑。温度控制在100～165 ℃为宜，过高或过低的预结晶温度都不适宜。对结晶的时间适合控制在18～23 min，能够获得35%～41%的结晶度，得到较为理想的纺丝效果。

COPET切片采用填塔式连续干燥工艺。165 ℃以下的干燥温度和8 h以内的干燥时间为最佳。如若不然，COPET切片由于长时间的热降解和高温而结块，难以满足切片干燥均匀性和含水率的工艺要求，对纺丝不利。对PA6的切片而言，采用露点要低（-80 ℃）、空气干燥和低温工艺，在85 μg/g以下的干切片含水[1]。

3.2.2 海相和岛相复合比

复合短纤维开纤之容易和困难，由COPET（海相）与PA6（岛相）复合比决定，开纤容易的话需要海相比例高，不过会使生产的成品纤维出现高的成本，太低的海相比例又会形成并岛或丢岛，造成成品纤维之开纤和染色困难。多次工艺实践表明，COPET/PA6为30：70，生产3.5～4.4 dtex的产品，能够获得开纤及染色性能均较好的成品纤维。

3.2.3 设置纺丝控制温度

为了获得良好的可纺性，应尽可能接近两种熔体之表观黏度，防止发生熔体弯曲，因而熔体表观黏度的控制可通过调节纺丝温度进行。

在纺丝的全过程，应按照海岛两相的物料特点，控制两组分的纺丝温度和箱体总成的温度，并运用多套联苯热媒循环系统对两组分的纺丝温度和箱体组件的温度进行控制。在纺丝进程中，275～285 ℃的温度是COPET组分控制的纺丝温度，268～280 ℃是PA6组分控制的纺丝温度，而272～285 ℃的箱体总成温度能获得理想的纺丝效果。

3.2.4 控制纺丝的速度

要使海岛两种组分的复合效果提高，需要对纺丝速度进行控制，对后拉伸倍数进行控制。如果将纺丝速度设定在1 200 m/min以上，初生纤维和流体在拉伸作用下形成细长丝条的复合成形能力较差，发生岛变形的可能性很大，对成品纤维开纤处理极为不利，但过低的纺丝速度又会造成产能降低。生产实践表明，800～1 000 m/min的纺丝控制速度适宜[2]。

3.2.5 卷曲定型

在卷曲的进程中，丝束的预热温度应和卷曲轮的加工温度基本一致。复合纤维的杨氏模量应通过塑性效应降低，最终使纤维的卷曲性能提高。在生产实际中，当热凝温度控制在115～130 ℃时，可获得复合纤维较好的卷曲性能。卷曲后，可以免考定型松弛处理，切割后为海岛复合短纤维。