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PP/PE纺粘无纺布的复合 |
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作者：合成纤维研究所 邹荣华 |
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近年来，我国纺粘非织造布行业得到了跨越式的发展，特别是2003年至今，全国各地新上了100多条生产线，增加了20多万吨生产能力，成为世界上名符其实的纺粘法生产大国，但是，中国纺粘法产品品种不多，自主知识产权缺乏，尚不能成为一个纺粘法行业的世界强国，却是一个不争的事实。
2002年，上海市合成纤维研究所建立了“PP/PE双组分复合纺粘法非织造布”课题组，对1988年国内引进的第一条意大利NWT纺粘生产线进行彻底改造，产量从年产1000吨增加到2500吨，品种由PP单组分改为PP/PE双组分复合，门幅仍旧为3米，克重范围16-160克/m2不变。课题组利用该所“七.五”期间承担并完成的二个国家重点攻关项目“PP/PE低熔点复合纤维”和“喷丝直接成布”（即纺粘法非织造布）所积累的技术、经验、对原料、工艺和设备进行了攻关研究。2003年底，项目取得初步成果，通过了由上海市科委和经委主持、以中国工程院院士为首组成的专家组的鉴定。项目成果已申请并被受理了发明专利。
流程：双组分纺粘法采取的是复合纺丝的办法，二根螺杆熔融二种不同的原料，在喷丝组件出口按产品设计要求形成不同截面形状的复合纤维，目前已生产的是皮芯型复合纤维，皮是乙纶，芯是丙纶。
纺丝温度：复合纤维的纺丝工艺远较单组分纤维的纺丝复杂。纺丝温度要根据PE、PP原料的性质决定，特别是MFR的大小决定，同时满足二种原料的成纤要求。温度偏低，熔体细流粘弹性大，可纺性及拉伸性能差，易发生断头；温度偏高，会发生热分解，不仅产生醛类低分子有害气体，而且降低了纤维的物理机械性能，最终影响产品的质量。另外，根据合纤所ES（即PP/PE皮芯复合短纤维）纤维研究的结果，复合纤维断面形态成偏皮芯型的内接园，有利于热粘结效果。而这一形态也需要依靠纺丝温度的调节来控制。综上所述，纺丝温度在保证可纺性和截面形态的前提下，尽量偏低为好。
冷却条件：皮芯二组分的熔点、热传导率、晶体结构及结晶速率不同，冷却成形条件要使二组份都能达到均匀冷却，且具有良好拉伸性能十分困难。
图1：机械拉伸速度与细度关系
设备：纺丝、欠伸、成网设备全部自行设计、研制。保留了原来直径120mm螺杆，并增加了一根直；放弃了原来的单箱体，新增了自行设计的二只复合箱体；成网从单层网改成了双层网，提高了产品的均匀性 ；特别设计的纺丝组件保证纤维具有良好的皮芯复合形态，欠伸也从原来的低压大流量装置改为高压小流量，提高了欠伸效率。热轧机、卷绕机和分切机还是原来意大利的进口设备。
纺丝温度：复合纤维的纺丝工艺远较单组分纤维的纺丝复杂。纺丝温度要根据PE、PP原料的性质决定，特别是MFR的大小决定，同时满足二种原料的成纤要求。温度偏低，熔体细流粘弹性大，可纺性及拉伸性能差，易发生断头；温度偏高，会发生热分解，不仅产生醛类低分子有害气体，而且降低了纤维的物理机械性能，最终影响产品的质量。另外，根据合纤所ES（即PP/PE皮芯复合短纤维）纤维研究的结果，复合纤维断面形态成偏皮芯型的内接园，有利于热粘结效果。而这一形态也需要依靠纺丝温度的调节来控制。综上所述，纺丝温度在保证可纺性和截面形态的前提下，尽量偏低为好。
图2：气流拉伸压力与细度关系
冷却条件：皮芯二组分的熔点、热传导率、晶体结构及结晶速率不同，冷却成形条件要使二组份都能达到均匀冷却，且具有良好拉伸性能十分困难。在PP、PE的复合纺丝中，由于PE分子链规整柔性，能以能量最小及最稳定的锯齿状切入晶格，因此极易结晶，最大结晶度达95%。而PP分子量为螺旋状结构，虽然排列规整，但比PE结晶差，最大结晶度仅为80%。纺粘法的纺丝速度都比较高，如冷却条件剧烈，芯层结晶比皮层低得多，容易产生皮芯分离现象，容易迅速增大熔体细流出喷丝板后的粘弹性，导致熔体细流的形变速率跟不上拉伸应力的发展而造成断头，影响正常生产。为了克服上述缺点，应采取较为缓和的冷却条件。如降低风速，提高风温和加大冷却距离等。
纤维的拉伸性能：由图2可见：拉伸气流压力越高，纤维细度越细；压力越低，纤维细度越粗，但拉伸压力与纤维细度的关系即使在可拉伸的范围里也并呈非线性，这是因为气流拉伸中，随着纤维初始强力的不断增加，气流与纤维的打滑系数不断增加，有效拉伸逐步减少造成的。
而图1显示，机械拉伸中速度越高，细度越细，速度与细度基本成直线关系。这是由于机械拉伸过程中，对于纤维的握持力大，打滑系数可以忽略不计。所以在电机功率足够的情况下机械速度的高低与纤维细度成直线关系。
纤维的截面：将二种切片在熔融指数仪上作270℃下的流动试验，证明PE的流动速度仅为PP一半多一点，与先前的判断基本相符。适当改变PP，PE的纺丝温度，复合纤维的截面形态就可以得到调节。观察纤维在显微镜下做的熔点试验，当温度升到130℃时，皮层开始熔融，继续升到165℃芯层也熔融，说明所纺纤维与先前的设计相符，皮为PE，芯为PP。
热轧工艺：双组分复合纤维成网后的热轧工艺与一般的PP纺粘法热轧工艺不同。PP纺粘布是将轧点处的纤维熔融形成纤维网的粘合点，粘合点处的纤维被完全破坏，轧点处是安全透明的（见图3）。
图3：丙纶纺粘布的轧点
外，复合纤维的拉伸性能与单组分纤维的拉伸性能不同，它主要取决于拉伸性能较差的组分，在PP/PE复合纤维的二种组分中，PE的纺丝、拉伸性能比PP差很多，当复合纤维中的PE组分发生拉伸断裂时，PP组分还没有充分拉伸。因此拉伸气流对复合纤维细度的影响远远不如对PP纤维那么明显。
纤维的截面：将二种切片在熔融指数仪上作270℃下的流动试验，证明PE的流动速度仅为PP一半多一点，与先前的判断基本相符。适当改变PP，PE的纺丝温度，复合纤维的截面形态就可以得到调节。观察纤维在显微镜下做的熔点试验，当温度升到130℃时，皮层开始熔融，继续升到165℃芯层也熔融，说明所纺纤维与先前的设计相符，皮为PE，芯为PP。
产品性能与特点：从表1中数据分析，双组分纺粘布与PP单组分纺粘布强力差不多，但撕破强力较高、伸长较大。这是因为皮组分PE在热轧中受温度和压力的作用，熔融后成为粘结剂，增加了纤网的强度，而伸长大是因为芯组分PP热轧后未受破坏，保留了纤维原来的性能。
另外，复合纺粘布与丙纶纺粘布相比，由于皮层为聚乙烯，手感明显柔软，有丝绸般滑爽感，而且拒水性好，印刷效果佳，可以适用于钴60放射消毒。
轧工艺：双组分复合纤维成网后的热轧工艺与一般的PP纺粘法热轧工艺不同。PP纺粘布是将轧点处的纤维熔融形成纤维网的粘合点，粘合点处的纤维被完全破坏，轧点处是安全透明的（见图3）。而双组分复合纤维的皮层是熔点较低的聚乙烯，芯层是熔点较高的聚丙烯。热粘合采用较低的温度，使纤维的皮层即聚乙烯熔融后相互粘合，而芯层聚丙烯纤维保持纤维原样，轧点中间可以见到许多未熔的纤维（见图4）。
图4：复合纺粘布的轧点
产品性能与特点：从表1中数据分析，双组分纺粘布与PP单组分纺粘布强力差不多，但撕破强力较高、伸长较大。这是因为皮组分PE在热轧中受温度和压力的作用，熔融后成为粘结剂，增加了纤网的强度，而伸长大是因为芯组分PP热轧后未受破坏，保留了纤维原来的性能。
另外，复合纺粘布与丙纶纺粘布相比，由于皮层为聚乙烯，手感明显柔软，有丝绸般滑爽感，而且拒水性好，印刷效果佳，可以适用于钴60放射消毒。
应用：
复合纺粘布可以在下面一些领域里运用：
◆一次性卫生用品：聚乙烯和聚丙烯一样无毒副作用，复合纺粘布完全可以作为丙纶纺粘制品和复合短纤热轧布的升级换代产品如前所述，该产品和丙纶纺粘布有基本相同的强度，而且手感好，穿着舒适，适合做手术衣、手术帽、访病服、工作服、口罩等产品。
直到上世纪80年代末，国内的绝大多数卫生巾和婴儿尿布还是用的短丝丙纶和涤纶的热轧布。但是从90年代初我所PP/PE复合短纤维研究成功以后，迅速代替了常规丙、涤纶短丝，目前全国产量已超过了10万吨，完全覆盖了卫生巾和尿布市场。复合纺粘布与复合短纤热轧布相比，纤维形态一样，强度更高，特别是生产过程中不添加任何纺丝油剂，拒水性好，不会对皮肤有任何副作用，应该可以替代复合短纤热轧布。
◆薄膜复合产品现在医保方面用得较多的薄膜都是聚乙烯，而复合纺粘布的外层也是聚乙烯，因此复合纺粘布与薄膜的复合可以用流延法、超声波和热复合。最终复合的剥离强度要比丙纶纺粘布的复合产品要高得多。
目前使用的一种防水材料是将二层丙纶纺粘布中间夹一层聚乙烯流延膜。使用中，无纺布与建材结合，流延膜作为防水层，如无纺布改为复合纺粘布，与膜的结合将浑然一体，大大提高产品的质量。
薄膜复合产品：现在医保方面用得较多的薄膜都是聚乙烯，而复合纺粘布的外层也是聚乙烯，因此复合纺粘布与薄膜的复合可以用流延法、超声波和热复合。最终复合的剥离强度要比丙纶纺粘布的复合产品要高得多。
目前使用的一种防水材料是将二层丙纶纺粘布中间夹一层聚乙烯流延膜。使用中，无纺布与建材结合，流延膜作为防水层，如无纺布改为复合纺粘布，与膜的结合将浑然一体，大大提高产品的质量。
◆特殊用途：由于皮芯是不同原料制成，可以利用这一特点做一些特殊用途。如上海一工厂申请了一项通用性坐便套的发明专利，必须要在受张力的情况下进行热粘合，一般无纺布张力下热粘合都要破裂，因此专利申请了数年无法实施。而复合纺粘布可以在皮层粘合的同时，芯层纤维状态不变，保持了无纺布的原样，使上述专利可以真正得到应用。(end)
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(11/5/2004) |
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