纺粘法非织造布技术是近年来发展较快、技术含量较高的一种新型非织造布生产技术,  是目前加工非织造布的主要工艺方法之一。它利用化学纤维纺丝成型原理，在聚合物纺丝成型过程中使用连续长丝铺网装置, 纤网经过固结加工成纺粘法非织造布。纺粘法非织造布技术不仅在工艺路线和设 备结构等方面有独特的地方, 而且加工的产品也各有其特点。近年来, 由于纺粘法非织造布技术生产流程短、生产效率高、产品性能优良和应用范围 广,  迎合了当今世界非织造布产品向高性能、薄型化方向发展, 所以国外纺粘非织造布设备在工艺、设备、产品质量和生产成本等方面都得到了极大的进步和提高。我国于 1986 年开始引进纺粘法生产 技术和设备,  在20世纪90年代初期还仅有 3 条产线, 到2004年年中, 我国纺粘法非织造布生产线已达185 条, 其中我国产的纺粘设备达到147 条, 而进口有 38 条, 分别是德国13条、意大利21条、美国 2 条、日本2条。在这些引进的设备中, 5 条是涤纶纺粘设备,7条是 SMS, 其余的是丙纶纺粘设备。2005 年, 我国的涤纶纺粘法生产线有15条, 年生产能力达到 54.4 kt。虽然在纺粘法非织布生产能力方面, 我国居世界第二位, 是一个纺粘大国,但是我们的技术水平除了新引进的设备外, 大多数是 20 世纪 90 年代初期的国际水平,与国外先进技术有一定差距。国产纺粘非织造 布设备经过十几年的发展, 也取得了很大的进步,但是国产设备在技术水平上的发展落后于设备制造 能力的发展,目前还局限于模仿, 设备本身的技术进步不大, 设备研发能力和技术创新能力较差, 产品的品质档次低,还不能生产xx产品。本文仅就纺粘法非织造中的工艺类型、原料和产品开发、新技术、发展方向等作一综述和回顾。

1 纺粘非织造布技术的起源和发展

纺粘法是 20 世纪 40~50 年代商业化的合成纤 维长丝纺丝工序的延续,它是将合成纤维的纺丝技术和非织造布的成网和固结技术相结合的一种技术50年代初, 美国海军实验室建立了一台小型 熔融挤出机, 将熔融后的聚合物从喷丝孔中挤出, 形成细度很细的长丝, 然后利用热空气吹送到成网帘上,使纤维粘结成网。这是最早的纺丝成网技术, 但由于受当时的技术水平限制,该技术没有能够研究下去。后来, 随着化学纤维技术的发展,50年代末, 德国 Freudenberg 公司和美国 Dupont 公司又开始对纺粘法非织造布技术进行研究。到了 60 年代, 美国 Dupont 公司申请专利, 60 年代中期才开始工业化生产。20世纪60年代末到 70 年代初,纺粘法非织造布技术得到了发展。德国Reifenhauser 公司采用整体横式的文丘 里拉伸器,使纺粘法非织造布的质量有了一个较大的提高, 工业化生产程度也得到了很大的进步以后,美国 Ason 公司将熔喷技术应用到纺粘技术中,  由于采用特殊结构的拉伸器, 使得纺粘法非织造布技术有了更大的发展目前, 熔喷和纺粘的多喷头复合技术、喷技术及双组分等差别化纤维纺丝技术的出现,纺粘法非织造布技术带来了更加广阔的应用前景。

 2    国外先进的纺粘非织造布设备

目前, 国外{lx1}的纺粘法非织造布设备公司主要集中在德国意大利、美国和日本等,近年新开发的设备主要有以下几种。

2.1   Reifenhauser 公司的纺粘设备

德国 Reifenhauser 公司 新开发了RF4 型纺粘非织造布设备。该设备由于优化了冷却系统和拉伸系统, 改进了铺网系统, 因此产量比 RF3 型设备提高了30 %, 加工产品均匀性好, PP产品最轻达 8 g/m2。该设备采用整体式喷丝板、横式整体文丘里管式负压拉伸, 结构简单, 设备紧凑, 产品均匀, 能耗小, 并采用多模头技术。RF4 型能提供双组分纺粘法生产技术,在生产中使用效果较好,它能加工多种双组分复合纺粘法非织造布, 包括皮芯型和并列型。RF4 型纺粘非织造布设备可用于开发系列纺粘和浆粕气流成网复合产品SAS (SPS), 产品手感柔软, 吸湿性好。该设备也具有双组分技术, 能提供 6 模头,加工的纺粘产品克重 2.5 g/m2。目前,该公司拥有全套纺粘和纺粘熔喷联合设备,把纺粘和熔喷技术结合在一起,能生 产双组分( PE/PP)  和超细纤维纺粘产品,在纺丝速度、喷丝板孔数和纺丝箱体等方面十分先进,丙纶纺丝速度5 500 m/min,喷丝板孔数达到 7 000 孔/m以上,铺网速度 850~900m/min,单丝纤度达 0.55 dtex。

2.2   德国 Lur gi 公司和意大利 ORV 公司的纺粘设备

德国 Lurgi 公司和意大利 ORV 公司采用 Docan 生产工艺,它的拉伸工艺特点是采用圆管引伸式正压拉伸和多块喷丝板技术。其中,  德国 Lurgi 公司 的 Docan 生产工艺是基于长程纺丝法工艺，生产时采用多块矩形喷丝板,高速纺丝利用管式拉伸管及较高的正压拉伸。由于管式拉伸器中的丝条成丝状,要使其均匀分布,需要有很好的分丝和摆丝部件。

2.3   德国 Nanoval 公司的纺粘设备

德国 Nanoval 公司依靠在熔喷领域的技术优势, 已进入纳米纤维的开发阶段,该公司开发了直径为 0.5~1.8 μm 的 PP 纺粘法非织造布产品,并研发了PET 细旦纺粘产品。目前,Nanoval 公司研究的纺丝模头分裂拉伸技术和拉伸部件已达到国际先进水平。

Nanoval 技术是目前纺粘法非织造布的{zx1}技术,产品强度可以达到纺粘水平,纤度与熔喷相媲美,纤维直径 0.7~4 μm。它采用冷空气对从喷丝头中挤出的熔体进行拉伸,冷空气从喷头两侧进入,对熔体拉伸并使之分裂,其关键在于拉伸气流被导入一先收缩后扩散的嘴(拉伐尔喷嘴)。刚进入喷嘴时,纤维表面受冷空气的拉伸而迅速固化,而纤维内层仍为液态, 当气流到达喷嘴的喉口时,其速度到达亚音速,随着喷嘴的迅速扩散,气流压力急剧下降,到达真空状态,并使丝体的内层和表面层产生强大的压力差,终于像爆炸似地分裂成许多纤维。

2.4   意大利 NWT 公司和 Zimmer 公司的纺粘设备意大利 NWT 公司及 Zimmer 公司采用改进的 Docan 生产工艺,拉伸工艺特点是采用狭缝引伸式正压拉伸和多板多条狭缝技术。NWT 公司采用的是组合式窄狭缝拉伸装置,即在每个矩形纺丝组件上配一个拉伸装置,其窄狭缝拉伸装置与成网帘有一定距离。Zimmer 公司采用 NST 喷嘴,它的设计是非常独特的,采用聚酯为原料,纤网的固结是采用针刺或热粘合。

2.5   意大利 STP 公司的纺粘设备

意大利 STP 公司生产的纺粘设备,采用多块喷丝板、多个正压拉伸管、摆片式摆丝器和打散式铺网技术,利用多个狭缝(NWT)或拉伸管(STP)进行拉伸。设备较复杂,能耗大,产品表面容易产生云斑。由于拉伸器的能力有限,不太适合加工涤纶纺粘产品,摆丝机构较复杂。但是该设备的多块喷丝板,则容易改变品种的幅宽,原料消耗低,生产成本小。STP公司开发的新一代设备在喷丝板和拉伸喷管上作了较大改进,采用双模头和多模头技术,加工的 产品均匀性较好, 纺丝速度4000~4500 m/min,单丝纤度达 1.0~1.3 dtex。双模头和多模头技术是指在同一套生产线上采用两组或多组独立的纺丝—拉伸系统,将它们单独拉伸出的纤维以双层或多层的形式成网,然后再形成布。

2.6   日本 NKK 公司和日本神户公司的纺粘设备

日本 NKK 公司和日本神户公司采用的是 Ason 生产工艺。美国 Ason 公司的拉伸器位置可以调节,成网机高度也能够灵活调节,采用整块喷丝板技术和横式整体拉伸方法。它们的拉伸工艺特点是采用 狭缝引伸式拉伸技术,主要包括摩擦式喷射型、压推式湍流型和整板整条狭缝技术。它们的纺丝区长度较短,并且可以调节,主要利用窄槽及气流与纤维作用时产生的拖力将纤维抽长拉细,从窄槽到成网传送带间的距离可以灵活调节。

2.7   Neumag 公司的 AST 纺粘设备

AST 纺粘设备是 Neumag 公司在收购Ason 公司的纺粘技术上研发的,采用高速纺丝和正压狭缝拉伸。该纺粘技术是介于纺粘法和熔喷法之间的一种技术,在高温下,{zd0}限度地进行拉伸,以达到{zg}的纺丝速度。加工的单丝不仅强力高,而且热稳定性好,纤维细且柔软。在同一条生产线上能生产多个品种的纺粘产品,从薄型卫生产品到厚型土工布产品,有较高的适用性;生产中不更换设备就可以从丙纶向涤纶品种转换。其铺网速度达到 600~650 m/min,丙纶纺丝速度6000~7000 m/min, 涤纶纺丝速度8000~8500 m/min。

AST 纺粘设备的技术特点是:纺程较短,能灵活调节,喷丝板到拉伸装置的距离小于1.5 mm, 一般距离采用 0.3~0.7 mm,能显著减少空气阻力, 提高纺丝速度。拉伸狭缝较短,喷嘴出口到拉伸狭缝的底部距离小于210 mm;拉伸狭缝底部到成网帘的距离能够根据产品要求来调节。拉伸器采用狭缝式,利用高速气流与纤维之间的摩擦力来产生拉伸力,这样, 在拉伸器下部,由于拉伸力较大,因此能形成很大的纺丝速度。由于成型距离可以调节,故可以调整适合的成网形式。成网距离可变,够生产单组分和双组分纤维等。它的灵活性大,可靠性大。它可以根据产品的工艺要求来调节,选择最短的纺程,以达到理想的纺速。由于纺程短和纺丝温度高,纤维的固化点上移,熔体结晶或固化的位置向喷丝板方向移动,固化温度显著提高,因此,在纺丝时纤维速度高,实际拉伸温度也显著提高,熔体的黏度降低,丝条可以在较高的伸长率下进行拉伸和细化。

AST 纺粘设备的优点是:拉伸器短,拉伸力较大, 纺丝速度较高,产量较大。根据实际情况,能增加多个纺丝箱体,设备包含有纽马格的{zx1}技术,机器宽度5.5 m, 线速度600m/min;产量较高,加工PP时达240 kg/h/m,工PET时达到300 kg/h/m。原料范围很广泛,主要有PP、 PE/ PET、COPET、 PTT、 PBT、 PLA 、 PET、 PP/PE、 PA、PE、PA6 和PU等,也可以采用高熔融指数的PP;生产的双组分产品有皮芯型、并列型和海岛型等。品种改变时, 只需调整纺程和成形距离。生产的纤维纤度范围较广,不仅能生产细旦丝和粗旦丝, 也可以生产单组分和双组分产品,如 PP/PE 皮芯双组分复合,而且还能生产高品质、高强度和低收缩率的产品。

2.8        Rieter 公司的 Per fobond 和 Spunjet 纺粘设备

瑞士立达公司采用正压气流拉伸和静电分丝技术,其产品属于超细旦,均匀性较好。Perfobond 3000 型的特点是纺丝梁与机器前进的方向成 45 ° 排列,能做到纵横向均匀排列,  MD/CD 的强力比接近1。该设备工艺灵活,产量较高,性能高,喷丝板孔数达7000 孔/m,生产效率较高。

Perfobond 3000 型设备性能先进,主要包括纺丝箱体、冷却侧吹风等。纺丝箱体设计的独特之处在于聚合物的分配系统上,该分配系统配有一个xx度和均匀度好的加热系,使得纤维通过喷丝孔的流速一样。冷却侧吹风系统的独特之处在于三个垂直区间内可以对气流的温度和速率进行独立的双功能控制,精度高。该系统能形成一个和纺丝条件无关的{zj0}侧吹风形态。拉伸系统设计的独特之处在于它是一个线性窄缝式空气喷射器,它产生的拉伸力在机器的横线差异很小,并使用一个自动定性系统来控制其位置和设置。成网系统设计的独特之处在于在离开窄缝出口时它可以控制气流,能使长丝在落到成网帘之前将其打开分散。另外, 该设备具有全过程控制的优点和独特的横向控制技术,并 有良好的工艺可靠性和有效性及灵活性,  在生产中稳定性较好,  具有控制所有工艺气流处理系统的独特特点。Perfobond 3000 纺粘新设备能够在一定范围内以同样产量或者以不同产量生产不同线密度的纤维,这是该工艺不同于其它纺粘技术的一个显著特点,并优化每个工艺阶段,如骤冷、拉伸、铺设等,使得各阶段之间互不干扰,而且还具有独特的对横向每半米工艺参数的设定和控制,能够防止在加工过程中产品质量产生不可预料的局部变化。该设备配有稳定系统和热通风系统,还特意设计了整套管道、通风道和缆线系统,能减小设备长度,合理利用空间。

Spunjet 纺粘设备是 Perfobond 3000 纺丝成网技术和 Jetlace 3000 水刺固结技术相结合的结晶。它加工的产品能避免热轧或针刺加固造成的物理性能的破坏,产品手感柔软,蓬松性好,可用于卫生材料、过滤、土工布和汽车工业等。

2.9   美国 Nor dson 公司的纺粘设备

美国Nordson 公司的纺粘设备是根据J&M Laboratories 技术和日本 NKK 技术,采用整板正压拉伸。该设备的{zd0}优点是能采用不同原料,通过不同复合方式,加工性能不同的产品。这种生产线使用Hills公司的喷丝板技术和Nordson 公司的整体式狭缝拉伸技术,可以使纤维经受较大的拉伸细化。Nordson 公司的设备采用了先进技术,如整体狭缝式正拉伸、整体式喷丝板、可升降的钢平台,能够使纤维得到足够的拉伸,产品布面均匀,可适合加工多品种,纺粘产品克重最轻达10g/m2,纤维细度最细达0.8 dtex;缺点是技术不稳定,能耗大。 

3    纺粘非织造布新技术和发展方向

3.1   双组分复合纺粘法非织造布

双组分复合纺粘法非织造技术是一种新型技术,它是通过将双组分复合纤维代替单组分纤维,经加工而成非织造布。目前有以下几种形式。

3.1.1  双组分纺粘—水刺复合超细非织造布

该产品中的超细纤维以 PET/PA 为原料,采用16 瓣的分裂型桔瓣双组分纺丝的方法 加工而成,然后通过水刺的方法,将双组分纤维分离成超细纤维,再经过水刺固结加工成非织造布。该产品柔软性、悬垂性和蓬松性较好,尺寸稳定性好,吸音效果好,主要用于车顶呢和内饰材料等汽车纺织品领域中,还可用于医疗卫生领域中,如医用胶布和伤口绷带等。由于超细纤维比表面积大,该产品可加工成洁净室的揩布材料。该产品透气性、屏蔽性和舒适性也很好,  能加工成床上用品、运动衣和休闲服。产品在不使用化学添加剂的情况下,能防止螨虫的侵入,防止人体产生过敏反应。由于产品的水洗和干洗性较好,能加工成轻薄、柔软的装饰品;经过后加工处理后,产品还具有良好的亲水性和拒水性。

目前,德国 Freudenberg 公司、Phonix 公司和 HydroSpun 公司能生产以上产品。Phonix 公司能生产短纤和长丝纺粘—水刺复合超细非织造布,产品不仅可加工成擦拭布等,而且可加工成沙发面料、防晒窗帘和汽车防晒布等。Freuderberg 公司开发的超细非织造布纺粘产品 Evolon,是由涤纶和尼龙 6 复合,单纤维纤度为 0.01 dtex。该产品比表面积大、透气性好、舒适性佳、屏蔽性好,具有独特的尺寸稳定性和吸音效果,可以用作车顶呢、内饰材料和地毯基布等。

3.1.2  PA/ PET 等皮芯型热粘合纺粘法非织造布

Colbond 公司能生产以 PA 为皮层、PET 为芯层的产品,商品名为 Colback,可以与多种涂覆层布料和染料具有良好的粘合性能及较强的亲合力,产品可以模压、折叠和染色,主要用于加工成高级宽幅地毯、地毯底布、模压地毯的背面材料、汽车的车篷盖和车身等内饰件。该产品尺寸稳定性和热稳定性好,表面均匀性好,强度高。另外,该公司还能生产以 COPET 为皮层的产品;同时,还能生产PET/PP 双组分皮芯型复合热粘合纺粘法非织造布,主要加工成汽车模压地毯。该产品尺寸稳定性好,模压温度低,模压效果好。

3.1.3  PE/PP 等双组分复合纺粘法非织造布

主要以PE/PP、PE/PA 和 PE/PET 产品为主,皮芯型比例为 50/50、20/80 等,可加工成同芯、偏芯和并列型等。加工的产品不仅强力大、柔软性好、悬垂性好,而且还可以进行亲水、拒水和抗静电等后处理,产品种类较多。

尼吉卡公司的 PE/PET 皮芯复合产品Eleves,具有强力高,耐热性好,对紫外线较稳定的性能。国内浙江绍兴耀龙纺粘法非织造布有限公司和上海合成纤维研究所等也开始研制生产,加工的复合纺粘法非织造布产品十分柔软,主要用于医疗卫生、覆盖布、包装材料和服装衬里等等。

3.2   纺粘产品的差别化和功能性

利用芳香型纤维、阻燃纤维、远红外纤维、防臭xx纤维、高吸湿纤维等加工纺粘产品具有独特的性能,有良好的保健功能,舒适性好。利用硼和锂化合物粉末与聚乙烯或聚丙烯共混纺丝,加工的纺粘产品具有防中子辐射的功能。利用抗静电母粒生产的纺粘非织造布具有良好的抗静电性。日本东洋纺织公司开发的具有湿气调节作用的 Drymon 复合纺粘产品,是将具有调节湿气的丙烯酸盐微粒夹在2片纺粘非织造布间,形成的一种复合纺粘产品。该产品吸湿功能好,热传导性好,触感凉爽,不闷不潮,具有除臭作用,并且可以与其他非织造布、织物和薄膜等复合,产品用于坐垫、褥子、建筑材料和鞋垫等。

美国 BFF 公司开发的具有气味控制和xx功能的复合纺粘产品,是利用高选择性的合成沸石,具有特殊气味控制性能,可以通过改变沸石的类型和用量来控制硫化氢和氨等气味, 加工的纺粘产品质地柔软,透气性佳,亲肤性好,主要用于妇女卫生材料和服装等领域。

通过改进喷丝板孔径, 可生产出粗旦纺粘产品。采用中空喷丝孔Y 形孔、十字形孔、五角星孔和三叶形喷丝孔,能生产不同截面类型的纺粘非织造布,这些产品透气性和透湿性好。利用双组分纺丝组件,可生产功能性纺粘产品,这是目前纺粘技术发展的一个重要方面。

3.3   采用新型聚合物

采用新型聚合物用于纤维纺丝也是纺粘技术的一个新发展。所使用的新聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、可熔融纺聚氨酯、PLA、PTT 等,在纺粘产品中存在的形式可以是双组分纤维的皮层或均聚物纤维。例如,美国杜邦公司开发了可生物降解的 Sorona 纤维纺粘产品;美国 Ason 和 Eastman 公司开发了可生物降解的聚酯纺粘产品;美国 Eastman 公司开发了 PCT、PBT 聚酯纺粘产品,Toray 公司开发了能控制污染的 PPS 纺粘产品,  它可以做过滤介质。美国埃克森公司开发了全同立构聚丙烯,用于纺粘生产,可加工高强度、轻型的纺粘产品,产品手感柔软,用于卫生用品、医院服装和特殊过滤材料。日本东洋纺公司开发的聚酯弹性纤维纺粘产品伸缩性好,PBT纤维纺粘产品柔软性和成型好,用于汽车车顶材料。

日本可乐丽公司采用 ExcevalTM 的可溶性树脂, 与 PP (  PE、PA) 在纺粘设备上 加工成双组分纤维,喷丝板为裂片型的,加工的产品吸水性好、克重轻、强力大,可用于农业、美容面膜、过滤材料等。

3.4   纺粘与其它非织造布技术结合

利用水刺中的水力缠结方法,可以提高纺粘产品的特性,加工产品柔软、强力大,能提高生产能力,有利于开发新产品。Rieter- Perfojet 公司用水刺对纺粘法非织造布固结和整理;  Fleissner 公司利用水刺固结裂离型和海岛型的纺粘网。纺粘—水刺技术的优点包括:纺粘成网和水力缠结的生产速度可以达到 500 m/min,能显著降低成本;产品宽度能达到7000 mm,可以提高产量和加工宽幅产品。纺粘还可与多种工艺复合,不仅仅是水刺,从当前纺粘法非织造布技术的发展来看,纺粘法将与熔喷、梳理成网、浆粕气流成网等相结合,开发新的技术,能生产超细旦纤维。纺粘法非织造布设 备将以功能多、产量高、自动化程度高、产品档次高而占领新的市场。由于不用或少用化学粘合剂, 所以能加工医疗和卫生产品,生产中因为不用热轧形成加固点或区,故产品较柔软,水力缠结不会损伤纤维,有利于提高产品强度和降低成本。