特種絲的發(fā)展

Suprit Pal Sing

特種纖維的發(fā)展對纖維生產(chǎn)商來說基本上是一種自然和條件反射式的行為。不斷變化和推進的市場很少能夠讓生產(chǎn)商停下來評估市場然后再發(fā)展新產(chǎn)品。

Specialty development for a fiber producer is a task that is often addressed in a chaotic and knee-jerk manner. The continuous push-and-pull of the market seldom allows a producer to sit back and reassess markets and develop new products.

人們有時因為創(chuàng)新而推出新產(chǎn)品,但這很可能遇到困境,因為這種行為是不規(guī)律的,是由個人的一時激情而決定的,而不是基于科學(xué)的基礎(chǔ)。對于一個系統(tǒng)性的長絲產(chǎn)品開發(fā)分析,應(yīng)該回顧一下歷史,這種開發(fā)過程 — 從過去到未來 — 可以分成不同的 3 個時間段。第一段:1930 — 1960年;第二段:1960 — 2010年;第三段:2010年到未來。

很明顯,每個時期的發(fā)展和成長都有不同的鼎盛期。從1930 — 1960年,主要發(fā)展基本的纖維。在過去幾十年里,特種纖維、超細(xì)纖維、彈力纖維和工業(yè)高強纖維占據(jù)了發(fā)展的主角。從2010年往后,可持續(xù)性的、可回收的、具有生物降解性的、納米技術(shù)的纖維將會是發(fā)展重點。這種發(fā)展的動力來自于特殊功能的額外功能。過去,能夠模仿天然纖維的產(chǎn)品更昂貴,而現(xiàn)在消費者的偏好已經(jīng)超出了這個簡單的認(rèn)知。對可持續(xù)性的偏好現(xiàn)在變得更為科學(xué)和現(xiàn)實,更多對天然纖維可持續(xù)性能的精確分析使之不斷開始受人關(guān)注。天然纖維不能簡單地被認(rèn)定成比人造纖維具有可持續(xù)發(fā)展性,準(zhǔn)確的生命周期成本還需做全面調(diào)查。

很明顯,環(huán)境對棉花的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一些人造纖維(考慮殺蟲劑和磨損的影響)。考慮到生態(tài)安全,棉的活性染料染色也不是很理想的方法。在過去 50 年里,纖維發(fā)展主要被限制在西方國家和日本的紡織、纖維、石油公司。以前的利潤率使他們可以維持研發(fā)活動、試驗工廠、市場行為以及幾年的虧損來開發(fā)新產(chǎn)品。目前,這已經(jīng)不可能了。

發(fā)展的驅(qū)動力

目前纖維的發(fā)展主要集中在幾個大的區(qū)域。對不同區(qū)域的定義十分重要,因為開發(fā)新產(chǎn)品可能會失敗,或者開發(fā)的產(chǎn)品沒有商業(yè)利用價值。這 8 個區(qū)域分別為:強韌、安全、耐用、精細(xì)、環(huán)保、舒適、快捷和美麗。它們能夠讓人們找出最能帶來利潤的方向而進行研究。未來,更環(huán)保、更具可持續(xù)性發(fā)展、可回收利用的纖維將流行。經(jīng)濟擴張時期需要發(fā)展更快、更可靠的生產(chǎn)系統(tǒng),而經(jīng)濟收縮時,更明智的做法是生產(chǎn)新型、有用、功能性的產(chǎn)品,讓消費者沒有理由拒絕購買。

傳統(tǒng)原料的特征

纖維原料的屬性對最終成品的影響很大。對原料的選擇,如熔體,是十分重要的。熔體的物理和化學(xué)性質(zhì)十分重要,但是熔體的經(jīng)濟成本決定了它的應(yīng)用。由于經(jīng)濟上的原因,滌綸工業(yè)絲在過去的幾十年中已經(jīng)替代了錦綸工業(yè)絲。同樣,由于經(jīng)濟因素,相比PA6而言,PA66的使用已經(jīng)受到限制。分析過去 20 多年里纖維市場的數(shù)據(jù)對比情況。紅色字體標(biāo)出的部分如果作為原料將對其應(yīng)用不利。因此,濕法紡絲和干法紡絲的速度只能分別被限制在 100 m/min和1 000 m/min左右。這些紡絲法的原料,如腈綸和纖維素纖維(包括Lyocell)并不能很好的紡出長絲。然而,在短纖方面尚可。丙綸的染色性差,因此也不適合染色。

最近,BASF推出了可染的丙綸,品牌名為“MOOO>TM”,但是現(xiàn)在來評估它未來幾年在服裝應(yīng)用上的能力還為時過早。如果原料的性質(zhì)不夠靈活,它的應(yīng)用潛力就不大。滌綸的應(yīng)用范圍十分廣泛,因為滌綸的性質(zhì)可以調(diào)整且適應(yīng)性強,且其原料也比其他纖維便宜,有利于它優(yōu)勢的發(fā)揮。

新型原料的特征

看一看一些新型原料的特性。一些特殊熔體的屬性,如PLA、PTT、PBT、PU和PHA,可參見表 1 中的具體比較說明。PLA是一種來源于植物的可熔紡纖維,其最與眾不同的優(yōu)勢就是原材料可以自我更新且沒有污染。當(dāng)濕度為 98%、溫度超過 60 ℃時可水解,PLA能被微生物分解,它的組成原子可以重新利用以進一步種植玉米、甜菜、水稻等。

如表 1 所示,PTT有較強的彈性回復(fù)力和較低的初始楊氏模量,使得纖維質(zhì)地柔軟,具有令人舒適的延展力。表中僅列出了常規(guī)未改性的纖維級熔體。拉伸應(yīng)力曲線和楊氏模量決定了纖維的應(yīng)用范圍,纖維的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線顯示了不同纖維軸向應(yīng)力的不同。

當(dāng)將基本聚合物作為特殊纖維開發(fā)時,需要確立與成品的功能要求相匹配的好性質(zhì)是非常重要的。因此,比起其它的可回收聚合物來說,PLA纖維是對環(huán)境更友好的纖維,因為其它那些可回收的材料在不可用之前,可回收的次數(shù)是有限的,但PLA纖維不同。但使之可降解的屬性同時也造成其耐久性低,高分子量全同立構(gòu)的PLA纖維則能使這種情況得到平衡。最初,設(shè)想PLA在包裝薄膜和紡織纖維中的應(yīng)用應(yīng)是 50∶50,但由于纖維本身和纖維的市場營銷問題,目前PLA主要應(yīng)用于包裝材料。一個長絲方面潛在的應(yīng)用是通過與其它聚合物進行復(fù)合紡絲。PHA/PHB是出自P & G公司和Mobilex的一種生物可降解聚合物,這種聚合物已于最近推出,并已開始了綠色長絲生產(chǎn)的研究。

PTT和PBT本身是聚酯的變形,具有特種纖維的潛力,它們使用了1,3 - 丙二醇而不是一般的甲醇,必須優(yōu)化傳統(tǒng)的紡絲過程來處理這些聚合物。另一種聚酯是基于DMT和丁烷的混合物,它的市場占有率極小,因為加工過程比較困難,要求低速,尤其是對細(xì)旦絲而言。其他負(fù)面因素包括有限的使用壽命,以及頻繁使用后拉伸和回復(fù)特性的迅速惡化。然而,這種材料在歐洲也有其高端市場,被用于運動裝和內(nèi)褲,因為它很容易在低溫下染色,具有膨松性和延展性,且比氨綸更容易加工。聚氨酯或氨綸仍然是特殊纖維的一種,但它總是需要與其他一些紗相結(jié)合用于紡織領(lǐng)域。

各種應(yīng)用

任何特殊纖維的應(yīng)用都必須始于某種可變的特性。什么是可以引起長絲性質(zhì)變化的屬性呢?可通過 6 種基本操作來為長絲改性:(1)基本材料結(jié)構(gòu)改變(基礎(chǔ)聚合物屬性);(2)不同高分子材料混合(添加劑和混合)(3)纖維截面形狀的改變;(4)長絲合股結(jié)構(gòu)(復(fù)絲合股);(5)纖維表面結(jié)構(gòu)改變;(6)長絲組分混合。

在討論了材料的基本屬性后發(fā)現(xiàn),沒有任何材料能夠滿足所有的需求,特殊纖維的生產(chǎn)多要求材料進行混合。這些材料可以是添加劑(色母粒、抗菌物質(zhì)等),甚至共混物(兩種不同的聚合物、反應(yīng)液、增塑劑等)。改變長絲形狀來制造特殊纖維的方法已經(jīng)眾所周知。復(fù)絲合股結(jié)構(gòu)也可以決定最后的性質(zhì)。

如果將研究集中在紡織和工業(yè)絲市場,很明顯,一種單一的聚合物或系統(tǒng)無法滿足各種功能和技術(shù)要求。沒有一種后紡工藝可以生產(chǎn)所有功能的纖維或獲得所有想要的效果。不同的長絲可以有不同的表面結(jié)構(gòu),而這對其本身而言也是個生產(chǎn)特殊品種的方法。在主流長絲品種的生產(chǎn)中,使用激光和納米技術(shù)是生產(chǎn)特種纖維的另一種很經(jīng)濟的方法。

還有很多長絲的混合物,包括組合不同的長絲以獲得感興趣的差別化纖維。將 2 股或 3 股色絲用于地毯紗領(lǐng)域,這種方法是改性的最簡單形式。

將來要討論的主題將會是技術(shù)、生產(chǎn)方法和特殊長絲的現(xiàn)代分類方式。