國內外雙組分纖維的生產現狀及發展趨勢

錢 鑫

（中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司樹脂應用研究所，北京市 102500）

為了迎合消費市場對高感性化、高功能化紡織品的需求，必須對傳統的纖維制造進行變革，開發出高功能纖維、高感性纖維、智能纖維以及可降解纖維等。雙組分纖維[1]的開發則是實現纖維高感性化、高功能化的一個重要手段。它可以通過噴絲板形設計、聚合物的配方設計以及紡絲纖維的截面設計等多種形式，獲得各種性能、風格的新型紡織材料，居于差別化纖維品種中較為復雜的類型。目前，國內外雙組分纖維生產技術在短纖維和長纖維的生產中發展較快，主要應用于生產衛生領域所用的熱黏合非織造布，其產品具有良好的蓬松性、卷曲性及柔軟性。

1 雙組分纖維及其分類

雙組分纖維大體分為皮芯型、并列型、基質-原纖型纖維[2]（見表1），其中以皮芯型復合纖維為主。按高分子材料的組分分類，有聚乙烯（PE）/聚丙烯（PP）、PE/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、低熔點聚酯/聚酯等。高分子材料的兩組分體積比可以在（30∶70）～（70∶30）調整，纖維纖度可以在2～6旦選擇，長度可以是4，6，8，12，38，51，65 mm等。

表1 雙組分纖維種類Tab.1 Types of bicomponent fibers

1.1 皮芯型纖維

皮芯型雙組分纖維優點：1）溫和的黏合條件。皮層材料有較低的熔點，在非織造布生產過程中作為黏合劑使用。2）節約成本。表層聚合物提供光澤、可染性或穩定性等特性，芯層聚合物提供材料的強度，同時能夠降低成本。3）兩種材料性能組合。4）對一些難以紡絲的材料可以同易紡材料組合實現紡絲，以生產具有不同性能的產品。目前，國內市場以v（PE）/v（PP）為50∶50的PE/PP皮芯型復合纖維（ES纖維）為主，由日本智索公司開發[3]。

1.2 并列型纖維

并列型雙組分纖維中兩個組分的分布呈并列狀態（見表1），兩組分可以是完全不同的聚合物，如PET/聚酰胺（PA）6，也可以是熔體流動速率（MFR）不同的同種聚合物（如間規PP/等規PP），并列型纖維也可做成體積比為50∶50與20∶80等不同比例和AB，ABA等多種形式。此種纖維具有三維空間卷曲性能，通常為短纖維，可用作填充物。并列型雙組分纖維具有更高的加工速度，可降低設備投資，產品更蓬松、手感改善、美觀性提高，并能省去一些下游工序，也可以利用兩種組分的不同染色性制造異色纖維。

1.3 基質-原纖型纖維

基質-原纖型纖維大多用于生產微纖維，包括橘瓣形和海島形，用于合成仿麂皮、人造革、揩布、超細過濾介質、人造動脈和其他特殊應用。其具有的優點：橘瓣型常用針刺機械力或水刺噴射力使橘瓣剝離，纖維比表面積增加，手感更好，以此制造具有異性截面的超細纖維，可應用于人造麂皮和過濾材料。海島型的“島”通常是熔紡聚合物（如PA，PET或PP），“海”則為聚苯乙烯、塑化體或皂化聚乙烯醇等，多用于合成皮革、揩布等。

2 雙組分纖維生產現狀

2.1 國內、外發展概況

雙組分纖維是在20世紀40年代由德國Aviso公司提出的，而第一次商業化應用是由美國杜邦公司于20世紀60年代中期推出的，產品為“CCaanntt--rese”并列型針織纖維[2]。20世紀70年代后期，最為著名的就是日本Chisso公司研究的 ES 短纖維，這種熱黏合纖維在市場中獲得了高度評價。表 2為雙組分纖維產品化進程。

表2 雙組分纖維的產品化進程Tab.2 Development course of bicomponent fibers

目前，國際上雙組分纖維的生產公司主要為日本Chisso公司、韓國Huvis公司和臺灣遠東公司，其中，日本雙組分纖維水平處于世界領先地位。丹麥Fiber Vision公司是全球最大的一次性衛生用品纖維生產商，也開發出了雙組分纖維。

據日本 Chisso公司的統計，2012年，世界雙組分纖維的產量為330 kt。其中，亞洲 225 kt，美國56 kt，歐洲 49 kt。日本的年產量為112 kt，占世界首位[4]。雙組分纖維的主要用途是衛生領域所用的熱黏合非織造布。新的應用領域（如家用產品、醫用和農用產品以及土工布）正在不斷開發。

20世紀80年代，我國雙組分纖維生產技術發展迅速，產品的品種、檔次和質量不斷提高。上海合成纖維研究所最早研制出ES纖維，建成我國第一條將雙組分復合紡絲與紡黏法的成網、成布工藝相結合的試驗生產線[5]。揚州石油化工廠于2000 年從德國引進一條8 kt/a的二步法生產線，生產高檔衛生型長度為分別為40，51 mm 的PE/PP，PE/PET的熱黏合常規短纖維[6]。目前，國內雙組分纖維領域主要使用復合短纖維熱軋或熱風工藝生產非織造布，其中，采用3，4，5 mm的ES超短纖維得到了市場的青睞，其產品要比單組分的手感更柔軟、強度更高、延伸更大，具有良好的透氣性，是衛生用品表層無紡布的生產原料。2010 年，我國ES纖維需求量180 kt，預計2015年將達到320 kt，年增長率約為16%（見圖1）；同時，ES纖維作為熱黏合物質取代黏合膠來生產無塵紙，市場的需求量也不斷增長。

2.2 雙組分纖維生產工藝

2.2.1 雙組分短纖維紡絲技術

雙組分短纖維選擇不同的熱處理方式，可獲得不同效果的無紡布。（1）熱風生產線。熱風黏合式生產蓬松性無紡布，速度20～60 m/min，克重16～100 g/m2。產品具有蓬松度高，彈性好，手感柔軟，保暖性強，透氣透水性好等特點，但其強度較低，易變形。（2）熱軋生產線。熱軋黏合式生產高強度的無紡布，速度為20～60 m/min，門幅1.5～2.3 m。其產品具有產量高，成本低，衛生性好，強度高，密度平整等特點。雙組分短纖維紡絲工藝流程見圖2。

圖1 國內ES纖維的需求量Fig.1 Domestic demand of ES fibers

圖2 雙組分短纖維紡絲工藝流程示意Fig.2 Spinning process flow of bicomponent staple fiber

紡絲溫度根據兩種原料的MFR決定，如果PE和PP的MFR之比接近1.0，纖維截面為皮芯型，如果MFR之比大于1.5，則纖維截面呈偏皮芯型，一般為紡絲箱溫度為250～270℃，側吹風濕度為85%±5%，側吹風溫度為（20±2）℃，側吹風速率為1.0～1.6m/s，卷曲速率為1 180 m/min[6]。

2.2.2 雙組分紡黏無紡布技術

單絲均勻地在網簾上進行鋪絲，最后通過熱軋法、針刺法、水刺法、熱風法、化學黏合法等對長纖維網固結成布[7]（見圖3）。

表3為使用德國萊芬豪舍公司Reicofil-4實驗設備進行雙組分紡絲成網生產的工藝特征，其后處理配置水刺工藝，產品主要用作吸收、過濾或生產絕緣材料及防護服裝。

圖3 雙組分纖維紡黏法工藝流程示意Fig.3 Spunbonded process flow of bicomponent fiber

表3 雙組分纖維紡黏工藝特征Tab.3 Spunbonded process characteristics of bicomponent fibers

2.3 國內外雙組分纖維生產企業

德國萊芬豪舍公司雙組分紡絲成網生產線生產的PP/PET皮芯型產品具有很好的柔軟度和較好的撕裂強度，PP/PE并列型產品具有潛在的卷曲性能[8]。近年來，法國歐瑞康紐馬格公司雙組分短纖維生產線的產能所占比例最大，運轉中的產能已達450 t/d，可生產皮芯型、并列型、基質-原纖型雙組分短纖維，產品品質好。意大利Fare公司開發的商品名為Superspun的雙組分紡黏非織造布生產線[9]，可生產雙組分紡絲成網產品，也可生產普通的紡黏產品，具有一定的靈活性。美國Hills公司開發的雙組分紡黏產品，如組分體積比50∶50的PET/PP中空裂片型產品，體積比為10∶90的皮芯型全水溶性聚酯/PET產品等已投放市場。

目前，國內雙組分纖維生產主要集中在江浙地區， ES纖維需求量約200 kt/a[4]。我國雙組分纖維生產企業的生產情況見表4。

表4 國內雙組分纖維的產量Tab.4 Production of domestic bicomponent fiber kt

2.5 ES纖維原料

2.5.1 ES纖維用 PP

ES纖維中，PP在雙組分纖維芯層，對專用PP樹脂質量指標的要求主要是MFR高且波動小、等規指數高和灰分小等，這些性能直接影響紡絲性能和成品絲的質量，一般MFR控制在20～35 g/10 min，等規指數大于95%。國內企業生產ES纖維所用PP主要來自：中國石油天然氣股份有限公司（簡稱中國石油）遼陽石化分公司（簡稱遼陽石化公司）生產的 PP 71735，PP 70318；中國石油化工股份有限公司（中國石化）鎮海煉化公司生產的MFR為2～12 g/10 min的PP，經降溫母粒調整MFR在25 g/10 min左右；南京金陵石化公司生產的PP 225和上海金山石油化工公司PP 2600。

2.5.2 ES纖維用 PE

目前，國內雙組分纖維的生產企業使用的HDPE的需求量在100 kt/a左右，原料以進口為主，如卡塔爾的M200056、馬來西亞的HI1600J、美國的8920等。中國石油撫順石化公司生產的HDPE 2911，熔點134 ℃左右，因熔點較高不能滿足高檔無紡布生產要求；中國石化北京燕山分公司（簡稱燕山石化公司）生產的HDPE 1508S，是1-丁烯作共聚單體，熔點較低，可紡性好，滿足高檔衛生材料對原料性能要求。在江南高纖股份有限公司、嘉興特種纖維廠等應用表明，在雙組分PE/PP短纖維的生產中，燕山石化公司的HDPE 1508S無飄絲、并絲、斷頭絲的情況，卷繞情況良好，在針刺、水刺、熱黏合無紡布的加工中，纖維的梳理過程正常，熱黏合性能佳，使用情況良好。

目前，國內使用的雙組分纖維用HDPE生產工藝主要有溶液法、氣相法、漿液法，MFR18～22 g/10 min，密度0.950～0.960 g/cm3，熔點130 ℃左右。

3 雙組分纖維應用

雙組分纖維最大的應用領域是一次性衛生用品，是第三、第四代一次性衛生用品表層（緊靠皮膚）無紡布的生產原料。

3.1 醫用衛生品

據統計，美國60%～70%的非織造布用于醫療衛生及生活用品，在西歐使用的醫用紡織品中75%為非織造布。目前，我國每年消耗非織造布約5.73億平方米，一旦大多數醫院都采用一次性非織造防護產品，我國的醫用防護產品領域就會有巨大的發展空間[10]。

無紡布的市場兩極分化嚴重，分化成高端高質量方向和低端低價位方向。目前，全球市場90.0%以上的衛生巾是亞洲（主要為韓國和中國）生產的。到2008年，我國衛生巾市場滲透率為68.4%，預計2015年將接近90.0%，發達國家一次性衛生產品的滲透率平均為95.0% 左右。目前，嬰兒紙尿褲的市場，日本滲透率達95.0%，北美達96.0%，世界平均水平將近50.0%；而我國的市場滲透率與世界平均水平相比還較低，具有巨大發展潛力[11]。國內成人失禁用品市場滲透率僅為5%左右，雖然基數低，但增長最快。2010年，成人失禁用品生產商約有160家，主要在福建、廣東和江蘇等地，而發達國家市場滲透率在40%以上。

3.2 無塵紙

無塵紙也叫干法造紙非織造布，是干法非織造布的一種。無塵紙具有獨特的物理性能，表現為高彈力，柔軟、手感、垂感極佳，具有極高的吸水性和良好的保水性能。雙組分超短纖維在無塵紙的生產中，主要作為熱黏合成分。纖維纖度小，單位質量的纖維比表面積大，纖維黏結點多；纖維纖度大，使用效率低，纖維的摻加比例高，但是纖度過低，絨毛效應增強，分散困難，容易出現白點。纖維纖度以150.3～225.0 旦適中，絨毛漿的長度為1.0～3.0 mm，混用纖維長度以3.0～3.5 mm較合適，由于無塵紙生產線速度越來越快，3.0 mm長的纖維是超短纖維的發展方向。增加纖維皮層的比例，皮芯復合體積比達2∶1，有利于皮層熱熔化后黏附更多的絨毛漿，紙張強度增加。

3.3 擦拭布

由于雙組分纖維特別細，吸附力大，能夠發揮其卓越的擦拭功能，并且耐洗、耐用，是作電子工業、光學工業擦拭布的理想材料[12]。目前，國外需用大量超細纖維擦拭布，出口市場很大。

3.4 其他

由于雙組分纖維獨特的高透氣性、舒適性以及天然的抗螨性能，不易磨損，非常適合于作被褥。由于其纖維細，毛細管多，吸附性能好，結構緊密，阻隔力強，適用于汽車隔音、地毯、汽車頂蓬布和其他的建筑用途[13]。

4 結語

雙組分纖維在醫療衛生用品、無塵紙、裝飾材料、過濾材料等領域具有廣闊的市場前景。隨著生活水平的提高，對醫用無紡布柔軟性、皮膚接觸舒適性、白度、衛生性能的要求越來越高。因此，石化企業應加大雙組分纖維用HDPE和PP原料的開發和市場推廣力度，從而滿足以雙組分纖維為原料制造的非織造布手感豐滿、柔軟、蓬松度好、透氣效果等性能的要求，并加大國內雙組分紡絲技術方面的研究投入。

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