雙組分長(zhǎng)絲的新概念紡絲系統(tǒng)

Günter Schütt Susanne Beyer

雙組分絲的開(kāi)發(fā)距今已有50年左右的歷史，雖然不是一種新產(chǎn)品，但近年來(lái)市場(chǎng)對(duì)其需求量穩(wěn)步增長(zhǎng)（例如，與服裝相關(guān)的應(yīng)用在2015年達(dá)到峰值）。促成這種發(fā)展趨勢(shì)的原因有多種。除了目前的時(shí)裝流行趨勢(shì)外，包括圓型編織在內(nèi)的新型、高效紡織面料加工技術(shù)降低了生產(chǎn)成本。

雙組分絲的截面形狀可千變?nèi)f化。總體來(lái)講，這些絲由兩種不同的聚合物組成，聚合物賦予絲特定的性能。根據(jù)應(yīng)用要求可加工具有相應(yīng)截面的雙組分絲。最常見(jiàn)的 4 種截面包括皮芯型、并列型、桔瓣型和海島型。其中，皮芯型和并列型是典型的截面，常用于短纖，而其他兩種截面主要用于長(zhǎng)絲。皮芯型雙組分絲常用作非織造布的粘合纖維，而并列型雙組分絲的加工重點(diǎn)放在所需的自我卷曲效果上，桔瓣型和海島型截面主要用于超細(xì)纖維，即單絲線密度低于0.3 dtex的纖維。

多種截面造就纖維的多樣性（表 1）

最常見(jiàn)的是皮芯型截面，其應(yīng)用非常廣泛。該截面主要用于短纖或紡粘非織造布產(chǎn)品中的連續(xù)長(zhǎng)絲。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：雙組分短纖或長(zhǎng)絲經(jīng)常被用作將主要纖維原料或長(zhǎng)絲粘合在一起的粘合類纖維或長(zhǎng)絲。例如，在梳理成網(wǎng)非織造布中，雙組分纖維中作為皮的聚合物在烘箱中熔化。皮組分的熔點(diǎn)低于芯組分的熔點(diǎn)，從而使芯層纖維粘附于交叉點(diǎn)。在這里，皮組分一般會(huì)完全熔融，從而作為一種粘合劑。為確保足夠的粘合力，皮組分的占比相對(duì)較高，在50%左右。常見(jiàn)的皮芯型聚合物組合包括PET/CoPET（低熔點(diǎn)）和PP/PE。

在加工具有特殊性能的短纖和長(zhǎng)絲時(shí)，通常在皮組分中加入添加劑或色及/或二氧化鈦（TiO2）濃色體以獲得特殊性能。它們可以是具有親水性或抗菌性能的功能性聚合物。PE常用作衛(wèi)生產(chǎn)品中雙組分短纖/長(zhǎng)絲的皮組分，用來(lái)提高產(chǎn)品的手感。在這里，皮組分的占比在10% ～ 30%之間，從而盡可能降低添加劑和濃色體的成本。

原料在短纖/長(zhǎng)絲加工成本中占很高比例。降低成本的一種途徑是采用較便宜的聚合物作為芯組分，例如B級(jí)聚合物或再生聚合物；皮組分采用高檔或較貴的聚合物，其在

芯成分的偏芯程度

皮芯型橫截面的一個(gè)特點(diǎn)是纖維采用偏芯結(jié)構(gòu)，這能產(chǎn)生所謂的自卷曲效果。在紡絲后，長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)拉伸。芯的偏芯性及其造成的不同拉伸度使纖維或長(zhǎng)絲產(chǎn)生卷曲。

并列型截面可產(chǎn)生同樣效果。在這種情況下可采用多種聚合物組合，如PP/PE、PET/PE、PET/CoPET等，或采用不同黏度的同種聚合物組合（PET/PET、PP/PP）。并列型纖維和長(zhǎng)絲主要采用圓形或圓形-中空截面，盡管也可采用其他截面。采用并列型雙組分絲加工的最典型的紡織品是簾子布。

細(xì)支紗：雙組分超細(xì)纖維

海島型截面形成一組雙組分超細(xì)纖維。用此種方法可生產(chǎn)人造革或絲絨等民用產(chǎn)品長(zhǎng)絲。典型的（海島型）聚合物組合是PET/CoPET和PA/CoPET。在纖維加工工藝之后，作為“海”的聚合物在堿液中溶解，只有作為“島”的長(zhǎng)絲留下來(lái)。這種工藝可加工出線密度低至0.03 dtex的超細(xì)長(zhǎng)絲。在市場(chǎng)上，海島纖維通常為37島，而采用Oerlikon Barmag（歐瑞康巴馬格）的裝備可加工島數(shù)高達(dá)91島的長(zhǎng)絲。在這種情況下，噴絲板的孔密度會(huì)適當(dāng)降低。“海”組分為30%的纖維可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，也可加工海組分比例更低的纖維，但是易造成開(kāi)纖困難，產(chǎn)品手感變差。

桔瓣型截面形成第二組雙組分超細(xì)纖維。這種結(jié)構(gòu)常用于長(zhǎng)絲或紡粘產(chǎn)品加工中，在短纖領(lǐng)域應(yīng)用較少。最常見(jiàn)的是16瓣長(zhǎng)絲，但32或64瓣的長(zhǎng)絲也可以加工。可機(jī)械撕裂的長(zhǎng)絲是用PET/PA6制成的。這些聚合物相互之間的粘合度較低，易于機(jī)械分離。在非織造布生產(chǎn)中，可采用水刺工藝進(jìn)行分離，在紡織品加工中可通過(guò)染色工藝進(jìn)行分離。過(guò)去通常采用的原料成分比例是50/50。為降低成本，PA6的比例一直在降低，目前為20%。

針對(duì)高端產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)

紡絲組件的壓差對(duì)雙組分工藝的穩(wěn)定性起決定性作用：壓差越小，工藝越穩(wěn)定。聚合物的質(zhì)量也同樣重要。質(zhì)量良好、穩(wěn)定且對(duì)溫度變化不太敏感的聚合物可確保紡絲工藝的穩(wěn)定。原料的黏度均勻、分子量分布范圍窄也是確保雙組分纖維紡絲過(guò)程穩(wěn)定的必要條件。

歐瑞康巴馬格公司和Oerlikon Neumag（歐瑞康紐馬格）公司自上世紀(jì)80年代中期以來(lái)一直提供雙組分纖維加工系統(tǒng)，因此積累了豐富的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。這兩家化纖系統(tǒng)制造商已經(jīng)將短纖加工系統(tǒng)以及BCF、POY、FDY和紡粘非織造布加工系統(tǒng)都配備了雙組分紡絲設(shè)備，主要用于加工上述 4 種截面的纖維。

市場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)和工藝的要求正變得越來(lái)越復(fù)雜。目前標(biāo)準(zhǔn)的混合比是70/30，較大混合比（如90/10皮芯型雙組分絲）也越來(lái)越常見(jiàn)。為此，對(duì)每種聚合物采取單獨(dú)的溫度控制和擴(kuò)充的工藝窗口成為歐瑞康巴馬格和歐瑞康紐馬格公司加工系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

在所有雙組分纖維生產(chǎn)系統(tǒng)中，對(duì)不同的聚合物A和B來(lái)說(shuō)，從擠壓機(jī)、熔體過(guò)濾器到紡絲箱體這一過(guò)程中溫度的傳遞均可單獨(dú)控制。根據(jù)聚合物種類，建議更加系統(tǒng)地實(shí)行溫度分離。以這一理念為基礎(chǔ)，在到達(dá)紡絲組件之前不同聚合物的溫度都是單獨(dú)控制的，尤其是從紡絲泵到紡絲組件的大部分熔體輸送管線。

基于系統(tǒng)理念，聚合物B的溫度傳遞在整條輸送線上會(huì)有所變化（圖 1）。不考慮此因素，兩種聚合物在紡絲組件匯合，在此達(dá)到一個(gè)共同的溫度水平，形成適配的黏度。為了保證紡絲質(zhì)量均勻，聚合物的黏度差不宜過(guò)大。在并列型紡絲工藝中，黏度差異過(guò)大會(huì)造成紡絲缺陷，產(chǎn)生所謂的“死彎”，導(dǎo)致熔體流在噴絲板下方出現(xiàn)“彎角”等現(xiàn)象。

單溫系統(tǒng)

單溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念包括在聚合物到達(dá)紡絲箱體之前實(shí)行溫度隔離。起始狀態(tài)下，聚合物A（如PET）的工藝溫度高于聚合物B（如PA6）。總體來(lái)說(shuō)，聚合物A的分配管和紡絲箱體的溫度是相同的。它們通常與聯(lián)苯加熱系統(tǒng)的管路連接。

雖然如此，像雙溫系統(tǒng)中那樣的系統(tǒng)化溫度隔離也并非基本配置。對(duì)于一些雙組分纖維的加工來(lái)說(shuō)（例如用再生聚合物或B級(jí)聚合物作為芯，用原生聚合物作為皮層加工雙組分纖維時(shí)），一般設(shè)定相同的工藝溫度。對(duì)于一些短纖維和紡粘非織造布產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，溫度的傳遞與單溫系統(tǒng)的情況相似，盡管工藝溫度差別很大。其中一個(gè)例子是皮芯型PET/PE纖維：PET的加工溫度大約在295 ℃，而PE的工藝溫度為210 ℃。這是由于PE對(duì)高溫相對(duì)敏感，由于通過(guò)量大而使停留時(shí)間較短。

雙溫系統(tǒng)

雙溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是對(duì)聚合物進(jìn)行溫度隔離，每種聚合物在進(jìn)入紡絲箱體之前采用單獨(dú)的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)地進(jìn)行溫度隔離對(duì)加工PS、TPU等降解風(fēng)險(xiǎn)高的聚合物以及CoPET、CoPA6和CoPP等幾種改良聚合物來(lái)說(shuō)很重要。例如：隨著加工溫度的提高，PA6的單體呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。對(duì)于敏感型聚合物來(lái)說(shuō)，應(yīng)該盡量控制其在高溫紡絲箱中停留的時(shí)間。由于采用雙溫系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)，B組分在A組分溫度環(huán)境中停留的時(shí)間得到大幅縮短（圖 2）。

在雙溫系統(tǒng)中，B組分的紡絲泵和熔體分配系統(tǒng)安裝在單獨(dú)的箱體內(nèi)，而這個(gè)箱體與自己的聯(lián)苯加熱系統(tǒng)連接。熔體在到達(dá)紡絲箱體的過(guò)渡過(guò)程中得到連續(xù)加熱。市場(chǎng)常見(jiàn)的系統(tǒng)則不同，在設(shè)計(jì)上有明顯缺陷，容易使熔體經(jīng)過(guò)未加熱區(qū)域時(shí)產(chǎn)生凝固，在生產(chǎn)停頓的情況下形成堵塞，阻擋熔體流動(dòng)，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停產(chǎn)。

SP8×B：專為敏感的雙組分長(zhǎng)絲設(shè)計(jì)的紡絲箱體

由于采用新的紡絲系統(tǒng)概念，敏感的聚合物也能轉(zhuǎn)換為雙組分絲。新技術(shù)以上述雙溫系統(tǒng)為基礎(chǔ)。采用這種新技術(shù)，聚合物的質(zhì)量和黏度可根據(jù)相應(yīng)的工藝要求進(jìn)行精確調(diào)整。兩種聚合物的輸送管以及紡絲泵的聯(lián)苯加熱系統(tǒng)嚴(yán)格分離，直到在紡絲組件將兩種組分合并，確保對(duì)每一種聚合物最少的損傷。這反過(guò)來(lái)又保證最佳的紡絲條件。

新系統(tǒng)以SP8×B紡絲箱概念為基礎(chǔ)，與普通的矩形紡絲箱相比同樣具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，例如：可有效降低加熱能耗。較不敏感的聚合物也可以用標(biāo)準(zhǔn)SP8×B雙組分紡絲箱毫不費(fèi)力地生產(chǎn)。新的紡絲系統(tǒng)概念既適用于（市場(chǎng)上少見(jiàn)的）單排排列的紡絲箱，也適用于雙排和“Z”形排列的紡絲箱。

總結(jié)

歐瑞康巴馬格公司和歐瑞康紐馬格公司為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域提供量身定制的系統(tǒng)。在標(biāo)準(zhǔn)聚合物和標(biāo)準(zhǔn)截面產(chǎn)品加工方面，單溫系統(tǒng)是理想的選擇，而雙溫系統(tǒng)則適合于加工超細(xì)纖維和對(duì)溫度敏感的聚合物。

然而，市場(chǎng)上現(xiàn)有的大多數(shù)共聚物的穩(wěn)定性和對(duì)溫度的依賴性比幾年前明顯提高。因此，在到達(dá)紡絲箱體之前的輸送過(guò)程中，需系統(tǒng)化分隔溫度的聚合物的比例在5% ～ 10%之間。利用單溫系統(tǒng)可加工大多數(shù)類型橫截面的雙組分纖維，因此具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

采用歐瑞康化學(xué)纖維事業(yè)部受專利保護(hù)的雙溫系統(tǒng)，可將敏感型聚合物加工成高質(zhì)量雙組分纖維。這種概念還為生產(chǎn)商提供了高度靈活性。