海島纖維的性能及制備方法

陳 林

（鹽城優和博新材料有限公司，江蘇 射陽 224341）

海島纖維產生于20世紀70年代，歷經十幾年的發展，其技術才在20世紀90年代漸漸成熟起來。海島纖維這幾年在東亞一帶的發展速度很快，海島型超細纖維生產線得到了很好的建設，創造了生產0.001 1～0.330 0dtex海島纖維的單絲纖度，從島的數目看，16、36、37、64是常見的，也能生產出600～1 000島的海島纖維。我國發展海島纖維受麂皮絨訂單大量涌進的推動，由于其利潤可觀，附加值高，國家對此產業的發展進行了扶持。從海島纖維分類看，可將其分為長絲和短纖，已經被列入目前紡織業的高新技術，發展勢頭迅速。

1 海島纖維之組分和構成

海島纖維的“島”組分一般采用聚酯（PET）或者聚酰胺（PA），“海”組分使用容易被水溶解的聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺（PA6或PA66）、聚苯乙烯（PS）聚酯（COPET）、聚乙烯（PE）等。“島”組分的定島型海島纖維數目以16、36、37、51、61居多，當前最高的可達1 000甚至更多。20%～50%是“海”組分占比，“海”組分要實現低占比，在技術上可行，可降至10%。降低“海”組分比例可減少溶除量，污染變小，制造成本降低等。不過，一味追求“海”組分的低，形成的“海”“島”結構將難以保證，使超細纖維制備的基礎丟失，從而使織物的風格受到影響。

在實現工業化生產海島纖維的企業中，一般選取30∶70為“海”“島”組分的比例，由于不斷地進行技術革新和創新生產，生產工藝先進的企業“海”組分占比已經降到了15%。實施海島纖維的開纖工序（溶除海組分）后，可獲得0.110～0.011 dtex“島”組分的單絲纖度，工藝先進企業能夠獲得0.000 1 dtex“島”組分的單絲纖度。

2 海島纖維性能

海島纖維的優異性能是其他普通纖維所達不到的，主要特性有以下幾方面。

2.1 極高的纖維覆蓋能力

伴隨纖維尺寸的減小，纖維直徑變薄，單位質量的纖維表面積增大。增加的表面積增強了纖維的包覆能力，大大提高了吸濕性能。海島狀纖維憑其微小的纖度，可使織物柔軟光滑，舒適性明顯，可得到高防水性、緊密性、吸濕性，并獲得獨特的美感和時尚風格的織物。同時，可在織物表面形成多層結構，使織物呈現極小的反射點，顏色柔和，外觀豐滿、細膩。

2.2 纖維更柔軟

由于超細和柔軟的纖維能產生毛細管般的核心吸收，使更多織物的水分被吸附，吸附的水分又在織物表面移動并被蒸發，使舒適性在穿著時顯現出來。直徑愈小的超細纖維，纖維曲率半徑愈大，纖維表面反射的散射光占比就愈大，織物表面的色調就愈柔和。

2.3 防水透氣和保暖作用

纖維間存在大量致密的空隙，可使織物具有較好的吸水性和吸油性。此外，通過對纖維間隙的適當改變，可以將其織成海島高密度織物，空隙只有0.2～10.0 μm，防水性和透氣性優良。織物間微孔結構使得織物中靜態空氣更多，從而獲得了更好的隔熱保暖效果。

3 海島纖維共軛復合紡絲法的制備

海島纖維制備的基本原理是先制備兩種或兩種以上的聚合物流體，形成皮芯或平行型之復合細流，然后類似生產單一成分纖維樣，自噴絲板孔中擠出聚集體，得到海島纖維（圖1）。

圖1 海島纖維制備方法程序

兩種聚合物經過預結晶和干燥后，分別在溫度控制的螺桿壓力機中進行熔融擠出、過濾和測量，然后送入含有特殊復合紡絲組件的紡絲箱中，螺桿擠出到紡絲箱的路徑是獨立的，完成了復合工藝的即時實現。之后，經過冷卻、固化得到初生纖維。最后，通過上油、拉伸、定型、纏繞成絲，即海島纖維。

3.1 生產工藝流程

以海島復合超細短纖維[改性聚醋（COPET）、尼龍（PA6）]為例，組分選擇COPET作“海”，PA6作“島”，采用共扼復合紡絲技術，工藝采用堿減量處理方法，可完成線密度3.5～4.4 dtex超細纖維之生產（圖2）。

圖2 生產海島復合超細短纖維（COPET/PA6）工藝流程

3.2 主要工藝條件

主要工藝條件見表1。

表1 海島復合超細短纖維（COPET/PA6）工藝主要條件

3.2.1 預結晶和干燥

從生產的環節來看，將COPET進行預結晶這一環節尤為重要，因為兩種高聚物熔體的復合效果就是由結晶度和均勻度來衡量的。要防止發生切片黏結的情形，裝置可使用空心楔型預結晶，使熱交換效率盡最大可能獲得提升，物料駐留時間縮短，防止相互撞擊之物料形成粉屑。溫度控制在100～165 ℃為宜，過高或過低的預結晶溫度都不適宜。對結晶的時間適合控制在18～23 min，能夠獲得35%～41%的結晶度，得到較為理想的紡絲效果。

COPET切片采用填塔式連續干燥工藝。165 ℃以下的干燥溫度和8 h以內的干燥時間為最佳。如若不然，COPET切片由于長時間的熱降解和高溫而結塊，難以滿足切片干燥均勻性和含水率的工藝要求，對紡絲不利。對PA6的切片而言，采用露點要低（-80 ℃）、空氣干燥和低溫工藝，在85 μg/g以下的干切片含水[1]。

3.2.2 海相和島相復合比

復合短纖維開纖之容易和困難，由COPET（海相）與PA6（島相）復合比決定，開纖容易的話需要海相比例高，不過會使生產的成品纖維出現高的成本，太低的海相比例又會形成并島或丟島，造成成品纖維之開纖和染色困難。多次工藝實踐表明，COPET/PA6為30：70，生產3.5～4.4 dtex的產品，能夠獲得開纖及染色性能均較好的成品纖維。

3.2.3 設置紡絲控制溫度

為了獲得良好的可紡性，應盡可能接近兩種熔體之表觀黏度，防止發生熔體彎曲，因而熔體表觀黏度的控制可通過調節紡絲溫度進行。

在紡絲的全過程，應按照海島兩相的物料特點，控制兩組分的紡絲溫度和箱體總成的溫度，并運用多套聯苯熱媒循環系統對兩組分的紡絲溫度和箱體組件的溫度進行控制。在紡絲進程中，275～285 ℃的溫度是COPET組分控制的紡絲溫度，268～280 ℃是PA6組分控制的紡絲溫度，而272～285 ℃的箱體總成溫度能獲得理想的紡絲效果。

3.2.4 控制紡絲的速度

要使海島兩種組分的復合效果提高，需要對紡絲速度進行控制，對后拉伸倍數進行控制。如果將紡絲速度設定在1 200 m/min以上，初生纖維和流體在拉伸作用下形成細長絲條的復合成形能力較差，發生島變形的可能性很大，對成品纖維開纖處理極為不利，但過低的紡絲速度又會造成產能降低。生產實踐表明，800～1 000 m/min的紡絲控制速度適宜[2]。

3.2.5 卷曲定型

在卷曲的進程中，絲束的預熱溫度應和卷曲輪的加工溫度基本一致。復合纖維的楊氏模量應通過塑性效應降低，最終使纖維的卷曲性能提高。在生產實際中，當熱凝溫度控制在115～130 ℃時，可獲得復合纖維較好的卷曲性能。卷曲后，可以免考定型松弛處理，切割后為海島復合短纖維。

4 結語

海島纖維可以制成時裝面料、人造皮革、高性能揩布、高性能過濾材料、高性能紙張、生物醫用材料。因此，研究與探討海島纖維的制備以及生產工藝是很有必要的。同時，開發海島纖維，必須結合紡絲技術與織造、染整及服裝加工，上游下游一條龍，提高開發能力，海島纖維產品的生命力才會旺盛。