熔紡雙組分超細纖維成型工藝及其應用研究進展

曹 陽, 宋 兵,3, 張 恒, 王 亮, 錢曉明

(1.天津工業大學 紡織科學與工程學院,天津 300387; 2.中原工學院 紡織學院,鄭州 451191; 3.明新旭騰創新研究院有限公司,江蘇 徐州 221436)

超細纖維一般是指單絲線密度小于0.44 dtex的纖維,由于線密度與常規纖維的差異,超細纖維具有許多優良特性,如較好的懸垂性、耐磨性和抗皺性、手感柔軟平滑等[1]。由于超細纖維的優異綜合性能,利用其制備而成的非織造材料被廣泛應用于超細纖維合成革、過濾材料、醫用敷料和油水分離材料[2-4]等諸多領域。

超細纖維按照其原料的組分大致可以分為單組分和雙組分超細纖維。前者的成型機理并不復雜,但是存在性能單一、應用范圍窄等問題;而雙組分超細纖維由于其原料、結構和工藝的多樣性,具有許多單組分超細纖維所不具備的優異性能。目前,雙組分超細纖維的制備方式主要有熔融紡絲法、靜電紡絲法[5-6]、閃蒸紡絲法和離心紡絲法[7-8]等。其中,由熔融紡絲法所制備的雙組分超細纖維具有優異的力學性能、良好的吸水性、較大的比表面積和可規模化生產等特性,被廣泛投入實際應用之中[9]。根據纖維的截面形態,熔紡雙組分超細纖維主要包括桔瓣型(實心桔瓣和中空桔瓣)和海島型(定島型和不定島型)[10]。與此同時,熔紡雙組分超細纖維還具有多樣的開纖工藝(機械開纖、化學開纖和熱能開纖)。原料、紡絲和開纖工藝的多樣性為熔紡雙組分超細纖維的制備提供了無限的可能性。

然而,在實際的生產過程中,熔紡雙組分超細纖維的制備存在如能耗大、開纖污染環境、纖維纖度難以達到使用要求等諸多問題[11-12]。為推動熔紡雙組分纖維的進一步發展,本文研究了熔紡雙組分纖維的紡絲成型機理,總結了熔紡雙組分纖維的開纖工藝,并探究了其在不同領域的應用,以期為超細纖維的成型先進化、應用廣泛化和發展持續化提供理論基礎。

1 熔紡雙組分超細纖維成型工藝

近年來,雙組分超細纖維的發展十分迅速,其成型工藝也越來越多元化,但由于制備技術的限制,目前僅熔紡雙組分超細纖維可以實現規?；a。本文主要依托于不斷發展的熔紡非織造技術,對雙組分超細纖維的成型機理和影響纖維成型的因素進行歸結。

1.1 桔瓣纖維紡絲成型

桔瓣型纖維通常采用共軛紡絲工藝(圖1)進行生產,首先將兩種具有熔體黏度差異或互不相容的熱塑性聚合物送入螺桿擠壓機中熔融成紡絲流體,由計量泵對兩種紡絲流體進行計量;再通過獨特的桔瓣型噴絲板噴絲成型(圖1(a)),使得兩種聚合物均勻分配在一根纖維之中?；趦煞N聚合物之間具有較弱的界面力,在經過牽伸工序后可以制得具有較好取向度和機械性能的纖維長絲[13]。

圖1 共軛雙組分超細纖維成型工藝Fig.1 Conjugated bicomponent ultra-fine fiber forming process

1.1.1 實心型

桔瓣型纖維又可以分為實心桔瓣型和中空桔瓣型兩種。其中,實心型桔瓣型纖維[14]是采用具有實心桔瓣結構的紡絲組件所制備出的纖維。但實心型桔瓣纖維由于兩組分之間界面結合力較大,有時不易使得兩組分開裂形成超細纖維,開纖率僅為60%～75%[15]。

1.1.2 中空型

中空型桔瓣纖維[16]是對實現桔瓣纖維的一種改進,該纖維是通過具有中空型桔瓣結構紡絲組件的制備而成的。將桔瓣纖維制備成中空狀,能夠有效減少兩組分間的接觸面積,減弱組分間界面張力,有利于纖維的開裂,開纖率可達88.5%～94.8%[17]。實心型與中空型桔瓣纖維的開纖差異性如表1所示。

表1 實心型與中空型桔瓣纖維的開纖差異性Tab.1 Difference of fiber splitting between solid and hollow segmented pie fibers

1.2 海島纖維紡絲成型

1.2.1 不定島型

不定島型海島纖維通常采用共混紡絲成型工藝進行制備(圖2),即在一定條件下把兩種不相容的聚合物進行共混紡絲。在紡絲過程中,其中一種聚合物熔體以微小液滴形式(分散相)分布在另一種聚合物熔體(連續相)中,形成纖維[18-19]。

圖2 不定島共混雙組分纖維成型工藝Fig.2 Unfigured sea-island blended biocomponent fiber forming process

圖2(a)為雙組分共混聚合物在紡絲模頭毛細孔中的流動狀態示意。當雙組分共混聚合物在熔融狀態下通過紡絲毛細管模頭時,在A區只會受到法向應力(垂直于表面的力),但在B區時,法向應力和剪切力(平行于表面的力)都作用在雙組分共混物上,從而導致液滴旋轉、拉長成條形或橢圓形[20]。隨后通過C區擠出,由于作用時間太短,在C區液滴形狀并不會發生變化。

圖2(b)以聚乳酸/聚乙烯醇(PLA/PVA)不定島纖維為例,當共混相PLA/PVA受到拉伸力作用時,PLA作為分散相液滴受力變得細長并且會發生聚結,而連續相PVA在這一過程中始終包裹著分散相PLA[21]。圖2(c)為PLA/PVA共混擠出物中液滴的聚合和變形以及不同直徑的橢圓形PLA液滴的示意。不難看出,島相組分在海相組分中發生了不同程度的變形,且尺寸大小不一,故所制備的纖維纖度分布是不均勻的。因此,在不定島紡絲過程中,島相組分會形成許多十分細小的液滴,并在熱牽伸定型后以微細短纖維的形式分散于另一種聚合物(海組分)中,即不定島型海島纖維[22]。

1.2.2 定島型

定島型海島纖維與桔瓣型纖維類似,同樣采用共軛紡絲工藝成型(圖1),即將兩種不同的聚合物(不同組分或不同濃度)分別由兩個螺桿擠出機進行熔融,隨后經由具有海島分配系統的噴絲板噴出形成纖維(圖1(b))。在進入噴絲孔之前,兩種聚合物彼此分離,在進入噴絲孔瞬間,兩種聚合物熔體接觸,并在噴絲孔甬道中均勻混合,最后形成連續相均勻包覆分散相的纖維,即定島型海島纖維。

與不定島紡絲不同的是,定島型海島纖維在經過噴絲板后就已經形成了均勻分布的海島纖維,后續牽伸成型工序并沒有對纖維徑向分布產生明顯的影響[23];而不定島紡絲由于是共混紡絲成型,使得島組分在整個纖維中的分布并不均勻,且需要牽伸的作用力使得島組分由液滴形態轉變為短纖形態。表2為定島型海島纖維和不定島型海島纖維的差異性。

表2 定島型和不定島型海島纖維的差異性Tab.2 Difference between figured and unfigured sea-island fibers

1.3 影響纖維成型的因素

1.3.1 紡絲組件

紡絲組件對于聚合物熔體的流動、纖維的直徑和纖維的形態等起著決定性的作用。熔體分配板是雙組分纖維紡絲的核心組件,桔瓣型和海島型纖維通常需要特殊的分配系統來決定聚合物的分布。對于桔瓣型纖維來說,通常由于熔體分配板的配置,其截面“桔瓣”數量可以分為“2+2”瓣,“4+4”瓣和“8+8”瓣等。而隨著“桔瓣”數量的增加,所制備纖維的直徑會逐漸減小。Hills公司采用專有蝕刻工藝制造了海島纖維的分配板(0.1～1.5 mm)中的熔體流動通道,溶解海組分后能夠得到300 nm左右的超細纖維[24]。這種成本較低且允許高密度紡絲熔體通過的分配系統不久使得島組分的所占的比例顯著增大,同時也極大地推動了海島纖維的產業化[25]。

一般來說,噴絲組件內的熔體流動甬道直徑越小,所能制備出的纖維直徑就越小,但越精密的組件對聚合物原料的特性要求(如流變性能、熱性能等)就越高。因此,聚合物原料對纖維的成型也至關重要。

1.3.2 聚合物原料

對于熔紡雙組分纖維來說,聚合物原料的選用、熔體黏度和聚合物結晶度等對其成型都有著較大的影響。

1)聚合物原料選用。對于熔紡雙組分纖維來說,桔瓣型和海島型兩種纖維的原料選用遵循著不同的規則。為使纖維容易裂離,通常桔瓣型纖維需要選用兩種互不相容的聚合物為原料,且兩種聚合物需要具有較弱的界面結合力,如聚酯/聚酰胺6(PET/PA6)、聚乳酸/聚丙烯(PLA/PP)和聚乙烯/聚酰胺6(PE/PA6)等。否則,兩種聚合物相容或粘結在一起就很難裂離[26]。而對于海島纖維來說,聚合物同樣應互不相容,同時應該選取易于溶解剝離的材料為海組分。目前,常用的海組分原料有低密度聚乙烯(LDPE)、堿溶性聚酯(COPET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、PVA和聚苯乙烯(PS)等[27-31],常見的島組分原料則有PET、PA6、PPS和PLA等。除了更易裂離方面,聚合物原料的組成對熔紡雙組分纖維的性能通用具有較大的影響,為滿足實際應用的需求(如高強、高彈、高耐熱和生物相容性等),通常選用具有不同特性的聚合物為主要原料進行熔融紡絲(如PET、PTT、PPS、PBAT等)。

2)聚合物熔體黏度。聚合物的熔體黏度是影響纖維成型的一個重要因素,在紡絲工藝中的黏度差異很大程度上影響著聚合物的排列。一般情況下,在熔體黏度增大時,為保證聚合物的可紡性,需要提高紡絲溫度來增大其流動性從而保障纖維的成型。Ayad等[32-33]采用共軛紡絲工藝制備了PP/PA6雙組分非織造材料,并探究了PP和PA6中單個組分黏度(PP25和PP18)對橫截面形態的影響。結果表明,低黏度的組分通常包裹在高黏度組分周圍,且纖維截面呈現桔瓣型結構。研究認為,兩種聚合物在熔融擠出時具有不同的流變行為,黏度的不匹配導致了聚合物不規則流動和聚合物之間的界面變形。

3)聚合物結晶度。一般來說,聚合物的結晶度越大熔點就越高,需要的紡絲溫度就越高,纖維成型過程中所需要的能量就越多。Duo等[34]通過采用不同結晶度的PET,制備了易開裂的PET/PA6桔瓣型雙組分非織造材料。研究發現,低結晶度PET所制備的桔瓣型雙組分纖維開纖率遠高于普通PET/PA6桔瓣型雙組分非織造材料,并且極大程度上降低了水刺工藝所產生的能耗。

1.3.3 紡絲工藝

紡絲工藝參數包括紡絲速度、卷繞速度、紡絲溫度和牽伸工藝等。這些工藝參數對所制備纖維的形態、熱性能、結晶性能和力學性能等方面有著較為直接的影響。

1)紡絲/卷繞速度。紡絲速度對纖維的力學性能、結晶性能有著很大的影響[35]。An等[36]采用高速熔融紡絲制備了高相對分子質量PET/PP海島纖維。研究發現,隨著卷繞速度的逐漸增大,島組分高相對分子質量PET的力學性能顯著提高。Song 等[37]采用PVA為海組分,PA6為島組分,制備了水溶性PVA/PA6海島纖維,研究發現,隨著紡絲速度的增大,纖維內部產生更高的大分子取向,從而使得纖維的結晶度逐漸增大。Roungpaisan等[38]采用PLLA和PDLA為海島兩相組分制備了海島纖維。發現隨著卷繞速度的逐漸增大,島組分纖維的直徑逐漸減小,最低可達500 nm左右。而當紡絲速度較低時,由于軸向導熱效應,溫度在纖維橫截面方向上分布不均勻,會使纖維難以成型[39]。

2)牽伸工藝。纖維的性能與其結構密切相關,而牽伸工藝很大程度上能夠影響纖維的結構。一般情況下,牽伸力的增大能夠增加纖維的取向,使得纖維沿纖維軸方向上排列得更加均勻[40]。Wang等[41]研究了牽伸力對PET/PA6桔瓣型超細纖維性能的影響,研究發現隨著牽伸力的增加,纖維直徑逐漸減小,雙組分纖維的結晶度和取向度增加,PET組分的熔點也增加,纖維的斷裂強度增加,斷裂伸長率降低。Yasoshima等[42]采用共混紡絲制備了聚酯/間規聚苯乙烯(PET/SPS)海島纖維,并對其進行激光牽伸。研究表明,在各組分聚合物的玻璃化轉變溫度下,可以穩定地對PET/SPS共混紡絲纖維進行均勻熱牽伸,如果PET含量較高,可以將纖維拉伸到較高的倍數,但SPS島纖維會被拉斷。拉伸后提取PET組分,可以得到平均直徑為0.43 μm的SPS納米纖維,并具有300 MPa左右的強度。

2 開纖成型工藝

僅經過紡絲工藝成型的雙組分非織造材料由于纖維的開裂程度較弱,從而具有較大的纖維直徑和較低的比表面積,使得其綜合性能并不能滿足一些特定應用的需求。對雙組分超細纖維進行開纖的目的是獲得更細的纖維形態和更細致的纖維結構,某些開纖方法還具有固網的作用,增加了雙組分超細纖維高質化應用的可能性。當前,開纖的方法主要可以分為機械開纖、化學溶劑開纖和熱能開纖三大類,如圖3所示。

圖3 熔紡雙組分纖維的開纖示意Fig.3 Schematic sketch of melt-spun bicomponent fiber splitting

2.1 機械開纖

機械開纖是一種常用的開纖方式,其原理是基于桔瓣型纖維兩聚合物之間較弱的界面結合力及相同的外力作用下兩種聚合物所產生不同的應變,借助機械力使得纖維不同組分之間開裂剝離[43]。當前,機械開纖的方法主要有水刺和針刺兩種。

2.1.1 水刺法

水刺法開纖是利用高壓水針水流的能量對纖維長絲進行沖擊,從而達到使纖維開裂目的,同時水刺還可以賦予非織造材料柔軟的手感和優異的機械性能,如圖4(c)所示為水刺裝置。Shim等[44]采用數字體積成像技術探究了PET/PA6桔瓣型雙組分非織造材料的水刺開纖過程。結果表明,經過水刺開纖之后,水針射流噴射的部位纖維開裂程度較高,厚度方向上的取向度較高,纖維的開裂主要集中在織物的表面部分且開裂程度較為均勻,其開纖前后三維圖像如圖4(a)(b)所示。

Ndaro等[45]研究了水刺工藝對堿溶性聚酯(COPET)/PET海島纖維性能的影響,發現水刺工藝使得纖維一定程度上的開裂。研究認為,這是由于兩種聚合物之間較弱的界面結合力導致的。Anantharamaiah等[46]采用水刺工藝探究了機械強力開裂PA6/PE海島纖維的可能性,并制備了具有極高比表面積的微納米纖維,并且所制備材料比Evolon?的強力高出數倍。研究表明,水刺能夠使得纖維一定程度地開裂和原纖化,如圖4(d)所示。此外,過高的水刺強力會降低材料的撕裂強力,這歸因于隨著水刺對纖網的進一步加固,纖維之間的遷移率降低。

圖4 雙組分纖維及其非織造材料的水刺開纖Fig.4 Hydroentangle fiber splitting of bicomponent fibers and nonwovens thereof

2.1.2 針刺法

針刺法是一種剛性的物理開纖方式,其開纖原理是利用刺針在纖維間的高速穿插使得纖維開裂,但是這種剛性的開纖方式同時也會造成部分纖維的損傷。楊娜娜等[47]探究了針刺工藝對PET/PA6桔瓣型雙組分紡黏超纖革基布結構和性能的影響。結果表明,針刺開纖后纖維直徑接近膠原纖維直徑,材料厚度隨著針刺深度和針刺密度的增加而減小,斷裂強力和撕裂強力則隨著針刺深度和針刺密度的增加而增大,選擇較低的針刺深度(7～8.6 mm)和較小的針刺密度(720 刺/cm2)用于主針刺機加固,PET/PA6桔瓣型雙組分紡黏超纖革非織造基材的斷裂強力和撕裂強力較優異。

雖然機械開纖能夠有效實現雙組分纖維的開裂,但是開纖過程能耗較大。因此,如何降低聚合物之間的界面結合力、減少開纖過程中的能耗,是當前熔紡雙組分纖維需要進一步發展的方向。

2.2 化學溶劑開纖

利用雙組分纖維中兩種聚合物的不同化學特性,采用特定的化學溶劑溶解剝離其中一種聚合物,而另一種聚合物以超細纖維的形態保留下來,這種開纖方式就是化學溶劑開纖?；瘜W溶劑開纖常用于海島型超細纖維的制備,但同樣可以用于制備桔瓣型超細纖維。目前,苯萃取法和堿減量法是化學開纖主要采用的兩種方法。

2.2.1 苯萃取法

LDPE、PP和PS等[48-50]可以溶于甲苯或二甲苯溶液中,利用這一原理,通過合理選用海島組分的原料,可以進行苯萃取法開纖。Xu等[51]將改性后的膠原蛋白浸漬到PA/LDPE非織造纖維中形成薄膜,并采用甲苯溶液對PA/LPDE海島非織造材料進行開纖。研究表明,萃取溫度85 ℃、時間110 min時開纖效果最佳,萃取率達55%左右。

2.2.2 堿減量法

堿減量開纖是一種常用于海島纖維的開纖方式,其海組分通常采用COPET為原料。Nam等[52]和Kang等[53]分別探究了PTT(彈性滌綸)/PET和COPET/PET海島纖維的堿減量特性。研究發現,隨著堿液濃度的增大,所獲得的“島”組分纖維越細,但纖維的強力有所下降。而且,隨著堿處理溫度的升高,處理時間的增長,海組分的去除效果越佳。目前,隨著COPET的制備工藝逐漸成熟,堿減量開纖工藝也已經逐漸開始工業化,通常情況下,在氫氧化鈉NaOH質量分數為5%、堿處理時間為30 min的情況下,COPET作為海組分溶解度可達99%以上。

除此之外,Huang等[54]將聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸(PLLA)共混,并以PLLA為海相,采用高速熔融紡絲法制備了PLLA/PGA海島纖維。經過熱拉伸處理后,在三氯甲烷中溶解聚乳酸相,可生產出具有高度取向的超細、均勻且排列良好的PGA納米纖維。

總之,化學溶劑開纖可以采用各種各樣的化學溶劑溶解海組分從而獲得超細纖維。除此之外,化學溶劑還可以溶解島組分用于研究海島纖維中的島相分布,同時這也是制備中空纖維的一種方式。但是,化學溶劑開纖存在著開纖溶液難以回收、污染環境、毒性強等諸多問題,亟待科研人員的進一步研究和發展。

2.3 熱能開纖

對于桔瓣型纖維而言,熱能開纖是利用在熱作用下兩種組分結構的不同,在纖維軸向上產生不同程度的收縮使纖維開裂;而對于海島型纖維,利用海相聚合物(如水溶性PVA、水溶性聚酯)的熱水溶性[55-56],溶解海組分后,從而形成超細纖維。

Tran等[57]采用以PP和PLA為原料,采用后牽伸工藝(圖5(a))以熱能開裂PP/PLA桔瓣型雙組分纖維。研究發現,PP和PLA在熱性能和結晶性能上具有較大的差異,并且利用在加熱、冷卻和拉伸過程中PP和PLA不同的脹縮行為,從而實現纖維的開裂,如圖5(b)(c)所示,可以看出纖維在經過熱牽伸后已經出現了較高程度的開裂。Tran等[58]采用水溶性PVA為海組分,PLA為島組分制備了不定島型雙組分纖維,通過水溶性開纖去除PVA組分,制備了平均直徑為60 nm的PLA超細纖維。開纖工藝對于桔瓣型和海島型纖維至關重要,但當前開纖工藝仍存在如能耗大、污染環境和回收困難等問題。因此,如何開發出具有低能耗、綠色環保和可循環利用的開纖工藝將是桔瓣型和海島型雙組分纖維未來主要的發展方向。

圖5 PP/PLA桔瓣雙組分纖維的熱牽伸開纖Fig.5 PP/PLA segmented-pie bicomponent fiber thermal drawing fiber splitting

3 熔紡雙組分超細纖維的應用

基于制備工藝的優勢,雙組分超細纖維具有優異的機械性能、較高的比表面積和可產業化生產等諸多特點。通過使用功能性原料或對其進行后處理加工和功能性整理,熔紡雙組分超細纖維在超細纖維合成革、醫療衛生和空氣過濾等領域具有良好的應用前景。

3.1 超細纖維合成革

出于對自然資源的保護,天然皮革已經逐漸被超細纖維合成革所代替[59]。超細纖維在形貌上與皮膚原纖維非常相似,由超細纖維形成的非織造材料具有較大的比表面積、較高的孔隙率和較好的吸濕透氣性能,是天然皮革的理想代替產品[60]。

趙寶寶等[61]以水性聚氨酯(WPU)膜為聚合物涂層,以PET/PA6熔紡雙組分桔瓣型非織造材料為基層材料,采用干法移膜技術制備了PET-PA6/WPU合成革。由于PET/PA6桔瓣型非織造材料具有超細的纖維形態和較高的孔隙率,所制備的合成革在機械性能方面優于天然皮革,并且透濕量可達到1 673.8 g/(m2·24 h),同時實現了超細纖維合成革的綠色化制備。隨著WPU發泡倍率的增加,WPU膜的孔徑減小,孔徑數目增加,能夠極大程度上滿足合成革材料的透氣性能和透濕性能。

Duo等[62]通過在PET/PA6桔瓣型纖維上靜電紡絲涂覆聚丙烯腈纖維,而后采用梳理-水刺工藝制備了超細纖維革基布。研究表明,革基布的透濕性和柔軟性相比于PET/PA6桔瓣型非織造材料分別提高了28.2%和39.74%。

3.2 空氣過濾材料

由于具有較大的比表面積和較細的纖維形態,雙組分超細纖維在過濾領域也具有極其廣泛的應用。田新嬌等[63]基于海島纖維研發制備了超細纖維濾料,以用于控制PM 2.5,對其過濾性能進行了綜合研究,并與常規針刺氈濾料和覆膜濾料對比。結果表明,海島纖維濾料對微細顆粒有較好的捕集效果,對2.5 μm顆粒的計數效率在94.9%左右,接近覆膜濾料的98.9%,高于針刺氈的61.3%,是控制細顆粒尤其PM 2.5的新型濾料;海島纖維濾料屬于近表層過濾方式,殘余阻力比覆膜濾料小,穩定階段的清灰周期比覆膜濾料長,有利于延長濾料壽命、降低能耗和成本。

朵永超等[64]以高收縮聚酯(HSPET)和PA6為原料制備了HSPET/PA6桔瓣型超細纖維非織造材料,并探究了其過濾性能。該材料在未熱收縮處理時對于粒徑大于或等于1.5 μm顆粒的過濾效率接近于100%,在過濾領域展現了廣闊的應用前景。

3.3 醫療衛生材料

相較于其他醫療衛生用材料(如紡黏非織造材料或水刺非織造材料),熔紡雙組分超細纖維具有較大的比較面積和超細的纖維形態,能夠有效屏蔽空氣中的小顆粒,是理想的醫用防護材料[65];并且雙組分超細纖維所制備非織造材料密集的纖維結構和孔隙使其具有較強的芯吸效應和優異親水性能,可以應用于醫用敷料之中。

Jin等[66]以PA6和銅碳納米顆粒(CuCNPs)為原料,采用熔融共軛紡絲工藝制備了PA6/CuCNPs桔瓣型超細纖維。如圖6(a)所示,由于CuCNPs的活性銅催化反應促進了殺菌活性氧物種的產生,該材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都表現出良好的抗菌活性(抗菌率約99%),對白色念珠菌具有良好的抗菌活性(抗菌率約82%),在醫療衛生領域具有廣闊的應用前景。Jingjit等[67]以PA6和PE為原料,通過添加TiO2粒子,制備了桔瓣型雙組分超細纖維。研究表明,含有1%TiO2的桔瓣型雙組分超細纖維對金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌均表現出了較強的生物活性,如圖6(b)(c)所示。Zhang等[68]采用浸漬涂層及熱帶黏合工藝制備了具有孔隙率可調的PET/PA6雙組份桔瓣型超細纖維織物。研究表明,所制備的樣品具有較高的機械強力、較好的屏蔽性能(超疏水、高耐靜水壓、抗污、抗血液)及可調節的透氣性能。

圖6 熔紡雙組分桔瓣纖維的抗菌性能Fig.6 Antibacterial properties of melt spinning bicomponent orange segmented-pie fibers

除此之外,雙組分超細纖維在高檔擦拭材料、防刺材料[69]、增強復合材料[70]和服裝材料[71]等領域也具有廣闊的應用前景。同時,這些廣泛的應用領域為雙組分超細纖維的進一步發展提供了強大的動力。

4 結 語

基于其獨特的纖維結構和突出的綜合性能,熔紡雙組分超細纖維在合成革基布、醫療衛生、精密過濾、服裝和土工材料等領域具有良好的應用前景,且在諸多應用之中已經被廣泛生產并投入使用。但是在纖維的進一步細旦化、紡絲工藝的節能化及化學溶劑開纖的綠色化等方面依然亟待科研人員的進一步研究和改進。在原料選用方面,應進一步開發具有不同優異性能的聚合物原料,從而拓寬熔紡雙組分纖維的原料多樣組合;在工藝制備方面,應進行精密組件的研發、成型工藝的優化調控,從而提升熔紡雙組分纖維的性能、實現纖維直徑的進一步細化;在開纖方面,隨著碳中和與節能減排等綠色環保概念的提出,應開發低能耗、無化學試劑和高效綠色開纖的方式,從而實現超細纖維的制備。水溶開纖作為一種綠色的開纖方式,為雙組分超細纖維提供了良好的發展方向。

隨著非織造材料與工程的不斷發展及多學科交叉理念的提倡,未來雙組分纖維有望通過成型技術實現纖維形態的進一步細化、通過更多先進后整理技術實現功能化、通過原料和工藝結合實現產品的綠色化,進而更好地服務于社會。