纺粘非织造技术发展现状分析

　　基金项目：国家自然科学基金项目(批准号：51076110)，江苏高校“青蓝工程”资助项目。

　　纺粘法的起源可追溯到20世纪40年代。20世纪50年代末和60年代初，美国DuPont(杜邦)公司和德国Freudenberg(科德宝)公司分别在美国和欧洲开发了纺粘非织造技术。纺粘法是利用化学纤维纺丝原理，在聚合物纺丝成形过程中利用冷气流对挤出的熔体细丝进行冷却，使细丝在冷却过程中受到拉伸气流的拉伸作用，形成连续长丝，然后在凝聚网帘上成网，加固后形成非织造布。

　　纺粘非织造布技术不仅在工艺路线和设备结构等方面有独特之处，近年来，该技术由于生产流程短、生产效率高、产品性能优良、应用范围广，在工艺、原料、设备和产品等方面都有了明显的进步。

　　1、新型纺粘聚合物原料的开发

　　纺粘非织造布采用的原料主要有聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚酰胺(PA)等。由于能源危机导致的原料价格飞涨、市场竞争激烈和人们日益增长的需求及环保问题，使用新型聚合物已成为纺粘技术的一个发展方向。所使用的新型聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、弹性聚合物、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等。

　　1.1、生物质聚合物

　　PLA在常见的生物可降解聚合物中性能最为优越，如结晶度高、阻燃性好等，最大的优点是易被生物降解、绿色环保，且容易被加工成可生物降解的纺粘非织造布。日本Kanebo Gosen公司和Kureha化学公司已开发出了一种名为PLA block的聚乳酸纺粘非织造布。这种非织造布在水过滤、土木工程和建筑等领域有广泛的应用前景。美国杜邦公司开发了生物质PTT纤维Soron(R)纺粘非织造布。

　　1.2、弹性聚合物

　　日本东洋纺(Toyobo)公司开发了聚酯弹性纤维纺粘非织造布，产品具有很好的伸缩性。由美国ExxonMobil Chemical(埃克森美孚化工)公司开发的VistamaxxTM 2125聚合物是一种具有特殊半结晶结构、与其他聚合物相容性好、易加工的热塑性弹性聚合物，可独立使用，也可制成共混物。目前，该公司已在中国推出了4种型号的VistamaxxTM系列弹性聚合物。中国国桥实业公司利用VistamaxxTM弹性聚合物开发了一种名为Marnix的弹性纺粘非织造布，这种非织造布的可拉伸度达200%～500%，弹性回复率在90%以上，还可实现回收。

　　日本Kosan公司采用自有的单活性中心催化剂开发了一种新型软质聚烯烃LMPO，制成的纺粘非织造布具有良好的弹性。此外，LMPO还具有热稳定性高、熔融粘度低、无味、不粘连、无色透明、与PP相容等优良特性。

　　日本钟纺(Kinebo)公司在熔喷非织造布技术的基础上，开发了具有弹性的热缩性聚氨基甲酸酯纺粘非织造布。

　　1.3、 其他原料

　　美国Eastman(伊士曼)公司开发了聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯(PCT)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)纺粘非织造布。日本东丽(Toray)公司开发了可用作过滤介质的聚苯硫醚(PPS)纺粘非织造布。美国埃克森美孚化工公司开发了全同立构聚合物，可加工高强度、轻薄型的纺粘非织造布，产品手感柔软，用作卫生用品、医院服装和特殊过滤材料。日本东洋纺公司开发的PBT纺粘非织造布，具有良好的柔软性和成型性，可用作汽车车顶材料。

　　2、 纺粘非织造工艺的发展

　　2.1、纺粘纤维的细旦化

　　纺粘法的一个重要发展趋势是纤维细旦化和微细旦化。拉伸器性能、喷丝板孔径和冷却条件是加工细旦和微细旦纤维的关键。美国Ason(阿松)公司采用高压窄缝拉伸工艺，可以生产0.7 dtex的PP纤维和0.5 dtex的PET纤维。该公司利用熔融流动速率(MFR)为700的聚丙烯切片，在纺丝速度6000m/minT可加工出0.22 dtex甚至更细的纤维，而且纤维强度较高，可以代替熔喷非织造布。这是纺粘非织造技术的一个重要突破。

　　在超细纤维的生产上，日本旭化成(Asahi Kasei)公司在发展超细纤维的潮流中选择了相对简单的直接纺丝工艺的发展途径，努力开发纤度在0.22 dtex以下的PET纤维，并最终实现了0.11～0.17 dtex超细纤维的工业化生产。日本Kobelco公司的PP纤维可纺到0.55 dtex，PE纤维可纺到1.0dtex，PET纤维可纺到0.5～0.7 dtex，加工的纺粘非织造布柔软度高、拉伸强度高、均匀性好。

　　德国Reifenhauser(莱芬豪舍)公司在其Reicofil-III型纺粘非织造设备上加工的PP纺粘非织造布，其纤维细度为0.78 dtex，PET纤维细度为1.0 dtex。其Reicofil-V纺粘设备可加工出纤维细度为0.5 dtex的PP纺粘非织造布和细度为0.7dtex的PET纺粘非织造布。

　　2.2、 纺粘非织造布的功能化

　　纺粘非织造布的功能化是近几年纺粘非织造技术的发展方向之一。一种方法是在切片投料斗内加入功能性母粒，所生产的纤维功能特性持久，难以消失，再利用功能性纤维制得纺粘非织造布；另一种方法是在纺粘生产线的热轧机和卷曲机之间增加一套浸水(喷雾)和烘干机组，使纺粘非织造布经热轧之后，在具有功能特性的整理剂溶液中浸渍(或喷雾)并烘干，赋予产品一定的功能。

　　2.3、双组分复合技术

　　双组分复合纺粘技术是纺粘非织造技术重要的发展方向之一。其优点是可用不同原料，通过不同复合形式生产出不同性能的产品，从而极大地拓展了纺粘技术的发展空间。双组分纤维主要分为皮芯型、海岛型、桔瓣型。双组分复合纺粘法非织造布是由两种组分的切片由各自独立的螺杆挤出机挤出后经熔融复合纺丝成网、加固而形成的，其工艺流程如下：

　　切片A→料仓→螺杆熔融挤压→熔体过滤→计量挤出

　　切片B→料仓→螺杆熔融挤压→熔体过滤→计量挤出→复合纺丝组件→气流拉伸→分丝铺网→固网→卷绕→分切→包装。

　　2.3.1、皮芯型双组分纤维

　　皮芯型双组分纤维的皮层为低熔点组分，芯层为高熔点组分。产品的断裂强度、撕裂强度都很高，且柔软性和悬垂性好，还能进行亲水、拒水和抗静电等后整理，产品种类较多，主要有PP/PE、PP/PET、PE/PA、PE/PET和CoPET/PET等。皮芯比例有50/50、20/80等几种，可加工成同芯型、偏芯型等。代表性产品为荷兰Akzo Nobel(阿克苏·诺贝尔)公司的“COLBOND”，皮层为20%的PA6，芯层为80%的PET，克重为100 g/m2，断裂强力可达265～274 N/5 cm，断裂伸长率为30%(纵横向接近)，纤维细度为11～16 dtex。

　　2.3.2、桔瓣型双组分纤维

　　纺粘非织造布桔瓣型纤维一般以PET/PA为原料，比例大多为70/30(PET/PA)，其分裂前的单丝纤度大多为1.1～3dtex，分裂的片数有8、16、32片,分裂后的单丝平均纤度可达0.03 dtex，是一种超细纤维。由于热轧法加固会使纤维熔结在一起而不能分裂，所以这种超细纤维非织造布只能用水刺法实现加固和纤维分裂。桔瓣型超细纤维应用非常广泛，其产品柔软性、悬垂性和蓬松性均较好，尺寸稳定性好，吸音效果好，主要用于聚氨酯(PU)革基布、高级揩布和过滤材料、汽车用纺织品、医疗卫生用品等，经济效益十分可观。

　　2.3.3、海岛型双组分纤维

　　海岛型双组分纤维可分为不定岛型和定岛型两种。海岛型双组分纤维开纤后获得的超细纤维纤度比桔瓣型更小。目前大多数桔瓣中空型纤维的纤度为0.14 dtex。而海岛型可自由变化海与岛的比例。如果海岛型开纤前原丝为3.33dtex，若为34个岛，则其纤度为0.09 dtex；若为64岛，开纤后其纤度可达到0.05 dtex。不定岛的甚至达到0.001 dtex以下，比现在的桔瓣型细很多。

　　日本可乐丽(Kuraray)公司用一种名为ExcevalTM的可生物降解的可溶性树脂，与PP、PE或PA等树脂进行复合纺丝，热粘合加固成非织造布，经90℃水洗后将ExcevalTM组分溶去即可形成单纤细度达0.1 dtex的超细纤维纺粘非织造布。2.4  复合技术及与其它非织造布技术结合

　　非织造复合技术即将两种或两种以上性能各异的非织造布或其他材料经复合加工，制成高性能、高适用性多层非织造布的技术。纺粘复合技术主要有纺粘/熔喷/纺粘(SMS)、纺粘/熔喷/熔喷/纺粘(SMMS)、纺粘/浆粕/梳理(SPC)等。

　　2.4.1、SMS复合

　　SMS型生产线的基础技术是纺粘法、熔喷法非织造布技术。SMS产品综合了纺粘和熔喷非织造材料的特点，具有手感柔软、强度高、孔径小、屏蔽性能好及一定的耐光老化性能等优点。按复合方式可分为在线复合SMS、离线复合SMS和一步半法复合SMS。

　　在线复合(即一步法)是把纺粘、熔喷生产线合在一起的技术。该技术可根据产品的性能要求随机调整纺粘层和熔喷层的结构比例，可生产轻薄型产品，克重最低为12g/m2。但投资大，技术难度较大，不适合小订单生产。离线复合(即二步法)就是将两种技术分别制得的非织造布通过一定工艺合在一起。该方法投资小、见效快，适合小订单生产，但产品性能不够理想。鉴于在线复合投资大，而离线复合产品不够轻薄，出现了一步半法复合工艺。其优点是解决了离线复合不能生产轻薄型产品的问题，工艺调节灵活，可通过更换不同颜色、克重的纺粘非织造布来灵活改变产品品种。

　　据统计，2011年我国SMS型非织造布生产线已达44条，主要机型包括SMS、SMXS、SMMS、SSMMS、SSMMXS等，产品的幅宽已经达到4.2 m，产能约为29.5万t/a。

　　2.4.2、纺粘与水刺结合

　　利用水刺法加固纺粘纤网，是纺粘非织造技术的一个发展方向。传统纺粘非织造布采用的加固方式主要有针刺法和热轧法等，工艺虽然成熟，但是由于产品性能的局限性，用途得不到扩展，难以加工出高档非织造布。利用水流穿刺方法来加固纺粘纤网，产品强度高，均匀性好，适合做外衣和装饰布，克服了传统纺粘非织造布柔软性、悬垂性和膨松性差的缺点，从而可以用于服装领域。

　　由于对长丝进行水刺时，长丝受损的几率很小，没有强压点，产品手感柔软，吸湿性和透气性好；不用或少用粘合剂，对生态无害；生产中纤网成形和纤维缠结速度高，生产成本低，产量高；水刺工艺能够压紧和缠结多层纤网，能够生产具有理想性能的复合材料；水刺工艺还可以分裂并缠结多组分纤维，生产柔软而强度高的非织造布。

　　3、纺粘非织造设备的发展

　　3.1、高效率及高灵活性

　　Oerlikon Neumag(欧瑞康纽马格)公司开发了幅宽达7 m的纺粘生产线。该生产线为SMS三模头配置，使生产效率得到了提高，既可加工单组分产品又可加工双组分产品。同时，其分段式结构还可自由调节产品的幅宽，几乎可以加工所有可纺聚合物，有很强的灵活性和适应性。

　　日本卡森(Kasen)公司多年来在世界上以喷丝板的设计和加工制造而闻名，该公司近年来也进入了纺粘非织造领域。目前，该公司已在日本国内销售了两条纺粘生产线，一条是幅宽为5 m的皮芯型PE/PP双组分复合纺粘生产线，另一条是PP纺粘生产线，还向国外提供了一条既可生产PP又可生产PET的柔性纺粘生产线。

　　山东俊富非织造材料有限公司从德国引进了纺熔非织造布生产线，其幅宽为4.4 m，速度达800 m/min，年产量达1.6万t，产值近4亿元。山东金禹王防水材料有限公司拥有完全自主知识产权、幅宽7 m的PET纺粘针刺土工布生产线，创造了我国纺粘非织造布的最宽记录。

　　3.2  双组分及多功能化

　　上海合成纤维研究所研制的我国第一条双组分复合纺粘生产线，结束了我国没有双组分纺粘非织造布技术的历史，可以生产PE/PP皮芯双组分、克重为16～200 g/m2的产品。这种双组分纺粘非织造布比传统的丙纶纺粘非织造布手感更滑爽、拒水性更好，也更容易与PE膜复合。

　　江西三江集团建成了我国首条拥有自主知识产权的双组分纺粘水刺超细纤维非织造布生产线，其幅宽为1.7 m，预计年生产能力达2000 t。该公司桔瓣型产品的纤维细度可稳定控制在0.165 dtex。其纺粘非织造布手感柔软、纤维特细、悬垂性好，适合用作高级合成革基布、高级抹布和高级滤材。

　　欧瑞康纽马格公司AST纺粘设备生产的双组分产品包括皮芯型、并列型和海岛型。其纺丝速度可达8 000 m/min，单丝纤度为0.55～6.6 dtex，可生产PET、PA、PP、CoPET和PE的双组分纺粘产品。它所生产的皮芯型双组分纺粘法纤维，皮层的含量只有5%，产品手感柔软，废丝可回收利用，废品率低。

　　4、国内外纺粘非织造技术的差距

　　4.1、缺少具有自主知识产权的设备制造技术

　　目前国内外纺粘设备行业的新格局已经形成，高端产品莱芬豪舍公司独霸天下，而中低档的生产线以中国制造为主。从设备的技术水平来看，我国纺粘设备的制造还局限于模仿，具有自主知识产权的设备较少，与国外设备相比在品质上还存在较大差距，还不能生产出高品质的纺粘非织造布。

　　4.2、缺少品种的多样性

　　品种的多样性是国内纺粘装备行业的短板，近几年国内新增的产能主要集中在纺粘热轧线(生产包装材料)、SMS热轧线(生产卫生防护材料)、涤纶热轧线(生产排水板)以及涤纶针刺线(生产土工布)上。这种同质化的过度发展趋向不可避免地产生了拼产能、拼成本、拼价格的恶性竞争，影响了行业的良性长远发展。虽然我国已成为世界第一的纺粘非织造布生产大国，但是大部分都是一些单一的中低档产品，因此纺粘产品的多样化应该是一个长期的发展方向。

　　4.3、缺少生产上的高效性

　　虽然国内厂商的生产线在大型化方面有了长足的进步，其最大幅宽已从5 m提高至7 m，速度已从200 m/min提高至350 m/min，单机年产能超过了6000 t，但与国外先进水平800 m/min以上的生产速度以及万吨以上的单机生产能力相比仍有很大的发展空间。

　　4.4、缺少专用的纺粘原料

　　纺粘法与一般化纤纺丝对原料的要求不同，对原料的流动性及分子量分布的均匀性等要求较高。目前，国内较少有纺粘非织造布生产的专用原料，大部分依然采用一般化纤纺丝原料，产品性能受到一定影响。

　　4.5、缺少对产品应用领域的开发研究

　　日益增长的市场需求对纺粘非织造产品的要求也越来越高，应用领域也越来越广。目前，从纺粘非织造布的应用现状来看，要从纺粘大国转向纺粘强国，参与国际竞争，就必须进一步开发纺粘非织造布应用的新领域。国外的纺粘非织造布已广泛应用于多个领域，而我国还有广泛的市场没有开拓。

　　5、结语

　　纺粘非织造技术在行业中已显示出其优越性，并且越来越受到国内外研究人员的重视。随着经济的发展和生活水平的提高，人们对纺粘非织造布的要求也越来越高，产品朝着轻薄化、匀质化、多样化方向发展，从而对纺粘非织造生产技术也提出了更高的要求，期待着我国纺粘非织造技术实现更好、更快的发展。