海岛型超细纤维的开发及其纺织品染整_一__图文

1、讲 座 海岛型超细纤维的开发及其纺织品染整 (一 宋心远(东华大学 , 上海 200051摘 要 :系统介绍海岛型超细纤维的生产方法、 性能和主 要用途 ; 重点 阐述 PET /COPET复合 海岛超 细纤维的碱溶离开纤 , 分析了氢氧化钠等碱剂开纤剂的作用特点和注意事项 ; 比较了长丝型和短纤型仿麂皮绒的染整加工流程 ; 讨论了海岛超细纤维的染色热力学和动力学 , 着重分析上染过程中分散染料在不同线密度纤维上的分布 , 以及控制染料均匀分布的途径、 合理的染色工艺和注意事项 ; 指出了热定形、 磨绒等后整理条件和注意事项。关键词 :染整 ; 超细纤维 ; 海岛型 ; 纺织品中图分类号 :T

2、S19016文献标识码 :A 文章编号 :1000-4017(2005 07-0043-04Develop m ent of sea -island super m icro fibers and t heir dyeing and finis hing (IS ONG X i n -yuan(Co llege of Che m istry &Che m ical Eng i neering , D onghua U ni ver sity, Shan ghai 200051, Chi naAbstrac t :Th is paper system at i c a lly in tr

3、od uces the manu f actu ring p rocess , p rope rties and app licat i o n of sea -isl a nd supe r m icro fibers . T he pee ling p roce ss w ith a lk a li fo r PET /COPETco m posite sea -island supe r m icro fi b e r is d i s cussed in particu lar . Dye i n g and fi n ishing p rocesses f o r fil a m e

4、nt and stap le suede fab rics a re co m pared, dye i n g dynam ics and ther m odyna m ics o f sea -island supe r m icro fiber are d iscussed . Based on the dye ing behaviors , d istribut i o n o f d ispe rse dyes on fi b e rs w ith d ifferen t linear den -s ity in dye ing p rocedu re , m e thods to

5、con tro l the d istr i b u tion of dyes , the reasonab l e dye i n g p rocess , as we ll as the po in ts fo r atten tion a re ana lyzed. A t last , p rocedu res such as heat se tting and sand ing are b rie fly in troduced.K ey word s :dye ing and fin ish ing; u ltra -fine fi b e r ; sea -isl a nd ty

6、pe ; text il e s0前言超细纤维是近 代开 发的 一类 高科 技新 纤维。 虽然 超细 纤维没有明确的定 义 , 但它具 有普 通纤 维无 法比 拟的 优点 , 可 制成许多高性能和 高附 加值的 纺织 品 , 因此 近年 来在 纤维 制造 ,包括这类纤维的 纺织、 染 整和服 装加 工技 术都 有了 快速 发展 ,特别是海岛型超细纤 维及其纺织品发展最为迅速。1海岛型超细纤维的生产方法超细纤维的生产方法有多 种 , 不 同线密 度纤维 的生产方 法有所不同 , 主要生产方法可归纳如下 1、 2、 11:超细 纤 维 生 产 方 法(dp f E 0155dtex接纺丝法复合丝法

7、复合裂片法(0133d tex F dp f F 0155d tex海岛溶离法(01001d tex F dpf F 0111d tex 复合剥离或海岛溶离法(0111d tex F dp f F 0133d tex共混丝法溶离法水解剥离法由上述可看出 , 有多种方法生 产超细 纤维。直 接纺丝法 虽简单 , 但很难纺 制 0155dtex 以下 的纤维 ; 双组分 纺丝法最为 重 要。其它方法包括熔喷法和闪 蒸法等 , 它们 也都有 较大的局 限 性 , 虽然熔喷法较简单 , 但纤维 粗细和长短较难控制 , 而且多半收稿日期 :2004-05-10作者简介 :宋心远 , 男 , 教授 , 博

8、士生导师。 用在立即成网 , 适合生 产无纺基布。闪蒸 法靠快 速蒸发 溶剂成 纤 , 也难均匀稳定 控制 纤维的 质量 , 它 们属 随机 性超 细纤 维的 纺丝法。双组分纺丝法是目前应用和研 究最多 的方法 , 它可 大致分 为复合和共混纺丝两类方法 , 其中又 以复合 法应用 最多。根据 纤维的线密度要求不同 , 其生产工艺 和剥离 方法各 异。双组分 纤维也称复合纤维 或共轭 纤维 , 根 据截 面分 布不 同 , 有并 列型 等多种。在并列型纤维中 , 两种 组分沿长 度方向 可分两 个或更 多的清晰区域 , 两 组分 的分布 面积 和形 状有 很大 变化 , 形 状各 不相同。双组

9、分纤维另一种较重要 的品种 是皮芯 型 , 其 中芯组 分完全被另一种组分 (皮 包覆 , 两种组分 的截面形状 和面积也 各不相同 ; 双 组分 纤维 还包 括海 岛纤 维 , 它又 称基 质 原纤 型纤维。海岛纤维是将两种热力学非相 容性高 聚物 , 按一定 比例进 行复合或共混后纺制 的复 合纤维 , 其 中一 种组 分为分 散相 (即 岛组分 , 另一种为连续 相 (即 海组分 。岛组 分以 极细的 纤维 形状包含在海组分中。极细纤维的 截面呈 岛屿状 分布 , 它的长 轴与复合纤维平行。根据岛屿分布 规律不 同 , 超 细纤维 可分为 定岛型和不定岛型两种。前者岛屿 分布均 匀且固

10、定 , 后 者则不 固定 , 也不够均匀 , 粗 细相 差很 大 , 最细 的比 定岛 型还 细 , 但粗 的可达到 0. 1dtex 以上 ; 前 者一般采用复合法纺丝 , 后者采用共 混纺法纺丝 ; 前者 可纺 制长丝 , 长 丝经 过切 断后 也可 制得 各种 长度的短纤 , 后者一般 只能纺得粗细 和长短 不等的 短纤。目前 复合法纺 丝 用 的 较 多 , 因 为 它 可 以 制 得 各 种 性 能 稳 定 的 超 细纤维。海和岛两种组分 是热 力学 不相 容组 分 , 对其 有一 定要 求。 43海岛型超细纤维的开发及其纺织品染整 (一 印 染 (2005N o . 7目前 , 岛

11、组分选用 PET 或 PA, 海组分 选取用阳离子染料 可染的 聚酯 (COPET 、 PE 、 PA 、 PS 和 PET 等。定 岛 型的 岛 数 通 常 为 16、 36、 37、 51和 64, 目前已可以生产岛数超过 100的 超细纤维。 目前生产的海岛超细 纤维主要有 PET /COPET和 PA /COPET 或 PET 两种 , 前者主要生产长 丝型 , 后者主 要生产 短纤型 ; 前者 主 要用于生产各种纺织 品 , 后者主要用于合成革基布。如果将岛组分溶离掉 , 得到的是 呈蜂窝 结构的 多孔中空 纤 维 , 它与海岛超细纤维不同的是 , 纤维较 粗 , 但其中 的中空管

12、道 直径很细 , 相互平行排列 , 有多 种孔数类别。海岛复合纤维的截面见图 1; 将 37个岛组分 溶离后的 多孔 中空纤维的截 面 见图 2; 溶 离去 海 组分 的 海岛 型超 细 纤维 见 图 337 。图 1 海岛复合纤维截面 (COPET /PA 图 2 多孔中空纤维截面图 3 海岛型超细纤维 (部分长度溶离去海组分 复合纺丝法通过交替排列 的两种聚 合熔体 , 连 续不断地 经 过复合纺丝组件复合 成丝后 , 再经 冷却、 上油、 干燥 和卷绕等 工 序 , 制得复合海岛丝。 制成 纺织 品后 , 经 过溶 离可 得到 多孔 中 空纤维或超细纤维纺 织品。纺 出的海岛 纤维粗 细

13、 , 决定于两 种 聚合物细流的数量、 数目和后加工 条件。岛 组分和 海组分的 比 例由两个组分挤出的 速率决定。海岛超细纤维的 线密度由下式所示关系来确定 :单丝线密度 (dp t =成品海岛复合丝线密度 (D 海组分比 (R 喷丝板孔数 (F 岛数 (N(1由 (1 式可看出 , 岛 数越 大、 喷丝板 孔数 越多、 海 组分比 越 低 (即岛组分比越高 , 单丝线 密度 就越低 。且海 组分比 低 , 不 仅除去的海组分 量少、 污染 少 , 还有 利于 降低 超细 纤维 的线 密 度。从纯技术 角度 来说 , 海组 分比 可 减少 到 总组 分 的 2%10%, 目前已可降到 3%左

14、右。图 4为海组分比为 3%的几种 岛数的海岛复合纤维 的截面图。图 4 海组分比为 3%的四种岛数的海岛复合纤维截面由图 4可知 , 低比率海组分的海岛复合纤维中的海组分虽然是连续相 , 其实它只是以很 薄的膜状分割岛组 分 , 形成均匀的 极 细的单纤维 , 这要求极精密的控制系 统。可想 而知 , 海组分量 越 少 , 纺丝难度越大 , 而且得到的超细纤维束中的孔隙过分少 , 会 导 致产品手感变差 ; 海组分量太高 , 则溶离较难 , 污染或成本也有 问 题。海与岛的组分比例过 去通常在 60B 40左右 , 现在 已变化 至 20B 80, 甚至为 10B 90, 大多数的是 30B

15、 70和 20B 80。共混纺丝生产海岛纤维的方法 与复合 法有些 不同 , 它是由 两种聚合物以合 适的比 例混 合所得 的混 合 物纺 制的。在 混合物中 , 一种聚合物 以小 熔滴形 式悬 浮在 另一 聚合 物熔 体中 , 混 合物熔体挤出喷丝孔后 , 立即进行冷 却 , 再 经过一 系列加 工 , 得 到共混长丝。由于这 种聚 合物以 液滴 形式 在共 混长 丝中 被拉 伸形成超细纤维 (岛组分 , 所以目前还不 能生产连续 的长丝型 超细纤维。共混丝经过有机溶剂等除去连续 相 (海 组分 后 , 得 到的是长短不一的短纤型超细纤维 , 其密度最细可达 010001010008dtex

16、, 属不定岛型海岛超细纤维。 影响这种纤 维生产的因素主要是两种高 聚物的 共混 比、 熔体 粘度、 两 种聚 合物 熔体 的相容性和混合机械条件等。目前 常用的两种 组分是 PA 、 PE 、 PET 和 COPET 等 , 特别是 PA 和 PET 或 COPET 。生产 PA 超细 短纤主要用于加工人造革基布。海岛型超细纤维最早由日本东 丽公司 制造 , 主要用 来生产 仿麂皮绒织物等产品。近年来 , 日本 多家公司 , 还 有韩国、 我国 台湾地区、 意大利和美 国等都在开发 生产。我国 大陆地 区近年 来先用进口海岛型超细纤维开发了 不少仿 麂皮、 皮革基 布和擦 镜布等产品 , 后

17、 来自 己生 产 的海 岛型 超 细纤 维 也有 了 快 速开 发 , 并列入 /十五 0国 家重 点发展 项目。目 前 , 国外 公司主 要生 产定岛型的海岛超细纤维 , 线密度在 011101011dtex 。超细纤维生产技 术不 断发 展 , 生产 的纤 维品 种越 来越 多 , 也越来越细。长丝的线密度已可 达到纳 米级。近年 来 , 有文献 报道 , 国 外 一 些 公 司 (包括 日 本 东 丽 公 司 已 开 发 出 一 种 由 140多万根组成的 直径 为 20100n m 的纳 米尼 龙丝。它 采用 特殊方法生 产 , 其 性 能 与 普 通 尼 龙 不 同 , 吸 湿 性

18、提 高 了 23倍 , 接近于棉纤维。但这种纤维正式用于纺 织品加工 , 还有待 进一步发展。2 海岛型超细纤维的一般性能和用途海岛型超细纤维的性能不同于 普通纤 维 , 与 裂片型 的超细 纤维也有明显差异 , 这 与其线 密度 更小 有关 , 也 与其 生产 方法 和纤维成形条件有关。所以 , 纤 维的超分 子结构 和形态 结构均印 染 (2005N o . 7www . cdfn . co m. cn有差别 , 它纺丝时是完全包 含在 另一种 组分 (海 组分 中 , 不 会 形成皮层 , 也难形成 较大 的孔 隙。此 外 , 海岛 复合 纤维 经过 溶 离开纤后 , 海组分被除去 ,

19、岛纤 维间的孔 隙也比 裂片型 的大 , 这 些都使其性能有所不 同。2. 1海岛型超细纤维纺织品的一般性能2. 1. 1手感柔软纤维的断面惯性 矩 (I与纤维的直径 (D 有下述 关系 :I=(P /32D 4(2 惯性矩随直径的 4次方而 变小 , 纤维越 细 , 越柔软 , 所以 海 岛型超细纤维比普通 纤维纺织品要柔软得多。2. 1. 2比表面积大海岛 型 超细 纤维 由 于很 细 , 比 表面 积 大 , 其覆 盖 性、 蓬 松 性、 保暖性和吸附性等特别强。因 表面积 大 , 表 面纤维 数又多 , 可产生特有的光 泽 , 对颜色 的效 应也 不同 于普 通纤 维 , 它的 纺 织

20、品加工与普通纤维 有很大不同。2. 1. 3透气 、 透湿和防水 、 防油性 好海岛型超细纤维可形成精 细的高密 度的组 织结构 , 在织 物 中形成大量的微细孔隙 , 因此 透气性好 。经拒水、 拒油 整理后 , 有很好的防水、 防油性 (纤维间的孔隙为 0. 210L m, 通常水滴 的直径至少 为 100L m, 故水滴不能透过 。同理 , 超细纤维织物 的防风保暖性也特别 好。2. 1. 4高吸水性和吸附 性超细纤维比表面 积 大 , 织物 内微 细孔 隙多 , 形 成大 量的 毛 细网络 , 因此织物吸 水性 好 , 适合 制成 高吸 水性 纺织 品。因 表 面积大 , 对化学品吸

21、附能力 强 , 故又 适合 制成 高吸 附性 的清 洁 布。也由于此原因 , 其 染色 性与 普通 织物 有很 大区 别 , 后文 将 专门讨论。2. 1. 5结构致密和起绒 性好由于超细纤维细 而 柔软 , 可 以制 成高 密织 物 , 又由 于超 细 纤维相互易于缠 结 , 在织物 表面 可形 成浓 密的 绒毛 , 所 以起 绒 性好 , 适合制 成各 种 如仿 桃 皮绒 和 仿麂 皮 细 绒纺 织 品。近 年 来 , 用海岛超细纤维 先仿天 然麂 皮的 扎结 状态 , 即 未剥 离的 海 岛粗纤维 , 先织成麂皮的扎结组织 , 然后 经过剥 离开纤 , 使每 根 粗的纤维分离成 一束岛

22、纤维 , 再 经过 磨绒 等加 工 , 使织 物组 织 紧密 , 在织物表面产生细柔浓密的 短绒毛。 这种绒 类织物不 仅 具有天然皮革的 梢根效 果 , 绒毛 具有 极好 的方 向性 和弹 性 , 而 且绒毛柔软丰满、 耐 洗、 耐磨 , 容 易染 成各 种颜 色 , 性能 超过 天 然皮革。2. 2海岛型超细纤维纺织品的一般用途海岛型超细纤维 用 途广 泛 , 除用 作纺 织材 料外 , 还 可用 于 许多高新性能产品 , 包括生物、 化工和其它工业材料。海岛型超细纤维可以通过 多种方法 制成针 织、 机织和无 纺 布等多种类别产品 , 它属三高产品 (即高技 术、 高附 加值和高 性 能

23、 。目前国内主要 用于生 产仿 麂皮绒 和合 成革 , 前者 采用 长 丝型。后者用短纤型 , 中空型海岛纤 维由于中 空率高 达 40%, 甚至 70%以上 , 最大中空数可达 600孔 , 也 是今后 发展的品 种 之一。在生产海岛型 超细 纤维 仿麂 皮绒 时 , 为了 提高 产品 质量 , 常将高收缩纤维 与海岛 纤维 复合加 工成 收 缩复 合纤 维。由于 这两种纤维收缩率差异较大 , 高收缩纤维 在沸水 中的收 缩率可 达 25%以上 , 它 是一 种 低结 晶、 高 取 向纤 维 , 受 热 收缩 率 高。 织物经过后整理后 , 形 成多层 次结 构 , 浮在 织物 表面 的海

24、岛丝 呈常青藤状互相缠 结 , 赋 予 织物 细腻、 滑 爽、 超柔 软的 茸毛 , 而 高收缩纤维收缩后 成为芯 丝 , 赋予 织物 较高 的强 度、 硬挺 度和 良好的悬垂性。有的产品还复合氨 纶 , 从 而进一 步改善 织物的 弹性。海岛型超细纤维 最重 要的 用途 是制 造仿 麂皮 绒。由 于天 然麂皮具有极优秀 的外观 和丰 满度 , 手 感也 好 , 一般 人造 皮革 很难达到它的性能 , 而 海岛纤 维出 现后 非但 能够 达到 , 甚 至超 过天然麂皮的性 能。这是 因为可 通过 海岛 型超 细纤 维制 得与 天然皮革 相 近 的 扎 结 状 态。 海 岛 纤 维 束 的 扎

25、结 结 构 如 图 5 所示。图 5特细纤维束扎结结构的生产方法由图 5可知 , 海 岛复 合纤 维形 成扎 结结 构后 , 经 过溶 离处 理 (开纤处理 , 去掉 /海 0组 分后 , 原来是 由整根 纤维形 成的扎 结结构 , 就变成由 几十 根 , 甚至更 多根 的纤 维束 形成 的扎 结结 构 , 它与天然皮革中的 束状胶原纤维 结构非 常相似。经 染整加 工后形成三维网络 结构 , 若再 经聚 氨酯 处理 , 形 成开 放式 微孔 结构。它不但具有天然皮革几乎 所有的 优点 , 例如松 软、 透气 , 还具有天然皮革一样的 梢根 效果 (绒 毛的方 向指 印特征 。其 茸毛柔软有弹

26、性 , 其性 能甚至超过天 然皮革 , 例如 可洗性、 易染 色性和抗皱性等。图 6是天 然麂 皮和 海岛 纤维 仿麂 皮绒 的结 构比较。图 6天然麂皮和海岛纤维起绒皮革对比从图 6可看出 , 天然麂皮与 超细纤维 起绒皮 革无论 是内部 或表面 , 两者都极为相 似。首 先 , 两 者在绒 毛粗细 方面很 接近 , 其次经过磨绒加工 , 开 纤后的 纤维 束 , 在表 面也 可形 成一 层丰 满的绒毛 , 而且在内部 都存在相似的 扎结结构 , 所 以透气 透湿 , 有较多孔隙 , 且保留着 特有的梢根效 果。如果与 高收缩 纤维复 合成异收缩结构 , 这种 扎结结构将更为突出。海岛型超细

27、纤维除了用作仿麂 皮等服 装织物 外 , 还 大量用 于人造革基布 (无 纺布 , 是高档 皮革 的原料。 除此 之外 , 其还45海岛型超细纤维的开发及其纺织品染整 (一 印 染 (2005N o . 7有许多重要用途 , 主要有以下几种 :(1 高密防水防油 织物 这 种织物 密度 高 , 具有 良好的 防 水和挡风效果 , 它能防止水滴穿过 , 但水 蒸汽却 很容易 透过 , 故 舒适性高。其作用 原理 如图 7所 示。由 于海 岛型 超细 纤维 比 裂片剥离法制得 的纤维 更细 , 也 更均 匀 , 所以 防水 透气 效果 更 好 , 手感也更柔软。经 拒水 和拒 油表 面整 理后 , 具 有很 好的 防 水防油作用。图 7 超细纤维高密织物防水透气作用的示意(2 高性能清洁 布 由于纤维极细 , 表 面积大 , 纤维间 存在致密的毛细管网 络 , 所以去 除物 体表 面的 油污 能