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非织造材料前沿进展
黄婷婷
（南通大学 纺织服装学院，南通 226019）
摘要：非织造材料是一类由定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合或粘结或这些方法的组合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫（不包括纸、机织物、针织物、簇绒织物，带有缝编纱线的缝编织物以及湿法缩绒的毡制品），是一种介于传统纺织品，塑料，皮革，纸等四大柔性材料之间的一类材料。其按加工方法一般分为三类:干法非织造布、湿法非织造布、聚合物直接成网法非织造布。本文按照加工方法的分类，讨论了各种非织造加工技术的进展现状，并分析了各种技术复合的前沿进展。
关键词：非织造材料；针刺；水刺；纺粘；熔喷；技术复合非织造材料是一类由定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合或粘结或这些方法的组合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫（不包括纸、机织物、针织物、簇绒织物，带有缝编纱线的缝编织物以及湿法缩绒的毡制品），是一种介于传统纺织品，塑料，皮革，纸等四大柔性材料之间的一类材料。其按加工方法一般分为三类:干法非织造布、湿法非织造布、聚合物直接成网法非织造布。干法非织造布一般包括针刺法，水刺法，缝编法，化学黏合法和热黏合法。湿法非织造布与造纸法类似。聚合物直接成网法则主要包括纺粘法、熔喷法、膜裂法和闪蒸法。
目前, 我国已成为非织造布生产大国, 各种工艺装备技术齐全: 针刺法、水刺法、纺粘法、熔喷法等工艺技术交相争辉, 产品广泛应用于工业、农业、医疗卫生、航空航天、电子等领域。非织造布在纺织行业中虽是后起之秀, 但发展之势一浪高于一浪, 技术水平也日臻提高完善。特别是近年来, 为积极探寻开发一些功能型材料, 行业内通过技术复合[1]杂交淬取, 取得了令人瞩目的成就。如以南海南欣(PGI)、湖北金龙、东丽世韩(南通)公司为代表用于卫生、医疗SMS类产品的纺粘熔喷复合技术, 以海南欣龙为代表的用于医疗卫材的水刺木浆纸复合技术, 以大连瑞光为代表用于卫材的水刺与气流成网木浆复合技术, 其它诸如纺粘针刺复合、纺粘水刺复合等, 这些复合技术的广泛应用, 大大地推动了我国非织造布向纵深层次发展。本文按照加工方法的分类，讨论了各种非织造加工技术的进展现状，并分析了各种技术复合的前沿进展。
1.干法非织造布
1.1针刺法非织造布[2]
早期的针刺非织造织物一般是厚度较厚、硬度较硬的纺织品，只能用于工业。近年随着技术进步，产品呈现新的面貌，除了其原先在汽车制造、地毯生产、家居装饰和土工纺织物中的发展，还有较薄、较柔软的针刺织物问世，为耐久性和用可弃材料应用打开了大门。同时，针刺技术更富灵活性，一套设备可以生产多种类型的产品。近一二十年，现代化技术的应用，使针刺机械频率可达每分钟3000次，生产速度提高到150米/分。不仅是针刺机本身，其前道工序，如梳理和交叉铺网等预处理设备亦大有改进。针刺非织造产品以更为随机的针刺方式使得表面外观和纵横向面密度的分布均匀性都得到改善。机械的灵活性更加突出。Orlikon 公司开发了完全新型的Sylus 针刺机，刺针的驱动方式从单纯直上直下发展为带椭圆形轨迹，并优化了针刺区张力，选用配件实现模块化，具有最大的多用性效果。Dilo 公司创制了AlphaLine 经济高效生产线，包括AlphaFeed 喂入装置和AlphaCard 梳理机构，生产标准通用型非织造产品。另外的创新还有多路梳理
喂入机构，采用孪生结构输送纤维流（Twin flow），增加并合效应，改善输出纤维流的均匀性。其三帘子式交叉铺网机DiloLayer 系列的喂入速度高达160米/分，喂入帘子区借助导网机构（Webguide），铺网喂入精确、纤网尺寸稳定性相对更好。NSC公司开发了满足强化针刺要求的新型设备，以较省的纤维材料生产重型产品。
1.2水刺法非织造布
新型的水刺技术包括：提花水刺非织造布技术和间隔水刺非织造布技术。提花水刺非织造布是在水刺生产过程中使用具有特殊花纹的鼓罩, 在布面形成均匀凸起的花纹, 使揩布两面粗糙程度不同。花纹形状取决于所设计的转鼓上的鼓罩花纹结构(或网帘结构)。提花水刺法非织造布与普通平纹水刺法非织造布相比,MD方向回复弹性增大, 纤维间的相互缠结加强,手感柔软丰满,吸湿保湿性佳,清洁效率高。另外还可以用于个人洗浴,替代传统[3]的澡巾、浴花、毛巾。
间隔水刺非织造技术它是一种生产三维功能性产品的水刺非织造布的新技术, 主要是为了改变材料内部的化学物质及生物药剂的释放速率。它是在水刺机上安装一种特殊间隔系统, 并将凝胶、流体、粉末、微粒、长丝等填充物有一定间隔地投放在两层纤维网之间, 再经过水刺加固, 使纤维在三维空间移动,并连接位于间隔元件两侧的纤维层, 然后将水刺布从间隔系统中滑脱, 形成最终产品。对于可溶性填充物, 还可以在织物内部进行聚合物涂层, 当施加外力使内部涂层破裂时, 活性剂可以从内部渗出。相同面密度的样品, 间隔水刺产品是普通平纹水刺布吸声指数的 1.8-3 倍。
木浆复合水刺非织造布也是一种较为先进的技术，主要有两种: 一种是木浆纤维制成浆粕后平铺在非织造布上再经水刺复合而成, 该类木浆复合水刺布产品以三明治结构居多,主要用途是擦拭布和吸湿材料;另一种是木浆纤维先制成纸张, 纸张再与非织造布水刺复合而成, 该类产品一般都是两层结构, 主要用途为医疗卫生材料和工业擦拭布, 如手术服、防护服、印刷擦布等等。目前, 木浆纸水刺复合非织造布的主要应用领域有食品加工、电子工业、医疗卫生等行业, 主要有工作服、防护服、手术衣、手术洞巾和手术帷帘等。
1.3针刺水刺复合技术
针刺水刺复合技术是近年来非织造布领域中衍生的又一新技术, 产品可应用于针刺非织造布、水刺非织造布交集的共性领域, 某些领域如用针刺布嫌厚度太厚, 而用水刺布又嫌物性不够高时, 针刺水刺复合材料将大显身手。
针刺水刺复合可分为在线复合和离线复合两种技术。传统的在线复合是指水刺法工艺中, 纤网在进入水刺固结工序前增设一道针刺工序。这种生产方法主要是为了提高产品的物性及获得良好的纵横向之比, 如用于皮革领域的合成革基布, 产品独具另类的水刺风格,但又明显高于水刺合成革基布的物性;而离线复合是指把针刺法非织造布和水刺法非织造布进行粘合或用其他工艺进行固结,这类产品一般应用于一些高物性、功能型材料的制作,如高温过滤材料等。上述两种工艺一种是工艺上复合,另一种是产品间复合。其中，在线复合更具有发展前景。
针刺水刺复合材料的开发, 产品主要吸取针刺与水刺产品优点之所长: 一方面具备针刺产品高克重、高物性特点, 另一方面兼顾水刺产品软柔、悬垂性好,纤维间孔隙小、透气性好,具有高强度、低起毛性等特点。同时,产品与同规格水刺、针刺产品相比,还具有密度
[1] 高、厚度薄等优点,而且产品物性在同规格克重的针刺、水刺产品之间。1.4湿法非织造技术与水刺技术的复合湿法成网工艺一般采用斜网式和圆网式成网工艺,纤网在斜网或圆网上成形并立即进行水刺,利用成网帘作为水刺阶段的支托网,利用安装在两个成形网帘之间的网将纤网从滚筒
成形网帘上转移到第二个成形网帘上,第二个成形网帘再将纤网转移到水刺工序。湿法成形木浆纤网与纺粘长丝非织造布水刺复合产品多用做揩布。在木浆纤网中混入合成短纤,可以提高非织造布的物理特性, 从而改善非织造布的手感和柔软性。
1.5纺粘非织造技术与水刺技术复合纺粘非织造技术和水刺技术的复合是将纺丝成网的纤网经热辊预加固后, 送入水刺机进行水力加固。“纺丝成网+水刺”比传统“纺丝成网+ 热轧”产品的纵横向强力有很大的提高,厚度也有相对的增加。纺丝成网在成网后直接进行水刺加固, 可以增加产品的立体感, 对蓬松度和柔软度都有很大的提高, 同时产品的强力也得到相应的改善。如果水刺后再将非织造布进行轻度热轧处理, 可以避免表面长丝的松散, 改善布面效果, 同时可以保持良好的手感。“纺丝成网+水刺+热轧”技术可以改变产品的外观风格, 但强力和厚度会有不[4]同程度的下降。纺粘水刺非织造布可应用于高档擦拭布、服装衬布、高级合成革基布、医疗卫生和个人护理用品、绝缘材料、高精密过滤材料和服装等领域。
2.湿法非织造布
[5]人类社会的进步, 科学技术的发展对湿法非织造材料产品的品种和功能不断提出新的要求。合成纤维、无机纤维和各种高强、高模功能纤维的问世, 有机型、无机型的各类黏合剂、助剂的开发成功, 造纸尤其是长纤维造纸工艺技术、设备的改进,适应了这些新原料的抄造, 特别是多学科的交叉与结合, 研制成综合了不同材料特性的新颖材料, 为满足各行各业尤其是尖端科学技术的需求提供了先决条件。
湿法非织造布在导电、绝缘、过滤、隔热保温、吸附、屏蔽、发热、导热材料等方面均进展较快。许多新型纤维和高性能纤维的使用使湿法非织造布有更好的发展前景。海藻纤维对生物体具有止血作用, 并可为人体所吸收, 与体液接触生成呈糊状的海藻酸钠, 覆盖在创口上不会与创口粘连, 能促进伤面愈合, 因此特别适合制作治疗烫伤、溃疡用的敷料。甲壳素纤维具有与海藻纤维相似的功能。利用芳纶的耐温、绝缘、不燃、高强、高模等特性, 以湿法工艺制成的非织造制品除作绝缘材料外, 还用作航空航天器、船舶、汽车等的结构材料,可制成隔热阻燃材料、高温腐蚀环境下使用的过滤材料以及装饰材料等, 国内已有单位在进行应用研究。聚苯并醚唑(PBO)纤维的某些特性优于芳纶,华南理工大学已开始其湿法工艺应用研究。聚四氟乙烯(PTFE)的耐化学腐蚀性和耐热性好, 可以在 260 ℃下连续使用, 介电常数和介质损耗低,绝缘性好,难燃,防粘,耐候性好,无毒,摩擦系数低,以 100% PTFE纤维为原料,采用湿法抄纸和热加固技术相结合的工艺, 可制造过滤分离材料、印刷线路板原纸、隔离材料、耐热性设备零件等。利用碳纤维、活性炭纤维优异性能的湿法非织造制品还有待开发。
3.聚合物直接成网法非织造布
3.1纺粘非织造布[6]
纺粘法非织造布技术是近年来发展较快、技术含量较高的一种非织造布生产技术, 是目前加工非织造布的主要工艺方法之一。纺粘法的先进进展体现在:（1）纺丝纤维趋于细旦化。采用高速狭缝牵伸纺丝技术可以使纺粘非织造布纤维的细度大大降低, 采用高速狭缝牵伸工艺时, PP 纺丝速度达4500 m/min, 纤维细度达 0.7dtex, PET 纺丝速度达6000m /min, 纤维细度达0.5dtex,超细纤维的细度达0.0074dtex,加工的纺粘非织造布产品热稳定性好,均匀性佳。（2）设备走向多功能化。先进的纺粘设备不仅可以生产 PP 纺粘非织造布, 而且也可以加工 PET 纺粘非织造布。可以生产单一组分的纺粘非织造布, 也可以加工双组分的纺粘非织造布, 一条生产线能生产多种纺粘产品。日本神户公司利用抽气式双螺杆挤压机,除纺涤纶纺粘非织造布不需要干燥设备外, 还可以生产 PP、PET、PA6、PA66、尼龙、双组分和可降解树脂等。（3）采用高速度。主要方法是通过提高纺丝牵伸速
度、增加喷丝板的孔数及采用多模头的技术等。美国 Nordson 公司采用捷迈J&M Laboratories和日本NKK 技术,开发了Microfil设备,它采用狭缝牵伸,同时也开发了双模头Reicofil 设备,门幅是3.6m,最大可达5m, 能采用涤纶/丙纶和其他多种高聚物,纺涤纶PET 时,速度达8000m/min,纺丙纶时,速度达5000~ 6000 m/min,喷丝板孔数达5000孔/m
2以上,纺粘法非织造布克重最轻达10g/m,纤维细度最细达0.8旦。
3.2双组份复合纺粘非织造布[7]
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。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。代表性产品为荷兰AkzoNobe（l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2100 g/m，断裂强力可达265 ～ 274N/5cm，断裂伸长率为30%（纵横向接近），纤维细度为11 ～ 16 dtex。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 ～ 3 dtex，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。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。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。如果海岛型开纤前原丝为3.33 dtex，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0.001dtex以下，比现在的桔瓣型细很
TM多。日本可乐丽（Kuraray）公司用一种名为Exceval的可生物降解的可溶性树脂，与
TMPP、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Exceval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。
3.3熔喷非织造布
自熔喷法非织造技术出现以来，其技术革新就一直不断地在进行。首先是新型熔喷原料的开发。在常规熔喷法非织造布生产上，聚丙烯(PP)一直是熔喷法非织造布使用最多的原料，聚酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、乙烯共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、沥青和聚乙烯醇(PVA)等原料也可用于熔喷工艺。随着人们环保意识的提高，可生物降解聚合物被越来越多地应用于熔喷工艺中，用于生产环境友好型材料。2009年美国Nature Works公司
TM开发了新型的低碳足迹的Ingeo聚乳酸切片6252D和6201D。Biax Fiberfilm公司与美国田纳西大学均对这两种聚乳酸切片进行了熔喷试验与评估，确认Ingeo聚乳酸切片可用来［8］制备熔喷法非织造布。近年来，一些可耐高温的聚合物也被用来生产熔喷产品。如 Ticona公司推出了熔喷级聚苯硫醚树脂Fortron PPS 0203HS，该树脂具有良好的流动性，可在聚丙烯熔喷设备上进行加工，制得的熔喷纤维单丝直径在2~4µm，熔喷PPS产品具有优异的耐热性、耐化学性及阻燃性能。德国STFI研究所以刚性蜜胺树脂为原料，在改进的熔喷装置上成功制备了熔喷纤网，所得纤网的单纤维直径为1µm。以该树脂制得的熔喷法非织造布具有良好的阻燃性能及耐热性能，可在200℃下持续使用，热降解温度达400℃，可用作工业过滤材料及防护服等。此外，热塑性聚氨酯（PU）弹性体是生产弹性熔喷法非织造布的主要原料。
熔喷设备的改进主要是熔喷模头改进，及设备的自动化和智能化水平的提高。
3.4双组分熔喷技术[9]
双组分熔喷技术能制备更为卷曲或扭曲形态的纤维，所生产的双组分熔喷法非织造布具有十分优异的性能，如更好的蓬松性和弹性、良好的抗渗性能、纤网结构一体化、组分
多元化，并可通过化学方法或机械方法获得更细的熔喷纤维。近十几年来，双组分熔喷技术的发展主要集中于日本、美国、德国等发达国家。其中，美国的Nordson公司与Hills 公司发展尤为迅速，为双组分熔喷技术的进步做出了重要贡献，并成为目前国际上提供双组分熔喷装置及技术的主要厂商。在国内，双组分熔喷技术正在研发。天津泰达洁净材料有限公司已从Nordson公司引进了一条双组分熔喷生产线，填补了国内双组分熔喷产品的空白，还将促进国内双组分熔喷技术的进步。
3.5纺粘和熔喷复合技术
SMS型生产线的基础技术是纺粘法、熔喷法非织造布技术。国产的SMS设备基本都采用大板、宽狭缝、低压力（＜（4 ～ 6）kPa）的纺丝牵伸工艺；而配套的熔喷系统均采用单排喷丝孔、低压力（＜0.13 MPa）的Exxon工艺，牵伸动力已实现了从使用空气压缩机-螺茨风机-螺旋风机的转型过渡。在国内SMS生产线中，除了个别生产线的纺粘系统曾试纺过PET、PLA原料外，仅有一条商品生产线是双组分生产线，其余均使用清一色的PP材料；国产的SMS型生产线主要有SMS、SMXS、SMMS、SSMMS和SSM-MS等 5 种基本配置形式，产品幅宽有1.6、2.4和3.2m等 3 种规格。迄今为止，我国SMS非织造布行业已配置了各种幅宽、纺丝系统以各种形式进行排列和组合的SMS生产线，形成了全球设备门类最丰富的SMS产业。我国纺粘和熔喷复合技术的进展体现在纺丝稳定性的提高，牵伸速度稳步提高，运行速度提高，核心设备的性能和自给率上升等。
近年来我国SMS核心设备研发取得的成果主要包括：①实际运行速度为400m/min 的成网机已配套在多条3.2m幅宽的生产线上使用；②应用“均匀辊”变形自动补偿技术的23.2m国产热轧机，其运行速度已达400 ～ 450m/min，能满足生产（13 ～ 80）g/m规格SMS产品的生产工艺要求；③应用恒张力控制原理的3.2m幅宽国产卷绕机，其实际运行速度可达450m/min，产品布卷最大直径为2000mm；④高速、大卷径非织造布分切加工是一个快速发展的技术领域，分切机基本上都应用了国外主流先进机型的主动退卷、恒张力卷绕的运行模式。母卷的最大直径为2000mm，子卷最大直径一般为800 ～ 1000mm；⑤速度达600m/min的分切机已成功运行多年，800m/min的机型已配套在生产线中使用，1000 m/min
[10]的机型已通过试运行考验。
4.结论
非织造技术是一门源于纺织，但又超越纺织的材料加工技术。它结合了纺织、造纸、皮革和塑料四大柔性材料加工技术，并充分结合和运用了诸多现代高新技术，如计算机控制、信息技术、高压射流、等离子体、红外、激光技术等。非织造技术正在成为提供新型纤维状材料的一种必不可少的重要手段，是新兴的材料工业分支，无论在航天技术、环保治理、农业技术、医用保健或是人们的日常生活等许多领域，非织造新材料已成为一种愈来愈广泛的重要产品。非织造产业被誉为纺织工业中的“朝阳工业”。近年来，随着各种技术的创新和技术复合的不断拓展，各种高新产品不断涌现，非织造材料将朝着更加尖端、更加功能化的方向不断前进。
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