细旦非织造布技术的现状与发展

熔喷法是生产微米/亚微米级纤维网材最普通的加工
技术。
熔喷法生产采用连续一步法工艺，基本设备单元组成
为：原料及添加剂计量喂入系统；挤压机；计量泵系统；熔
喷头；压缩空气系统；热空气制备；纤维接收及输送装置；
抽吸系统及切边卷取。熔喷法使用的原料与纺粘法相似，为
热塑性高聚物及共聚物。
熔喷工艺技术依据熔喷头组件的结构形式，可分为两
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产的纤网单纤直径相当。
采用双组分纺丝成网方法生产细旦、超细旦非织造产
品时，海组分溶去会增加成本并产生环境污染。因此，美国
Eastman公司开发出了Eastone S211型共聚酯，专门用于海岛
型双组分纺粘非织造布的生产。该聚合物可完全回收，二次
回收的S211树酯仍能重复使用，具有环境友好特征。
1.2 熔喷法（MB）
Reife n h a u s e r公司专门用于生 产医用非织 造产品的 Reic ofil纺粘设备，配备 6箱体，即S S M M M S，加工 速 度达 800 ～ 1 000 m/min。在细旦超细旦薄型非织造产品领域， Reifenhauser公司虽然面临Oerlikon Neumag公司、法国 Rieter Perfojet公司和意大利Fare（法瑞）公司的激烈竞争， 但仍占据了约87 %的市场份额。
表1 两种熔喷头的技术特征比较
孔分部 孔密度（孔/英寸）
孔间矩（mm） 使用压力（MPa）
Exxon熔喷头 单排分布 25 ～ 35
0.72 ～ 1.01 ＜ 34.4
Biax熔喷头 多排分布 200左右 1.52 ～ 2.03 29.42 ～ 196.14
美国Hills公司最近研究出的新一代熔喷头，纺丝板孔 径 ＜ 0.1 mm，长径比高达100以上，孔密度 ＞ 100 孔/英寸 （最多达200 孔/英寸）。纤维的单丝直径达250 nm，网面密 度可做到2 g/m2，产品的过滤性能和常规熔喷法生产的面 密度为30 g/m2的产品过滤性能基本相同。可以说，纤维细旦 化，特别是单纤直径达到纳米级时，其包敷性、电性能以及 表面能都将发生明显变化。
个系列，即：①单排孔形分布的熔喷头组件，由Exxon公司开
发；②多排离心孔型设计，由Biax/Schwarz公司开发（表1）。
Exxon公司设计的熔喷头组件，其纺丝孔呈单排布置，
锥型孔角度为30°～ 90°，孔密度为20 ～ 50 孔/英寸，平均
孔径为0.25 ～ 0.50 mm。熔喷头结构可适应不同空气孔道
Rieter Perfojet公司在IDEA 07上也展出了新型熔喷装置。新 的熔喷系统可以生产细旦纤维网，单纤直径 ＜ 1 µm，纺制的 纤网面密度在1 g/m2左右。该新型熔喷系统已与PERFObondTM
3000配置成SMS生产线。产品主要用在卫生保健、医用纺 织品和高性能过滤材料上。
纤网单丝直径变小，会使成型能耗降低、孔间距缩小、 生产效率提高，同时也带来产品性能的改进，如孔隙率变 小、过滤效率提升、制品手感柔软等。
应用技术|非织造技术及产业用纺织品 Nonwovens & Technical Textiles
本文重点介绍了细旦非织造布的4种生产方法，即纺粘、熔喷、闪蒸纺和静电纺，从技 术特征、产品性能与市场等方面分析了当今国外细旦非织造布技术进步的趋势和特 点，并进一步探讨提高国内非织造布行业竞争力的途径。 The article specifically introduced four production methods for fine-denier nonwovens, including spunbond, meltblown, flash spinning and electrospinning. It also analyzed the developing trend and feature of fine-denier nonwovens technology in terms of technical characteristic, products performance and marketing. In addition, the author proposed some ways to enhance competitiveness of fine-denier nonwovens industry at home.
1 聚合物直接成网技术 1.1 纺粘法（SB）
纺粘法是最重要的用聚合物直接制备细旦非织造布的 工艺之一。一般来说，用该法加工的纤网单丝直径为15 ～ 35 µm。
纺粘法生产装置主要包括：原料及添加剂计量和喂入 系统；挤压系统（主挤压机和回收料挤压机）；熔体计量装
作者简介：芦长椿，男，1941年生，全国化纤新技术开发推广中心 总工程师，北京，100020。
点粘合产品多用于防护裙、罩衫类防护服、无尘室服 装、手术室服装和鞋套等；面粘合产品主要用在邮件及包装 材料上。
闪蒸纺工艺适宜加工具有相对高结晶度的成纤聚合 物，如PE和PP等。Tyvek®的产品能承受ETO和射线处理。适 宜做医用盖布和手术室服装，具有极好的抗穿透性、多孔性 和抗撕裂性能。其孔隙率可视用途调整。 1.4 静电纺（ES）
表2 静电纺丝使用的部分聚合物和溶剂类型
聚合物名称 PA 6与PA 66
PAN PET PVA PS PA6共聚物 聚苯并咪唑 PA PI
溶剂类型 甲酸 DMF
三氯乙酸/二甲基氯 水
DMF/甲苯 甲酸 DMA 硫酸 苯酚
鉴于纳米纤维产品的高技术含量和应用研究的需 要，Elmarco公司专门设计并可提供试验型静电纺设备，即 NSLAB系列，专门用于新产品的研究开发。该机可提供工业 性试验数据，非常适宜研究院所和大学使用。试验设备有两 种型号可供选择，即NSLAB–200S型和NSLAB–500S型。
和气流变化的需要。
Biax/Schwarz公司开发的熔喷头，纺丝孔为离心式气
孔，呈多排孔分布。此熔喷组件具有较高的生产效率和效率
系数，纤网品质好。在IDEA 07上，Biax公司展出的熔喷头孔
型排布1 ～ 18 列，孔密度达8 000 ～ 12 000 孔/m，纤网单
丝直径为1.4 ～ 1.5 µm。
在采用静电纺成型70 ～ 500 nm的产品时，纺丝液挤出 速率0.01 ～ 0.03 mL/min，使用的电场强度为10 ～ 30 kV，
纺织导报 China Textile Leader · 2008 No.12
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Tyvek®的生产装置主要由以下部分组成：原料输送； 高密度聚乙烯（H D P E）浆液制备；闪纺装 置；溶 剂回收 系 统；粘合处理（即依据产品类型，进行点粘合或面粘合处 理）；切边包装和废料回用系统。
Tyvek®生产的纤网与膜裂化纤网相似，其厚度为2 ～ 5 µm，而幅宽为厚度的2 ～ 5 倍。纤维网具有三维网状结 构，未添加任何粘合剂。面密度一般为34 ～ 90 g/m2，产品 厚度为0.102 ～ 0.254 mm左右。
纺丝头与收集装置的间距为50 ～ 300 mm。 捷克Elmarco公司于2006年开发了全球第一条静电纺纳
米纤维生产线Nanospider，并已投放市场。产品的单丝直径 范围在200 ～ 500 nm。该生产设备维修简便，能耗利用率、 产品品质和生产效率较高。
Nanospider是改良型静电纺工艺，使用聚合物溶液成 型。每个纺丝单元设置8个纺丝大头，通常提供两个基本系 列，即NS8A–1600和NS16A–1600系列，产品幅宽达1 600 mm。当纤维直径在50 ～ 150 nm时，产品的面密度为0.03 g/m2，成型速度为18 ～ 33 m/min。目前，在静电纺丝技术开 发中，主要使用的聚合物和相关溶剂如表2所示。
细旦非织造布可加工成性能各异的产品，论其工艺技 术，人们很容易联想到制浆造纸行业的湿法工艺，也会想到 水刺加工以及纺粘/熔喷法工艺。
采用聚合物直接成网技术制备细旦非织造布，具有一 步法连续化工艺特点，目前已工业化生产的有纺粘法、熔喷 法、闪蒸纺和静电纺工艺。这是生产细旦非织造布产品最普 通，也是当今化纤业最具活力的工艺技术领域之一。
2 细旦非织造布的技术特征分析
纺粘法与闪蒸纺成型是在冷却条件下完成牵伸的，纤 维具有相对高的结晶度和分子取向，产品具有较高强力。纤 维网的纵横向强力比良好，并具有均匀的纤维直径，可适应 产品的不同用途要求。
熔喷法与静电法成型是在聚合物熔体呈流动态时完 成的，导致纤维有限的取向和较低的强力。鉴于这些纤网 的纤维直径较小，产品多采取与纺粘材料复合的形式投入 使用。熔喷成型的条件变异大，纤网均匀性低，纤维直径分 布较宽。在同一纤维网材中，纤维直径可从亚微米到十几微 米，这些固有的特点在一定程度上也促进了其在过滤、吸收 材料等领域的应用。表3为几种细旦非织造布的技术特征比 较。
置和纺丝箱体；冷却和牵伸单元，配置有纤维收集和运送以 及纤维分布装置；粘合装置；切边和卷绕系统。
纺丝成网技术具有非常高的生产效率，且单丝细旦化 的趋势十分明显。在纺丝组件孔密度超过7 000 ～ 10 000 孔/m、纺丝速度高达6 000 m/min的条件下，纤网单丝纤度 可低于1 dtex。
20世纪80年代，德国Reifenhauser（莱芬豪舍）公司开 发的第一代Reicofil 1，纤网单丝纤度范围为2.9 ～ 3.9 dtex， 随着技术进步，Reicofil 2产品的单纤细度降到2.4 ～ 2.8 dtex，而Reicofil 3产品的单纤细度进一步降为2.2 dtex，目 前，Reicofil 4生产线的单丝纤度已低于0.9 dtex。细旦非织 造布的开发大大拓展了产品的市场，也为设备制造商接受， 纺粘设备的加工范围也迅速向细旦化方面延伸，如Oerlikon N e u m a g（欧瑞康纽马格）公司的A ST纺粘生 产线产品的单 丝纤度范围达0.6 ～ 6.0 dtex、Rieter Perfojet公司为1 ～ 10 dtex、日本Kobe公司为0.7 ～ 10 dtex。
静电纺丝装置主要由4部分组成，即纺丝液供给系统、 喷射组件、收集装置和高压静电场发生器。
静电纺纳米纤维直径及成网机理的影响因素较多，主 要涉及聚合物的种类、溶剂类型、纺丝液浓度、电场电压、喷 射组件与收集装置间距以及成型产出效率等。研究实践表 明，纳米纤维的成型效率和成网强度指标在很大程度上取 决于喷射组件与收集装置间的电场强度。
熔喷产品的细旦化也大大促进了熔喷生产中专用原料 技术的进步。以PP为例，2000年以来，原料的MFR达到了 1 200 ～ 1 500。 1.3 闪蒸纺
20 世 纪6 0 年代，D u Po nt（杜邦）公司开发了闪蒸纺 技 术，其商品名为Tyvek®。在闪蒸纺生产中，选用的溶剂在正 常状态下不能溶解聚合物，因此采用高压加热配置来生产 聚合物的均相纺丝液。纺丝液在减压状态下，由纺丝孔高速 流出，同时完成相分离过程。成型聚合物经高速蒸气流牵 伸，形成具有独特性能的纤网。
近年来，双组分纺丝成网制超细纤维网技术取得了巨 大进步。美国Hills（希尔）公司在海岛型双组分纺丝成网技 术开发中，岛组分的纤维直径已小于2 µm，与常规熔喷法生
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Nonwovens & Technical Textiles 非织造技术及产业用纺织品|应用技术
细旦非织造布技术的现状与发展
Status quo and Development of Fine-denier Nonwovens Technology
文 / 芦长椿
采用聚合物直接成网技术生产的细旦非织造布产品已 广泛用于防护制品、医用纺织品及高性能过滤/吸附材料领 域。
对于细旦非织造布来说，其单丝平均直径通常在25 µm 或更小。随着成纤聚合物直接成网技术的发展，特别是细旦 化和纳米纤维技术的实用化，细旦非织造布产品的市场潜 力已引起纤维业界普遍关注。
亚微米或纳米级纤维网材具有较高的面积/体积比和 较小的孔径，表4为静电纺、熔喷和纺粘3种方法的纤维细