探究超细纤维开纤机理

对于超细纤维合成革基布来说，纤维纺丝和开纤是核心工序，超细纤维合成革基布常用的纤维有海岛型纤维和橘瓣型纤维两种。

5.6.4.1　海岛型和橘瓣型双组分纤维

（1）海岛型双组分纤维

海岛型双组分纤维是将两种非相容性高聚物按一定比例进行复合纺丝制得。从纤维截面看，一种聚合物以分散状态（岛）被另一种连续的聚合物（海）所包围。最早问世的海岛型双组分纤维，如果使用特定溶剂将海组分从纤维中溶解，可以得到线密度为0.000012dtex（0.000011旦）的超细纤维。海岛型双组分纤维可依据岛屿的分布状态规律，分为定岛型和不定岛型海岛型双组分纤维。

不定岛海岛型双组分纤维的截面结构如图5-42所示，其纤维特点可以归纳为三大点：①开纤后可以得到线密度为0.001～0.111dtex的超细纤维，但纤维细度不均匀，纤维长度也不一致，由其制成的合成革手感、物理性能和风格等都受到一定影响，存在均匀性、连续稳定性差等不足。②不定岛海岛型双组分纤维的主要成分是聚乙烯，其可纺性差，梳理出的纤网不太均匀，从而影响产品均匀性。另外，聚乙烯熔点低，纤维间抱合力差，难以梳理成网。③该纤维主要采用甲苯萃取减量开纤，甲苯易挥发、易燃易爆且毒性强，对环境污染大，因此此项工艺逐渐被发达国家淘汰。

定岛海岛型双组分纤维的截面结构如图5-43所示，该纤维有聚酰胺/碱溶聚酯和聚酯/碱溶聚酯两种。通常，聚酰胺/碱溶聚酯类的产品手感、透气性、回弹性及保型性均优于聚酯/碱溶聚酯类。定岛海岛型纤维开纤后，细度均匀，单纤线密度约0.056dtex。因此，由其制成的合成革产品手感好、力学性能和染色性等都有所改善。相对于不定岛海岛型纤维的甲苯萃取开纤工艺，定岛海岛型纤维采用碱减量工艺开纤，对环境污染较小，生产过程危险性较低，在环保性与安全性方面都有较大优势。

因此，虽然定岛海岛型纤维开纤后纤维细度、性能稍逊于不定岛海岛型纤维，但其岛屿分布固定且细度均匀，性能更加稳定，并且色牢度也更强，绒毛手感舒适且具有书写效应，仿真皮风格较好。不定岛海岛型纤维的岛屿数量、大小、分布及细度都存在随机性，且其岛屿不固定，均匀性也较差，粗细程度偏差很大，海岛结构及岛数目的不稳定性与不均匀性易造成超细纤维的细度不匀，色牢度较差，在染整过程中容易影响产品的染色效果。因此，近年来，定岛海岛型超细纤维在国内越来越受到重视。

图5-42　不定岛海岛型双组分纤维截面结构示意图

图5-43　定岛海岛型双组分纤维截面结构示意图

（2）橘瓣型纤维

将海岛型双组分纤维开纤后制成超细纤维非织造材料时，既要保证纺丝时海岛比例正常，还需要保证开纤后海组分能够充分溶解以及后续溶剂的处理问题，限制了其在超细纤维制品中的广泛应用。

橘瓣型双组分纤维开纤后，两组分相互分离，根据橘瓣的多少，可以分离成16瓣、32瓣甚至更多，成为超细纤维非织造材料。且该方法得到的超细纤维截面类似于三角形，纤维比表面积较大，具有更好的吸湿透气效果。橘瓣型双组分纤维可以进一步分为实心橘瓣型双组分纤维和中空橘瓣型双组分纤维两种。其中，中空橘瓣型双组分纤维更容易开纤，其纤维截面电镜照片如图5-44所示。

利用双组分纺丝成网工艺技术，两种高聚物熔融后分别进入喷丝板的每个喷丝孔中，从喷丝孔挤出后经冷却牵伸，直接铺网，再通过开纤和缠结加固，成为超细纤维非织造材料。与海岛型超细纤维非织造材料相比，中空橘瓣型超细纤维非织造材料具有污染少、节约原料以及产品的力学性能好等优点。经水刺开纤后，纤维中的每个瓣都成为超细纤维，单纤线密度为0.075～0.175dtex，与天然皮革的胶原纤维直径相近，并形成独特的三维立体结构。因此，中空桔瓣型超细纤维非织造材料在超纤革领域具有广阔的应用前景。

图5-44　橘瓣型双组分纤维截面电镜照片(www.xing528.com)

5.6.4.2　双组分纤维的开纤

所谓开纤，就是将海岛纤维的海和岛组分分开，或者将橘瓣型纤维的各个瓣分开。中空橘瓣型双组分纤维制成的非织造材料开纤前后的电镜照片如图5-45所示。而海岛和橘瓣之间是否容易分开，则取决于海岛和橘瓣的两相界面作用。一般来说，两种聚合物相界面的强弱由两种聚合物之间的黏结强度所决定，黏结强度越大，界面作用力越大，双组分纤维越不容易开纤。目前开纤工艺主要分为三种，分别为机械开纤、化学开纤和热处理开纤。

图5-45　开纤前后中空橘瓣型非织造材料的电镜照片

（1）机械开纤

机械开纤属于物理方法开纤，是通过机械力作用到纤维两种组分的界面上，使界面分类而开纤。机械力按来源可进一步分为针刺开纤、水刺开纤、轴向拉伸开纤等。

①针刺开纤。一般海岛纤维的开纤工艺选择针刺开纤，而橘瓣型超细纤维则采用水刺开纤。针刺开纤是利用针板上刺针的上下运动对纤维产生的摩擦、拉伸等作用对纤维开纤。其工艺过程简单，但由于针刺过程容易损伤纤维，影响了最终非织造材料的强力。因此，采用针刺开纤工艺时，需要选择合适的针型、刺针运动的频率、针刺道数以及针刺密度等参数。另外，海岛纤维针刺开纤的开纤率不是很高。

② 水刺开纤。水刺开纤是利用髙压水射流对橘瓣纤维网进行开纤。高压水射流作用到纤维网上，经托网帘的反弹后又作用到纤网，使纤维受到拉伸、摩擦、剪切的综合作用。当纤维受到的力大于橘瓣纤维的瓣间界面黏结力时，橘瓣型纤维就会发生裂离开纤，成为超细纤维。水刺开纤对水刺压力、水刺设备的要求高，能耗大。

目前的水刺设备可以达到600MPa的水刺压力，可以使纤网中大部分长丝得到有效开纤。经高压水刺后，橘瓣型纤维可以分裂成0.1～0.2旦、甚至0.05旦的超细纤维。该超细纤维非织造材料除了用于超细纤维合成革基布，在擦拭和过滤领域也得到了很好的应用。

③轴向拉伸开纤。轴向拉伸开纤是利用拉伸力对复合纤维开纤。通过合理控制拉伸力的大小是海岛型和橘瓣型纤维开纤的关键因素。拉伸力过小，不足以克服两种聚合物的界面黏附力时，纤维难以开纤；而拉伸力过大，则会损伤纤维，导致材料的力学性能下降。因此，轴向拉伸开纤的产业化应用不多。

（2）化学开纤

化学开纤是利用“海”和“岛”两组分聚合物对溶剂溶解度的不同，溶解“海”组分成为超细纤维，或溶解“岛”组分成为中空纤维。目前常用的开纤方法有溶剂溶海型（苯减量法）和水解剥离型（碱减量法）。苯减量法是采用甲苯等有机溶剂，溶解“海”组分（或“岛”组分），保留“岛”组分（或“海”组分），PE/PA6海岛双组分纤维常用该方法开纤。将PE组分溶解于甲苯中，得到PA6超细纤维。但苯减量法存在严重的溶剂污染问题，不符合环保生态理念。

海岛纤维开纤主要采用碱减量法，用碱液溶去“海”组分，只保留“岛”组分。在碱液中，“海”组分的溶解速度要大于“岛”组分的溶解速度，但是在碱液中“岛”组分也会部分溶解。例如，在COPET/PA6海岛纤维的开纤过程中，COPET会在碱液中水解，从而得到PA6超细纤维。而橘瓣型纤维在碱液中的开纤，则主要是由于聚酯和聚酰胺的热溶胀性和收缩性不同，聚酰胺的收缩率大于聚酯，导致两相聚合物界面黏结力下降，橘瓣间分离而成为超细纤维。

无论是苯减量法还是碱减量法，制约开纤效果的因素较多，材料的力学性能受损，且生产过程中有污染，不符合环保的生态理念。

（3）热处理开纤

根据加热介质不同，热处理开纤可分为干热和湿热两种方法。干热开纤的介质是空气，湿热开纤的介质是沸水等液体。由于双组分纤维中两种聚合物在高温或低温环境中热收缩性的差异，会在两相界面处产生剪切力。当剪切力大于界面黏结力时，则产生开纤效果。一般两种聚合物的热收缩性差异要大于10%，热收缩性差异越大，开纤越明显。但是，两种聚合物的热收缩性差异过大会影响纺丝效果。