复合纤维材料的研究及发展*

李雪梅，薛孝川，林 海，黄洁希，王增喜

（广东省化学纤维研究所，广东 广州510245）

综述与专论

复合纤维材料的研究及发展*

李雪梅，薛孝川，林 海，黄洁希，王增喜

（广东省化学纤维研究所，广东 广州510245）

综述了复合纤维的发展历史、主要原料、分类和研究现状，然后分别从长丝和短纤两个方面介绍了复合纤维的生产技术，最后介绍了复合纤维及其产品的应用，为行业及相关人员开展复合纤维技术的研究提供参考。

复合纤维；皮芯；并列；化学纤维

复合纤维，是指将两种或两种以上成纤高聚物的熔体或溶液，分别输入同一个纺丝组件中，在组件中汇合并从同一个喷丝孔中喷出而成为一根纤维，其中，成纤高聚物因为品种、组分、配比、黏度的不同使得复合纤维表现出各自不同的性能。在复合纤维中具有代表性的是双组份纤维，双组份纤维也称为共轭纤维或异质纤维，本文将以双组份纤维为重点来介绍复合纤维的发展概况，为行业研究和生产提供参考。

1 复合纤维简介

1.1 复合纤维发展历史

复合纤维的历史可以追溯到十九世纪出现的双组份玻璃纤维，到二十世纪三四十年代人们就开始了双组份化学纤维的研究。到五六十年代，杜邦公司开发出了一种聚酰胺双组份复合纤维 “Cantrese”，并将其进行了商业化应用。到上世纪七十年代，双组份纤维开始在亚洲国家兴起，日本东丽、东洋纺，韩国可隆等许多公司俱投入研发、生产和商业化应用，而且采用的都是高度复杂、昂贵的喷丝板组件。进入上世纪八九十年代，为了满足人们对复合纤维研发、生产的需要，对喷丝板组件的改进研究开始成为热门，推出的薄平板结构喷丝板组件赋予了复合纤维关键设备灵活性和低成本优势，当时有4家以上的机器公司都可提供双组份纤维的相关设备、技术[1]。

1.2 复合纤维原料

可用于制成双组份复合纤维的原料种类繁多，为了满足复合条件，两种原料的熔化温度、黏度、界面的结合强度是考察重点，表1为几种常用的复合纤维原料及其对应的性质。复合纤维的原材料可以是同类聚合物，也可以是不同类聚合物。

表1 几种常用的复合纤维原料及其对应性质[2]

1.3 复合纤维的分类

根据各原料组分在复合纤维截面分布的不同，复合纤维可分为皮芯型复合纤维、并列型复合纤维等，如表2所示。

表2 双组份复合纤维的分类

1.3.1 皮芯型复合纤维

皮芯型 （C/S型）复合纤维的芯层聚合物完全被皮层聚合物所包裹，皮组分和芯组分具有各自独特的性能，可以弥补单一组分的缺点，赋予纤维独特的组合性能，是一种十分通用的复合纤维结构类型。皮芯型复合纤维在高速纺丝拉伸变形的过程中，皮层组分在冷空气的作用下先冷却，黏度降低，在较大剪切应力的作用下，其取向和结晶都会有别于芯层。

皮芯型复合纤维易于赋予纤维新的功能，在皮层或芯层材料中加入功能母粒，可使纤维表现出特殊效果。天津工业大学叶建忠等人[3]以对苯二甲酸丁二酯 (PBT)作皮层，混合有驱蚊母粒的聚丙烯 (PP)做芯层，采用熔融纺丝法，制备出具有药物缓释、长效驱蚊功能的皮芯复合纤维，所得纤维表面光滑平整，皮芯复合良好。天津工业大学的丁致家等人[4]采用有机膦系G-77助燃剂共混改性后的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)作芯层材料，聚偏氟乙烯(PVDF)、自制阻燃母粒、共聚阻燃母粒、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)混合制作皮层材料，制得具有阻燃性能和疏水性能的皮芯复合纤维，所得纤维芯层LOI为28%，达到难燃级别，皮层中加入的PVDF使纤维对水的接触角达到83.4°，具有疏水性能。刘鑫等人[5]采用聚丙烯 (PP)作为皮层，特殊改性共聚酯 (COPET)作为芯层，制得染色性、吸湿吸水性、抗静电性均得到改善的皮芯复合纤维，所得纤维色泽鲜艳、服用性能良好。

1.3.2 并列型复合纤维

并列型复合纤维是指沿纤维长度方向有两种组分、纤维截面上两种组分不完全相互包含的复合纤维，由于两种组分不完全包含，当两组分具有不同的收缩性能时，由于力不均匀，纤维会呈现出卷曲或蓬松效果。并列型复合纤维通常有AB型、ABA型等多种复合方式。对于并列型复合纤维，两种原材料的相容性是考察重点，相互间必须有好的粘附力，否则只会得到具有不同组分的两种纤维，无法使两种材料的性能得到复合[1]。

利用并列型复合纤维异收缩、三维卷曲、蓬松的特性、可以制成短纤用作填充物[6]，用在面料上也可使产品具有不同的手感和美观效果，如果利用两种组分在染色性能上的不同还可制造异色纤维。王春梅等人[7]采用自行合成的改性共聚酯 (COPET)和对本二甲酸丙二醇酯(PTT)切片制得并列型皮芯复合纤维，纤维具有耐氯漂、耐化学药品性等优良性能，且具有良好的卷曲性，当纤维两组分比为50/50时纤维的卷曲率和卷曲回复率最大。杜捷逻等[8]采用聚对苯二甲酸丙二醇酯 (PTT)和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)制得并列型复合纤维，并用制得的复合纤维与棉、黏胶、羊毛等纤维混合纺制针织粗针毛衫织物，实验得到相较于PTT单组份的混纺毛衫织物，PTT/PET复合纤维所得的混纺毛衫面料具有更好的弹性、柔软度、舒适性和悬垂性。为了考察定型温度对并列型复合纤维的影响，张程等[9]以共聚醚酯 (COPEET)和高收缩聚酯 (HSPET)为原料制得并列型复合纤维，并采用不同的热定型温度考察其热收缩性能的变化，实验表明热处理温度越高两组分的热焓差越大、其热收缩性越强，当热定型温度达到180℃时复合纤维缩率最大达52.65%。1.3.3 基质-微纤型复合纤维

基质 -微纤型复合纤维是指一种聚合物的原纤分布于另一种聚合物的基质中，原纤沿复合纤维的轴向排列，这种分布可以是规律性的也可以是随机性的。基质-微纤型复合纤维中比较常见的是裂片型和海岛型，此外还有多层型和一些特殊型。

基质 -微纤型复合纤维多用于制造超细纤维，用于合成人造革、仿麂皮、超细过滤布等，比如裂片型复合纤维采用机械或化学方法使“片”分离可使纤维的比表面积增大、具有特殊手感，海岛型复合纤维采用特殊方法将 “海”溶解后，其中的 “岛”分别成为单独的纤维，用此方法制得的超细纤维线密度可达1.0×10-2dtex。一些特殊制造的基质-微纤型复合纤维还可用在生物医学领域，用于制造人造血管、人造瓣膜等。

何方明[10]采用聚酯 (PET)和聚酰胺 (PA)制得裂片型涤锦复合纤维，开纤后纤维直径极小，单丝纤度可达0.1 dpf，用所得的超细纤维织成的仿真丝面料具有良好的手感、独特的光泽和芯吸导湿特性，织得的超高密织物纤维间隙极低，织物无需涂层处理即能具有良好的防水透气性能，用途十分广泛。董振峰等[11]采用低密度聚乙烯 (LDPE)和聚己内酰胺 (PA6)制备海岛型复合纤维，所得纤维具有良好的可纺性，其超细纤维密度为0.08～0.11 dtex，可用于制造绒面革。李宏伟等[12]用自制含多壁碳纳米管的抗静电母粒，添加到聚丙烯 (PP)中制得基质-微纤型抗静电PP纤维，该纤维的抗静电性能具有耐久性，且抗静电母粒的加入对纤维性能无较大影响。

2 双组份复合纤维的生产

双组份复合纤维的生产有熔体纺丝法、溶液纺丝法和静电纺丝法，溶液纺丝法又分为干 法纺丝和湿法纺丝，如图1所示[12]。

图1 复合纤维纺丝工艺流程示意图[12]

2.1 复合纤维长丝

对于复合纤维长丝的生产，在干法纺丝中，双组份熔体在喷丝板中汇合，经过喷丝孔喷出形成初生丝纤维，如图2、图3所示，然后经过冷却、固化、拉伸、卷绕形成长丝，不同原料种类、不同分类的复合纤维对应不同类别的纺丝组件，同时对应与之相匹配的纺丝温度、纺丝速度、冷却温度等工艺条件。

以皮芯组分质量比为50/50的聚酯/聚丙烯皮芯型复合纤维长丝为列，当纺制250 dtex/48 f规格的POY复合纤维时，其纺丝温度为200～295℃，纺丝速度为2 600～3 700m/min，侧吹风温度为14～20℃，所得纤维的断裂强度为2.11 cN/dtex，断裂伸长率为96.84%，所得的POY复合纤维长丝经过适当的工艺加弹可以用于制造地毯，具有阻燃、抗老化、抗倒伏的优良性能[13]。

图2 双组份复合纤维工艺示意图

图3 双组份复合纤维组件示意图

2.2 复合纤维短纤

复合纤维短纤的生产，许多用于加工成无纺布，工艺流程如图4所示。双组份纤维牵伸前的步骤与长丝的生产相似，用于生产短纤的复合纤维可以不经过卷绕，直接进行卷曲和定型，然后切成短纤用于无纺布的生产[6]。

不同的热处理方式，短纤加工成的无纺布具有不同的效果，比如热风黏合式生产的无纺布布面柔软、蓬松、手感好、弹性好，但强度较低易变性；热轧黏合式生产的无纺布则强度高、密实平整，且产量高、成本低，但柔软性、手感方面就相对粗糙。双组份复合纤维短纤纺黏无纺布技术还有针刺法、水刺法、化学黏合法等工艺方式。

图4 双组份复合纤维短纤纺丝工艺流程示意图[6]

3 复合纤维的应用

复合纤维的生产是在传统单组份纤维的研究上发展起来的，虽然有所区别但总体步骤相似，两种或多种不同性能熔体材料的复合可赋予纤维新的性能优势，用于各种各样不同的产品中使风格和效用千变万化。

并列型复合纤维 (S/S型)由于其自身卷曲性能的优势，常被用于生产具有蓬松、弹性效果的织物，比如地毯、服装、保温材料等。对于皮芯型复合纤维 (C/S型)，利用其皮层和芯层两种材料的熔点差异，可用于生产黏合纤维，在热处理工艺中皮层较低熔点的组分先软化、黏合在一起，有利于非织造布生产中纤维网的稳定；皮芯型复合纺丝技术为纤维的设计方式提供了十分广泛空间，比如将廉价、易得的材料用于芯层，将具有特殊性能的昂贵材料用于皮层，所得纤维不仅考虑了经济性，还可复合两种材料的性能优势。

复合纤维短纤在非织造布领域的应用十分广泛，产品用于医疗卫生、生活用品，尤其一次性卫生用品方面消耗量十分巨大，据统计2013年我国非织造布的消耗量约为5.73亿平方米。另外复合纤维由于其易获得纤度小、毛细管芯吸效应、不易磨损等方面的性能，在无尘纸、擦拭布等方面也得到应用[6]。

4 结语

目前全球化纤工业的新一轮技术革命正在展开， “大纤维”时代正在到来，功能化、差异化、智能化、绿色化已成为化纤工业的发展趋势，高性能纤维领域更是全球各国必争的科技制高点，复合纤维技术作为高性能纤维的关键性实现技术之一而越来越受到行业的重视。2016年4月美国宣布成立了 “革命性纤维与织物制造研究中心” （RFTMII），新型的革命性织物和纤维与国民经济的各个领域紧密结合，产生了大量全新的应用，很快成为了美国各著名高校和科研院所的研究开发热点。

[1] P.A.Khatwani.双组份纤维——新时代的纤维 [J].王妮,译.国外纺织技术，2004（6）:7-10.

[2] S.Houis,F.Schreiber,T.Gries，喻长远.双组分纤维 (第一部分) [J].国际纺织导报，2008（5）: 8-23.

[3] 叶建忠，齐鲁，白立峰.聚对苯二甲酸丁二酯/聚丙烯皮芯复合驱蚊纤维 [J].合成纤维，2012，41（3）:16-19.

[4] 丁致家，齐鲁，高晓东，等.皮芯复合阻燃疏水纤维的制备工艺 [J].合成纤维工业，2013，36（2）:21-24.

[5] 刘鑫，陈志静，王锐，等.PP/COPET复合纤维的结构与性能研究 [J].合成纤维工业，2005，28（1）:32-34.

[6] 钱鑫.国内外双组份纤维的生产现状及发展趋势[J].合成树脂及塑料，2013，30（4）:80-84.

[7] 王春梅.并列型复合纤维的结构与性能研究 [D].北京:北京服装学院，2008.

[8] 杜捷逻.PTT/PET双组份短纤混纺纱针织物产品的开发和性能研究 [D].上海:东华大学，2011.

[9] 张程，周静宜，等.COPEET/HSPET并列复合纤维结晶和热收缩性能的研究 [J].合成纤维工业， 2015，38（1）:24-28.

[10]何方明.裂片型涤锦复合纤维及其织物 [J].四川纺织科技， 1998（3）:2-3.

[11]董振峰，王锐，等.LDPE/PA6海岛复合超细纤维的可纺性及性能研究 [J].合成纤维工业，2014，37（4）:15-18.

[12] 李宏伟，高绪珊，等.含碳纳米管的新型抗静电纤维的制备和性能:第六届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集 [C].北京，2006.

[13] 林海，李雪梅，等.聚酯/聚丙烯皮芯复合纤维的纺制 [J].化纤与纺织技术，2016，45（4）:1-5.

STUDY AND DEVELOPMENT OF COMPOSITE FIBER MATERIAL

LIXue-mei,XUE Xiao-chuan,LIN Hai,HUANG Jie-xi,WANG Zeng-xi
(Guangdong Province Chemical Fiber Research Institute,Guangzhou Guangdong 510245,China)

Summarized the developing history,main raw materials,classification and research situation of composite fiber.Introduced the production technology from continuous filament and staple fiber two aspects. Recommended some application of composite fiber to industry and related technicians for reference.

composite fiber,core-sheath fiber,side-by-side fiber,chemical fiber

TQ342.94

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.01.004

1672-500X(2017)01-0016-06

2017-03-10

李雪梅 (1987-)，女，四川简阳人，工程师，硕士，从事功能性纤维材料的研究工作。

广东省属科研机构改革创新领域项目 (2014B070705011)