1总论

    近年来，随着高分子化学和复合材料新技术的发展，作为当代三大柔性材料之一的合成革（另外两种是布和纸）得到迅速增长。合成革的基本结构是在纤维制成的基布上，通过化学复合、浸轧、粘贴等工艺，形成一层高分子聚合物膜，并经硫化、染色、整理而成，它是纺织、塑料、化工三个学科的交叉产物，是现代复合材料技术的重要成果。

    合成革依靠其基布和高分子树脂的渗透复合，具有强度高，质感强，拒水透气，手感柔软以及光面和绒面的优良风格。它不仅可与真皮革比美，某些性能还优于真皮。目前合成革己广泛应用于各种箱包、鞋类、家俱、包装、服装、运动器材以及汽车、火车、船舶、飞机的内饰，军用装备的防护，某些高科技领域等方面。它已成为许多产业部门必不可少的基本材料和配套材料。

    我国合成革年产量达20亿平方米以上，居世界首位。还将以8%的速度继续增长。随着城乡居民消费水平的提高，西部大开发的实施，合成革作为一个新兴材料产业，具有广阔的发展前景。

    1.1合成革技术的发展历程

    合成革的发展过程经历了三次重大的技术更新。

    第一代合成革采用全棉或聚酯/棉纱作经纬的机织布经拉绒整理作基布。这种合成革有较好的尺寸稳定性、透气性强，但其弹性较差，平整度、均匀度、表面风格不理想。目前作为中低档产品还大量使用，而作为高档合成革就不能胜任。

    第二代合成革采用聚酯纤维纱或混纺纱的经编针织布作基布，浸涂树脂从聚氯乙烯（PVC）发展到聚氨酯（PU）。由于经编织物的结构性能特征，产品纵横向均富有弹性，适合于鞋类、服装等要求有良好伸缩性能的用途。但针织布和机织布同样由纱线织成，容易露出线头，其仿真效果受影响。

    第三代合成革是以常规非织造布作基布，经聚氨酯多元树脂整理，纤维在成品内以三维结构无定向排列，产品的剥离强度和耐折牢度都大为提高。同时和机织基布相比，断面无线头，且各向同性，有很好的仿真效果。但由于常规非织造布所用纤维较粗，基布结构密度较低，还不能完全满足高档产品的要求。

    新一代合成革就是超细纤维高仿真合成革。它是以超细纤维为原料制成针刺或水刺基布，经减量开纤、染色、研磨、聚氨酯贴合等特种整理，制成高仿真，高密度，高性能的高档合成革。它具有最佳的回弹性、柔软性、仿真性，完全满足国内外市场的高档需求，体现了合成革技术发展的主要方向。

    1.2国外超细纤维合成革的兴起

    美国杜邦公司、日本帝人株式会社从上世纪70年代研究开发超细纤维并取得成功，形成产业化。到90年代各发达国家共有十多个化纤企业能生产0.02detex以下的聚酯短纤维。稍后，美国、意大利、日本、韩国开始研究开发超细纤维非织造布并制成高档聚氨酯合成革。这种产品以其较高的强度，优质真皮的质地感，柔软及良好的悬垂性以及抗皱折、抗静电、抗老化性能，使之成为高科技产品，使用价值超过真皮。超细纤维合成革的出现，使合成革产品提高到一个新的层次，受到众多国际名牌的青睐：如：“耐克”、“阿迪达斯”的运动鞋，“皮尔卡丹”、“瓦伦帝诺”的高档服装，“高尔夫”手套等，均采用超细纤维产品而身价倍增。

    目前，超细纤维合成革在国外市场（主要是发达国家）的年需求量达12亿平方米，并有继续扩大之势。

  1.3我国超细纤维合成革研究开发现状

    从二十年纪八十年代开始，我国合成革行业就开始关注超细纤维合成革的研究工作，并取得一定的进展。如：常州人造革总厂、昌邑同大公司、安徽淮化服装公司、烟台万华集团以及嘉兴禾欣公司等，都曾经试制生产过超细纤维合成革产品。进入21世纪以来，超细纤维合成革的研究开发成为行业内的一个热点，不少单位已形成生产化规模，但在工艺上以不定岛为主，定岛型只有临安海曼公司进行了探索并取得成功；最近绍兴古纤道化纤公司引进国外技术也正在开发定岛型短纤。据报导，国内高档超细纤维合成革的潜在需求达1.25亿平方米，具有广阔的市场前景。

    1.4开发超细纤维高仿真合成革的技术关键

    合成革达到逼真的仿天然皮革效果，迄今已取得重大成功，但还有差距。其主要关键是：现有合成革基布使用常规纤维，单纤直径在12μm以上，既不能充分体现真皮革纹理细腻的外观效果，又不能完全达到真皮革的致密结构。因此，研究开发新一代超细纤细高仿真合成革，已成为国际合成革技术的发展必然趋势。

    超细纤维高仿真合成革的研究开发，要解决纤维纺丝、无纺基布制造、合成革生产三方面的难题，涉及到海岛超细短纤的复合纺丝技术，双向、高频、高密度非织造布针刺技术，高压射流缠结复合水刺技术、超细纤维基布的减量开纤技术以及三维结构聚氨酯特殊整理技术等一系列研究课题。

    2复合纺定岛型超细纤维的研究开发

    复合纺丝技术，通常采用双螺杆、复合喷丝组件，并对熔体不同组分进行控制。复合纺丝有皮芯型、桔瓣型、海岛型。其中海岛纤维是纺得单纤最细，技术含量最高的一种。海岛超细纤维分为定岛和不定岛两类不同工艺。不定岛海岛纤维，通过双聚合物共混纺丝制得，该技术是日本可乐丽公司发明。在不定岛纤维中岛的大小、数量、分布及其长度都存在随机性，纤维的平均线密度不确定，用溶剂抽取海的组分后，纤维的纤度在0.001～0.1D之间。国内烟台万华、昌邑同大等企业均属此类。不定岛超细纤维由于其纤度、长度不均匀，产品风格受到一定影响。

    定岛型超细纤维，国内尚属起步阶段，主要技术关键有三：

    第一是特殊纺丝组件的研制。两种性能不同的熔体，在同一组喷丝板中熔融配列，其纤度又是十分微细，必须设计加工特殊的纺丝组件。过去海岛型喷丝板以进口为主，我们和喷丝板生产厂家合作，经过多次试验、改进，终于攻克了这一难关，生产出效果比较理想的组件。

    第二是可溶性高分子聚合物，也就是“海”的成份的研制。由于岛的成分为聚酯（PET）和聚酰胺（PA），国外海的成分多选用易被溶出的高分子聚合物如聚苯乙烯（PS）及其改性体，低密度聚乙烯（LDPE），还有碱溶性聚酯、聚乙烯醇（PVA）等。在处理过程中，可用水为介质将以碱溶性聚酯或PVA为原料的海溶去，而如果岛的原料是PS或LDPE，则需要采用甲苯等有机溶剂来抽吸溶出。过去，国内进行定岛纺丝试验，多使用进口的可溶性树脂。我们经过多次研究试验，已开发成功可溶性材料接近国外同类产品水平。

    第三是复合纺丝工艺的研究。两种非相容性的聚合物经双螺杆挤压进特殊喷丝组件纺出丝来，其工艺条件十分重要。均匀的双聚合物共混体，只具有单一玻璃化转变温度Tg，其值介于两个相混聚合物各自原值之间。该转变区域的宽度稍有增加，依赖于它们之间混溶性能的优劣。这与当可混溶的增塑剂，被添加到一个聚合物或无规共聚物之中形成均匀体系时所观察到的行为是相似的。尽管二级相转变（玻璃态——橡胶态转变）应用动态力学试验测定时发生超过了限定的温度范围；但Tg仍被认为是其相关的某些粘弹性函数（贮能模量E′和损耗角正切值tanδ）也呈现出最大值。而海岛纤维亦可通过控制两种聚合物的粘度比与混合比来控制其加工过程。

    纺制海岛纤维时应选用粘度相近的组分，严格控制切片含水率，合理选择纺丝温度和COPET与PET/PA6的配比，才能避免出现注头丝和弯头等不正常现象。冷却成型条件是影响原丝的重要因素。增加温度，适当提高环吹风速可以相应降低原丝伸长率，改善原丝的拉伸性能和岛相在海相中的分布。选择适当的拉伸倍数，在保证成品纤维的强度基础上，控制好断裂伸长率，使岛相微纤得到充分的取向。控制拉伸温度，通过设定油浴温度，调整拉伸应力，减少毛丝和断丝，严格控制后纺油浴槽的油剂浓度和均匀性，稳定成品纤维的比电阻，以利于后道的加工。

此外，海岛复合纺丝对物料的物性要求非常严格，COPET应与PET/PA6具有相似的物理化学性能和一定的相溶性，但是COPET流动性差，成纤性能差，所以要求尽量避免因两者的表观粘度相差太大，以及对温度、压力和剪切速率的敏感度不一致而导致纺丝困难，丝束成型差。COPET是PET的改性共聚酯，所以可以通过它们的特性粘度来反映粘流活化能的差异，对于PA6与COPET则要用粘度计、流度仪等间接反映它们的流动性能差异，当然表观流动性与温度、压力和剪切速度等因素都有关系。选用的COPET应具有良好的结晶性能，以保证预结晶，干燥的顺利进行。

3双向、高频、高密度针刺新技术

    利用针刺法生产的无纺布，由于其表面平整、具有很好的强力、密度和弹性，而且具有良好的耐磨性、舒适性、屈挠性、各向同性等特点，因此被大量用作合成革基布。而最先进的针刺合成革基布，原料以超细纤维为方向，工艺技术以双向、高频、高密度针刺为方向。

    超细纤维的针刺加工，其产品抗拉强力和撕破强力、外观和均匀度、平整度、延伸性、柔软性、高密度、及各向同性等方面的性能均有较高的水平。根据海岛超细纤维的生产工艺不同，海部分的成份不同，分为碱减量型和甲苯溶出型。

    碱减量型海岛纤维生产的基布要求体密度较高，一般大于0.27，手感密实丰满，布面细腻，层间剥离强度高。其纤维的可纺性较好，与普纤相差无几，因此，在基布的生产过程中开松、梳理的工艺变化不大。

    甲苯溶出型海岛纤维生产的基布要求克重和厚度的均匀性要好，体密度较小，一般在0.19左右，层间剥离强度大于20N。但甲苯溶出型纤维的可纺性较差，其海部分熔点很低，纤维间抱合力差，加工难度较大，主要问题出现在开松过程中易堵塞，梳理机易粘针布，出现棉网云斑等。

    下面，主要分析碱减量型海岛纤维的针刺工艺技术：

    3.1纤维原料

    采用涤纶、锦纶海岛型超细纤维作为原料。涤纶纤维和锦纶纤维均有良好的结晶性，较高的断裂强度。但它们的长链分子的柔软性存在差异，涤纶纤维中由于引进了苯环，长链分子显得刚性一些，反映在性能方面，它的初始模量大，生产出来的基布，回弹性和手感柔软性要逊于锦纶纤维。锦纶纤维的长链分子中含有一定数量的、能与水发生亲和作用的酰胺键，所以含有锦纶纤维合成革基布的吸湿性的提高，对后道PU革涂层和DMF含浸工艺有利。而超细纤维针刺布，其外观和物理性能优选用30%锦纶70%涤纶比例。

    3.2梳理和杂乱成网工艺

    梳理和杂乱成网工艺直接影响成品的均匀度和各向同性，采用大锡林梳理机，双道夫，双杂乱辊，经交叉铺网成网的工艺，适用于超细纤维。喂入的纤维网经大锡林和其上的五对工作辊、剥毛辊的作用，一部分长度较大，伸直度较好的纤维经上道夫转移出机，而另外一部分长度较短，伸直度较差的纤维再经锡林，由下道夫转移出机。超细纤维的纤度小，重量轻，梳理速度和转移速度都应适当降低。

    由于超细纤维是由两种聚合物纺丝制得，因此普通的纤维油剂难以解决生产中产生的大量静电积累问题，通常还需要对纤维进行给水或施加抗静电剂等前处理。开松混合工艺采用“多点开松，柔和打击”的方式，适当增加打击点，降低打手的速度，减少打击力，以减少纤维损伤，降低梳理机的负荷，提高纤网的均匀度。

    3.3针刺工艺

    在针刺工艺中，为了达到良好的品质，必须选择合适的刺针型号，同时根据超细纤维的缠结效果和结构情况调整针刺深度、针刺密度针刺工艺参数。在生产超细纤维薄型产品时，由于针刺深度较小，刺针进入纤网的刺钩数比较少，可以增加针刺密度，而厚型产品时，由于针刺深度的增加，有更多的刺钩进入纤维网，多枚针插入时将做更多的功并使更多的纤维定向，可以减少针刺密度。

    超细纤维针刺布的密度比常规产品高，从而提高了最终成品合成革的仿真效果。这是其基本特点之一。

    高频针刺其刺入纤网的瞬间缩短，有利于纤维带入和退出时的缠结效果，使纤网既不分层，又保持均匀平整的结构。双向针刺是当前最先进的针刺技术之一。和单向针刺相比，提高了针刺效率，改善了成品质量，特别适用于超细纤维。

    3.4热定型工艺

    热定型工艺对基布的厚度控制起到重要的作用。基布中纤维的随机排列从根本上导致织物密度的变化，这主要决定于纤维密度和纤维组合方式。轧压过程改变了纤维的组合，针刺非织造布结构内超细纤维的弯曲和运动在热力作用下瞬间地进行，温度上升使纤维的增塑性较常规纤维增大。

    4高压射流缠结、开纤水刺新技术

    利用高压射流即水刺的机理，生产出均匀、平整、致密的薄型无纺基布，是开发超细纤维高仿真合成革的重要环节。

    水刺法是一种利用高压水针，既能将海岛型纤维缠结成布，又能将分割型双组分纤维分裂成单一组分超细纤维的最有效方法。双组分纤维其他的分裂途径是采用热收缩法分离或用化学处理法溶解其中一种聚合物。水刺法是一种较为节省的使纤维分裂的方法。

    4.1超细纤维的选择

    因纺丝的需要，超细纤维采用的油剂品种不同于常规化纤，且油剂含量较高。往往造成某些超细纤维的静电较大，无法梳理成网，或者容易导致水中产生大量泡沫，影响水刺效果，故在生产前要对超细纤维进行比电阻测试和油剂泡沫试验。合适的比电阻范围是107Ω•cm2～108Ω•cm2，油剂试验需表明无明显泡沫。

    4.2梳理工艺的控制

    超细纤维分裂前纤维的纤度大，且长度大，梳理应无问题。但某些超细纤维因组分与组分之间的粘接力较弱，会在梳理机针布大力的梳理作用下就发生局部开纤。极细的纤维缠绕在针布上，使纤网质量受到破坏，严重时甚至没有纤网输出。因此应适当控制梳理机锡林、工作辊和剥棉辊的速度。（