“金三发·当盛”杯获奖作品展 | 一等奖：高效绿色开纤-水溶性海岛型双组份超细纤维非织造材料

常见海岛纤维在实际制备过程存在开纤污染环境的问题，为解决这一问题，本作品采用TPVA为海组份进行熔融复合纺丝。然而，TPVA作为一种水溶性聚合物，由于其本身含有大量的强氢键，因此其热分解温度和熔点较为接近，这为TPVA的熔融复合纺丝造成了极大的阻碍。本作品通过对TPVA原料进行热性能测试，发现其熔点为193.1 ℃，热分解温度为286.5 ℃，而且在实际生产中其在250 ℃时就已经发生持续的分解，表2-1为TPVA和LMPA6纺丝原料特性参数。因此，TPVA很难常规聚酰胺和聚酯进行熔融复合纺丝。

为解决上述技术难题，本作品选用低熔点聚酰胺（LMPA6）为岛组份，与TPVA进行熔融海岛纺丝，随后将其切成短纤后通过梳理-针刺非织造工艺制成TPVA/LMPA6海岛型超细纤维非织造材料。首先将LMPA6和TPVA聚合物分别由两个螺杆挤出机进行熔融，随后经由具有海岛分配系统的喷丝板喷出形成纤维。在进入喷丝孔之前，两种聚合物彼此分离，在进入喷丝孔瞬间，两种聚合物熔体接触，并在喷丝孔甬道中均匀混合，最后形成连续相均匀包覆分散相的纤维，形成定岛型海岛纤维，岛数为37岛，其成型工艺如图1所示。其中，纺丝温度为220 -240 ℃，牵伸倍率为1.2-3.0。

表1 TPVA和LMPA6纺丝原料特性参数

2.3. 产品结构

图2所示为本作品电镜图片，不难看出，本作品具有37“岛”结构的海岛型纤维截面，与此同时，针刺后的非织造材料具有较为密集的孔隙，而且纤维与纤维之间缠结的较为紧密，经过测量，此时纤维直径分布在在10~12 μm左右。

       a-纤维截面             b-非织造材料表面         c-非织造材料截面图2 TPVA/LMPA6海岛型双组份超细纤维非织造材料的扫描电镜图2.4. 产品性能特点2.4.1 力学性能

表2所示为开纤前后所制备非织造材料的力学性能，由其可知，本作品具有优异的机械性能。

表2 开纤前后本作品力学性能对比

图3 不同纺丝温度下非织造材料的拉伸断裂强力2.4.2 水溶性能

如图4所示，本作品展现出了较为优异的水溶性，且由于采用TPVA醇解度为88 %，常温下即可实现水溶，既环保又节省能源。

 

图4 本作品水溶开纤过程示意图

 

图5 本作品水溶开纤性能2.4.3 开纤后纤维直径

图6为本作品开纤后纤维直径分布图，可以看出，开纤后纤维直径主要分布在3~5 μm，具有超细的纤维形态。

图6 本作品开纤后纤维直径分布图

3

TPVA的回收利用-水溶膜

本作品所制备TPVA/LMPA6海岛型双组份超细纤维非织造材料进行水溶开纤后，还可以将溶于水中的TPVA进行回收利用。将溶有TPVA的液体进行浇铸成膜，可以制得具有水溶性的薄膜，且所制备TPVA水溶膜具有优异的水溶性能，常温下即可实现迅速水溶解。该膜可用于洗衣凝珠、一次性包装袋等领域。

 

图7 TPVA水溶膜

4

应用领域

4.1. 超细纤维合成革

本作品具有良好的机械性能，可以经过含浸聚氨酯树脂后用于超细纤维合成革基布的制备。

4.2.包装材料

本作品具有良好的机械强度以及优异的抗冲击性能，可直接用于包装材料，也可经抗静电整理后用于精密电子仪器包装材料。

4.3. 过滤材料

本作品由于其致密的表面结构，使其具有本身较高的过滤性能，后续可经过静电驻极处理后用于过滤材料的制备，如建筑防渗膜等。

4.4. 装饰用品

本作品不仅具有一定的防水、透气和透湿性能，还具有防螨防蛀的特性，可经过染色处理和柔软整理后用于家用装饰用品如窗帘、床单等的制备。

5

作品的创新点

5.1. 原料创新：本作品选用可常温水溶聚乙烯醇为海组份，低熔点聚酰胺为岛组份。

本作品采用低醇解度（88 %）的TPVA为海组份，具备常温水溶的特性，在开纤过程中，不仅环保无污染，而且节省能源。

5.2. TPVA回收再利用：本作品将开纤后水溶的TPVA废液进行了回收再利用，降低了成本。

本作品将溶解后的TPVA制备成水溶膜，实现了资源的再利用，节省了生产成本。

本作品原料创新已申请2项发明专利，如图8所示。

图8  作品创新发明专利（左CN 8A；右：CN 4A）

7. 作品实物照片

发掘优秀设计开发人才，第十一届“金三发·当盛”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛成果丰硕

2023-09-21

关于公布第十一届“金三发﹒当盛”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛获奖结果的通知

2023-08-28

第十一届“金三发﹒当盛”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛评审会召开

2023-08-16

关于举办第十一届“金三发·当盛”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛的通知

2023-06-12