東華大學紡織學院， 上海 201620

近年來，受益于持續(xù)增長的需求推動，非織造行業(yè)儼然成為了全球紡織業(yè)中成長最迅速、受關(guān)注最密切、創(chuàng)新最活躍的領(lǐng)域之一，非織造材料已成為現(xiàn)代社會和經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的一種重要新型材料[1]。目前，我國非織造材料產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的40%以上，位居全球首位，是全球最大的非織造材料生產(chǎn)國、消費國和貿(mào)易國。非織造材料是由纖維無序堆砌而成的，故纖維的品種和性能將直接決定最終非織造材料的性能和用途[2]。隨著非織造材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，以及生產(chǎn)線和設(shè)備的革新，非織造材料用新原料也不斷涌現(xiàn)，這為非織造產(chǎn)品的發(fā)展提供了更加廣闊的空間。

1 非織造材料用纖維發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 生物基纖維

表1歸納了非織造材料用生物基纖維的種類及其產(chǎn)品。

1.1.1 再生纖維素纖維

1.1.1.1 黏膠纖維

在非織造行業(yè)中，黏膠纖維用量較大，但其濕強度低，故常與其他纖維共混鋪網(wǎng)來制備非織造復(fù)合材料，如殼聚糖/黏膠纖維水刺非織造復(fù)合材料等。

表1 非織造材料用生物基纖維的種類及其產(chǎn)品

高性能、差別化、功能化、環(huán)保等新型黏膠纖維的開發(fā)和應(yīng)用，是基本的國際發(fā)展趨勢，如阻燃型黏膠纖維、負離子型黏膠纖維等，但國內(nèi)黏膠纖維仍以常規(guī)品種為主，且發(fā)展相對緩慢[3]。伴隨著市場開發(fā)的不斷深入，由功能型黏膠纖維制造的非織造產(chǎn)品，其前景會越來越廣闊，如截面異形化、超短、超細等黏膠纖維既實現(xiàn)了非織造衛(wèi)生材料行業(yè)對纖維性能、質(zhì)量、包裝、安全等各方面的要求，還滿足了下游制造業(yè)對加工的要求。黏膠纖維水刺非織造材料有著巨大的市場需求，2017年我國非織造材料水刺專用黏膠纖維用量為21.0萬t，另外還進口了印尼SPV水刺專用黏膠纖維0.6萬t、博拉水刺專用黏膠纖維0.5萬t及蘭精黑色水刺專用黏膠纖維0.5萬t。此外，醫(yī)療衛(wèi)生用無味黏膠纖維、可食用黏膠纖維、遠紅外黏膠纖維、抗菌黏膠纖維、高吸附黏膠纖維、高濕強黏膠纖維等功能性黏膠纖維，都是目前國內(nèi)外科研機構(gòu)和企業(yè)研發(fā)的重點。

1.1.1.2 Lyocell纖維

憑借原料可再生及生產(chǎn)技術(shù)環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢，Lyocell纖維已然成為極具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N再生纖維素纖維[4]。Lyocell纖維具有良好的吸濕透氣性，尤其是其濕強度與濕模量可與合成纖維相媲美。通過針刺、熔噴、水刺等工藝制備Lyocell纖維非織造材料，可用作面膜基材、過濾材料、合成革基材等產(chǎn)品[5]。國內(nèi)開始Lyocell纖維的研發(fā)已有近30年的時間，從可持續(xù)發(fā)展的長遠角度及纖維本身的性能分析，Lyocell系列新溶劑法纖維素纖維勢必將占領(lǐng)市場，并憑借其優(yōu)良的性能被消費者接受和喜愛。2017年我國用于生產(chǎn)水刺非織造材料的Lyocell纖維約0.8萬t。

Lyocell纖維產(chǎn)業(yè)是我國重點支持的新興產(chǎn)業(yè)。中國紡織科學研究院綠色纖維股份有限公司年產(chǎn)1.5萬t的新溶劑法纖維素纖維(天絲)產(chǎn)業(yè)化項目，經(jīng)過18年攻關(guān)，工藝路線一次性全線打通，于2017年8月29日通過了科技成果鑒定。該項目是我國生物基纖維領(lǐng)域“綠色制造”工業(yè)化過程中取得的重要突破，推動了我國化纖工業(yè)的綠色健康發(fā)展。

1.1.2 海洋生物基纖維

1.1.2.1 殼聚糖纖維

殼聚糖纖維作為生物基纖維新材料中的一種，其原料來自于海洋中的蝦蟹殼，資源豐富，可再生，具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛[6]。目前，全世界每年可獲得的甲殼素有15.0萬t，但能生產(chǎn)使用的甲殼素不超過1.0萬t[7]。山東海斯摩爾生物科技有限公司經(jīng)過多年的試驗性探索，最終攻克了高品質(zhì)純殼聚糖纖維與制品產(chǎn)業(yè)化全套的關(guān)鍵技術(shù)，填補了國內(nèi)空白，并實現(xiàn)了0.2萬t的純殼聚糖纖維全自動化生產(chǎn)線，其通過溶解提純后的殼聚糖再經(jīng)濕法紡絲及后處理加工獲得性能優(yōu)異的非織造用殼聚糖纖維[8]。

殼聚糖纖維具有顯著的殺菌防霉、止血促愈等生物學特性，其非織造材料一般采用針刺或水刺工藝制備，可用于醫(yī)用敷料、組織工程、面膜化妝品等領(lǐng)域。通過靜電紡絲技術(shù)制備的具有良好吸附性能的殼聚糖纖維可實現(xiàn)多領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，如通過乳液靜電紡絲技術(shù)制備的殼聚糖/ 聚乳酸(PLA)納米纖維可用于牙周組織工程[9]。其他各種復(fù)合型殼聚糖纖維非織造材料也層出不窮，它們被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如殼聚糖/黏膠纖維共混水刺面膜基材等。此外，采用濕法成網(wǎng)和水刺工藝制備的殼聚糖過濾介質(zhì)具有良好的過濾效果，可替代傳統(tǒng)的廢水、廢油過濾材料。

1.1.2.2 海藻酸鹽纖維

海藻酸鹽纖維具有阻燃、吸濕、生物相容、可促進傷口愈合、生物可降解、成膠等性能[10]。這些優(yōu)異的性能使其在功能性醫(yī)用敷料、功能性面膜材料、婦幼衛(wèi)生用品、成人失禁產(chǎn)品等紡織材料中具有很高的應(yīng)用價值[11]。然而，純海藻酸鹽紡絲液的水凝膠性能較差，這導(dǎo)致了纖維的制備具有一定的難度，故目前常采用海藻酸鹽與非海藻酸高聚物(如纖維素等)共混紡絲制備海藻酸鹽纖維。在探索海藻酸鹽纖維的性能和應(yīng)用方面，我國的研究起步時間相對較晚，到21世紀初才開始有較多的研究與關(guān)注。利用海藻酸鹽纖維制成的非織造材料被廣泛應(yīng)用于傷口敷料、繃帶、醫(yī)用紗布及組織工程復(fù)合支架、面膜材料等領(lǐng)域[12]。青島大學采用交聯(lián)整理法制備的新型海藻酸鈣/殼聚糖復(fù)合纖維不但具有優(yōu)良的吸濕性、抗菌性和光澤度，而且制備成本低廉，經(jīng)濟效益可觀[13]。將海藻酸鹽纖維和甲殼素纖維混合鋪網(wǎng)再經(jīng)針刺工藝制備的產(chǎn)品具有抑菌、吸濕透濕、舒適保健等功效。

1.1.3 生物基合成纖維

1.1.3.1 PLA纖維

我國PLA的發(fā)展起步較晚，PLA纖維的工業(yè)化基本處于初級發(fā)展階段，生產(chǎn)規(guī)模僅在1.5萬t/a，其無論是在資金投入還是在研究隊伍及成果方面，均與國外存在明顯的差距。

PLA是一種集生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性于一體的綠色熱塑性聚酯，具有較好的彈性模量、力學強度和熱成型性[14]，但其生產(chǎn)過程依舊無法達到綠色制造的水準。在非織造材料行業(yè)中，PLA纖維已在氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)、水刺、熱黏合、針刺等產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)現(xiàn)已形成約0.5萬t/a 的PLA纖維、0.1萬t/a的吹塑級或注塑級PLA產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模，其中東華大學等已掌握紡熔產(chǎn)業(yè)化PLA非織造材料的制造技術(shù)。紡黏、水刺、熱軋PLA非織造材料可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、包裝、過濾、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[15]。如：以PLA纖維和苧麻落麻纖維為原料制成的針刺非織造材料，可作為無土栽培的基質(zhì)[16]；將靜電紡PLA納米纖維沉積在PLA熔噴非織造材料表面，可制備出高效率的空氣過濾材料[17]。此外，可產(chǎn)業(yè)化的超細PLA纖維非織造材料的開發(fā)能進一步提高PLA纖維的應(yīng)用效率和價值。

1.1.3.2 生物基聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維

生物基PTT纖維屬差別化、功能性纖維，其不僅兼具腈綸、滌綸及錦綸等化纖優(yōu)良的性能，還具有能回彈、生物可降解等特性，能在常溫下進行染色，在非織造領(lǐng)域發(fā)展空間廣闊。國內(nèi)在生化法制備PTT及其纖維產(chǎn)業(yè)化成套裝備、工程化技術(shù)及其制品生產(chǎn)技術(shù)等方面發(fā)展迅速，這有利于克服生產(chǎn)成本高帶來的發(fā)展瓶頸。2014年，盛虹集團開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PTT及改性PTT關(guān)鍵設(shè)備及成套生產(chǎn)技術(shù)，是國內(nèi)最早集1，3-丙二醇生產(chǎn)、聚合紡絲、面料印染等完整PTT產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的公司，打破了國際壟斷[18]。PTT基非織造材料可使用PTT短纖(純纖或混纖)經(jīng)針刺或水刺纏結(jié)技術(shù)制得，也可采用紡黏或熔噴技術(shù)直接制得，用于醫(yī)療衛(wèi)生、家具座墊、車內(nèi)裝飾及建筑安全等領(lǐng)域[19]。

1.2 石油基纖維

1.2.1 聚酯(PET)纖維

非織造用PET纖維主要有普通型、高收縮型、低熔點黏結(jié)型、阻燃型、遠紅外型等，主要應(yīng)用于加工車用內(nèi)飾材料、土工合成材料、空氣或液體過濾材料、農(nóng)業(yè)地膜材料、水果花卉材料、家居抹布材料和醫(yī)療衛(wèi)生材料等[20]。我國是PET纖維生產(chǎn)大國[21]，2017年P(guān)ET纖維產(chǎn)量約3 211.0萬t，同比增長5.4%。2017年國內(nèi)水刺專用PET纖維主要由熔體直紡技術(shù)生產(chǎn)，水刺專用PET纖維總產(chǎn)量在50.0萬～55.0萬t，包括水刺專用無銻PET纖維等。同時，我國非織造行業(yè)對于改性PET的需求越來越大，如低熔點PET纖維、抗熔滴PET纖維、粗旦(60 D即6.67 tex以上)PET纖維、添加抗過敏油劑的PET纖維等[22]。如今，新型多功能改性PET非織造產(chǎn)品已大量走向市場，走向日常。

1.2.2 雙組分纖維

雙組分纖維的出現(xiàn)極大地拓展了非織造材料的產(chǎn)品種類，提升了非織造材料的質(zhì)量，推動了非織造產(chǎn)品的進步和創(chuàng)新[23]。如，具有功能性和高附加值的聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)、聚酯/聚乙烯(PET/PE)等雙組分纖維，其結(jié)構(gòu)主要有同芯型、并列型、偏芯型、橘瓣型等。PP/PE纖維是雙組分纖維中最重要和廣泛使用的品種[24]。2017年，我國PP/PE纖維產(chǎn)能為35.0萬t，其推動了熱黏合技術(shù)的進步，降低了非織造材料的制造能耗，實現(xiàn)了婦嬰產(chǎn)品的低成本發(fā)展。橘瓣型雙組分纖維是一種新型的結(jié)構(gòu)化纖維，依靠機械力或水刺噴射力可使橘瓣剝離，實現(xiàn)纖維比表面積的增加及手感的改善。與海島型雙組分纖維相比，橘瓣型雙組分纖維更具獨特的優(yōu)勢[25]。橘瓣型雙組分中空纖維是具有異形截面的一種超細纖維，可廣泛應(yīng)用于制備水刺超纖革基材料、擦拭材料、床上用品、過濾材料等。目前，國內(nèi)正加大力度研發(fā)橘瓣型雙組分紡黏非織造材料的開纖技術(shù)及水刺加固工藝，探討其力學性能與過濾性能等，并取得了顯著性突破。

1.3 特種纖維

1.3.1 聚四氟乙烯(PTFE)纖維

聚四氟乙烯(PTFE)纖維因化學穩(wěn)定性好，耐高溫、耐酸堿、抗老化及阻燃性能優(yōu)良等特點，被廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、建筑、電子電器、機械、紡織等領(lǐng)域[26]。近年來，我國PTFE纖維的生產(chǎn)規(guī)模已達到約2.0萬t。膜裂法是非織造用PTFE纖維的主要生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)工藝簡單、無污染，制得的纖維強度高，但纖維直徑不均勻，且對生產(chǎn)溫度有較高的要求，可加工成針刺非織造材料。上海靈氟隆新材料有限公司、上海金由氟材料股份有限公司等已具備生產(chǎn)PTFE纖維用膜、膜裂長絲、短纖及縫紉線的技術(shù)和能力，產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于高精度梯度濾料。復(fù)合型PTFE產(chǎn)品也開始走向應(yīng)用化，如PTFE/芳綸[27]、PTFE/聚苯硫醚(PPS)[28]、PTFE/聚酰亞胺(PI)[29]等復(fù)合濾料被大量應(yīng)用于高溫除塵過濾領(lǐng)域。有學者以PTFE纖維易產(chǎn)生靜電為出發(fā)點，研究了摩擦駐極[30]對PTFE纖維非織造材料過濾性能的影響，也有一些專利報道了PTFE超細中空纖維膜的制備與結(jié)構(gòu)特征[31]。受益于國內(nèi)技術(shù)的創(chuàng)新和突破，我國PTFE纖維及其微孔膜的產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70%。此外，國產(chǎn)PTFE纖維的部分性能已超過國際同類產(chǎn)品，其產(chǎn)量可在滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求的同時，向亞洲、歐洲、美洲及中東等地區(qū)出口。

1.3.2 抗氧化聚苯硫醚(PPS)纖維

抗氧化聚苯硫醚(PPS)纖維具備優(yōu)異的耐化學腐蝕性(200 ℃以下無溶劑可溶)、200～220 ℃時長期使用的熱穩(wěn)定性，以及良好的阻燃、耐輻射和力學性能，優(yōu)良的電絕緣性能等，是一種不可替代的環(huán)保濾料原料[32]。目前，國產(chǎn)PPS纖維的年產(chǎn)量為0.4萬～0.5萬t，年進口量為0.4萬～0.5萬t。由對二氯苯和硫化鈉縮聚形成的PPS聚合物，其分子結(jié)構(gòu)中的硫以二價的形式存在，這使得PPS纖維極易被氧化而發(fā)生破壞，造成濾料整體失效，并伴隨強力的大幅衰減[33]。通過添加抗氧化劑進行熔融共混改性，可制備出具有明顯抗氧化性能的PPS纖維，同時其耐熱性能也得到了提高[34]。抗氧化PPS纖維可抑制工況條件下濾料的氧化失效，大大提高濾料的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，是發(fā)電廠等企業(yè)高溫煙氣除塵過濾用的更安全、可靠、經(jīng)濟合理的一種纖維材料[35]。

1.4 其他高性能纖維

高性能纖維已成為諸多應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的材料，同時也是拓展非織造材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要原料。高性能纖維具有高強、高模、耐高溫、耐強腐蝕和阻燃等性能，主要用于高溫過濾材料、高性能復(fù)合材料、耐高溫防護服、吸聲隔聲材料等。超高相對分子質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)纖維、芳綸[36]、聚對苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維[37]、芳砜綸(PSA纖維)[38]、PI纖維、玄武巖纖維及玻璃纖維等，是目前主要的高性能纖維，且大部分已用于制備具有特殊性能和用途的非織造產(chǎn)品。高性能纖維的研發(fā)和發(fā)展有助于推動非織造材料向高科技產(chǎn)品進軍。

2 發(fā)展趨勢

非織造行業(yè)的目標是實現(xiàn)非織造產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，其所用新纖維原料的研發(fā)重點集中在天然纖維的升級利用，高性能生物基再生及合成纖維、新型生態(tài)化及功能化合成纖維的開發(fā)，PET纖維的高質(zhì)量回收利用等方面。

2.1 原生態(tài)纖維

隨著生態(tài)環(huán)保理念的普及，原生態(tài)纖維材料將重新受到人們的廣泛關(guān)注。棉纖維作為傳統(tǒng)的生物基天然原生態(tài)纖維，綠色環(huán)保，產(chǎn)品易生物降解。伴隨著棉纖維專用非織造工藝和設(shè)備的日益完善，全棉水刺非織造材料的需求量逐年遞增，尤其是在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮?。麻纖維強度高、模量大、質(zhì)硬、耐磨、耐腐蝕、耐水浸漬、可再生、可降解、熱穩(wěn)定性和聲學特性優(yōu)異，由其增強的非織造復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域、包裝領(lǐng)域和建筑領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

2.2 功能化黏膠纖維

近來，人們對醫(yī)療、衛(wèi)生、家居干濕擦拭材料的消費觀念逐漸趨于回歸自然，這大大帶動了黏膠纖維需求的增長。隨著國內(nèi)人均消費水平的提高，傳統(tǒng)黏膠纖維非織造產(chǎn)品已不能滿足市場的需求，因此，以黏膠纖維為基體，開發(fā)適用于非織造生產(chǎn)工藝的各種新型功能化黏膠纖維應(yīng)運而生。未來，應(yīng)加大研發(fā)力度，聚焦遠紅外、超細、中空、負氧離子、阻燃等多功能復(fù)合黏膠纖維的開發(fā)與應(yīng)用，進一步促進非織造材料向舒適、保健、特色化、功能化和高附加值方向發(fā)展。

2.3 生物基纖維

Lyocell纖維、蠶絲纖維、殼聚糖纖維、海藻酸鹽纖維、PLA纖維及PTT纖維等生物基纖維在非織造行業(yè)中的應(yīng)用將日益廣泛，如農(nóng)林業(yè)用的育苗網(wǎng)材料、防霜防凍防雜草網(wǎng)材料、種子袋、農(nóng)用化學品和化肥袋；漁業(yè)用的養(yǎng)殖網(wǎng)、漁網(wǎng)、漁線、海岸網(wǎng)材料等；食品業(yè)用的非織造過濾材料、蔬菜水果等食品包裝非織造材料等。

2.4 回用PET纖維

我國已是回用PET纖維的第一生產(chǎn)大國，PET回收量約占全球總量的28%，且一直保持著最高的回收率。與國外發(fā)達國家相比，我國PET回用行業(yè)的發(fā)展速度較慢，膜狀、塊狀PET廢棄材料如瓶片料、“泡泡料”等的回收與清洗技術(shù)標準參差不齊，且尚未形成統(tǒng)一的規(guī)模，易造成二次環(huán)境污染。當前PET的價格普遍較低，且我國PET回收業(yè)目前仍處于“作坊”的狀態(tài)，所以未來要提高廢棄PET產(chǎn)品的回收利用率、回收技術(shù)水平和再生PET非織造產(chǎn)品的質(zhì)量，拓展回收PET在非織造行業(yè)中的應(yīng)用。

3 結(jié)語

總之，功能化纖維將驅(qū)動非織造材料向特色化、高附加值方向發(fā)展；生物基纖維及原生態(tài)纖維將在綠色生態(tài)型非織造材料的開發(fā)中占據(jù)重要地位；高性能特種纖維是推動非織造材料進軍高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵；廢棄PET料的高效回收和高效再利用是整個非織造行業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)。未來，在結(jié)合我國農(nóng)林業(yè)生態(tài)發(fā)展特點的基礎(chǔ)上，將工程技術(shù)與生物技術(shù)緊密結(jié)合，宜開發(fā)一系列栽培、養(yǎng)殖等多領(lǐng)域全覆蓋的非織造材料，重點研發(fā)我國現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)等應(yīng)用的綠色生態(tài)型非織造材料。