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              2. 新型纖維的種類與發展方向

                蔡繼權

                (杭州市化工研究院有限公司  浙江杭州  310023)

                摘  要:研究種類繁多的新型纖維,擴大其在產業上的應用,研發相關的紡織印染助劑和后續的紡織品整理工藝,已經成為紡織與印染業的發展方向。新型纖維的蓬勃發展呼喚紡織印染助劑和整理技術的進一步創新。

                關鍵詞:新型纖維;種類;發展;綠色;生態;循環;納米復合纖維


                隨著人們對生活質量和環保意識的提高,傳統纖維存在一些缺陷,不能滿足人們的某些需求,而紡織機電一體化、數字化、智能化的推進和高新工藝技術的應用,使得紡織產業重新煥發光彩,出現了新穎化、多元化和環保型的新型紡織纖維。纖維是紡織品的原料,纖維的性狀影響紡紗、織布、印染和紡織成品。根據紡織纖維的特性設計紡紗織布工藝,研討隨著紡織纖維的發展進而研發應用相關印染助劑與后續紡織品的整理工藝,有重要的現實意義。

                新型纖維是指纖維成分、形狀、性能等方面區別于傳統纖維的纖維。新型纖維種類繁多,研究新型纖維的現狀與種類,研發應用綠色、生態、保健、可降解的新型纖維,擴大新型纖維在航天、航空、交通運輸、醫學、化工等產業上的應用,研制應用相關的紡織印染等助劑,已經成為紡織與印染業的發展方向。

                1.新型纖維蓬勃發展

                1.1 天然植物纖維

                天然彩棉是利用生物技術培育的新型纖維,具有色彩自然、手感柔和,無需染色、漂白,不會在衣服中殘留有害金屬離子和酸堿等有害物質。世界主要產棉國都致力于彩棉的研究,我國四川、甘肅、河南、海南、新疆形成研究育種基地,已培育出15個系列、棕、綠、紫、灰、橙等45種色澤的品種。生產的彩棉,色彩鮮艷而棉花屬性沒有改變。已利用彩棉純紡或與白棉、化纖短纖、各種功能性纖維、羅布麻等生產各種混紡紗、生產機織或針織面料;但色譜尚不完善,色牢度較差,纖維線密度細、產量較低,尚需努力。

                天然竹纖維以竹子為原料,采用物理方法及多段漂白精制而成漿粕及纖維,纖維細度、白度與普通精煉粘膠接近,強力達到國家標準,韌性、耐磨性較高,可紡性能優良。竹纖維橫截面均布滿了大大小小的空隙,可以在瞬間吸收并蒸發水分。運用天然竹纖維生產的紡織產品特點是涼爽、柔滑、光澤好。竹纖維具有優良的反彈性、懸垂性、耐磨性、抗菌性,特別是吸濕性、放濕性、透氣性居各纖維之首。夏季穿上用竹纖維面料制作的服裝,使人感到特別的清涼。

                木棉屬單細胞種子纖維,是最輕、最細的天然纖維。其中空度高達85%,線密度為0.9dtex~3.2dtex,密度約為3.9g/cm3,平均長度為25mm~35mm,表面光滑,無天然卷曲,耐酸堿、強度低,有光澤,呈微黃色,防菌、防蛀、防霉;但抱合力和可紡性差,加捻效率低,只能少量混紡,開發舒適保暖的內衣類高檔織物。

                牛角瓜纖維又稱水晶棉纖維、樹棉纖維,是近年發現的原創性纖維,它是一種灌木果實,狀似牛角,每年能收獲多次纖維,長度為20.0mm~40.5mm,平均長度為34.75mm,密度約為棉纖維的一半,線密度約為0.93dtex。與木棉相似,其可紡性差,有較強的抗菌能力,中空度達80%,宜少量混紡,用于制作保暖內衣等,用途受限。

                麻類新纖維,傳統麻纖維有苧麻、亞麻和黃麻等。當今麻類纖維采用新型脫膠技術,能改善其線密度和可紡性,改善麻纖維帶來的刺癢感,充分發揮麻類優良的吸濕、排濕功能和抗菌、抑菌作用。如:由大麻無毒改進的漢麻,其放濕性優于苧麻,色潔白,可減少靜電集聚,耐熱性好,不易起毛、起球;圣麻以黃麻為原料,采用特殊的專利技術,使其纖維具有干濕強度高、透氣、抑菌、防霉等特征,制成的織物滑爽、懸垂性好,深受用戶歡迎;此外,還有劍麻、羅布麻等,產量很低。

                圣麻纖維是河北吉蒿化纖有限公司自主研發的一種新再生纖維素纖維。它以天然黃麻為原料,通過蒸煮、漂白、制膠、紡絲、后處理等工藝提取纖維素。圣麻纖維既克服了原麻纖維長度整齊度差、細度不勻率大、纖維剛性大、抱合性差等缺點,改善了可紡性,又克服了麻纖維固有的條干不勻、親膚性差、織物表面粗糙等方面的不足,并保留了麻纖維良好的吸放濕性和透氣性、天然的抑菌防霉滅螨驅螨性、染色均勻性和較高的初始模量??缮锝到?,是一種綠色環保生態纖維。

                菠蘿葉纖維是從菠蘿葉片中提取的特細纖維,長度為0mm~100mm,直徑為真絲的四分之一,特點是滑爽、柔軟、強度較低,不能單獨紡紗,只能混紡制成織物,吸濕透氣,滑爽如綢,抑菌防臭,宜做高檔服裝和床上用品。

                1.2 動物纖維

                動物纖維除傳統的綿羊毛、蠶絲外,新動物纖維有山羊絨、兔毛、牦牛毛、絹絲、紬絲等,但可紡性都比較差,紡紗時需要添加和毛油、抗靜電劑等表面活性劑,生產成本較高,產品以混紡為主。其中,山羊絨、兔毛產品屬高端產品,主要用于秋冬毛衣、大衣和西裝。改性羊毛通過羊毛變形處理,使羊毛纖維直徑變細0.5~1μm,手感變柔軟、細膩,吸濕性、耐磨性、保溫性、染色性能等均有提高,光澤變亮。通過給長毛兔喂食含鐵、銅等元素的飼料,我國培育出了長13種顏色兔毛的兔子。

                我國還發現了一種不吃桑葉專吃栗樹葉吐綠色絲的天蠶,由中國科技大學和安徽農科院聯合研究的“天蠶的質基因導入家蠶的染色質遺傳工程”項目己獲得成功,可以獲得天然綠色家蠶絲。天然綠色家蠶絲由生物高分子蛋白鏈組成,即使在極高的溫度下也能保持結構穩定,可制耐高溫絲基電子紡織物,制作嵌入在服裝、包裝或其他物體中的便攜、靈活的新一代電子設備。這里主要介紹蛋白質再生纖維。

                牛奶蛋白纖維由牛奶中提取的蛋白質酶素制成,它不僅集合天然纖維和合成纖維的優點,更具有這前兩代纖維所無法比擬的生物保健功能,含有多種氨基酸和天然保濕因子,手感柔軟、光滑,抗菌率達80%,纖維密度小、有彈性和絲一樣的光澤,抗日曬牢度優,抗起毛、起球。

                大豆蛋白纖維用大豆制成豆粕羥基和氰基高聚合物紡絲而成,可生物降解,密度小、手感柔軟、抗皺性好、懸垂性優。

                玉米類蛋白纖維以玉米、紅薯、甜菜等淀粉提煉的乳酸為原料制成,具有蓬松、柔軟和吸濕等特點。

                蠶蛹蛋白纖維是以30%的蠶蛹蛋白與70%的粘膠共混制成的一種復合纖維,兼有真絲和粘膠絲兩種纖維的特性,可生物降解,具有導濕、透氣、抗紫外線等護膚保健功能。

                蛋白質再生纖維的缺陷是易產生靜電,纖維的抱合力差,一般易起毛、起球,適宜混紡,開發針織類產品。

                1.3 再生纖維素新纖維

                再生纖維素新纖維是在粘膠纖維基礎上發展形成的。粘膠纖維是我國最早的再生纖維素纖維,其原料是棉短絨制成的漿粕。主要缺點是生產中對環境有污染,能耗、水耗大,濕模量低,遇水易收縮變形,濕強度低;但其可紡性好,常用于混紡。與粘膠纖維相似的再生纖維還有銅胺纖維、醋酯纖維等,醋酯纖維主要用作香煙的過濾嘴等。目前國內主要的再生纖維素新纖維有萊賽爾(Lyocell)纖維、莫代爾(Modal)纖維、麗賽(Richce1)纖維、竹漿纖維、珍珠纖維等。

                萊賽爾纖維用“溶劑紡絲法”生產,生產過程全封閉,溶劑循環使用,無環境污染。產品綜合棉、滌綸、粘膠纖維的優點,具有高強力、高模量、柔軟、懸垂性好、吸放濕能力強等優點。

                莫代爾纖維的截面不規則似腰圓形,有皮芯層,縱向有1~2根溝槽,因而具有許多優良性能。它將天然纖維的豪華質感與人造纖維的實用性合二為一,既具有棉的柔軟、絲的光澤、麻的滑爽,又具有比普通粘膠纖維高許多的濕強度、吸水透氣性和上染率,織物顏色明亮而飽滿,并可與其他纖維(如羊毛、羊絨、棉、麻、絲、聚脂纖維等)混紡。

                麗賽纖維是一種高濕模量纖維素纖維,具有斷裂強度高,斷裂伸長小,濕干強度比佳,初始模量大,耐堿性好,上漿、上染速率高,可自然降解等優點。麗賽纖維織物光澤好,極富彈性、懸垂性和滑爽感,耐穿、耐洗、耐褶皺,具有良好的舒適感和身體親和性。

                竹漿纖維又稱“會呼吸的纖維”,是由我國自行開發研制并產業化的新型再生纖維素纖維,采用粘膠生產工藝,先制成竹纖維漿粕,再紡絲加工生產的一種纖維。竹漿纖維可根據要求做成棉型短纖維、毛型短纖維,制成純紡紗或與其他天然纖維、化學纖維混紡成紗線。竹漿纖維天然抗菌并不會因為反復洗滌、日曬而失去抗菌性。其織物具有與其他纖維不同的獨特風格,強力高,耐磨性、吸濕性、懸垂性俱佳,手感柔軟,穿著舒適涼爽,染色性能優良,光澤靚麗,是夏季針織和貼身紡織品的首選原料,還可用于生產洗浴用品、床上用品、無紡布、衛生材料等具有特效功能的產品。

                珍珠纖維是將超細珍珠粉或貝殼粉共混于粘膠液中制成,產品具有滑爽、潤膚、抗紫外線等保健功能。

                殼聚糖生物質纖維是將水生甲殼類生物的甲殼素通過濕法紡絲制得超純的100%殼聚糖生物質纖維,并加工成片狀,能促進生物器官再生的紡織品,可用于再生醫療領域。

                1.4 差別化纖維

                差別化纖維一般指將傳統纖維,如以石油為原料的合成纖維、天然纖維、再生纖維,通過物理或化學方法改善其性能,提高其一項或多項功能,使之有更好的性能或性價比,或者針對某一種纖維為目標進行仿造或超越,提高其使用價值。

                異形纖維:通過改變纖維的橫截面改善性能,如中空型纖維可改善保暖、柔軟和吸濕效果;三角形可增加纖維的反光、閃光特性,使纖維具有仿絲效果;扁平形可使纖維具有仿麻、仿絲效果等。

                細特纖維:降低纖維線密度可增加成紗中纖維根數;增加比表面積以改善其可紡性;降低紡紗的線密度,充分發揮纖維表觀效果和色彩,提高柔軟性,適用仿絲織物、高密仿絨類織物、桃皮絨面料等。

                易染纖維:某些纖維的可染性差,使染料適應性差、染色不鮮艷,可通過改性加以解決,擴大其產品用途,如開發陰離子可染滌綸、常壓常溫可染滌綸、酸性染料可染腈綸、可染彩色滌綸、易染丙綸等。

                高收縮纖維:通過對纖維高收縮改性,可使一般纖維收縮率達到20%以上,該纖維可用于開發膨體紗產品、拉舍爾毛毯等高收縮織物。

                抗靜電纖維:通過纖維抗靜電改性,可減少或消除紡、織、染后加工中靜電的影響,保障正常生產,清除隱患,確保安全。

                高吸濕、放濕性纖維:多數合成纖維,如滌綸、丙綸等吸濕、放濕性能較差,影響服裝舒適性,通過對纖維截面進行多孔性或多溝槽形改造,可增大纖維的吸濕、放濕功能,如杜邦Coolmax纖維截面有四條細微凹槽,具有導汗、快干、涼爽、舒適等功能。

                高強度高模量纖維:聚苯二甲酰對苯二胺纖維、芳香族聚酰胺共聚纖維、雜環族聚酰胺纖維、碳化硅纖維等。生物質納米纖維密度僅為鋼絲的1/5,強度卻達5倍以上,熱膨脹系數是玻纖的1/50。表面疏水化技術使納米纖維與樹脂的相容性提高,分散均一,強度和熱尺寸穩定性提高,用該納米纖維增強聚丙烯或聚乙烯的汽車用復合新材料,其模量可提高4.5倍。

                活性炭柔性織物纖維:將棉T恤衫浸泡于氟化物溶液中干燥、高溫烘烤和活化后纖維表面轉化成活性炭柔性織物纖維,并形成穩定的高性能電容器,可為手機或筆記本電腦充電。

                吸收電磁波的家電專用導電纖維:這種家電專用導電纖維表面包覆了極薄的導電聚合物膜,既保持纖維的柔軟性和風格,還兼有優良的耐磨性、耐熱性和耐濕性,可自由控制導電范圍,已在家電清潔布、手套、大衣和裙子等領域應用。

                芯鞘型纖維:以聚丙烯為芯材、聚乙烯為鞘材的芯鞘型纖維,經紡絲、拉伸、卷曲、切斷等工序,制得在熱作用下可自行伸長的聚烯烴系纖維及新型生理衛生巾用非織造布,實現了柔軟性和伸縮性等物性共存。

                測定皮膚與美白用特種芯鞘型纖維:新一代DNA“皮膚薄片”測定與皮膚的形成和新陳代謝相關的遺傳因子,新一代DNA美白薄片測定與產生黑色素相關的遺傳因子,以評價化妝品的保濕效果和美白安全性。

                固沙與綠化用聚乳酸纖維:聚乳酸(PLA)纖維是一種可節約石油資源的生物質降解纖維,可制造PLA防沙移動材料,用于固沙和綠化。

                可消除放射性銫的新纖維:依靠放射線在尼龍上切斷表面分子后附著,具有吸銫特性的分子制成能有效消除放射性銫污染的綠色尼龍新纖維,用于消除核輻射的污染;也可采用惰性聚四氟乙烯纖維制成能簡易而有效地測定低濃度放射性銫或鍶水污染的濾材。

                防輻射纖維:有防紫外線的多種涂層纖維,防X射線的復合纖維,防高頻微波輻射的金屬涂塑纖維,防不帶電荷、具有很強穿透力的中子輻射復合纖維。一般均需加工成機織物、非織造布或緊密針織品。

                超吸附纖維:超吸附纖維的吸附性能比活性炭纖維高數倍,指具有超吸附速率和吸附容量的纖維或非織造物。當它吸水時具有高度的膨潤和密封特性、有效的阻水性、非常好的濕態完整性和強度保持率,被吸附物難以從干濕態纖維中遷移出來。致冷該纖維制成的服裝穿著在接觸熱應力時溫度下降6℃左右,用作消防服內襯。

                1.5 功能性纖維

                泛指原創性有特殊功能的纖維。

                銀纖維:金屬銀殺菌的機理就是阻斷細菌的生理過程。在溫暖潮濕的環境里,銀離子具有非常高的生物活性——這意味著銀離子極易同其他物質相結合,使得細菌細胞膜內外的蛋白質凝固,從而阻斷細菌細胞的呼吸和繁殖過程。環境越溫暖潮濕,銀離子的活性就越強,因此,鍍銀纖維十分適合應用于服裝領域。在服裝以及醫用紡織物上使用鍍銀纖維,既能抗靜電、阻擋醫用紡織物上的污染物、抗菌殺菌,又能調控體溫與濕度、保護皮膚,甚至還可祛除身上發出的難聞氣味。這種含鍍銀纖維的紡織品擁有十分廣闊的市場前景,已經有瑪莎百貨(Marks & Spencer)、阿迪達斯、彪馬(Puma)和斯派德(Spyder)等著名服裝廠商開始生產帶有鍍銀纖維的產品。強生公司也應用鍍銀纖維開發新一代繃帶產品。

                納米銀離子復合纖維:纖維外表面設有納米級銀離子層,能穿刺細菌細胞外表,使內部變性,讓細菌無法代謝和繁殖,防止細菌滋生和感染。納米銀離子復合纖維能提升塑變強度,使材料抵抗較高塑性變形能力,使材料熱膨脹系數提升,因而納米銀離子復合纖維的應用更廣泛。

                導電纖維:導電纖維指在標準環境下(溫度為20℃,相對濕度為65%),質量比電阻不大于108Ω?g/cm3的纖維,導電纖維能消除和防止靜電的產生,性能遠大于抗靜電纖維,其紡織品具有防爆和屏蔽微波的功能,在軍工、國防領域應用較多。導電纖維(Antron Ⅲ等)是化學纖維中混入石墨或金屬粉(如銅、鎳、銀等)導電性添加劑而使纖維獲得一定的導電和抗靜電性能。導電纖維的電阻率介于碳纖維和金屬纖維之間(實際上是半導電纖維),可用作無塵服、帶電作業服、抗靜電防爆作業服、地毯和工業用材等。這些導電纖維大都顏色較深,若選用白色的金屬化合物,則可制得白色導電纖維,用作白制服和醫院用服等。導電纖維分為無機和有機兩種。無機導電纖維通常有銅、鋁、鎳、銀、金和不銹鋼等。有機導電纖維按導電成分在纖維中分布可分為表面披覆型、復合型和均勻分布型三種。常用基體纖維有滌綸、錦綸6、錦綸66、維綸等。有機導電纖維一般都與棉、羊毛、粘膠、滌綸等纖維混紡使用,強調混和均勻。無機導電纖維和導電納米復合纖維可直接織入織物中,開發可穿戴類紡織品或服裝。

                光導纖維:光導纖維是利用折射率不同的兩種透明材料,通過特殊復合技術制成的復合纖維,這種纖維具有導光性能。用高純二氧化硅或高透明度的聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯)為芯材,用透明含氟樹脂及聚酰胺12等為鞘材制成的光導纖維,能使光在芯部沿其界面折射傳導,可用作光通信、數據傳遞、各種光照明和數字顯示。光導纖維廣泛用于通信、光電、醫學、激光、國防、航天及交通等領域。將少量高取向、質量濃度為0.1%以下的碳納米管的水、乙醇或甲乙酮溶液混入聚酯膜中,就可制成光透過率達85%以上的透明導電膜。

                保溫、調溫、導熱纖維:指利用纖維內植膠囊,根據外部環境變化產生固態、液態相變,吸收或排放熱量來調溫、保溫的纖維?,F在使用較廣的有遠紅外線保暖纖維,如以碳化鋯微粒聚合物制成皮芯復合保溫放熱纖維和以導電性碳纖維制成的保溫纖維,以及將磷脂聚合物固化在纖維表層、減少肌膚水分蒸發的保溫、保濕纖維等。東邦公司Sunburner纖維是依靠自身吸濕能力而散熱的纖維,其散熱量是羊毛的3倍、棉花的6倍,還具有抗菌、除臭、調節pH值、吸濕、抗靜電、阻燃等功能。將多層碳納米管分散于聚乙烯中,包覆甲基丙烯酸亞乙基縮水甘油酯,然后再與聚苯硫醚混合制得復合材料,其導熱性約為銅的10倍以上,應用于環保型汽車部件。

                水溶性載體纖維:在維綸生產工藝中改變醛化工藝,可制成水溶性維綸。它常用作載體纖維與其他纖維混紡成紗。如在較低溫度下進行水溶維綸后加工,可改善其可紡性;如提高成紗的線密度,可紡制特細紗或將可紡性差的纖維紡成紗,開發無捻紗或低捻紗、空芯紗或繡花底布等。

                低熔點纖維:利用低熔點滌綸、丙綸等纖維為粘合劑,進行新型粘合紡紗,用于開發非織造布、一次性醫療用品等。

                抗菌、抑菌、防臭類纖維:有含銀類纖維、竹炭類纖維、椰炭纖維、咖啡炭纖維、甲殼素纖維等多個品種。

                夜光纖維:夜光纖維是利用稀土材料為發光體,經特種工藝制成的一種纖維。其具有在光照時能捕獲激發態電子,在停止照射后能持續發光躍遷的功能,只要收集可見光時間達10min,便能將光能儲蓄在纖維中,在黑暗中持續發光10h以上,并可連續無限次循環使用。夜光纖維制品可用于航空、航海、交通運輸、建筑及廣告等產業。

                低劑量的多壁碳納米管:可滲透到種子殼中,能刺激和加速植物細胞生長,可增產55%~64%,已被廣泛應用于醫藥、甜料、染料和香水的商業生產。

                導電納米涂料:應用于棉花、非織造布和聚丙烯紡織品等中,形成質輕而又柔軟的系列功能性紡織品,可改進太陽能電池、傳感器和各種微電子產品的性能。應用于個人健康與環境監控(通過將布料傳感器嵌入制服中,就可實時監測穿著者的心率、體溫和運動軌跡);通過在涂覆紡織品上實現多層一體化,制成更小、更輕量的微電子設備。

                電磁屏蔽粉末纖維:將由鍍鎳(或銅)的粉末纖維制成的浸潤液涂覆在塑料片材上后制成多層結構的復合材料,具有各向異性的放熱特性和電磁屏蔽性等特點,常用于電子設備和部件中。

                1.6 高性能纖維

                耐腐蝕纖維:即含氟纖維,在聚合物結構中含有氟原子的特種纖維。目前工業化生產的主要有聚四氟乙烯纖維、四氟乙烯-六氟丙烯共聚纖維、聚偏氯乙烯纖維、乙烯-三氟氯乙烯共聚纖維等。聚四氟乙烯纖維在1954年首先由美國工業化生產。它的耐腐蝕性是現有合成纖維中最高的,連能溶解黃金的王水也對它毫無作用。它適于作各種耐腐蝕性氣體、液體的濾材和密封材料;在高氧濃度下難燃,所以使用溫度范圍極寬;其耐氣候性好,在戶外放置15年也不會出現老化現象,適用作宇航服等。該纖維的導電率和導熱率低,是高溫、高濕下良好的電絕緣和絕熱材料。它的耐脆性和耐彎曲磨耗性在合成纖維中也最好,但到目前為止,仍無理想的溶劑適用于它,因此,不適宜作紡織材料。

                耐高溫纖維:耐高溫纖維可在200~230℃條件下使用,在高溫下不軟化,仍能保持一般力學性質的特種纖維,又稱耐熱纖維。其中,耐高溫壽命最長的是聚間苯二甲酰間苯二胺纖維(也稱芳綸1313),熔點400℃,在260℃加熱1000小時后強度保持率為65%,絕緣性、耐輻射性和耐化學腐蝕性都很好。聚酰亞胺纖維耐輻射性最好,可在250℃下長期使用,經伽馬射線或高速中子流作用后,仍可保持其物理、機械和電氣性能,可用作航天和核動力站所需的各種織物及層壓制品、降落傘和電氣絕緣材料等。此外還有聚苯砜酰胺纖維、聚酰胺酰亞胺纖維、聚苯并咪唑纖維等。

                直徑100nm的耐熱間位芳酰胺納米纖維制作的非織造布,耐熱性和尺寸穩定性優良,耐氧化性亦佳,用于鋰離子電池隔膜,可提高電動汽車及靜態儲能用的鋰離子電池的功率安全性、容量及能量密度,且降低自燃等風險。

                阻燃纖維:具有阻燃特性的纖維。包括:酚醛纖維、芳香族聚酰胺表面化學處理纖維、金屬螯合纖維、聚丙烯腈預氧化纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維、氮化硅纖維、氮化硼纖維等。

                耐燃纖維、碳纖維和石墨纖維:將聚丙烯腈纖維等作為原料在一定的張力、溫度下,經過一定時間的預氧化、炭化和石墨化處理等過程,可制成耐燃纖維(Pyromex等)、碳纖維(Torayca)和石墨纖維(M40)。一般認為在300~350℃熱處理得到的是耐燃纖維,在1000~1500℃熱處理可得含碳量為90%~95%的碳纖維,若經過2000℃以上高溫處理則可以制得含碳量高達99%以上的石墨纖維。

                含碳量高于90%的高強度、高模量碳纖維是航天器材的重要結構材料。碳纖維具有元素碳的各種優良性能,如密度小、耐熱性好、熱膨脹系數小、導熱系數大、耐腐蝕性和導電性良好等。同時它又具有纖維般的柔曲性,可進行編織加工和纏繞成型。碳纖維的最優良性能是它的強度超過一般增強纖維,它和樹脂形成的復合材料的強度比鋼和鋁合金還高3倍。碳纖維復合材料應用在宇宙飛船、導彈和飛機上,可以顯著減輕重量,提高有效載荷,改善性能,是航天工業的重要結構材料。由于成本降低,碳纖維已逐步擴大用在民用工業,如汽車工業和運動器材等方面,高級網球拍和釣魚竿就是用碳纖維做的。

                最抗燃的纖維:一種改性聚丙烯腈纖維極限氧指數(LOI)達43%,耐堿性、抗紫外光和耐溶劑性好,而且不熔融、不熔滴、不產生有害煙霧,號稱最抗燃的纖維。纖維纖度主要為2.2和3.1dtex,短纖維長度為3.8~8.9cm,它可與羊毛、棉花或粘膠纖維等混織,混入30%該纖維便可有足夠的抗燃性??杉庸こ煞强椩觳?、紡織品和復合材料,應用于冶金工業防電弧和電焊飛濺物的工作服、軍隊和消防員的頭套及內外衣等,還可加工成防火板、隔熱板、復合材料和內裝飾織物等用于公共建筑內飾材料、公交工具防護材料、濾材及建筑材料等中。

                高彈性纖維:指斷裂伸長率不小于400%、低模量和高彈性回復率的纖維,包括:聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纖維、聚丙烯酸酯類纖維、聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維等。

                氨綸纖維即氨基甲酸酯纖維。氨綸纖維斷裂強度為0.5cN/dtex~0.9cN/dtex,斷裂伸長率為400%~700%,回彈率為95%~98%,密度為1.2g/cm3。缺點是手感偏硬,不耐堿和高溫。

                超高分子量聚乙烯纖維:海洋作業中,傳統使用的鋼絲長期浸泡在海水中極易生銹,而且自重斷裂長度短,而超高分子量聚乙烯纖維的自重斷裂長度為336km,是鋼絲的9倍。它的密度為0.97g/cm3,在水中漂浮,使用長度可不受限制,作為海洋用纖維材料是非常適宜的。該纖維有良好的耐疲勞性、耐磨損性,以及較高的強度,織成50~500g/m2的各種織物或非織造布,可用于防彈衣、帆布、防水服或過濾材料等。其抗張力性能優異,適宜制作繩、索、纜等。將這種纖維與熱塑性樹脂結合,可制軟質盔甲或硬質復合材料,用于雷達防護罩、頭盔、裝甲兵器殼體等。此纖維與熱固性樹脂復合,適宜制作盾牌、耐壓儲罐、船體外殼、滑雪板、滑水板等。

                聚醚酯纖維:原料便宜,工藝簡單,耐熱性和耐氯漂性優良。聚醚酯纖維分為普通彈性型,抗拉強度為0.45cN/dtex~0.89cN/dtex,斷裂伸長率為300%~800%;中強彈性型,抗拉強度為2.67cN/dtex~3.56cN/dtex,斷裂伸長率為800%~1000%。

                PBT、PTT中彈性纖維:聚酯纖維新品種,具有中等彈性,上染率高、色牢度優、洗可穿、挺括、尺寸穩定性好、手感較柔軟等特點。PTT是PBT升級產品,但斷裂伸長率小于上述的高彈性纖維,為310%~520%。彈性纖維長絲可用于包芯紗或加工彈性類織物,如彈力運動服、彈力內衣和彈力牛仔服等。

                納米復合纖維:納米復合纖維材料由高度取向的高強度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機物基質中構成,并具有高度有序的多級螺旋纏繞結構。納米復合纖維和石墨烯復合纖維兩者均屬納米量級的復合纖維,先制成納米晶粉或薄膜,然后根據其性能組成復合纖維。納米復合纖維成本較高,但其產品具有極大的發展潛力。

                2.新型纖維的發展方向

                在全球可持續發展戰略影響下,大家都在致力于研究既不影響生態環境,又能利用生態資源的新型纖維;并提出新型纖維材料必須經過毒理學測試,具有相應標志,符合環保、生態、人體健康要求。新型纖維已成為全球關注的發展方向。

                首先,大力發展綠色纖維、生態纖維。綠色纖維指在生產、儲存、銷售等過程中無污染的天然纖維。生態纖維指生產過程中無污染環境、無有毒液、毒氣、毒物排出的纖維,纖維本身能自然分解。采用綠色原料開發生態纖維,利用生物技術發展可降解纖維,選擇節約資源、可回收利用纖維原料,已成為目前紡織材料新型化發展的趨勢。生態化紡織材料的發展為保護生存環境、實現紡織工業可持續發展提供了保障,符合21世紀綠色環保型時代的要求。未來的新型纖維產業一定是綠色生態工業。綠色原料是開發新型紡織纖維材料的主要途徑和研發熱點。從食用的香蕉、小麥、大豆、玉米、牛奶、蝦、蟹等到木材、昆蟲、蜘蛛都成為了新型纖維材料的來源?,F今的綠色原料包括原生態自然物質、以自然物質為基礎的提煉物及原有纖維的再加工產物。

                其次,纖維發展應重視環保和可循環利用,大力發展生物質纖維??裳h材料是所用的原料和能源在不斷的循環中得到合理利用,節約生態資源?,F代紡織要求材料可循環、再生,可持續發展;因此,循環材料的開發和利用應是未來新型材料發展的趨勢。天然纖維材料是地球上巨大的再生性生物高分子資源,作為“從自然產生又回到自然”的資源循環型材料,具有不可替代的發展優勢。人造纖維材料作為傳統的紡織材料,其原料多為天然可再生的非石油資源,符合可持續發展的需求。合成纖維多為石油化合物,而石油屬原生資源,且一般的合成纖維具有不可再生、無法自然分解,易造成環境污染。目前合成纖維如何進行回收再生是生態材料研究的重點,也是治理環境污染、節約資源和能源、促進合成材料循環使用的最積極的廢棄物處理方法。世界各國都十分重視纖維的回收利用,已開發了有回收聚合物、纖維的原料再循環和回收單體的化學再循環系統?;貧w自然、適應環境是紡織材料總的發展趨勢,我國也已開發滌綸回收利用技術,回收纖維經處理后可用于非織造布、服飾產品和充填物。因此,纖維發展應重視可循環再利用技術和生物質纖維。再生纖維素纖維、再生蛋白質纖維等再生纖維一般都能生態降解。丙綸纖維生產過程污染較大、不能生態降解,且纖維易產生靜電、可紡性差、染色性和導濕性也不好,應限制或禁止生產;而對符合環保循環經濟發展要求的生物質纖維必將持續發展。

                再次,納米復合纖維將成為今后發展的方向。納米技術通過特定材料超微化等處理,使材料性質發生變異,再通過物理或化學方法(如氧化、還原、滲透、嫁接、空隙滲透、膨化、溶劑介入、涂層等方法),從而使纖維具有高強度、高模量、高彈性、高導電、高儲能、高透光、高保暖、抗屏蔽、抗細菌、阻燃、防臭等特殊功能,這是今后高性能纖維的發展方向。高性能纖維具有比一般纖維更優異的耐高溫、難燃性和化學穩定性,強度、模量都高得多,其發展與航天、航海、國防、軍工等發展密切相關,世界各國都十分重視,比如石墨烯納米復合纖維。

                另外,應大力發展差別化纖維。對各種合成纖維,通過差別化改性成為仿真天然纖維,提高其使用價值和性價比,克服原回潮率低,吸濕、放濕性差等缺點。如滌綸差別化纖維,具有優異排汗導濕散熱性能,可制成棉花般外觀與觸感的布料,既排汗又軟又舒服;既是陽離子可染纖維容易低溫染色,又是低起球特性長纖產品能與其他功能纖維混紡生產布料;表面半光澤,做出來的衣服有半透光感覺;另外,它的纖維橫截面比圓形纖維的截面能屏蔽更多的紫外線,具有防護紫外線的作用。儀征化纖廠的“儀綸”,保持了滌綸抗皺、保形、易洗、快干等特點,改善了其導濕通氣、染色性差、抗靜電性差等缺點,綜合性能超越天然棉纖維。隨著化纖價格降低,今后天然纖維占市場比例將繼續下降。

                最后,化纖的發展仍大于天然纖維,而化纖長絲的發展又遠大于短纖。因為紡織纖維已大量進入產業利用,在航天、航空、航海、汽車、軍工、國防、交通運輸和建筑產業均以化纖長絲為主。

                3.結語

                新型纖維種類繁多,研究新型纖維的現狀與種類,研發應用綠色、生態、保健、可降解的新型纖維,擴大新型纖維在產業上的應用,研制應用相關的紡織印染助劑和后續的紡織品整理工藝,已經成為紡織與印染業的發展方向。

                紡織纖維是紡織品的原料,纖維的性狀是影響紡紗生產和后續紡織品印染整理的第一要素,必須根據纖維特性設定紡紗和印染整理工藝(包括混和方法、工藝流程、機械設備、重要器材和專件及生產環境)。研討紡織纖維的種類與發展,開發新型纖維,具有重要的現實意義。

                用于紡織的化學纖維增長率將大于天然纖維,化纖長絲產品將超過短纖。綠色纖維、生態纖維是紡織纖維發展的方向,應控制嚴重污染環境的纖維生產,強化不能生態降解纖維的回收和再利用。

                應重點開發再生性纖維、差別化纖維和功能性、高性能纖維,引導紡織企業開發超天然纖維的化學纖維。普及、深化、擴大紡織纖維在新興產業,如航天、航空、交通運輸、醫學、化工等產業的利用率。

                 

                作者簡介:

                蔡繼權,教授級高級工程師,長期從事新產品研發和科技管理。

                郵  箱:cjq6834@163.com





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