功能纺织材料-复习资料PPT课件.ppt

功能纺织品是指除有常规的装饰 保暖等基本功能外 还具有保健 防保等特殊功能的纺织品 如远红外纺织品 防紫外纺织品 甲壳素织物 防螨织物 磁疗产品 维生素织物 抗菌织物等 分类 功能性纺织品可应用功能性纤维 功能性整理和复合等技术手段获得 舒适功能纺织品 卫生 保健功能纺织品 防护功能纺织品 其他功能纺织品 1 FunctionalFibers 差别化纤维 高性能 高感性纤维 特种纤维 2 差别化纤维通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理 使性能上获得改善的纤维 Physical 1 改进聚合与纺丝条件 如温度 时间 介质 浓度 凝固浴 可改变高聚物聚合度及分布 结晶度及分布 取向度等 2 改变截面 如采用特殊的喷丝孔形状开发异形纤维 3 表面物理改性 如采用高能射线 射线 射线 和低温等离子体对纤维表面进行刻蚀 涂抹 电镀等 4 复合 即将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成一根纤维的技术 5 混合 即利用聚合物的可混溶性和溶解性 将两种聚合物混合后喷纺成丝 Chemical 通过改变纤维原来的化学结构来达到改性目的的方法 改性方法包括共聚 接枝 交联 1 共聚 是采用两种或两种以上单体在一定条件下进行聚合的方法 例如 丙烯晴与氯乙烯或偏氯乙烯共聚可以提高聚丙烯晴的阻燃性能 而对苯二甲酸乙二酯与间苯二甲酸黄酸钠或对苯二甲酸黄酸钠共聚则可以改善聚酯纤维的染色性能 2 接枝 是通过一种化学的或物理的方法 使纤维的大分子链上能接上所需要的基团 接枝可以在聚合体内进行也可以在成形纤维表面进行 3 交联 交联是指使纤维大分子链间用化学链联结起来 当聚合物交联时 所有的单个聚合物链形成一个大的三维网状结构 将使玻璃化温度提高 纤维的耐热性 抗皱性 褶裥保持性 尺寸稳定性 弹性和初始模量获得改善 对纤维拉伸强度和伸长也有一定影响 3 复合纤维是将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成一根纤维的技术 通过复合 在纤维同一截面上可以获得并联型 皮芯型 海岛型等其它复合方式的复合纤维 一般把纤度0 3旦 直径5微米 以下的纤维称为超细纤维 高性能纤维目前还没有共同的定义 一般是指强度大于17 6cN dtex 模量在440cN dtex以上的纤维 高感性纤维 指具有可用于工业和技术中的有关物理和化学功能如光 电 磁 声 热等特性的各种材料 指纤维受到外部作用时 使这些作用发生质的转变或量的变化 使纤维产生导电 传递 储存 光电及生物相溶性等方面的能力 包括电功能材料 磁功能材料 光功能材料 超导材料 智能材料 储氢材料 生物医学材料 组织工程材料 纳米药物载体 功能膜 功能陶瓷 功能纤维 4 纺织品功能整理方法 物理技术 等离子 激光化学技术 功能整理剂 化学镀等生物技术 酶处理纳米技术 功能整理 防水 拒水和拒油整理 在织物上施加一种整理剂 改变纤维表面层的组成 纤维表面被整理剂包覆 表面性能不再是纤维原来的性能 变得不能被水或油湿润 这样的整理称拒水拒油整理 阻燃整理 阻止织物燃烧 或使纺织品燃烧速度放慢 离开火焰后不燃烧 化学抗静电方法 抗静电整理剂提高纤维的吸湿性 亲水性抗静电剂 吸收水分降低表面电阻 受空气湿度影响 卫生整理目的 使纺织品具有抑制菌类生长和繁殖的功能 阻止细菌在织物上繁殖产生臭气 5 吸湿排汗纺织品是利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸 扩散 传输等作用 迅速迁移至织物的表面 并发散达到导湿快干的目的 人们也将该种纤维称为 可呼吸纤维 1 纤维截面形状的变化改变喷丝孔形状对于提高纤维输水性是简单 直观和行之有效的方法 输水性提高主要是由于在异形纤维的纵向产生了许多沟槽 纤维通过这些沟槽的毛细管效应起到吸湿排汗的功效 杜邦公司发明的具有吸湿排汗功能的异型 中空聚酯纤维Dacron就是这些新合纤的一种 而由这种纤维制成的一种高功能面料称为柯梦丝 Coolmax Coolmax功能面料具有良好的吸湿排汗和透气性 衣物可以很快干爽 穿着舒适 容易打理 2 织物结构设计高度达到20米的杉树从根部吸收的水分能上升到树梢 这是由于导管巧妙地利用了毛细管现象所产生的效果 这样一种毛细管直径由下到上逐渐变细的形态 解决了芯吸收高度与传输速度的矛盾 运用这种原理的100 聚酯多层结构针织品已开发出来 靠近肌肤一侧用粗纤维形成粗网眼 外侧则配置细的纤维形成的细网眼 通过这种形式使汗水迅速向外部放出 另外 设计面料时 应该考虑不同用途原料的选用 例如 双层休闲服面料设计时 通常采用里层吸湿快干纤维外层棉 则从分利用了吸湿快干纤维快速吸汗功能 而外层棉储水能力强进一步加快了其吸湿能力 然而在专业运动服和户外服装中 往往里外层都采用吸湿快干纤维 因为大量排汗时 棉的储水能力会增加运动员的负担 3 特殊的染整方法为了使纤维表面亲水化 通常吸湿排汗面料还需经过特殊染整工艺 海天轻纺有限公司在开发CoolDry纤维产品时 通过与国内外染料助剂厂商合作 摸索出一套特殊有效的染整方法 要求 1 施加助剂后纤维表面与水的接触角要小 2 要求在洗涤时该助剂不易脱落 3 特殊的柔软整理 若柔软剂拒水不能达到吸湿效果 亲水性太好又不能达到快干目的 即需要控制柔软剂对水的亲和性 6 抗菌 Anti bacterial 纺织品 抗菌纺织品是指对细菌 真菌及病毒等微生物有杀灭或抑制作用的纺织品 其目的不仅是为了防止纺织品被微生物沾污而损伤 更重要的是为了防止传染疾病 保证人体的健康和穿着舒适 降低公共环境的交叉感染率 使纺织品获得卫生保健的新功能 用途 医疗用品 婴儿用品 卫生用品 功能性服装 功能型装饰材料等 按抗菌剂的结构分为 无机 TiO2 ZnO 沸石 磷灰石等多孔物质以及银 铜 锌等金属及其离子化合物有机 有机酸 酯 醇 酚类物质生物 从动 植物体内提取的以及经微生物发酵生产的抗菌剂 如黄连素 四环素等大分子结构化合物 以及大蒜之类的植物 7 抗菌纺织品加工方法抗菌纺织品加工方法主要有纺丝法和后整理法 1 纺丝法 1 共混纺丝法共混纺丝法是将抗菌剂和分散剂等助剂与纤维基体树脂混合 通过熔融纺丝生产抗菌纤维 这种方法主要针对一些没有反应性侧基的纤维 如涤纶 丙纶等 抗菌剂不仅存在于纤维的表面 而且均匀分散于纤维之中 抗菌效果比较持久 利用这种方法制得的抗菌布料主要用于医疗卫生和服装以及工业装饰用布 2 复合纺丝法复合纺丝法是利用含有抗菌成分的纤维与其它纤维或者不含抗菌成分的纤维复合纺丝 制成并列型 芯鞘型 镶嵌型 中空多心型结构的抗菌纤维 2 后整理法后整理法是利用含抗菌剂的溶液或树脂对织物进行浸渍 浸轧或涂覆处理 在通过高温焙烘或其他方法蒸发时 织物上就会沉淀一层不溶或微溶的抗菌剂 从而使织物获得抗菌性能 一般在染整加工最后阶段进行处理 也可在制成成品以后处理 可制得溶出型和非溶出型2种抗菌纺织品 溶出型抗菌纺织品是指可以从内部扩散到纤维表面形成抗菌环 从而杀死环内细菌的纺织品 这类纺织品耐水洗不好 适用于一次性纺织品或洗涤次数少的纺织品 如医院包扎用绷带 一次性手术服 一次性台布和毛巾等 非溶出型抗菌纺织品一般通过化学反应在纤维表面接上具有抗菌性能的基团而获得 这些抗菌剂可以与纤维形成共价键或离子键 作用时抗菌剂不能扩散 但与该纤维接触的细菌均可被杀灭 而且抗菌效果较为持久 可用于床上用品 内衣 毛巾等纺织品 8 PhysicalProtection ChemicalProtection BiologicalProtection 定义 能够提供一种或多种防护性能的纺织材料 防护用纺织材料 常因防护目的 防护原理不同而有差异 从天然纤维 合成纤维到新型纤维 如 抗冲击的对位芳香族聚酰胺及高强度高模量聚乙烯纤维制品 拒油的含氟化合物 抗辐射的聚酰亚胺纤维等 9 抗电磁辐射纺织品任何带电体周围都存在着电场 周期变化的电场会产生周期变化的磁场 即存在电磁波 产生电磁辐射 过量的电磁辐射不仅对军事 国防或其他工业领域造成各种干扰 而且会侵害到生物和人类的身体健康 为了防范电磁辐射的危害 开发和使用具有抗电磁辐射功能的纺织产品则是最简便有效的手段之一 抗电磁辐射纺织品的实现途径抗电磁辐射纺织产品的开发模拟了常规电磁屏蔽材料的工作原理 即以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播 而这种隔离是通过电磁屏蔽材料对入射电磁辐射的反射或吸收来实现的 主要有三种途径 1 采用金属或导电纤维与其他纤维混纺或交织的办法 达到抗电磁辐射的目的 目前大部分抗电磁辐射纺织产品是以这种方式制备的 其作用机理是以反射为主 具有一定的抗电磁辐射效果 2 采用含导电材料 某些金属及其盐类和碳黑等 的涂层剂对织物进行涂层加工制得 此类抗电磁辐射纺织材料具有一定的功效 且加工简便 但织物的服用性能较差 3 通过对织物进行镀层加工 如利用金属溅射 真空金属镀膜 电镀或化学镀的技术 使织物表面形成一层导电膜 从而具有很好的抗电磁辐射功能 但耐久性差 10 抗紫外纺织品紫外线简介太阳光谱中紫外线约占6 国际照明委员会 CIE 将紫外线光波 200 400nm 按波长分为近紫外线 远紫外线 超短紫外线 近紫外线简称A段 UVA 320 400nm 能量较小 能够穿透玻璃 某些衣物 人的表皮 占紫外线总量的95 98 适量的照射可以促进维生素D的吸收 但照射过度会损伤真皮及皮下组织 促皮肤变黑 造成皮肤老化 A段参与光敏感反应及免疫抑制 也参与皮肤瘤的形成 远紫外线简称B段 UVB 280 320nm 占紫外线总量的2 5 能量大 它是引起晒伤 基因突变及肿瘤的罪魁祸首 超短紫外线简称C段 UVC 200 280nm 能量最大 但几乎被臭氧层完全吸收 对人类不会造成伤害 所以对紫外线的防护主要是遮蔽来自A段和B段紫外线的过多辐射 11 抗紫外纤维所谓抗紫外纤维 即是指对紫外线有较强的吸收和反射性能的纤维 其制备和加工原理通常是对纤维添加能屏蔽紫外线的物质 进行混合和处理 以提高纤维及其织物对紫外线的吸收和反射能力 这里的能屏蔽紫外线的物质指的是两类 紫外线屏蔽剂 起反射紫外线作用的物质 通常选用一些金属氧化物的粉体 如 Al2O3 MgO ZnO TiO2 SO2 CaCO3 炭黑 金属 高岭土等 将这些材料制成纳米级的超细粉体 紫外线吸收剂 对紫外线有强烈选择吸收 并能进行能量转换而减少它的透过量的物质 常用的有水杨酸酯类化合物 金属离子螯合物 二苯甲酮类以及苯并三唑类等 12 抗紫外纤维生产方法共混纺丝法这是生产抗紫外纤维的主要加工方法 优点 能够将紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂均匀分布在相应的纤维上 纤维抗紫外线功能稳定 持久 共混纺丝方法分两类 直接共混纺丝 对化纤品种 紫外线屏蔽剂的加入可采用两种途径 既可以在聚合中加入 也可以在纺丝熔体中加入 母粒与切片共混纺丝 将紫外线屏蔽剂或吸收剂 分散剂 热稳定剂等助剂与载体混合 经熔融挤出 切粒 干燥等工序制成抗紫外母粒 将母粒按一定的添加量加到切片中 通过混合 纺丝 拉伸等工序制得抗紫外纤维 该法生产抗紫外纤维的优点是灵活性大 添加量高 可达10 以上 13 织物的抗紫外线加工 后整理加工技术常用的工艺方法有 高温高压吸尽法 一些不溶或难溶于水的紫外线吸收剂 可以采用类似于涤纶的高温高压染色的方法 常压吸尽法 一些水溶性的整理剂在处理羊毛 蚕丝 棉以及锦纶纺织品时只需常压下在水溶液中处理 类似水溶性染料染色 浸轧法 这种方法的缺点是 整理后会影响织物的风格 手感 吸水性和透气性 涂层法 这种方法的缺点是 会影响耐洗牢度及手感 一般应用于装饰用 产业用纺织品 印花法 适合于对紫外线屏蔽剂要求不高的织物 微胶囊技术微胶囊技术已广泛应用于工业领域 它是一种特殊的包装形式 胶囊内的物质可以是固体微粒 液体或气泡 将紫外线吸收剂注入胶囊内 胶囊被吸附于服装上 在服用过程中由于受到摩擦 胶囊外层破裂 达到防紫外整理剂缓释的效果 可抵御长时间的紫外辐射 溶胶凝胶技术溶胶凝胶技术是指金属烷氧基化合物作为前驱物在温和条件下水解缩合成溶胶 经溶剂挥发或加热处理使溶胶转化为网状结构的氧化物凝胶的过程 用二氧化硅或其它金属氧化物纳米溶胶处理织物 可在织物表面形成一层多孔结构的氧化物干凝胶膜 而原来的纳米溶胶粒子形成三维网状结构 纳米溶胶易于进行化学或物理的改性 可大幅度地改善织物的服用性能 使之多功能化 同时抗紫外性能优良 14 抗紫外纺织品的应用抗紫外辐射纺织品主要应用于夏季服装 还用于诸如具备抗紫外线功能的遮阳帽 长筒袜等 在户外进行作业所需要的工装如野外作业服 渔业作用服 农业作业服等同样需要具有抗紫外线的功能 其它诸如窗帘布 广告布 篷布等都对抗紫外线有着较高的要求 15 国外的生化防护服大体分为两类 一是隔绝式防护服 通常是用橡胶和塑料在外 里面为纺织物 不透气 不透湿 在核生化相关事件中 这类服装用于洗消专业分队和武器销毁人员 化学兵 等特种专业人员 另一类是透气式防护服 是相对隔绝式防护服而言的 外层面料能阻挡毒剂的小液滴和蒸气 使其不能透过防护服 但空气和水蒸气能透过 提高了穿着舒适性 该类防护服又分为三类 该类防护服又分为三类 物理吸收型其利用溶剂吸收毒剂 当防护服吸收毒剂而失去防毒能力后 通过通风或热空气消毒后可以恢复从而继续使用 缺点是存在解吸现象 防毒时间短 化学吸收型是用化学药剂浸泡过 主要为氯胺 能对芥子气 蒸气及小液滴进行防护 防护面窄 且氯胺在空气中易失去化学活性 刺激皮肤 腐蚀衣料 物理吸附型是由多层结构组成 美军的化学防护服外层为尼龙 棉或混纺织物 具有防护有害气体 液体和阻燃功能 炭颗粒具有严格均一的尺寸和化学防护功能 外层也有采用活性炭纤维 该纤维具有更高的吸附容量和更快的吸附或解吸速度 成型性好 方便制作服装 而且经过浸渍处理 还可以负载催化剂 化学处理剂和杀菌剂等 16 中空纤维膜是分离膜领域中的一个重要分支 其中空纤维壁具有选择透过性 可以使气体 液体混合物中某些组分从内腔向外或从外向内腔透过中空纤维壁 而同时对另一些组分具有截留作用 随着膜技术的发展 中空纤维膜不仅作为分离膜发挥对气体 液体混合物的分离作用 而且在催化反应 生物反应领域中作为催化反应器 酶膜生物反应器 膜发酵器 膜组织培养器 膜蒸发器等 使传统工艺发生重大的变革 中空纤维膜在膜传感器 控制释放 膜电极等方面已处于实验或研究阶段 17 Biocompatibility生物相容性是指植入生物体内的材料与肌体之间的适应性 对生物体来说 植入的材料不管其结构 性质如何 都是外来异物 出于本能的自我保护 一般都会出现排斥现象 这种排斥反应的严重程度 决定了材料的生物相容性 因此提高应用高分子材料与肌体的生物相容性 是材料和医学科学家们必须面对的课题 生物相容性又可分为组织相容性和血液相容性两种 组织相容性是指材料与人体组织 如骨骼 牙齿 内部器官 肌肉 肌腱 皮肤等的相互适应性 而血液相容性则是指材料与血液接触是不是会引起凝血 溶血等不良反应 医用纺织品的性能和要求 18 纳米技术 在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术 零维材料 原子团簇一维材料 纤维结构二维材料 层状结构三维材料 某一维尺度限制在纳米级的晶粒静电纺丝基本原理静电纺丝法即聚合物喷射静电拉伸纺丝法 与传统方法截然不同 首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电 带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速 当电场力足够大时 聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流 细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化 最终落在接收装置上 形成类似非织造布状的纤维毡 在静电纺丝过程中 液滴通常具有一定的静电压并处于一个电场当中 因此 当射流从毛细管末端向接收装置运动时 都会出现加速现象 从而导致了射流在电场中的拉伸 19 纳米复合纤维是指分散相尺寸有一维小于100nm 聚合物为连续相的复合纤维 分散相的组成可以是无机化合物 也可以是有机化合物 无机化合物通常是指陶瓷 金属等 纳米复合纤维的常用制备方法1 纳米粒子分散在聚合物中 聚合物可以是溶液或熔体 也可以将纳米粒子直接同聚合物粉体用共混方法获得 共混前采取分散剂 偶联剂 表面功能改性剂或采用超声波辅助分散等 2 纳米粒子也可以分散在单体中 然后进行本体聚合 乳液聚合 氧化聚合和缩聚 3 层间插入法 此法就是将聚合物插入层状结构的无机化合物如硅酸盐类粘土 磷酸盐类 石墨 金属氧化物 二硫化物等 其片层间距一般为纳米级 可容纳单体和聚合物分子 它不仅让单条聚合物链嵌入夹层 形成 嵌入型纳米复合材料 而且可使层片状填料的片层剥离从而以单片形式均匀分散于聚合物中 形成 剥离型纳米复合纤维 4 溶胶 凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体 在液相下将这些原料均匀混合 并进行水解 缩合化学反应 在溶液中形成稳定的透明溶胶体系 溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合 形成三维空间网络结构的凝胶 凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂 形成凝胶 凝胶经过干燥 烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料 20 普通扫描电镜的样品室和镜筒内均为高真空 约为10 6个大气压 只能检验导电导热或经导电处理的干燥固体样品 低真空扫描电镜可直接检验非导电导热样品 无需进行处理 但是低真空状态下只能获得背散射电子像 环境扫描电镜除具有以上两种电镜的所有功能外 还具有以下几个主要特点 1 样品室内的气压可大于水在常温下的饱和蒸汽压2 环境状态下可对二次电子成像3 观察样品的溶解 凝固 结晶等相变动态过程 在 20 20 范围 二 环境扫描电镜应用环境扫描电镜可以对各种固体和液体样品进行形态观察和元素 C U 定性定量分析 对部分溶液进行相变过程观察 对于生物样品 含水样品 含油样品 既不需要脱水 也不必进行导电处理 可在自然的状态下直接观察二次电子图像并分析元素成分 原子力显微镜 AtomicForceMicroscope AFM 一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器 它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质 将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定 另一端的微小针尖接近样品 这时它将与其相互作用 作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化 扫描样品时 利用传感器检测这些变化 就可获得作用力分布信息 从而以纳米级分辨率获得表面结构信息 21 EDS EnergyDispersiveSpectrometer 能谱分析 能谱仪是与扫描电子显微镜或透射电镜相连的设备 扫描电镜或透射电镜内通过入射电子束使样品原子芯电离从而产生特征X射线进行测量来确定物质化学成分 分析范围 4 100号元素定性定量分析 特点 1 能快速 同时对各种试样的微区内Be U的所有元素 元素定性 定量分析 几分钟即可完成 2 对试样与探测器的几何位置要求低 对W D的要求不是很严格 可以在低倍率下获得X射线扫描 面分布结果 3 能谱所需探针电流小 对电子束照射后易损伤的试样 例如生物试样 快离子导体试样 玻璃等损伤小 4 检测限一般为0 1 0 5 中等原子序数的无重叠峰主元素的定量相误差约为2 X光电子能谱分析的基本原理一定能量的X光照射到样品表面 和待测物质发生作用 可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子 该过程可用下式表示 hn Ek Eb Er式中 hn X光子的能量 Ek 光电子的能量 Eb 电子的结合能 E