超细纤维 简介.docx

超细纤维(南通大学 纺织服装学院,南通 桑烨琨 0915012002)摘要 超细纤维是近代开发法的一类高科技新型纤维.超细纤维虽然没有明确的定义,但是它具有普通纤维无法比拟的优点,可制成许多高性能和高附加价值的纺织品,因此近年来超细纤维的制造及其纺织,染整和服装加工都有了快速发展.关键词 超细纤维 定义 制造 发展超细纤维（ultra-fine fiber, micro-fiber），目前国际上尚未有统一的定义，美国PET委员会认为纤维纤度0.31.0dtex为超细纤维，AKZO公司认为超细纤维纤度的上限是0.3dtex，意大利则将0.5dtex以下的纤维称为超细纤维；我国纺织工业部化纤工业公司则对超细纤维作了以下定义：涤纶长丝0.51.3dtex；锦纶长丝0.51.7dtex；丙纶长丝0.52.2dtex；短纤维0.51.3dtex。而日本化纤行业普遍将单丝线密度低于0.3dtex的纤维称为超细纤维，这个规定也逐渐被人们所接受。目前世界上能够生产的最细的超细纤维已达到0.0001dtex。目前多数合成纤维均可纺制成超细纤维，如聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯甚至聚四氟乙烯、玻璃纤维等。现在产量最大的是聚酯和聚酰胺超细纤维。1 超细纤维的发展历史20世纪40年代,受当时羊毛皮芯结构的启发,仿制出了双组分的复合粘胶纤维.该纤维具有三维卷曲，而且卷曲性能较稳定，故称为“永久卷曲粘胶纤维”1.国外化纤公司在20世纪60年代开始对细旦和超细旦纤维的研究开发工作，杜邦公司在1964年就取得了用复合纺丝法生产超细纤维的专利，并以此作为发展超细纤维的起点.到20世纪70年代，剥离法和海岛法两种复合纺丝法制取0.1 dtex左右超细旦纤维的生产工艺实现了工业化，并取得了较好的经济效果.三菱人造丝公司采用直接纺丝法，制得纤度为0.06 dtex0.1 dtex的超细旦腈纶2.日本首批问世的商业化双组分共轭复合纤维结构十分简单，有“并列型”.“皮芯型”等。随着生产技术水平的不断提高，所谓的多层复合纤维，即在1根单丝内有5个以上结构层的复合纤维研制成功，将其分离即可制得超细纤维.从80年代开始，纤维的产品开发向高品质化、高附加值化、新材料化方向进展，即进入了“高技术时代”，而所谓的“新合纤”技术正是这一时代最夺目的里程碑，超细纤维的技术正是在这种历史背景下日趋成熟的.我国起步较晚，20世纪80年代末着手对超细纤维的研究，1996年7月北京服装学院纺制成了纤维密度为0.05 dtex的超细长纤维3，打破了发达国家单丝小于0.1 dtex的技术垄断.中国纺织大学也成功开发了世界领先水平的超细旦丙纶长丝及其制品.2 超细纤维的类型及生产技术2.1 类型用复合纺丝技术制造的超细纤维可分为：剥离海-岛型和多层型超细纤维，此外还有随机纤维型.不同的生产技术，可制造出不同线、不同种类及用途的超细纤维。剥离型超细纤维是将两种不相容、但粘度相近聚物，各自沿纺丝组件中预定的通道流过，并汇集复合，通过同一喷丝孔挤出而成形;丝条却、拉伸、织造过程中保持原有的截面形状，当加工成织物后，采用物理或化学处理方法使纺制的复合纤维中的各个组分相互剥离分割开来，成为超细纤维。海-岛型超细纤维，又称基质原纤型纤维，它是由一种聚合物以极细的形式（原纤）包埋在另一聚合物（基质）之中形成的，又因分散相原纤在纤维截面中呈岛屿状态，因此又称为海-岛型纤维，海-岛型纤维有长丝和短丝两种。长丝是原纤有规则地连续分布在基质中；短丝是原纤不连续地分布在基质中，其主轴与纤维轴一致。多层型运用了两种不相溶的高聚物，纺丝前将高聚物熔体由一个静态分离器多层化，然后进行分离或剥离。日本可乐丽公司开发了第一个多层型超细纤维工业产品，是把聚酯和聚酰胺-6纺制成具有椭圆形截面的多层结构复合纤维，然后在染色过程中微细化成长丝。2.2 生产技术利用不同的生产技术，可制造出不同线密度、不同种类及用途的超细纤维，它们的生产方法主要有直接纺丝法、复合纺丝法和共混纺丝法。用复合纺丝技术制造的超细纤维可分为剥离型和海岛型（溶解型），前者通过机械处理或化学处理的方法，使纺出的常规线密度的复合纤维中的各个不同性能组分相互剥离分割开来；后者是使用溶剂将海岛型复合纤维中的海组分溶除，从而得到岛组分的超细纤维。前者适合生产单丝线密度0.330.55dtex的长丝，后者则适合生产更细的纤维（0.00010.11dtex） 纤维的线密度与其生产方法密切相关，表1列出了几种不同细度纤维的生产方法。可以看出，生产技术的进步使纤维的不断细化成为现实，而纤维细化使纤维的性能发生了很多变化,人们利用纤维性能上的这些变化开发出了各种用途的新产品。目前较为流行且实现工业化的超细纤维生产技术有:直接纺丝法、复合纺丝法和共混纺丝法，此外，还有静电纺丝法、熔喷法和闪蒸法等。其中，后四种方法较适合生产短纤维型超细纤维。 2.2.1电纺丝法用电纺丝方法制备超细纤维早在20世纪30年代就申请了专利，但由于纺丝工艺很难稳定，生产效率很低，长期以来很少有人问津。近年来随着纳米技术的发展，电纺丝技术受到高度的重视，因为它是目前获得纳米直径长纤维的唯一方法或少有的方法之一。区别于传统纺丝，电纺丝是指聚合物溶液或熔体在外加电场作用下的纺丝工艺。在电场力作用下，处于纺丝喷头的聚合物溶液或熔体液滴，克服自身的表面张力而形成带电细流，在喷射过程中细流分裂多次，经溶剂挥发或固化后形成超细纤维，最终被收集在接收屏上，形成非制造超细纤维膜或附加特殊装置，将超细纤维纺成纱线。4可用于电纺丝法的高分子材料各种各样，几乎不受任何限制，如聚环氧乙烷（PEO）、聚丙交酯（PLA）、胶原、聚苯胺、聚苯乙烯，等等，甚至蚕的分泌物。因此其应用研究范围很广，可制备多种生物降解性聚合物超细纤维。由于这种纺丝技术发展得比较晚，总的说来，它的应用研究还处于起始阶段。2.2.2复合纺丝剥离法这是一种较为经济、简单的生产方法。它是用两种不相容而黏度相近的聚合物，通过特殊的纺丝组件制成具有两组分交替排布截面形状的复合纤维后，再通过机械法或化学法使两组分分离，制得超细纤维复合体。如用聚对苯二甲醇乙二酯（PET）与聚己二酰二胺（锦纶66）经过纺丝、拉伸、定型等处理，制得具有橘瓣形截面形状的双组分纤维，在织造、染整等工序中逐步剥离为单丝线密度小于0.5 dtex的超细纤维。复合纺丝剥离法的优点是：效率高，无聚合物损失；制得的超细纤维单丝线密度低，并具有混纤及异型纤维的特性。缺点是纺丝组件构造复杂、加工难度高、设备投资大。2.2.3超拉伸法以PET为例，聚酯是热塑性高聚物，在玻璃化温度Tg以上温度以很低的形变速率对其进行拉伸时，高聚物分子将产生缓慢流动而不取向。超拉伸法即基于这一原理，就是使刚从喷丝孔喷出的聚酯纤维先在一定温度下进行超倍拉伸，得到低取向细纤维，再在一定条件下进行补充拉伸使之取向，得到具有一定强度的超细纤维。这种方法的优点是：可用现有纺丝设备制低取向丝。缺点是后拉伸工艺控制不稳定，设备产率低，难以适应大工业化生产。22.4溶解法溶解法包含两种含义：一是通过化学方法除去复合纤维中的一个组分，使剩下的组分成为超细纤维包括皮芯和细纤连续分布型两种。皮芯型是先制皮芯型复合纤维，然后除去皮组织，由芯构成超细纤维。细纤连续型的复合丝由细纤和基质构成，细纤沿纤维轴连续均匀地分散于基质中，溶解除去基质，可得单丝线密度达0.01 dtex0.2 dtex的超细长丝。二是用化学法除去共混纤维中的基质，使分散于基质中的微纤形成单丝线密度为0.001 dtex0.005 dtex的超细短纤维，用其制造的非制造布是合成革用的最佳基布材料。溶解法的优点是：纺丝操作较简单，其中的细纤连续型超细纤维线密度低，且在一定范围内可调；溶解过程实施灵活性大，如果选择在织造过程后实施溶解，则可利用现有纺丝、印染设备，以缓解现有纺丝设备落后于超细纤维发展的矛盾。缺点是高聚物损失量大，溶解产物回收困难，而排放又可能造成污染，且采用复合型原丝时需用特殊纺丝组件。2.2.5闪蒸法闪蒸法是当聚合物溶液形成纤维时，溶剂瞬间汽化，脱离高聚物，高聚物被喷化成线密度达0.1 dtex0.15 dtex的超细纤维。例如将PET溶解在二氯甲烷与1，1，2-三氯乙烷或1，2，2-三氯乙烷的混合溶剂（两者质量比为4691）中，制成浓度为5%20%的纺丝原液，再在220280，8 MPa条件下进行纺丝，纺丝原液从喷丝孔喷出，溶剂瞬间汽化，喷出的PET即成为超细纤维。2.2.6常规熔融法常规熔融法是用单一组分的高聚物，通过特定的纺丝工艺，使纤维的单丝线密度降到1 dtex以下。开发这些设备的基点是：以POY纺丝机或FDY牵伸机为基础，并对原料及部分设备有特殊要求。常规熔融法的优点是：原料利用率高，纺丝设备简单，生产成本低。缺点是：生产超低线密度纤维难度大，对原料及部分设备有特殊要求，但其制品仍能满足纺真丝及高密织物的要求。3 超细纤维性能超细纤维由于直径很小,因此其弯曲刚度很小,纤维手感特别柔软；超细纤维的比表面积很大,因此超细纤维织物的覆盖性、蓬松性和保暖性有 明显提高,比表面积大纤维与灰尘或油污接触的次数更多,而且油污从纤维表面间缝隙渗透的机会更多,因此具有极强的清洁功能；将超细纤维制成超高密织物,纤维间的空隙介于水滴直径和水蒸汽微滴直径之间,因此超细织物具有防水透汽效果；超细纤维在微纤维之间具有许多微细的孔隙,形成毛细管构造,如果加工成可被水润湿的毛巾类织物,则具有高吸水性,洗过的头发用这种毛巾可很快将水份吸掉。4 超细纤维的特点与应用细纤维的功能性应用超细纤维的最显著特点，是其单丝线密度大大于普通纤维最细可达0.0001dtex，单丝线密度的急剧降低，决定了超维有许多不同于常规纤维的特性，具有丝般柔、手感滑爽、光泽柔和、抗弯刚度小，易于弯曲；织物表面纤维细柔，悬垂性好，手感柔软。由于纤维线密度很小，空隙多，形成微孔结构，微孔织物内空隙密而多，织物超高密、质轻、防水透湿性好。由于纤维线密度很小，织物内空隙细而多，形成微孔结构，且表面拥有较多的茸毛，织物具有良好的排汗、导湿作用，保暖性、耐磨性好。由于纤维间空隙多而密，可利用其毛细管作用，使织物获得极好的吸水、吸油性能，织物具有很高的清洁能力和去污能力，织物覆盖力强及服装生效果好等优点，其产品具有许多异乎寻常的性能，此在许多领域应用广泛。其中最重要的应用领域是服装业，对于现代服，已经进入了一个以材质取胜的时代，采用新型维开发的面料可以极大提高服装的附加值。关注科技纤维的发展，把握其特性，实现面料的科技新和高档化，成为纺织产品的突破口。在家具、装潢材料、装饰织物以及产业用纺织的应用也取得了许多进展，具体来说有：仿麂皮：这种织物曾被称为“划时代的衣料”，不仅具有天然兽皮的“书写效应”、“白霜感”和体感”，而且还具有天然真丝的手感，即柔软、质、悬垂性好、穿着舒适等特点，因此适用于制作外套、夹克、手套、鞋帽、箱包、家具饰品和车内装饰物等。仿真丝:采用线密度范围为0.11-0.56dtex的超细纤维制成，其手感柔软、外观华贵，是制作高档礼服、衬衣及内衣的良好材料。第二代合成革:用细度为0.001-0.2dtex的超细纤维制成，既有天然皮革的纹理结构，又无天然皮革的“划痕”等缺陷，是天然皮革的良好代用品，可用以制鞋、制手套甚至做茄克及家具装饰物等。清洁布：用超细纤维制作的清洁布具有较复杂的三维空间结构，能吸收较多的液体或灰尘，因其纤维线密度低、柔软而不会对擦拭表面造成损坏，所以适合作高级玻璃器皿或精密仪器的清洁布。高密织物：经浸胶（聚氨酯）再磨毛，可制得仿桃皮绒等高档织物，用于制作西服绒、茄克衫等高密织物还具有芯吸效应，可及时排除人体汗液，因而适合制作运动服、滑雪服、内衣等。当高密织物密度达16000根/cm2-30000根/cm2时，还兼有防水、防风性能，可制作风衣、雨衣、钓鱼服等功能性服装。过滤材料：超细纤维直径小，比表面积大，所以其织物空隙率高，孔径均匀，因而可用作液体或气体的滤材。医用敷料:静电纺超细无纺布可制成皮肤护理、伤口处理薄膜（代替目前纱布使用），该种材料通透性好，吸附性强，使伤口血液很快凝结，避免了失血过多的现象。在骨骼受损维护方面，还可制成骨软骨组织的生物可降解性支撑，质量轻，强度高，骨组织修复后，无纺布在体内降解，避免了传统的二次手术。其它方面：超细纤维也可用作保温材料、吸液材料、功能纸、电池隔膜和复合材料的增强体等同时，由于近几年纳米技术、生物技术和新型纺丝技术如微乳化技术等的发明和突破，使各种新型功能性纤维层出不穷。例如将纳米陶瓷微粉植入棉纤维中开发的棉纤维具有抗紫外线功能；日本开发的“利维纳克”系列纤维，有的具有水分处理功能，有的具有防泼水功能，有的具有反射热体、吸收太阳能的功能；另外，还有抗菌型、抑菌除臭型、导电型超细纤维等等。5 总结综上所述，服用纤维领域对新品质、新风格、新功能的不断追求以及产业用领域、装饰用领域对高功能和多功能的不断追求，都将成为超细旦化纤产品不断拓展、不断开发研究的驱动力。超细纤维已成为“新合纤”的主导产品之一。与普通纤维相比，超细纤维具有柔软