纺织新材料及其应用

纺织新材料及其应用第1页/共82页主要内容纺织(服装)新材料开发设计思路新型纤维及其特点新型纤维应用的举例在新型纤维使用中值得注意的问题新原料发展趋势及应用市场前景第2页/共82页纺织(服装)新材料开发设计思路以人为本的新材料开发设计理念纺织(服装)新材料开发设计思路第3页/共82页纺织(服装)材料的加工过程

第4页/共82页

纺织（服装）材料的形式纤维→纱线→织物（布料）→衣片→衣服纤维是一种韧强的纤细物质，是纱线的基本原料（1维）纱线是将纤维通过纺纱加工法得到连续纤维集合体（1维）织物是将纱线通过纺织加工法得到连续纤维片状物（2维）

衣片是将布料照裁剪图裁剪后得到的成型片状物（2维）

服装辅料（除了服装面料以外用于服装上的一切材料）服装是将衣片按照服装加工法缝制成的人体穿着物（3维）

*衣片包括机织、针织、裘皮、非织造布面料第5页/共82页服

装

的

舒

适

性

与

功

能热湿舒适性运动舒适性触感舒适性观感舒适性安全防护性第6页/共82页设计的基础—体现以人为本的设计理念体热平衡正常皮肤温度31.5℃～34.5℃正常体内温度36.9℃～37.9℃出汗量约为540～1440g/天,全部通过服装蒸发掉肌肤感第7页/共82页对面料要求:面料湿传递方式亲水基团吸湿并转移水汽态水传递（扩散）液相水毛吸传递通过服装的直接扩散(与服装开口度、宽松度、覆盖度相关)纤维内的空腔纱线内纤维间的孔隙织物中纱线间的孔隙第8页/共82页对面料要求:功能整理后(防水)透湿雾滴的直径（100µm）水蒸气分子的直径（0.0004µm）材料孔径大小介于100µm~0.0004µm之间可以防水透湿。第9页/共82页开发面料时必须关注服装的舒适性与功能服装设计实际上是服装材料设计和服装结构与款式设计；根据服装的舒适性与功能设计服装材料，进而设计服装的结构和款式。第10页/共82页织物结构性能表征纤维结构设计纱线结构性能表征纤维结构性能表征服装结构设计与加工织物印染性能表征纺织（服装）新材料开发设计思路第11页/共82页（1）成纤聚合物的改性；（2）单纤维的改性；（3）纱线的改性；（4）织物织造的改性；（5）染整加工阶段的改性。纺织材料改性的五个层面：第12页/共82页

1）提高吸湿性；2）纤维碱减量处理后，表面形成凹凸坑或沟槽。效果(1)成纤聚合物制造阶段(以PET为例)1）将亲水基团(如-SO3M，-O-)引入PET大分子；2）在PET合成过程中添加无机粒子成孔剂；3）引入亲水基团的同时，添加无机粒子成孔剂。方案第13页/共82页(2)纤维制造阶段(以PET为例)改善吸湿性1）单组分纤维——含亲水基团的共聚酯纤维；2）共混纤维——PET与含亲水基团聚合物纺制共混纤维；3）复合纤维——PET与含亲水基团聚合物纺制复合纤维；扩大比表面积4）纤维断面的异型化；5）纤维线密度的超细化；6）纤维表面粗糙化。效果方案第14页/共82页1）与吸水性能优良的纤维(如棉纤维、粘胶纤维等)混纺成纱；2）与亲水性纤维组成多层构造纱线或合股成纱；３）纱线的疏水及亲水整理。(3)纱线制造阶段改善吸湿性效果方案第15页/共82页与吸水性优良纤维(如棉纤维、粘胶纤维等)构成的纱线复合

——多层结构；

——交织等。(4)织物制造阶段改善吸湿性效果方案第16页/共82页(5)织物染整加工阶段1）亲水化合物（如蚕丝蛋白、甲壳素、胶原蛋白等）对织物的表面整理；2）将亲水化合物充填于中空纤维微孔内。方案改善吸湿性耐久性不足3）对织物表面进行等离子体处理，使纤维表面粗糙化及活化。扩大比表面积改善吸湿加速干燥

效果第17页/共82页

原料设计是基础纤维原料的组成、形态、细度对面料的性能起决定性作用开发面料时必须关注纤维原料及其结构的设计第18页/共82页新型纤维及其特点开发新的和可持续的纤维资源新型纤维材料功能的提高、扩展和多元化第19页/共82页新型服用纺织纤维的分类

名称新型天然纤维新型再生纤维新型合成纤维种类新型再生纤维素纤维新型再生蛋白质纤维竹纤维竹浆纤维大豆蛋白纤维超细纤维大麻纤维麻(杆芯)浆纤维牛奶蛋白纤维异形纤维

罗布麻纤维Lyocell纤维蚕蛹蛋白纤维复合纤维木棉

Modal纤维蜘蛛蛋白纤维功能纤维香蕉皮浆纤维

高性能纤维第20页/共82页大麻韧皮纤维扫描电镜横截面大麻韧皮纤维扫描电镜纵向截面结构和组成上的三个特点：多孔结构木质素酚类物质新型天然纤维竹大纤麻维纤维第21页/共82页大麻纤维基本化学组成（%）麻种类苎麻亚麻黄麻大麻纤维素65-6770-8057-6077半纤维素14-1612-1514-179.3木质素0.8-1.02.5-510-139.3果胶4-51.4-51-23.4水溶物4-80.3-0.6-1.2油蜡质0.5-10.3-1.80.3-0.61.2灰分2.6-3.40.70.5-1.5-第22页/共82页竹纤维和大麻纤维性能抗菌性能物理抗菌：多孔结构使厌氧菌无法生存化学抗菌：酚类物质存在使富氧菌无法生存抗紫外性能吸湿排汗性能消音(吸附)性能第23页/共82页2.新型再生纤维（1）新型再生纤维素纤维竹浆纤维麻(杆芯)浆纤维Lyocell纤维(天丝)Modal纤维

第24页/共82页浆粕的制备

：备料→预水解→蒸煮→打浆→前精选→氯化→漂白→漂后酸处理→后精选→抄浆等工序。粘胶制备

：浸渍→（压榨、粉碎）→老成→黄化（溶解、过滤、熟成、脱泡）→纺丝(后处理)。竹、大麻杆芯浆纤维第25页/共82页Lyocell纤维Lyocell由英国考陶尔公司以针叶树木为主的木质浆粕为原料经溶剂纺丝方法生产的一种新型再生纤维素纤维，在我国称为天丝，其商品名为Tencel，学名为Lyocell。Lyocell纤维生产工艺采用NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）为溶剂，把浆粕直接溶解在NMMO中，在常压、90～120℃下溶解，得到较高浓度的溶液，溶液经过滤，脱泡，采用湿法或干法纺丝，在88～125℃稀氧化胺溶液的凝固浴中使纤维素沉淀成形而再生为纤维素，经拉伸，水洗，去油，干燥、卷曲、切断和溶剂回收等工序，制成Lyocell纤维。Lyocell生产周期短、能耗低，其生产过程中使用无毒、无腐蚀性的有机溶剂，回收率达99%，对生态环境友好，且纤维本身可被自然界完全分解，因此Lyocell又被称为21世纪的绿色纤维。

第26页/共82页Modal纤维Modal是欧洲奥地利Lenzing公司采用天然木材（山毛榉木）浆粕作为原料生产的高湿模量再生纤维素纤维，在纤维生产过程中不产生类似黏胶纤维的严重污染环境问题。Modal纤维柔滑、光洁；具有良好的吸湿性和透气性,适宜制作舒适性纺织品；纤维染色性能较好,吸色透彻,色牢度好,因此织物色彩鲜艳、亮丽；具有较好的形态与尺寸稳定性,使织物具有天然的抗皱性能。使用后可以自然降解。第27页/共82页各种再生纤维素纤维性能性能LyocellModal大麻杆浆竹浆普通黏胶棉强度干/(cN/tex)38～4234～3622.32121～2721～35湿/(cN/tex)34～3820～2215.01110～1523～37伸长干/%13～1513～1518.21716～227～12湿/%16～1813～15－21～299～14回潮率/%11.512.51313138.5吸水率/%60～7060～70－－7550钩结强度/(cN/tex)208－－720～26相对湿强/%8560686050105保水性/%706096909050水中膨润度/%6763－－8835特点强度高、生态强度高、生态抗菌性抗菌性第28页/共82页（2）新型再生蛋白质纤维严格意义的再生蛋白质纤维其蛋白质含量应在80%以上；目前开发的再生蛋白质纤维其蛋白质含量应在20%-80%之间；只能说是混合或复合纤维，或蛋白质改性纤维。制取方法将蛋白质溶液与其他高聚物共混纺丝；将蛋白质溶液与其他高聚物进行接枝共聚；多年研究有产品问世，但不算成功。第29页/共82页新型合成纤维类别差别化纤维超细纤维、异性纤维、复合纤维功能纤维阻燃纤维、抗菌纤维、抗紫外线纤维高性能纤维（新型聚合物组分）芳香族聚酰胺、高性能聚乙烯纤维、水溶性纤维

3.新型合成纤维第30页/共82页（1）差别化纤维超细纤维纤维细度：粗旦纤维、细旦纤维、微细旦纤维、超细纤维及超极细纤维。超细纤维美国PET委员会：0.3～1.0dtex；日本：小于0.55dtex；荷兰AKZO公司：小于0.30dtex；

比较公认的细度：小于1.0dtex；超极细纤维：小于0.1dtex；第31页/共82页超细纤维加工方法：超细纤维—直接纺丝法、共混纺丝法、复合纺丝法纤维的细旦化—“剥皮”纤维的细旦化—“异型”第32页/共82页共混纺丝溶解或水解剥离法

复合纺丝－机械剥离法

复合纺丝溶解或水解剥离法0.10~0.20dtex

0.03~0.06dtex0.0003~0.0008dtex超细纤维生产方法

第33页/共82页纤维品种生产方法线密度纤维直径Km/g纤维相当距离

/dtex/μm粗旦纤维常规纺丝法3～5212.5天安门—建国门细旦纤常规纺丝法 1～2136.7天安门—三元桥微细纤维常规纤维碱处理

1.01110天安门—四元桥微细纤维直接纺丝法0.3633天安门—首都机场超细纤维机械剥离法复合纤维

0.15466天安门—八达岭超极细纤维复合法海岛纤维

0.052.4200北京—石家庄 超极细纤维共混法海岛纤维

0.00050.2420000 绕地球半周世界最细纤维复合法海岛纤维

0.00010.10100000绕地球两周半

注:地球的半径为6371.2Km;纤维直径是以PET纤维为基准计算

超细纤维生产方法与线密度的关系第34页/共82页纤维的细旦化—“剥皮”碱减量碱减量技术：将聚酯纤维用碱液进行处理，使纤维的表面进行水解，在纤维表面形成许多微细的凹凸坑穴，同时实现纤维的细化。碱减量处理后，纤维质量变轻，纤维表面的凹凸坑穴结构使纱线结构变得疏松，从而使织物手感柔软、光泽柔和并具有较好的悬垂性。第35页/共82页帝人公司的“ウェルキ”是圆中空形纤维截面，经表面刻蚀呈现凹凸与中空部贯通的微孔。圆形纤维间的毛细效应不尽如人意，同时表面缺少亲水基团。纤维中空和表面刻蚀，呈现表面凹凸与中空贯通的微孔第36页/共82页纤维的细旦化—异型化三角形沟槽形成

三角形截面的异形纤维制造技术。是从外形上对蚕丝进行模仿，使纤维获得真丝般的光泽，而且为使织物获得“丝鸣”效应，在三角形纤维的三个尖端处又设法做出了小的凹槽。第37页/共82页纤维截面异形化，如Y型、△字型、H型等。代表性产品有DuPont公司的Coolmax以及其后开发的Coolplus、Cooltech、Coolbst、Cooldry等。第38页/共82页超细纤维线密度与纤维直径及比表面积关系

线密度/dtex4.42.21.10.660.110.0110.00110.0001长度Lw×104/cm·g-122.54590150900900090000900000纤维直径D×104/cm20.2122.2724.914.315.7517.6310.111.1412.467.828.639.653.23.523.940.961.051.180.320.350.390.10.110.12比表面积Fw/cm2·g-114261574175920192227249128543105352136854067454590439953111382840931313350488989699021110830284088313130350475注：自上至下①PET，ρ＝1.385g/cm3;②PA6，ρ=1.14g/cm3;③PP,ρ=0.91g/cm3

超细纤维的性能第39页/共82页单丝的线密度与纤维的柔性

纤维受力弯曲变形图

悬臂式纤维受力弯曲变形图

纤维直径与其弯距的关系

直

径

DD/2D/4D/1010－3D

弯

距

II/16I/25610－4I10－12I超细纤维的性能第40页/共82页超细纤维的主要特征线密度相同的复丝或纱线，其单纤维根数愈多，成纱强力就愈高。单纤维线密度愈小，抗弯曲刚度愈低，纱线及织物的手感就愈柔软，悬垂性好。单纤维直径愈小，纤维的比表面积愈大，吸附性增强，去污力提高，过滤性能好，毛细效应强。单纤维直径愈小，单位面积织物的密度愈高，织物的保暖性愈好，且具有防水透气性。单纤维线密度的减小也会带来一些麻烦，如染整加工时，上染速率快、易染花、染料吸收量大，但显色性差、染色牢度也会变差等。尺寸效应—当纤维由粗变细，达到超细甚至特超细时,其性能会发生很大变化。第41页/共82页差别化纤维的趋势细度—超细化形态—多异型化组成—多组分化第42页/共82页（2）功能纤维在纺丝液中加入功能微粒子，制备功能纤维阻燃纤维抗菌纤维抗紫外线纤维抗静电、导电纤维第43页/共82页新型聚合物成分PE（聚乙烯）PP（聚丙烯）PS（聚苯乙烯）PVC（聚氯乙烯）CPE(氯化聚乙烯)PTFE（聚四氟乙烯）PAN（聚丙烯晴）PVA（聚乙烯醇）PAM（聚丙烯酰胺）PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)PEN（萘二甲酸二甲酯（NDC）与己二醇（EG）缩聚而成）PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)PBO（聚对苯撑苯并双恶唑纤维，如：Kevlar、Twaron、Dyneema、Speatra、Nomex、Conexl）等（3）高性能纤维（新型聚合物组分）第44页/共82页芳香族聚酰胺代表类商品化产品

1967年，DuPont的芳族聚酰胺纤维Nomex商品化；1971年，DuPont的另一个芳族聚酰胺纤维以品名kevlar商品化；强度和模量更高。第45页/共82页代表性的商品增强纤维的性能

材料密度/g·m-3分解熔融/℃强度/mN·tex-1初始模量/N·tex-1断裂伸长率/%对位芳族聚酰胺纤维（标准）1.4455020655–对位芳族聚酰胺纤维（高模量）1.45550209077–Nomex1.464154857.5

35Technora1.39500220050

4.4碳纤维HT1.7837001910134–碳纤维HM1.8337001230256–玻璃纤维2.5882578028–第46页/共82页高性能聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯（ultrahighmolecularweightpolyethylene,UHMWPE）纤维，基于简单又柔曲的聚乙烯分子。它们被称作高性能聚乙烯（HPPE）纤维，高模量聚乙烯（HMPE）纤维，或有时称伸展链聚乙烯（ECPE）纤维。第47页/共82页高性能聚乙烯纤维性能强度：大于30g/d模量：大于1000g/d密度：0.97熔点：141度第48页/共82页可利用的商品HPPE长丝

商品名密度/kg·m-3单丝线密度/tex（旦）强度/N·tex-1模量/N·tex-1断裂伸长/%DSNHPEDyneemaSK609700.1（1）2.8913.5DyneemaSK659700.1（1）3.1973.6DyneemaSK759700.2（2）3.51103.8DyneemaSK769700.2（2）3.71203.8第49页/共82页高性能聚乙烯纤维应用它具有高强度、高模量、高取向度、耐磨损、耐腐蚀、耐低温、耐紫外线、抗老化、抗冲击、质量轻等特性，主要性能指标甚至优于碳纤维和芳纶纤维，被广泛应用于防弹防护用品、绳索、缆绳、鱼网、运动器材等制造领域。第50页/共82页水溶性纤维水溶性纤维（英文名watersolublefiber）。它是一种能在水中溶解或遇水缓慢水解成水溶性分子（或化合物）的纤维，是一种有价值的功能性差别化纤维。代表性产品：水溶性聚乙烯（PVA）纤维（水溶性维纶）、海藻纤维、羧甲基纤维素纤维等。应用水溶性聚乙烯（PVA）纤维伴纺羊毛纤维水溶性聚乙烯（PVA）纤维伴纺棉纤维第51页/共82页各种水溶性纤维的性能

原料类型溶解温度∕℃干强∕（cN/dex）干伸∕%PVASOLRON—SH903.512—SL552.620—SS﹤201.835海藻酸钙盐﹤200.9714纤维素氰乙基化300.4415聚氧化乙烯分子量4×105﹤200.2670第52页/共82页新型纤维应用的举例—

超棉高舒适聚酯短纤维织物的开发织物吸汗、排汗、速干过程与要求纤维成形加工短纤维物理机械性能织物的结构与性能项目总结第53页/共82页织物吸汗、排汗、速干过程与要求汗液纤维间形成的毛细管异型纤维织物滴入润湿--扩散蒸发风第一步：润湿：织物应当具有对水的可润湿性；第二步：吸湿—扩散：利用纤维间和纤维内的毛细效应以及粗，糙表面完成水分的尽快扩散；第三步：蒸发：借助织物与空气中水分的浓度梯度及织物的大比表面积完成水分蒸发。第54页/共82页引入适量吸水基团表面粗糙化润湿蒸发扩散扩大蒸发表面积—纤维异型化—表面粗糙化毛细效应—异型化（纤维间）—沟槽（单纤维内）—内部微孔化纤维结构设计第55页/共82页纤维成形加工异型孔纺丝初生纤维短纤维PET切片COPET切片拉伸定型卷曲切断原料具有粘度梯度的五元共聚酯母粒添加纳米无机材料作为成孔剂第56页/共82页纤维横断面内部微孔化表面粗糙化截面异型化纤维纵表面（4）吸湿基团(1)（2）（3）纤维形态结构表征第57页/共82页三叶形纤维截面与纵向第58页/共82页短纤维性能线密度（dtex)1.22~1.43断裂强度（cN/dtex)~5断裂伸长（%）~20第59页/共82页织物的结构与性能纱线结构设计织物组织结构设计织物吸水性能织物风格KES评结果第60页/共82页（1）原料为三叶形涤纶(T)/棉(C)（80/20）混纺纱线；（2）织布用纱设计为以下2种：J60英支/2；初捻110捻/10cm，复捻90捻/10cm，ZSJ80英支/2；初捻125捻/10cm，复捻100捻/10cm，ZS纱线结构设计第61页/共82页编号经纱tex（英支)纬纱tex（英支)经密根/10cm（根/英寸）纬密根/10cm（根/英寸）1J7.5×2(J80/2)J7.5×2(J80/2)511.5（130）295（75）2J10×2(J60/2)J10×2(J60/2)472（120）236（60）织物组织结构设计第62页/共82页各种不同组织结构的织物-1第63页/共82页各种不同组织结构的织物-2第64页/共82页织物吸水性能样品号测试项目12345678910111213吸水高度（cm）14.713.715.817.314.314.115.314.913.307.18.110.2水滴消失时间（s）1.321.973.981.031.971.221.381.401.68----51.781.141.50接触30秒吸水量（g/cm2）0.0240.020.020.030.0240.0240.0270.0230.0160.0020.0140.0180.020最大平衡吸水率（%）130.6117.1120.6159.1146.8153.7151.7155.3137.110.18128.5189.4122.9标准状态排水速率（%/min）1.511.411.801.361.562.021.281.481.581.801.742.271.50注：织物组织结构及组成为：（1）双面斜纹（T80/C20）；（2）平纹(T80/C20；（3）斜纹(T80/C20)；（4）斜纹（T100,吸湿排汗涤）；（5）双斜(T80/C20)；（6）方格(T80/C20)；（7）单斜(T80/C20)；（8）方格(T80/C20)；（9）平纹（搜集样品）；（10）平纹（常规的T100）；（11）双面斜纹（C100纯棉）；（12）平纹（T40/C40/R20）；（13）军港绸平纹（T80/C20）。其中：1~9号样品为本研究的样品。第65页/共82页织物风格KES评结果从基本手感、综合手感两方面考虑男士冬季礼服衬衣面料硬挺度（KOSHI）、丰满度（FUKURAMI）两项都超过9，平展度（HARI）也达到8.89，但爽滑度（SHARI）较差；作女士冬季薄型衣料硬挺度（KOSHI）、丰满度（FUKURAMI）、平展度（HARI）三项基本手感值均大于7，且丰满度（FUKURAMI）达到9.08。第66页/共82页项目总结（1）采用了全新的设计理念，即同时采用多项措施达成：

1）纤维亲水化；

2）纤维截面异型化；

3）纤维表面粗糙化；

4）纤维内部结构微孔化；实现了织物的润湿、吸湿、排汗、速干功能。（2）上述对纤维化学及物理结构改性的实施，是通过了研制特殊化学结构的共聚酯，与常规聚酯按照一定的比例共混，控制共聚酯的特性粘数，使其在纺丝过程中分布于纤维截面的各部位，再对织物进行可控的碱水解，达成了上述的4项微观的化学和物理结构的形成。（3）利用所制得的纤维设计并织造了多种组织结构的织物，与收集到的国内外同类织物吸水、排水、干燥性能比较的结果表明，开发的织物具有明显的优异性能。第67页/共82页缺乏特点和个性，同质化特征明显

来样加工，仿制为主自主创新设计的能力得不到发挥产品质量有待进一步提高。打造品牌、加强设计、提升质量在新型纤维使用中值得注意的问题第68页/共82页设计产品的定位准确消费地域消费时间消费群体消费事件体现特点和个性第69页/共82页注重产品（面料）的外观设计对大多数消费者来说，更多的是关注产品的外观。一件好的作品对人的眼观会产生巨大的冲击力；在选择性能优良的纤维的前提下，要重视纺织品的结构及图案和色彩设计，体现趋势和时尚；任何一个好的产品都是技术与艺术的完美结合，开发人员应加强艺工融合。第70页/共82页关注加工的终端产品—服装设计与加工服装是材料的载体，材料是服装的内容，结构与款式是服装的形式；服装对材料（面料）的生产和销售有重要影响。第71页/共82页重视产品的宣传与展示企业的国际认证和形象包装宣传材料印制参加展览和展示面料加工成服装后的展览和展示第72页/共82页奥运服装是“服装(材料)目标设计”的典例成立由新材料设计、服装造型设计、色彩设计、图案设计、工艺设计、模特展示设计等学科教师组成的奥运系列服装设计创作研发团队。发挥艺工融合的跨学科研究优势，协同攻关，联