新型纤维在纺织品中的应用

2014-04-02林平发杨璧玲

化纤与纺织技术 2014年1期

林平发, 杨璧玲

（1.佛山市樵利化纤织造有限公司，广东佛山528041；2.广东职业技术学院, 广东佛山528041）

近年来，各类新型纤维材料正以层出不穷的速度丰富着传统纺织业，并不断拓展纺织品的应用领域。随着人们生活质量的改善，舒适性、功能性和环保性成为消费者对纺织品的新要求。采用新型纤维来开发新型纱线与纺织品，既适应了消费者对纺织品安全、卫生、环保、健康的需求，也是在当前形势下纺织企业调整产品结构、实现产品升级、提高附加值的需要。

1 新型纤维发展现状

工业和信息化部《“十二五”产业技术创新规划》中指出，纺织工业要重点开发：超仿真、差别化、多功能纤维产业化技术，高性能纤维材料及应用产业化技术，聚酯多元化产品及技术，生物质纤维材料产业化及应用和纤维素纤维环保型加工技术等。可见，发展多元化、功能性、生态性纺织品是当前和今后的发展主题。

现有新型纤维大致可分为以下几类：天然纤维、再生纤维、差别化纤维、功能纤维和高性能纤维等[1]。对天然纤维的开发利用，主要有两种途径：一是开发新物种纤维，如大麻（汉麻）、黄麻、罗布麻、木棉、椰丝、竹、香蕉、菠萝等纤维；二是对天然纤维的改性，如彩色棉花、彩色桑蚕丝、改性羊毛（拉伸羊毛、丝光羊毛、防缩羊毛、彩色羊毛、膨化羊毛）等。新型再生纤维素纤维的开发，其主要技术有新型天然纤维素或蛋白质的利用及其共混[2]，及黏胶基的改性纤维等。其代表有Modal 纤维、Lyocell 纤维（天丝）、竹浆纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维等，这些纤维在纺织品服装或家用纺织品上已有较多的应用。还有一些诸如Taly 纤维、聚乳酸纤维、大麻杆芯纤维、珍珠蛋白纤维、丝素蛋白纤维等尚处于试验研究阶段或产业化的初期，使用量较少。目前作为纺织纤维，大多新型天然、环保类纤维尚不完全成熟。差别化纤维包括各类异形纤维、复合纤维、超细纤维、抗静电纤维、抗起球纤维、自卷曲纤维、高收缩纤维、易染色纤维、高吸湿纤维、保暖纤维、仿生纤维等等，可用于特殊风格与手感需要的纺织品。功能纤维如防辐射纤维、抗紫外线纤维、医用保健纤维等，可用于功能性纺织服装产品的开发。各类差别化功能纤维也可实现如防污抗皱、抗静电、阻燃、抗菌消臭、防辐射、高吸湿等纺织品的特殊功能。对于具有诸如分离、传导、屏蔽、耐热、发光、水溶性、变色、生物降解等功能的新型纤维，其应用主要在产业用纺织品上。高性能纤维是指具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温、难燃性及突出的化学稳定性的纤维[3]。目前高性能纤维的应用也主要在产业用纺织品上。如今，产业用纺织品应用领域不断扩大，“十一五”期间，我国服装、家纺、产业用三大类终端产品纤维消费量的比例已发展到51:29:20，规划至“十二五”末这一比例将发展到48:27:25。因此，产业应用领域的功能纤维、高性能纤维纺织品是今后发展的一个重点。本文主要介绍近几年国内外已批量生产的几种新型绿色环保、功能性、高性能纤维的应用情况。

2 天然、环保型纤维纺织品

2.1 木棉纤维

国家最新标准（GB 9004-2008）颁布认定的天然植物纤维四种：棉、木棉、麻、椰丝纤维。木棉的生长对地理、气候、光照有要求，世界上目前还无法形成大规模种植，采集比较困难，加工难度大。目前包括我国在内的木棉纤维的全球年产量约19.5 万t。木棉纤维短而细软，无拈曲，中空度高，保暖性好，天然抗菌，不蛀不霉，耐压性强，不易被水浸湿。主要应用在中高档服装家纺（混纺）面料，中高档被褥絮片、枕芯、靠垫等的填充料，隔热和吸声材料，及旅游娱乐用品如救生衣的浮力材料等。

木棉纤维与棉、黏胶或其他纤维素纤维混纺，可制织光泽和手感良好的服装面料。然而木棉的可纺性差，提高其混纺比及混纺纱细度成为关键技术。日本大和纺织公司2003年投放市场的木棉和棉混纺织物，木棉含量30%~50%，混纺纱有73 tex、58.3 tex 和29 tex 三种，主要用于制作妇女轻量短大衣、衬衫和连衣裙以及男士上装等。目前上海攀铭企业发展有限公司利用自己的专利技术纺制18.2~27.8 tex 的木棉混纺纱线，木棉纤维质量分数可达70%，可以使木棉纤维广泛应用到针织内衣、绒衣、绒线衫、机织休闲外衣、袜类等领域[4]。

2.2 拉伸羊毛

拉伸羊毛是一种细化的羊毛纤维，它是将普通羊毛纤维在适当的化学助剂及湿热条件下进行机械拉伸及热、化学定型而形成的一种新型纤维。细化后可将普通羊毛细度降低2~4 μm，长度增加50%左右，由于纤维结构的变化，增加了羊绒般的手感、真丝般的光泽并具有丝光防缩性及很好的白度和强力，因此形成了一种具有优异性能的高附加值纤维。此纤维不仅在后续产品加工上与普通羊毛一样，可加工纯纺、混纺、交织、色织等精纺和粗纺的机、针织产品，而且形成的产品比普通羊毛具有独特的优势。可用于纺织轻薄型毛纺产品和粗、精纺羊绒制品。用其替代或部分替代羊绒，可在降低成本的前提下获得羊绒的柔软、滑糯性能，满足市场需求。该纤维顺应了当今毛纺织品轻薄化、高档化趋势，具有很大的发展潜力[5]。

2.3 Taly 纤维

Taly 纤维是美国Taly 公司用纯白松木浆为原料纺丝制成的新型再生纤维素纤维，具有轻柔滑爽、吸湿速度快、染色性能好等优良性能。用该纤维纺纱和织成的织物具有柔软和光滑的手感，色泽亮丽，透气性好，穿着凉爽，且可保持肌肤干爽舒适。Taly 纤维还具有自洁不沾油污的优良特性，穿着后只需在清水中过30~40 s，就可轻松洗掉布面上的污渍，即使是特别脏的衣物，也可将洗涤剂用量减少60%~80%，就可以快速将污渍去除干净，这是目前市场上天丝（Tencel）、莫代尔（Modal）、丽赛（Richcel）等再生纤维素纤维所不具备的。因此开发Taly 纤维的纱线与织物具有良好的发展前景。据报道：河南豫北纺织公司用100% Taly 纤维加工的18.5 tex 纱线生产针织面料，山东鲁泰集团用该纱线开发出一款 “自去污面料”均受到下游用户及消费者欢迎[6]。

3 差别化、功能性纤维纺织品

3.1 聚酯多元化产品

聚酯多元化产品的一个主要技术是，以聚酯为基体，在纺丝过程中加入一些功能材料，实现对聚酯纤维的物理改性。如上虞弘强化纤公司研制的蜂窝状竹炭纤维[7]，以涤纶为基体在纺丝过程中加入粉状竹炭颗粒，用特殊形状纺丝板喷丝而成，该纤维具有优良的抗静电、吸附、防臭、防霉、发射远红外及产生负离子等功能。近年已用该纤维与色棉等混纺制成纱线与纺织品，用于床上用品、中高档内衣、袜子、婴幼儿服装、孕妇防护服以及装饰材料等领域。台湾华楙生化科技股份有限公司利用咖啡渣，经火炼烧后制成晶体，再研制成纳米粉状，加入到涤纶中生产出的一种功能性涤纶短纤——咖啡炭纤维[8]。该纤维具有抑菌、除臭、抗紫外线等功能。据报道，江苏大生集团采用咖啡炭纤维与兰精公司的黏胶纤维混纺，可生产出具有抑菌、除臭、防紫外线的纱线，已用于袜子、内衣、T 恤等服饰领域。上海德福伦化纤公司研发生产的库思玛凉感（凉爽玉）纤维[9]，选择添加云母片、玉石粉等无机材料混合制成的纳米复合粉体，与聚酯混合纺丝，并在仿丝过程中将其表面异形化、沟槽化，拥有凉爽及干爽复合的效果，达到夏季面料所需要的轻薄化。江阴市银鹭纺织有限公司将库思玛凉感纤维与棉、竹纤维或黏胶纤维混纺，得到的纱线具有快速散热、瞬间降温，产生凉感、清透触感、透气、吸湿、抗菌、防臭的多功能功效，可广泛应用于内衣、外衣、运动服、袜子、鞋用纺织品、床上用品等方面。此外，类似的阻燃纤维、抗菌纤维、竹炭纤维、椰炭纤维等也已有众多产品问世。

对聚酯纤维进行化学改性的差别化技术也是拓展聚酯多元化产品的重要途径。如目前已受到休闲、运动、内衣等产品面料青睐的PTT纤维，是在其聚合过程中采用了丙二醇（PDO）代替乙二醇进行聚合的，使得其性能与普通涤纶有很大不同。PTT 纤维兼有涤纶、锦纶、腈纶的特性，防污性能好，具有干爽、挺括等特点，还易于染色、手感柔软、富有弹性，伸长性同氨纶纤维一样好，更易于加工，非常适合纺织服装面料。南极人等品牌分别采用PTT 纤维用于保暖内衣、普通内衣，内衣的柔软、滑爽、舒适和运动自如的效果得到极佳的体现[10]。

3.2 超细纤维

超细纤维一般是指单纤维线密度在0.44 dtex 及以下的产品，具有柔软性高、柔韧性好、光泽柔和、密度高等特点。主要材料为涤纶、锦纶等。可用于巾类产品、床上用品、厨房卫具等产品的开发使用。比如普通的毛巾、浴巾具有易产生异味、滋生细菌、腐烂、不易清洗等问题，使用超细纤维就可克服这些问题。如超细纤维有很强的吸水性，而且只保存在空隙中，能使其很快被干燥，所以能有效防止细菌的滋生；同时，超细纤维具有很强的清洁能力，细丝间的空隙能吸附住灰尘、油渍、污物等，可作为有效的洁净布使用[11]。

4 高性能纤维纺织品

4.1 高性能纤维的种类

高性能纤维最初都用在军事方面，随着生产技术的进步也逐渐用到了民用领域。其品种发展越来越多，高强高模类主要有碳纤维、芳纶1414、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并双恶唑（PBO）、仿蜘蛛丝纤维、玄武岩纤维等；耐高温类主要有芳纶1313、碳（石墨）纤维、陶瓷纤维、聚苯并咪唑纤维（PBI）、聚苯硫醚纤维（PPS）、嘧胺纤维等；耐化学药品类主要有碳化硅纤维、聚四氟乙烯纤维等，芳纶1313、聚苯并咪唑纤维、陶瓷纤维也是良好的耐化学药品纤维[12]。碳纤维、芳纶纤维等早期发展的高性能纤维，到目前已有非常广泛的应用。高性能纤维实际上是一类技术密集、投资巨大的工业产品，性能突出、生产工艺复杂，用途比较专一，市场小、产量低，价格往往是普通纺织纤维的几倍或几十倍，甚至上百倍。这类特种纤维的用途主要在高科技领域，使用高性能纤维的首要目的在于提高和强化制品或装置的性能，所以首先考虑的是其性能可否满足要求，而价格往往非第一要素。

4.2 超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维是目前世界上强度最高的纤维。其密度0.97 g／cm3，是芳纶的2／3、碳纤维的1／2。该纤维具有很高的比拉伸强度和模量，同时具有优越的能量吸收性能与耐磨、抗疲劳性能，有良好的耐湿性、抗化学腐蚀性、电绝缘性、耐紫外光性、生物相容性和热塑性等性能。其应用在宇航、航天、航空、战争装备方面，可作为航天航空结构件、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲等；用作防护用品，可制成织物防护系列软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、防护手套、防切割用品，及无纺织物类的防弹背心等；用作绳缆索网线用品，可作为舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。

4.3 玄武岩纤维

玄武岩纤维（CBF）是将玄武岩石料在1 450~1 500 ℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。产品寿命长，是一种低成本﹑高性能﹑洁净程度理想的新型绿色主动环保材料。被誉为21 世纪 “火山岩变丝”、“点石成金”的新型环保纤维。该纤维有显著的耐高温性能和热震稳定性，弹性模量和抗拉强度高，化学稳定性好，吸音系数较高，有较低的热传导系数、良好的电绝缘性和介电性能、较低的吸湿性，及与天然硅酸盐的相溶性。它与水泥﹑混凝土的分散性好，结合力强，热胀冷缩系数一致，耐候性好。该纤维用于防火隔热领域，可作为防火服、防火毯、防火帘等，但缺点是重量较芳纶纤维大，穿着的舒适感不如芳纶纤维防火服；用于过滤环保领域，可作为过滤基布、过滤材料、耐高温毡、环保工业用集尘滤料等；还可用作复合材料增强体，制造坦克装甲车辆的车身材料，可减轻其重量，制造火炮的炮管热护套材料可以大大提高火炮的命中率和射击精度；在枪弹、引信、弹匣、大口径机枪枪架、坦克装甲车辆的薄板装甲、汽车发动机罩、减振装置等方面有大量的应用；用于电子技术领域，非常适合用于耐热介电材料，是优良的绝缘材料，可以制成高质量印刷电路板。