Coolplus纤维研究现状及结构分析

严　瑛

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000)



Coolplus纤维研究现状及结构分析

严瑛

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000)

摘要：Coolplus是台湾中兴纺织有限公司研发的新型纤维，该文介绍了Coolplus纤维研究现状、结构分析、物理机械性能测试及吸湿导汗机理研究。利用Coolplus纤维开发热湿舒适性面料，既顺应了纺织品功能性发展的趋势，又可以提高产品的附加值。

关键词：Coolplus纤维，吸湿排汗，结构分析，研究现状

具有吸湿快、放湿快、蒸发快的功能性面料有着广阔的发展前景。具有优异热湿舒适性的纺织品是未来消费市场的一大趋势。

Coolplus纤维是台湾中兴纺织公司研制开发的一种具有良好吸湿排汗功能的差别化聚酯纤维，中文名“酷帛丝”，其纤维呈“十”字形横截面，纵向表面具有细微沟槽和孔洞，可将肌肤表层排出的湿气与汗水经由芯吸、扩散、传输的作用，瞬间排出体外，使肌肤保持干爽与清凉。利用Coolplus纤维开发热湿舒适性面料既顺应了纺织品功能性发展的趋势，又可以提高产品的附加值。

1吸湿排汗功能产品介绍

据资料报道，开发具有吸湿排汗功能的产品，通常采用物理改性、化学改性或者是两者的结合，一般有以下一些方法[1]：(1)在聚合物原料合成时，采用共聚手段向成纤聚合物大分子中引入羧基、酰胺基、羟基、氨基等亲水性基团；(2)在纺丝时，通过改变喷丝板孔型及纺丝工艺条件等方法制成异形纤维、中空微多孔纤维、超细纤维；(3)与亲水性聚合物共混纺丝；(4)与吸湿性聚合物复合纺丝；(5)利用低温等离子体表面处理技术对纤维表面进行改性处理，如表面刻蚀使纤维表面粗糙化、等离子体聚合使聚合物表面活化产生自由基并发生移植，从而使纤维表面改性。不仅增加涤纶等合成纤维及织物的表面吸湿性，也可使吸湿性高的棉织物表面产生排水效果；(6)将吸湿性物质固定于纤维表面，提高纤维的吸湿性；(7)运用生物酶分解等多种技术方法的组合来提高纤维及织物的吸湿排汗性等。

日本、美国和我国台湾省先后投入巨资开发具有吸湿排汗功能的相关产品，其开发研究水平处于领先地位。近年来我国内地也有一些厂家在此方面进行了开发研究，并且取得了新的进展。

(1)美国杜邦公司用于生产Coolmax织物的四沟道(Tefra-channel)聚酯纤维，具有优良的芯吸能力，将疏水性合成纤维制成高导湿纤维，将高度出汗皮肤上的汗液用芯吸导到织物表面蒸发冷却。实验证明，在30min后湿度去除百分率：棉为52%，四沟道聚酯纤维为95%。这种纤维应用于运动服装、军用轻薄保暖内衣特别有效，不仅能保持皮肤干爽和舒适，而且具有优良的防寒保暖作用。

(2)泉州海天集团生产的Cooldry纤维，它将自然界的毛细管原理成功地引入到纺织品开发，能将肌肤表面的汗水和湿气迅速吸收、传输至织物的表面并散发掉。同时，高异形度的纤维断面结构及蓬松的纱线结构，使织物的透气性大大增加，可以保持织物与肌肤间干爽的状态，达到快速吸湿排汗、提高舒适性的目的，是运动、休闲、家居服饰的理想选择。

(3)江苏盐城化纤集团有限公司开发出的167DT、334DTINY三异型凉爽纤维系列。该纤维以异截面、异纤度、异收缩的良好空间结构，使织成的面料透气性好、导湿性强且能消除静电和抗起毛起球。该纤维特别适合在制服面料中运用。

(4) 广东顺德金纺集团开发的导湿干爽型涤纶长丝Coolnice，通过改变纤维截面形状使单纤之间的空隙增大，由于其比表面积的增大及毛细管效应使导湿性能大大提高，采用该纤维生产的织物导湿性能、水分扩散性能极佳，与棉等吸湿性好的纤维搭配，采用合理的组织结构，制成的服装穿着干爽、清凉、舒适，适用于针织运动服装、机织衬衫、男女夏季服装面料、涤纶丝袜等。现已开发出系列长丝产品投放市场[1-2]。

(5)我国台湾省中兴纺织公司开发的具有良好吸湿排汗功能的新型纤维Coolplus。它是利用纤维表面的四条细微沟槽产生“毛细现象”将肌肤表面排出的湿气与汗水经芯吸、扩散、传输，使水滴通过织物瞬间排出体外蒸发，让肌肤充分感受干爽和清凉。其湿气扩散能力较棉高12%～74%，干燥效率较棉高11%～47%。

类似的吸湿排汗纤维还有远纺的Topcool、豪杰的Technofine、中国石化仪征化纤股份有限公司成功开发的Coolbst纤维等等。

2Coolplus纤维的研究现状

Coolplus纤维是普通聚酯纤维经过必要的改性而制成的，由台湾中兴纺织有限公司开发生产。由于其优良的吸湿排汗性能，自问世以来，被国内外的一些厂家纷纷采用，广泛应用于针织内衣、T恤衫、衬衫、运动服等领域中。现广泛地被美、欧、日等名牌运动服饰所采用，并受到消费者的喜爱。

目前，相继出现了Coolplus系列产品，有CoolplusII(吸湿排汗抗起毛球纤维)、Coolplus Skintect(吸湿排汗抗紫外线纤维)、Coolplus Freshplus(吸湿排汗抗菌防臭纤维)、Coolplus Whiteplus(吸湿排汗超白纤维)、Coolplus Micro(吸湿排汗细旦纤维)、Coolplus CD(吸湿排汗变色调纤维)、Coolplus Black(吸湿排汗纤维)以及Coolplus XO(吸湿排汗异型异纤度纤维)等等，这些都是在Coolplus纤维吸湿导汗性能的基础上又增加了其它一些优良的性能。

山东纺织科学研究院、山东滨州华润纺织有限公司以及青岛的几家公司在Coolplus纤维的加工工艺方面、Coolplus针织纱线开发方面、Coolplus纤维吸湿速干性能及产品开发方面做了不同程度的研究；山东真情集团对Coolplus棉织物染色工艺进行了探讨。

Coolplus纤维吸湿导汗机理研究：Coolplus纤维截面呈“十”字形，使纤维表面有四条沟槽，这样纤维束之间的毛细管数量就相应地增加了，毛细效应也比较明显；同时纤维的表面积增加，使液态水的传导面积和蒸发面积增大，有利于水汽(气)的传输，如图1所示；再加上纤维表面有许多微孔，这就更加有利于汗液的传导与蒸发。正是由于Coolplus纤维结构上的这些特点，使得其具有优良的吸湿排汗性能[3]。

图1　Coolplus纤维导湿快干示意图

3Coolplus纤维性能测试

Coolplus纤维是一种具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维，它可以纯纺，也可与棉、毛、丝、麻及各类化纤混纺或交织；可梭织也可针织。Coolplus纤维，它采用了全新的纤维截面形状设计，将毛细管原理成功地运用到纺织品表面结构中，使纤维能够快速吸水、扩散和挥发，从而保持人体皮肤的干爽。同时，由于聚酯纤维具有较高的湿屈服模量，在湿润状态时也不会像海绵纤维那样倒伏，所以始终能够保持织物与皮肤间的微气候状态，达到提高舒适性的目的[4]。

纺织纤维的结构、性能等是纺织工艺理论分析、设备设计和纺织工艺设计的理论基础，纺纱、织造、针织等工艺参数设计、纺织机器设备的工艺参数设计、适用的纺织产品的结构设计和原料选配等，都需要以纤维性能为基础。纤维的结构性能与纺纱工艺、织造工艺、染整工艺及纺织产品的质量和实用性能关系密切，全面了解纤维的物理化学性能，对于优化纺、织、染各道工序的工艺设计以及新产品的开发都具有重大的现实意义。

3.1Coolplus纤维物理机械性能测试与分析

在进行纤维性能研究时，首先应该对其物理机械性能进行测试与分析。所测试的Coolplus纤维的物理机械性能指标如表1所示。

表1　Coolplus纤维物理机械性能

我们将所测试的Coolplus纤维的物理机械性能与其他一些纤维的性能进行了对比分析，具体比较结果见表2。

表2　Coolplus纤维与其它纤维性能对比

续表2

性能Coolplus涤纶棉大豆干态断裂伸长率/%32.1625～303～1015～21湿态断裂强度/cN·tex-134.254～5826～4839～52湿态断裂伸长率/%36.3125～3012～1416～24摩擦系数0.19—0.220.235相对密度/g·cm-31.381.381.541.27回潮率/%0.490.4～0.57.67.45质量比电阻/Ω·g·cm-23.40×1071013～1014105～1071.995×109

从表1、表2我们可以得到以下一些结论：

(1)Coolplus纤维长度为38mm，属于棉型化学短纤维。

(2)一般情况下，纤维的回潮率越大，大分子之间结合力越弱，结晶区越松散，则纤维的强度降低、伸长率增大。在Coolplus纤维强力的实际测试中，我们发现，它的干、湿态断裂强度基本相同，均低于普通涤纶，干、湿态断裂伸长率均高于涤纶，这说明Coolplus纤维经过涤纶改性之后，其吸湿能力得到了改善，但是在回潮率的测试中发现Coolplus纤维的回潮率并没有增加很多，只是位于普通涤纶回潮率范围的上限，这可能与实验过程中的操作误差等有关。

(3)Coolplus纤维之间的摩擦系数较小，这与它的截面形状有关，“十”字截面使纤维表面呈四个凸肋，这样纤维之间的接触面积就减小了，摩擦系数相对来说减小，纤维的卷曲数较大，这与普通涤纶相比较提高了纤维的可纺性，增加了纤维之间的抱和力。普通涤纶纤维表面平整，抱和性能很差，短纤维在生产时都经过卷曲工序，以增加纤维的抱和性。

(4)Coolplus纤维的比电阻较小，这说明其抗静电性能较好。普通涤纶比电阻较大，容易产生和积聚静电，而且易吸附灰尘，Coolplus纤维大大改善了涤纶的静电性能[5]。

3.2Coolplus纤维结构分析

Coolplus纤维是一种改性聚酯纤维，只有我们全方位地了解了它的各方面的性能，才能更好的将它应用于实践当中去。

对纤维的结构分析，就是要根据各种纤维的外观形态特征和内在性质的差异，从物理方法和化学方法两个方面进行。物理方法有：熔点法、热分析法、显微镜观察法、折射率法、红外分光光度法等。化学方法有：燃烧法、热失重分析法、溶解法、着色法等。本文对Coolplus纤维的结构进行分析时，采用物理方法——显微镜分析法和红外光谱法对纤维的形态结构和纤维内部分子结构进行分析。

3.2.1显微镜分析

利用光学显微技术分析纤维结构是最普遍采用的方法之一，可用来观察纤维的纵向表面形态和横截面特征，这也可以用来作为鉴别纤维的依据。这种方法还可用来确定织物是纯纺还是混纺，以及混纺织物是由哪几种纤维构成。

显微镜分析试验参照《FZ/T01057.3-1999纺织纤维鉴别试验方法 显微镜观察法》执行。用DMB5型数码显微镜对Coolplus纤维进行横、纵向的观察，得到Coolplus纤维的横截面与纵向形态如图2、图3所示。

图2　Coolplus纤维横截面结构

图3　Coolplus纤维纵向形态结构

Coolplus纤维截面呈“十”字形，表面有细微沟槽，由于在纤维中增加了特殊的聚合体，经NaOH精炼，聚合体溶解，在纤维表面形成许多细微孔洞，这些细微沟槽与孔洞可将肌肤表层排出的湿气与汗水经由芯吸、扩散、传输的作用，瞬间排出体外，使肌肤保持干爽与清凉。

由于是“十”字形截面，故其抗弯性能优于其他圆形截面纤维，因而增加了纤维间的抱合力，使织物蓬松、透气性好，且光泽柔和，消除了圆形截面纤维织物的蜡状感，手感舒适；“十”字形截面因有四个凸肋，与皮肤的接触面比圆形减少1/2，从而减少了湿感，增加了凉爽感，穿着更加舒适；Coolplus纤维吸水性较其他纤维高，因其纤维表面的纵向沟槽和无数微孔通过毛细管作用吸收汗液，汗液吸收的速度和扩散的速度比棉快，相对来说使皮肤表面保持干爽，使人感觉凉爽、清新又不寒冷[6]。

这种纤维生产时，除了利用异形孔喷丝板直接纺丝或改变纤维纺丝工艺条件外，微孔结构的形成是向普通聚酯中添加成孔改性剂，使它均匀分布在聚合物中，经熔融纺丝后，在整理阶段再用碱将其溶解出来，纤维上就留下了许多微孔。由于微孔结构很小，我们所使用的显微镜不能清楚地看到纤维表面的微坑。

3.2.2红外光谱分析

我们主要是通过红外光谱图来分析Coolplus纤维的化学组成成分。

在可见光一端波长大于760μm的光称为红外光。当用连续波长的红外光照射物质时，此物质的分子就会选择性吸收一定波长的红外光，被吸收的光能量变成分子的振动能和转动能。如果将透视过物质的光用色散元件进行色散，并连续记录不同波长的透光率，就可以得到一张红外吸收光谱图。

红外光谱图表示的是某物质吸收红外光的强弱同红外光波长或波数间的关系。纵坐标表示对红外光的吸收强度，以透光率表示，而横坐标则表示入射红外光的波长或波数。根据试样的红外吸收光谱进行定性和定量的分析的方法，称为红外分光光度法(或称红外吸收光谱法)。

利用红外光谱法分析物质的化学组成，主要是根据吸收光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，并按照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。它还可以用于研究聚合机理，进行聚合物和单体混合物的分析，高聚物结晶度、支化度的测定等。因此，红外光谱法在纺织上是一种极重要的测试技术。

使用此方法对纤维进行结构分析时一般有两种制片方法，分别是溴化钾法和薄膜法，溴化钾制片方法主要用于纤维素纤维、蛋白质纤维及难溶的合成纤维，薄膜法则主要用于锦纶、聚氯乙烯纤维、二醋脂纤维、三醋脂纤维。根据纤维的不用选用不同的制片方法，由于Coolplus纤维属于合成纤维，所以选用溴化钾制片法。

红外光谱分析试验方法参照《FZ/T01057.8-1999纺织纤维鉴别试验方法 红外吸收光谱鉴别方法》执行，用美国NICOLET公司生产的型号为AVATAR 360 FT-IR的红外线光谱仪(波数范围4000cm-1～400cm-1)做了Coolplus纤维的红外波谱图，如图4所示。

图4　Coolplus纤维红外光谱图

从Coolplus纤维的红外光谱图可知Coolplus纤维分子内化合物的特征吸收峰为：3432.91cm-1、2923.99cm-1、1711.05cm-1、1500cm-1、1600cm-1、1412.31cm-1、1087.53cm-1、800cm-1、725.38cm-1。

在3432.91cm-1处是O-H键伸缩振动吸收峰，2923.99cm-1处是饱和C-H键伸缩振动吸收峰，1711.05cm-1处是C=O键吸收峰，1500cm-1、1600cm-1两处为苯环骨架振动吸收峰，1412.31cm-1处是CH2基剪式振动，1087.53cm-1处是C-O-C键伸缩振动，800cm-1左右吸收带处判断苯环为对位取代苯环，725.83cm-1处CH2弯曲振动，并判断亚甲基数少于4个。综上所述，Coolplus纤维分子结构的化合物组成符合聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二酯)的化学组成，因此可以确定纤维进行的只是物理改性而没有引入新的官能团[7]。

涤纶的主要吸收谱带为：3040cm-1、2358cm-1、2208cm-1、2079cm-1、1957cm-1、1724cm-1、1242cm-1、1124cm-1、1090cm-1、870cm-1、725cm-1。其中涤纶的酯基的特征谱带是1724cm-1，由此可推断出Coolplus纤维酯基的特征谱带为1711.05cm-1。

参考文献

[1] 龙英妮.消费新走向：干爽舒适面料[J].纺织导报，2003(1)：9-11.

[2] 葛明桥，吕仕元，等.纺织科技前沿[M].北京：中国纺织出版社，2004：3-14.

[3] 张会青. CoolplusⅡ纤维性能及其织物干爽舒适性分析[J].中国纤检，2003(11)：23-24.

[4] 周卫东.新型吸湿排汗纤维的开发与应用[J].合成纤维工业，2002(6)：37-39.

[5] 姚海伟. Coolplus纤维织物吸湿性能测试研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2015(3)：101-104.

[6] 姚穆，施楣梧.织物湿传导理论与实际的研究[J].西北纺织工学院学报，1990(2)：57-59.

[7] 刘茜.吸湿排汗纤维的开发及应用[J].广西纺织科技，2003，32(3)：38-41.

The Research Status and Structure Analysis of Coolplus Fiber

YAN Ying

(Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，Shaanxi，China)

Abstract：Coolplus fiber is a new fiber developed by Taiwan Zhongxing textile company limited. The research status，structure analysis，physical and mechanical properties of Coolplus fiber and the mechanism of moisture absorption and sweat were introduced in this paper. Applying Coolplus fiber to develop heat-moisture comfortable fabrics not only conforms to the need of functional textile products but also increases textile products’ additional value.

Key words：Coolplus fiber，moisture absorption，structure analysis，research status

中图分类号：TS 101.92