非织造保暖材料研究进展*

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1. 东华大学纺织学院，上海 201620；2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620

随着科技的发展与进步，新型保暖材料不断出现并替代了传统保暖材料。这些新型保暖材料从纤维原料的研制到产品生产工艺的开发，都在不断地创新与完善。

新型保暖纤维如蓄热调温纤维采用物理或化学方法制得：先通过包覆在一定温度范围内能发生相变的材料(PCM)，制成能随外界温度改变而发生相变的、能提供潜热的相变材料微胶囊(MEPCM)；再利用熔融纺丝法，将纺丝高聚物与MEPCM共混，制成蓄热调温纤维，所得纤维保暖隔热效果十分出众，能实现纺织品的蓄热调温功能[1-4]。此外，还有新型适温型纤维，包括红外类保暖纤维、导电类保暖纤维、差别化异形类保暖纤维等。其中，红外类保暖纤维能储存和吸收来自太阳光及人体散发的热量，并向人体辐射远红外线，使人体体温升高2～4 ℃；导电类保暖纤维在纤维中加入了光电热转变特性的无机高分子微粒，其可在光电作用下使纤维制品具有蓄热保暖功能；差别化异形类保暖纤维有超细型、异形截面型、织物孔眼型等，其可使纤维制品中静止空气含量增加，从而拥有良好的保暖效果[5-6]。

新型保暖材料尤其是非织造保暖材料的发展日新月异，它们已在保暖材料市场占据了主要地位。非织造保暖材料透气性好、质轻、防霉、耐酸碱、可直接洗涤、成本低、保暖性能好，且工艺流程简便、生产效率高、产量高，已基本替代由传统的天然纤维如羊毛、棉等制成的保暖材料。非织造保暖材料应用范围十分广泛，它们不但适用于各种家用纺织品如被褥、睡袋，以及各种服装辅料，还可应用于建筑类保温材料及汽车内饰保温材料等[7]。

下文将根据不同非织造布的制造方法综述非织造保暖材料的研究进展。

1 针刺法

针刺法可赋予材料稳定的三维立体空间结构，使材料拥有较好的尺寸稳定性和弹性，以及良好的蓬松性、压缩回复性、拉伸性、保暖性等。

1.1 单组分非织造保暖絮片

付晓娟等[8]使用Sunlite中空纤维，通过针刺法加工出非织造保暖絮片，产品具有良好的抗弯及回弹性能，制成的织物具有蓬松轻便、干爽透湿、挺括保暖等特点。Sunlite中空纤维是一种拥有异形截面的新型涤纶，中空率更大，保暖性较普通涤纶提高了65%左右。在相同针刺密度条件下，Sunlite中空纤维非织造保暖絮片的透气性比普通涤纶非织造保暖絮片低20%～30%，保暖率比普通涤纶非织造保暖絮片高3%～5%。

裴娜等[9]使用Viloft纤维制成了针刺非织造保暖絮片。Viloft纤维没有皮芯层，截面呈扁平状，且边缘有细微齿形，由其制成的织物中含有许多空气气囊，故保暖性能优秀。在相同针刺密度的条件下，Viloft纤维保暖絮片和黏胶纤维保暖絮片相比，前者的透气性约低20%，横向拉伸强度高50%～80%、纵向拉伸强度高20%～40%，保暖率高1%～2%，且针刺密度越大，差异越明显。

1.2 多组分非织造保暖絮片

1.2.1 纤维混合

王薇等[10]采用针刺法开发了低比例羊毛/远红外中空三维卷曲涤纶混合保暖絮片。其中，远红外中空三维卷曲涤纶因纤维的中空结构而包含有大量的静止空气，故透气性及保暖效果良好。厚度相近的羊毛/远红外中空三维卷曲涤纶(质量比为3∶7)混合保暖絮片和纯羊毛保暖絮片，前者的透气性要低约8%、保暖率要高2%～6%，且前者的尺寸稳定性、蓬松性、压缩性明显更优秀。

廖侠等[11]将质量比为 7∶3的木棉纤维与中空三维卷曲涤纶经混合开松、梳理成网、针刺加固，制得了一种轻质非织造保暖絮片。其中，木棉纤维是迄今为止中空率最大、密度最小的一种天然纤维。在工艺条件相同的情况下，木棉纤维/中空三维卷曲涤纶(质量比为7∶3)非织造保暖絮片的蓬松度比中空三维卷曲涤纶/Viloft纤维(质量比为7∶3)非织造保暖絮片的高约40%，且前者具有良好的透气性，适合用作服用保暖絮片。

樊星等[12]以木棉纤维、棉纤维、涤纶为原料，使用针刺法加固，制成了木棉纤维/涤纶(质量比为3∶7)保暖絮片和棉纤维/涤纶(质量比为3∶7)保暖絮片，发现前者的蓬松率较后者高约8%，保暖率高约2%。

1.2.2 叠层保暖絮片

LIN等[13]、ROCK[14]等使用涤纶长丝和含有2%(质量分数)竹炭成分的涤纶长丝合成竹炭层，使用中空螺旋涤纶短纤和低熔点涤纶短纤合成聚酯(PET)层，再利用针刺法将竹炭层和PET层进行复合制得保暖絮片。当低熔点涤纶短纤的质量分数为30%时，所得保暖絮片的最大断裂强度超过了其他配比的保暖絮片，且低熔点涤纶短纤越少，保暖絮片的保暖性能越好。PET层/竹炭层/PET层三层保暖絮片比PET层/竹炭层两层保暖絮片的热阻高5%～10%，保暖效果更好。

SHABARIDHARAN M等[15]使用针织物和聚四氟乙烯涂层织物分别作为内层和外层，中间层采用涤纶针刺非织造材料，复合制成一种多层材料。所得多层材料的热阻和蒸发阻力，与中间层涤纶针刺非织造材料的面密度成正比、与针刺密度和针刺深度成反比，与多层材料的厚度无线性关系。内层和外层对多层材料的热阻影响较小，但对多层材料的蒸发阻力影响显著。

2 针刺法+热黏合法

热黏合法的加工工艺简单、生产效率高，且成形后的材料蓬松柔软、弹性高。纤维先使用针刺法再使用热黏合法加固，所得材料的结构更稳定且具有一定强力，同时保暖性能更优良。

2.1 纤维混合

杨艺丹等[16]将羊绒、木棉纤维、远红外涤纶、热接合性复合纤维(ES纤维)等进行混合，并采用针刺和热风黏合工艺制成保暖絮片，保暖效果好且兼具绿色环保、天然抗菌、轻薄透气、透湿保健等特性。其中，ES纤维是双组分纤维，其经过热风加热后，纤维外层低熔点的成分熔融，交叉处的纤维黏合在一起，这有利于保暖絮片三维结构的固定。试验发现，同样的工艺条件下，经过热风黏合的针刺保暖絮片比只经过针刺加固的保暖絮片，保暖率高5%～10%、压缩回复率高3%～5%、断裂强力高出500%以上，但透气率较低。

陈忠立等[17]将蚕丝与三维卷曲中空纤维、热熔纤维混合，经低密度预针刺工艺加固及热风黏合后，制成了结构稳定且蓬松的复合絮片。经测试发现，复合絮片的透气率超过3 000 mm/s，压缩回复率大于80%，保暖性能优秀。另外，由于蚕丝具有抗菌、抗过敏、亲肤，以及促进人体新陈代谢及血液循环的作用，产品非常适用于服用领域。

2.2 叠层保暖絮片

ZAKRIYA等[18]使用黄麻纤维(质量分数占50%～70%)和自制的中空聚酯纤维(HCP纤维，质量分数占30%～50%)交叉铺网，形成三明治结构；再经针刺法加固和热压法黏合，制备出黄麻/HCP叠层非织造保暖絮片。其中，黄麻纤维是一种常见的可再生天然纤维，具有高隔热性能；HCP纤维是一种人造的中空纤维，其皮层比芯层软化温度低，热压时皮层先熔化，在起到黏合作用的同时还保护了芯层的孔洞，增加了材料的尺寸稳定性与蓬松度，经济环保。试验发现，在同等厚度下，常见隔热材料的传热系数是黄麻/HCP叠层非织造保暖絮片的1.5～2.5倍，后者保温性能非常优秀。

刘静等[19]将PE/PP皮芯型复合纤维经开松、梳理成网、热烘、定型，制成热风非织造材料，再利用超声波黏合工艺，将其分别与橘瓣型超细纤维非织造材料、海岛型超细纤维非织造材料进行叠层复合。橘瓣型超细纤维是用两种在化学结构上完全不同、彼此互不相溶的聚合物，通过共轭纺丝法制得的一种裂离型复合纤维[20]。海岛型复合纤维是由一种聚合物以极细的形式(原纤，即“岛”)包埋在另一种聚合物(基质，即“海”)之中形成的。海岛型复合纤维经开松、梳理、成网后通过针刺加固形成非织造布，然后使用有机溶剂将“海”组分溶去，制成海岛型超细纤维非织造材料[21-22]。在相同面密度的条件下，纯热风非织造材料比复合了超细纤维非织造材料的叠层保暖絮片，厚度增加了10%、克罗值减小2%，其中与橘瓣型超细纤维非织造材料复合的叠层保暖絮片较与海岛型超细纤维非织造材料复合的叠层保暖絮片更具优势。

3 熔喷法

熔喷法生产的保暖材料产品具有纤维超细、孔径小、比表面积大、结构松软、质轻但不单薄，保暖性能好等特点。

Primaloft纤维是美国Albany公司采用熔喷法开发的一种超细微合成纤维，是目前世界上最轻、最保暖的纤维之一。其采用聚酯为原料，模仿羽绒，利用粗中空纤维为骨干，并将超细中空纤维缠绕在骨干上，形成如羽绒般的树状结构。每根Primaloft纤维上都悬挂有无数的微气囊，这赋予了纤维良好的透气性，且快干、防风、防水、热阻高、压缩回弹性好、保暖性极好、手感柔软。Primaloft纤维比羽绒耐潮湿，保暖率在干燥和潮湿时分别比羽绒高约14%和24%，特别适于制作登山服、滑雪衫、保暖内衣等御寒材料，是美国军队专用的高科技保暖材料[23-24]。

Thinsulate是美国3M公司的品牌。Thinsulate保暖产品是以熔喷产品为主的一类保暖材料，是将经高效开松的、高线密度的三维卷曲涤纶短纤，通过气流引入到熔喷工艺的气流牵伸场中，与熔喷超细纤维均匀混合后于收集装置上形成熔喷复合非织造材料的，其可以容纳更多的空气和纤维，且能有效反射人体热量。Thinsulate C型保暖材料(由质量分数为35%的聚酯纤维和65%的聚丙烯纤维组成)中，纤维的直径只有其他大部分合成保暖材料的1/10。试验发现，同等厚度时，Thinsulate C型保暖材料的保暖性能是普通羽绒材料的1.0～1.5倍，几乎是其他普通高蓬松保暖材料的2.0倍。同时，由于Thinsulate C型保暖材料的吸水量不到本身质量的1%，因此，即便在潮湿的环境下也具有较好的隔热能力，可用于普通外衣、手套等产品[25-26]。

仇何等[27]采用聚乳酸(PLA)与聚酰胺弹性体(PAE)为原料，选用长丝加载复合技术，将熔喷超细纤维直接喷覆在丝径25 μm左右的支撑长丝上，制备具有鹅绒结构的高效保暖材料。其中，PLA具有可再生、可生物降解、生物相容性好、亲肤等特点，被作为填充材料广泛应用于服装保暖絮片领域；PAE是聚酰胺与聚醚以嵌段式结合而产生的一种弹性体。熔喷超细纤维的直径主要分布在2～8 μm，与羽绒绒朵纤维直径相似。材料中，纤维直径小、孔径小、孔隙率高、表面能大，故所形成的微小空气囊能够很好地滞留住纤维表面及内部的空气，使热量损失减少，保暖效果优于鹅绒，且纤维在微观上具有羽绒绒朵纤维表面类似的凹槽结构，吸湿排汗性能优异，制成的保暖衣物舒适性大幅提高。

赵爱景等[28]、陈思等[29]使用聚丙烯(PP)熔体与PET短纤维，制出了混合型熔喷PP/PET非织造保暖材料。具体为，PP熔体从喷嘴的毛细孔中挤出，受喷丝孔两侧高压热气流的喷吹得到具有一定长度的PP微细纤维，并与热空气中混有的高卷曲、高线密度的PET短纤维混合凝聚，在滚筒式纤维接收器上形成熔喷纤网，后经冷却固化得到混合型熔喷PP/PET非织造保暖材料。该保暖材料的PP微细纤维直径是一般纤维的1/10，且与传统的保温材料相比，混合型熔喷PP/PET非织造保暖材料的保暖性增加了5%～8%。

4 结语

非织造保暖材料的品种与日俱增，新型非织造保暖材料的研发日益受到重视，这不但反映了市场需求的旺盛，还反映了高科技对纺织市场的推动。未来，非织造保暖材料的发展趋势：

(1) 选用新型保暖纤维作为原料。纤维从棉、羊毛、羽绒等向蓄热保暖纤维、适温型纤维、发热纤维、超细纤维等转变，利用新型保暖纤维自身的特性增强非织造保暖材料的保暖性能。

(2) 从单一结构到复合结构。单一结构的传统保暖材料将逐渐被复合结构的非织造保暖材料替代，因为优化的复合结构能使厚重的材料变得轻薄，且多种材料性能的互补能增强其他方面的性能。

(3) 从单一功能到多元功能。除了确保保暖性能外，还应具备某些特定的、优异的物理或化学性能，如保健和防护功能、压缩弹性、水洗性能、透气性能、透湿性能、防油污性能、抗静电性能、抗菌除臭性能等[30]，以达到多功能的目的，满足消费者对保暖材料各方面的需求。

(4) 注重环保无污染、安全可靠。研发时，注重材料的可降解性、绿色安全性及环境保护性。