维纶纤维的特点及其应用

文/姜家保（安徽皖维高新材料股份有限公司）

维纶纤维是当前人工合成纤维中已知吸湿性最大的品类，素有“人工棉花”之称，因其优良的柔软度、保暖性受到纺织服装业的喜爱。但由于其在染色中着色性能较差，纺织过程中容易断裂，织物易变形，且生产工艺繁琐复杂，整个维纶纤维的行业生产体量较小[1]。

我国维纶纤维行业产区相对集中，主要分布在福建、安徽、重庆、湖南等省市。随着维纶纤维生产技术的提高和新品种的深度研发，我国维纶纤维的产能与产量均达到全球第一，在工艺研究、产品开发、技术创新与设备制造上取得了不俗的成就与突破，产品用途由之前的民用纺织产品逐步转向高档服装制造、造纸、建材、建筑及水利工程等领域，产品结构向水溶低温与高强高模方向发展，其中的主流纤维品种为水溶性维纶纤维、阻燃维纶纤维和高强高模维纶纤维。

一、水溶性维纶纤维

1.水溶性维纶纤维的特点

在目前已知的维纶纤维应用中，使用范围最大、产量最高的是水溶性纤维。水溶性维纶纤维是通过石油乙烯以及电石乙炔的工艺加工提炼制造而成，由于其纤维的分子结构中含有大量的羟基，有极强的亲水性，溶解温度相对其他维纶纤维偏低。

生产维纶纤维的原料是聚乙烯醇（PVA），研究显示，聚乙烯醇（PVA）是目前在人工合成大分子领域中少见的可降解材料，通过使用不同聚合度和醇解度的PVA原料，采用不同的工艺可以生产出在5～100℃水中溶解的维纶水溶性纤维，以满足不同应用的需要。水溶性维纶纤维具有类似棉花又能在水中完全溶解的独特性能，在提倡环保理念的今天，逐步受到人们的认可与重视。其不仅在纺织、服装业大有作为，还可以应用在农业以及轻工业领域[2]，如造纸行业、电脑绣花行业、建材装饰品行业以及其他纤维交织、混纺等领域，可使成品轻薄、透气、吸湿。同时由于水溶性维纶纤维环保、无毒、可降解的环保型特点及生产成本低廉的经济性特点，使其在应用中受到大众的欢迎。

2.水溶性维纶纤维的应用

水溶性维纶纤维应用在纺织方面主要是利用纤维的水溶性特点来提高纺织纱线的支数和织造物的蓬松柔软度。日本的可乐丽公司在1997年针对羊毛纤维混合，研发了水溶性纤维与羊毛纤维混纺的新技术，通过运用较低品质、较低支数的羊毛纤维与水溶性维纶纤维的混纺制成中等细度毛纱，再织造成布，最后通过工艺整理溶去该纤维，从而得到轻而薄的羊毛纯毛面料[3]。国内在中高端纯羊毛织物开发上利用水溶性维纶纤维，纱线已由40～60支向80～100支甚至更高发展。无捻毛巾就是用纯棉纤维纱线和水溶性维纶纤维合股纱线织造后，再经热水溶解出维纶纤维而成，该毛巾具有蓬松、柔软、保暖、吸湿、透气的特点，深受人们欢迎。利用不同溶解温度的维纶纤维织造的织物，在经过相应温度的水溶解之后，面料结构轻便松散，截面内的纤维根数也变少。因为这种工艺极大地降低了成本，并且在纺织过程中的技术难度较小，最后可以获得高品质面料，所以在纺织行业织物品质升级方面获得了越来越多的使用。

水溶性维纶纤维还运用在非织造布领域的多个方面，达到安全、环保和节能效果。

在医疗行业中，运用水溶性维纶纤维制作成医疗一次性手术衣、手术帽、术用纱布等用品在国际上推广较快。水溶性维纶纤维的水溶性、易水解特点，解决了焚烧而造成环境污染的问题，很多国家在积极推广使之取代焚烧类的一次性医疗用品。

用水溶性维纶纤维无纺布制作的一次性工作服是核工业检修理想的用品，使用后经水解浓缩后只留下很少的残留废物，可以较好地解决核工业的固废处理问题。运用20～40℃水溶性维纶纤维制作的无纺布，可以用彩色线绣制高档绣花饰品，有效避免高温水处理易掉色污染、影响品质问题，既节能又保持色彩艳丽。

造纸行业使用水溶性纤维作为其主要粘合剂，此种工艺可以提高纸的强度及韧度。起初日本使用此技术将水溶性纤维运用在造纸行业。用水溶性纤维制作的纸张，强度高于以往任何纸浆纤维，并且水溶性纤维所发挥的粘合功能，极大地提升了纸张的表面强度、耐力、耐断裂和撕裂强度。近几年国内已经有一些企业在用水溶性纤维制作纸张和用造纸设备制作水溶性纤维无纺布方面实现成功应用。

二、阻燃维纶纤维

1.阻燃维纶纤维的特点

阻燃纤维是运用溶胶凝胶技术，将高分子阻燃剂转换成纳米级别的形态，通过特殊工艺加工，将纳米级别的高分子阻燃剂依附在纤维的有机大分子中，该项技术是以我国“863”计划中的课题为基础研发出来的[4]。根据国家阻燃材料相关指标要求，阻燃维纶纤维应该达到阻燃剂含量20%以上、极限氧指数应该29以上、纤维强度7.5cN/dtex、回潮率 6%左右、可染色(还原、活性)等[5]。这些指标使得阻燃维纶纤维不仅具有纤维原有的物理特性，还增加了阻燃、无毒、不融溶、不滴落的特点。以其为原材料的产品在使用性能、安全性能等附加值上都有了很大提高，现在已经大范围运用在纺织、工业、建材及军事领域中。

新型阻燃纤维本身的特性决定它有阻燃、耐高温的优势，所以无需再次添加额外的阻燃剂或者更改材料性质。新型阻燃维纶纤维中，维氯纶具有代表性。随着市场需求的不断提升以及相关法规的不断成熟，用新工艺开发生产的新型阻燃维纶纤维也会成为我国纺织行业的下一个市场热点[6]。

2.阻燃维纶纤维的应用

当前纺织业对于织物的功能复合化越来越重视，运用混纺交织技术来实现多种功能的阻燃纤维的研发成为趋势，在聚乙烯醇纺丝溶液中混配各种阻燃材料能够生产出不同功能的阻燃纤维。比如，目前粉尘过滤材料最好的纤维制品是用阻燃纤维为原材料制成的除尘设备，发达国家的工业除尘过滤材料已经广泛采用该种纤维制作，但是我国由于技术尚未达到大批量生产的要求，当前的使用率比较低，还有较大的开发空间；采用聚乙烯醇和氯乙烯接枝共聚工艺制成的维氯纶纤维，相对其他纤维有极其明显的阻燃性与耐辐射性，同时耐磨性与回弹性及抗静电性能优良，手感柔软，使用该纤维制成的布料，可以制作用于消防、医院等场所的具有阻燃和防辐射的特殊防护服，同时该纤维也是一种先进的复合材料使用的增强剂，可以应用在航天器内部高精度仪器的保护装置中。

三、高强高模维纶纤维

1.高强高模维纶纤维的特点

高强维纶纤维是以超高分子质量、高立构规整度的PVA为原料，采用新型的特殊纺丝技术制备而成。目前高强高模维纶纤维的主要纺丝方法为湿法含硼凝胶纺丝、湿法冻胶纺丝、干湿法冻胶纺丝以及增塑熔融纺丝[7]，通过牵伸及负牵伸的合理配置获得高强度，纤维拥有高强度、高模量与耐热性，以及较好的延长率。

高强高模维纶纤维醛缩化工艺处理后结晶度可以达到81%，成品的结晶度能达到71%，比普通纤维高出10%～15%；高强高模维纶纤维截面结构规整致密，因其在凝固过程中皮层与芯层均匀收缩，成品纤维截面为圆形，中心结构相对普通纤维更加致密，从而提升其高强度性能，单纤维强度达12cN/dtex，模量达300 cN/dtex以上；高强高模维纶在缩醛化后，通过采用声速法测得的取向因子为0.9983，成品取向因子为0.9949，表现为比普通维纶更高的取向度[8]。

2.高强高模维纶纤维的应用

高强高模维纶吸湿排汗、着装舒适度高，与棉纤维混纺的织物可以提高织物的耐磨等级5倍左右，是部队作训服较理想的应用布料；在制作机械类作业工作服装时，可根据具体工作场所和具体工作内容进行相应调整，使工作服具有单向导湿、昆虫驱避、抗油拒水、吸湿排汗、静电防护等相应功能；防热性与抗晒性强，可以用于生产遮光窗帘、室外纺织物等产品，不会因阳光长期照射出现老化、粉化现象。

高强高模维纶纤维也广泛应用于劳动强度大的行业中，如利用其高强度高模量和耐酸碱耐日晒性能制作的绳缆，是船舶业、交通运输业、采掘、建筑、伐木等行业中理想的安全用具；利用其良好的亲水性能，应用在水泥基材中有非常显著的防裂增韧作用，可广泛用于大体积水泥基材为主的大型水利工程、高等级路桥工程和海防工程中，显著提高构件的综合性能。

此外，高强高模维纶还是传统石棉材料的最优代替材料，因为传统石棉材料具有致癌性，国家已经出台文件推荐了高强高模维纶纤维作为其代替品。

四、小结

相对于普通纤维，维纶纤维有卓越的物理性与化学性，在实际的工艺研发与生产制造中也有明显的优势。当前国际在纺织工业上的竞争也日益激烈，日本等国已经在维纶纤维的研发上走在前面，我国在这方面虽然有着数十年的经验，但还需要在工艺研究与自主研发能力上迎头赶上。

通过对维纶纤维的应用研究发现，需要对现有结构产品进行相应调整，加强产品创新与研发，通过产品的延伸来扩张维纶纤维的应用领域。我国当前已经成为维纶纤维生产及使用大国，但是国内企业的单个生产规模与国外相比体量较小，远达不到世界先进水平，这也使得维纶纤维目前在市场运用上还没有达到应有的竞争力，应该大力加强行业协作，提高企业的生产规模。

随着维纶纤维工艺与技术的不断发展，应用领域也会不断拓展，这就要求维纶纤维企业在努力创新和变革中加快技术进步，狠下功夫推陈出新来满足市场新的需求。我国的维纶行业正进入转型期与调整期，现阶段针对维纶纤维的应用领域加大研究力度与加快研究速度是关键。国内工业化维纶纤维生产还有不少品种是空白，如20℃及以下温度溶解的水溶性纤维，无熔滴或舒适型的阻燃纤维，强度＞15cN/dtex、模量＞400cN/dtex的纤维或更高指标纤维，ECC用纤维、直径大于50～200μm的粗旦纤维等都是短板，需要潜心研究取长补短填补工业化生产空白。同时国家应加大对自主创新知识产权保护力度，鼓励与保护企业技术创新成果，促使我国维纶行业更上一层楼。