超细纤维的研究与应用

李君喜，钱 幺

（五邑大学 纺织材料与工程学院，广东 江门 529000）

随着科学技术的进步，人们的生活越来越好，纺织领域的发展也越来越广阔，最初的模仿天然纤维改性难以满足人们的需求。所以，致力于研究纤维的创新化、舒适化、时尚化、实用化、绿色健康化是绝大部分纺织企业的一种趋势[1]。

目前，关于超细纤维的定义并不明确，我国纺织行业内部将单纤维线密度小于0.4 旦（0.44 dtex）的纤维称为超细纤维；线密度在0.4～1.1 旦（0.44～1.1 dtex）的纤维称为细特纤维。超细纤维超细的线密度使得本身以及制成品具有许多独特的风格和性能。超细纤维作为一种具有高性能、高附加值的纤维，在各领域的应用渐渐扩大，呈现不可阻挡的趋势[2]。

1 超细纤维的生产方式

利用不同的生产方式，可以制得不同纤维细度、种类丰富、功能多样化的超细纤维。主要生产方式有直接纺丝法、复合纺丝法、共混纺丝法3种，除此之外，还有喷射纺丝法、闪蒸法、离心纺丝法、静电纺丝法以及后来发展的离心静电纺丝法等。利用复合纺丝机械（或化学）剥离可得到裂离型超细纤维，利用复合纺丝溶解（或水解）法可得到海岛型超细纤维。前者适合生产单丝线密度0.33～0.55 dtex的长丝，后者则适合生产更细的纤维（0.000 1～0.110 0 dtex）[3]。下面简单介绍几种超细短丝的生产技术。

1.1 熔喷纺丝法（喷射纺丝法）

熔融聚合物在喷丝孔吐出时，用热风吹散的形式将其挤压细化，再经过收集装置成网。该方法操作容易、设备简单，得到的非织造布成形性好，但是纤维的分子取向度低，制品中易夹带粒状或绳状高聚物。

1.2 闪蒸法（瞬时纺丝法）

闪蒸法（瞬时纺丝法）是干法纺丝比较特殊的一种，所得纤维线密度一般为0.1～0.3 dtex，最早是由杜邦公司研究员White发现。该方法是将成纤高聚物在高温高压条件下溶于特殊溶剂配制成一定浓度的均相纺丝液，在喷丝孔的压力降低时，溶剂吸收大量的热量快速蒸发，使得聚合物快速冷却结晶、高度取向，从而形成超细纤维丛丝。这种方法所得纤维线密一般为0.1～0.3 dtex，且能够形成一个整体、连续的三维网络状纤维，生产的非织造布具有较好的强度和抗撕裂、耐穿刺性能，可用于工业、军事、医药等领域[4]。

1.3 离心纺丝法

离心纺丝是一种新型的纳米级纤维制备技术，高速旋转的装置产生离心力作用，置于装置内部的样品由于离心力被甩出成丝。技术简单，低成本高效率，可用于生产金属材料、复合材料、陶瓷等。

1.4 静电纺丝法

静电纺丝最早起源于静电喷射现象中，让静电纺丝制备超细纤维实现工业化成为可能。静电纺丝法有溶液静电纺丝和熔融静电纺丝。溶液静电纺丝法应用到的溶剂在生产过程会挥发造成纺丝率低、污染环境、伤害人体健康等问题；熔融静电纺丝生产过程不需经过化学溶剂的处理，是比较绿色安全的一种生产方式。

静电纺丝技术是一种不同于常规的制备纳米级超细纤维的新型加工技术。利用静电纺丝可以直接获得直径4～500 nm的超细纤维膜，Qiu和Park等分别利用静电纺丝制备的PPV和IUPAC，纤维直径可达4 nm、20 nm。利用静电纺丝制备纳米级超细纤维在生物医药、过滤材料、防护面料等领域都有着广泛的应用前景和巨大作用。

2 超细纤维的性能

2.1 高吸水性

超细纤维有着特殊的结构，纤维变细后比表面积增大，织物中空隙小且多，吸湿性提高，织物的毛细芯吸效应明显增强，能吸收更多的水分。许多无毒、吸附性好的可用作生物医用材料。

2.2 高清洁能力

由于纤维细度小和比表面积大，纤维之间的间隙多而密，能够将尘埃吸附进来，从而具有很强的去污去油效果。同时，极细的纤维尖端能够有效进入肌肤的毛孔深处，高效清洁皮肤中的残留物，可用于制作皮肤清洁棉。

2.3 过滤性

过滤材料对杂质的过滤效果与纤维之间的空隙、比表面积有着极大关联。过滤材料纤维间隙越小，比表面积越大，杂质微粒与纤维充分接触，从而停留在纤维中的可能性越大。所以，超细纤维可用作过滤材料。

2.4 保暖性、舒适感及光泽感

超细纤维线密度极低，卷曲模量低，纤维的弯曲强度和重复弯曲强度明显增高，纤维表面存在的细绒毛与皮肤表面形成静止的空气层，成品温暖舒适又柔软。同时纤维超细化后，纤维结构改变，当外界光线照射在织物上，织物反射光变强，形成真丝般的高雅光泽。

2.5 防水透气性

超细纤维因单纤极细，织物有很高的密度，纤维间隙比雨滴直径小，不用涂料就可防雨防水，而人体散发的蒸汽间隙又小于纤维间隙，所以又能透气。

3 超细纤维的应用领域

超细纤维特有的结构与性能使得它在众多领域都有着广泛的应用。具有高技术、高附加值的超细纤维不仅在时尚衣物领域独树一帜，而且在生物、医学、电子、水处理行业也被广泛应用。

3.1 仿真丝

超细纤维仿真丝织物不仅在外观和服用性能上越来越接近真丝绸，有真丝绸的柔滑、光泽、手感。用超细纤维制作真丝织物高档大方、柔软舒服、细腻又时尚。随着超细纤维仿真丝技术的提高和发展，仿真效果甚至可超越真丝，达到天然真丝达不到的手感和舒适。

3.2 仿麂皮和人造合成革

天然麂皮的资源十分有限，远远不能满足人们的需求。麂作为一种稀有的动物，特别是黑麂已经濒临灭绝，用天然麂皮制作革不符合我国人与自然和谐共生、可持续发展的理念。超细纤维仿天然皮革的出现为解决真皮资源缺乏和环境保护问题提供了一条明路。用超细纤维仿麂皮制成的织物曾被称为“划时代的衣料”，可具有天然兽皮的“书写效应”“白霜感”和“立体感”，而且穿着柔软舒适、透气透湿、保形性好，是天然皮革的良好代用品。用超细纤维仿麂皮和天然皮革，既可达到天然麂皮的外观和质地，又可克服天然麂皮易霉、易变形、生硬、透气性差的缺点[6-8]。

3.3 高性能清洁抹布

高效清洁布料属于超细纤维发展的第5代产品。纤维弯曲性好，柔软性好，纤维触角能够深入清理物品死角，能够有效清除污物且不会损伤仪器，可作为精密仪器或光学玻璃镜的清洁布。

3.4 吸液材料

超细纤维织物，纤维间隙小，表面积大，无定形区多，能够形成毛吸效应，具有良好的吸附性。许多无毒、吸附性好的聚合物制成的纳米级纤维无纺布可用作生物医用材料。该无纺布具有高吸附性，可用作植入器官、组织载体的基础物质。利用超细纤维吸附性好的特点，可用作吸液毛巾、纸尿裤、医用高吸液材料等。

3.5 高密度防水透气织物

细纤维经纬丝在织物中更加贴紧，形成高密度的织物结构，单位面积单丝数量增高了数十倍，其纤维间距介于水的分子之间的距离。这样不仅改变高密织物手感硬、弹性差的缺点，又结实、防水、透气，可用于制作风衣、雨衣等一些易携带的日用纺织品[9]。

3.6 保暖材料

纤维变细后，一方面，同种质量下，纤维根数会增多，另一方面，细纤维有较高的可绕性和扭转性，所制成的织物有着很好的蓬松性、覆盖性，同时能够锁住空气，形成稳定的空气流，起到保暖的效果，可用作冬天服饰、被子等保暖材料。

3.7 电池隔膜及其他应用

静电纺丝法生产的超细纤维空隙更小，且数量密集，微量物质能够通过。该方法生产的电池隔膜可以使阴阳两极持续反应，延长电池使用寿命。其他应用包括超细纤维也用作仿桃皮绒织物、过滤材料、增强体、减阻材料、渗透膜、贝类及海藻抑制层等。

4 发展趋势

超细纤维作为一种新的高性能、高附加值的纤维材料受到人们的喜爱，随着科学水平和工业生产技术的不断提高，超细纤维的领域将不断完善与扩大，在生物工程、医药、电子等领域会出现更新的技术。

4.1 更加注重绿色、环保、健康发展

考虑到可持续发展，超细纤维技术的长远发展应当坚持绿色、环保、健康的宗旨，开发出更先进、更绿色、更环保、更健康的产品[10]。

4.2 开发领域不断扩大

随着超细纤维性能逐渐被挖掘，超细纤维将不但可以在服用、生物、医药、电子等领域广泛应用，还可以用于特种作业、航天航空、军事、航海等。特别是把纺织材料与化学、物理、建筑等学科密切联系，研发前所未有的产品。

4.3 改进生产方式，建立创新型企业

由于超细纤维具有高性能、高附加值，市场的恶意竞争可能导致某些企业为了赚取更多利润，按照陈旧的生产模式，一些超细纤维生产方式对环境造成污染，不利于健康可持续发展。改进生产方式、建立创新型企业不仅是为了企业的长远发展考虑，也是社会发展大势所趋[11]。

4.4 更加倾向自主研发

虽然我国超细纤维的发展比较迟，但是发展技术不断进步，超细纤维已经涉及众多领域，同时，我国成为人造革出口最多的国家。但是，与美国、日本等一些国家相比，我国超细纤维发展技术仍然相对落后。因此，必须加快产品自主研发、攻克技术难关，开发出更加优良的功能性新材料，提高我国在国际市场的竞争力。