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功能性纤维的开发创新技术

来源:纺织导报 | 作者:纺织导报 | 时间:2019-07-23 09:44:10 | 订阅《东方纺织》周刊

功能性纤维是指除一般纤维所具有的物理机械性能外,还具备一种或几种特殊功能的化学纤维,如吸湿、保暖、抗菌、抗静电等性能。功能性纤维不仅可以被动响应和作用以满足某种特殊要求和用途,还可以主动响应和记忆,即所谓的智能纤维。

功能性纤维一般可以分为两大类型,一类是针对常规纤维的功能改性纤维,即通过物理和化学改性技术,使常规纤维在一般形态功能上赋予新的特殊功能,如导电、蓄电、蓄热、传递、分离、光电、生物相容性等;另一类是具有特殊功能的高性能纤维,一般是指具有高强力、高模量、耐高温、耐化学腐蚀等特性的纤维,其对于来自外界的物理作用如应力、热、光、电等或化学作用的抵抗能力是常规纤维所不能及的,如碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、玄武岩纤维等。功能性纤维不仅用于服装、家纺,而且在交通、建筑、医疗卫生、航空航天等产业用领域也有着广泛的应用前景。

 

 

1 异形纤维加工技术

功能改性纤维的制备方法多是对普通纤维原料进行物理或化学改性,常用的方法有:改变喷丝孔形状、在纺丝液中加入功能性粉末、双组分复合纺丝、接枝共聚等。其中,改变喷丝孔形状使纤维截面异形化是最常采用的方法。

 

异形纤维结构示意图

在生产实践方面,INVISTA(英威达)公司的COOLMAX® 聚酯纤维,纤维截面分为早期开发的“十”字形及新型“C—O”形,其具有优良的导湿快干能力;韩国晓星(HYOSUNG)公司开发的Aerocool纤维,截面形状为“苜蓿草”的四叶子形,吸湿排汗性能突出;日本帝人(TEIJIN)公司推出的中空微多孔纤维构造为中空纤维状,并且在纤维侧面有微多孔与中空部分连通,具有把汗水吸收至中空部分储存或将储存的汗水释放到体外的功能;英威达的THERMOLITE®涤纶中空纤维,仿造北极熊的绒毛进行生产,保温性能优异,适合于制作滑雪衫、登山服等等。国内开发比较成功且产业化的异形截面纤维也很多,包括泉州海天推出的Cooldry®吸湿排汗纤维、仪征化纤开发的Coolbst导湿快干差别化纤维、台湾中兴研制的Coolplus吸湿排汗纤维、台湾豪杰推出的Technofine吸湿排汗聚酯纤维等。

 

2 共混纺丝技术

通过在纺丝液中加入功能性母粒、粉末、试剂,即通过共混纺丝法也可制得具有永久功能性的纤维新材料。以功能性母粒为例,其在改善聚酯纤维、聚酰胺纤维、再生纤维素纤维等的阻燃、抗菌、耐化学品、防紫外等性能方面应用广泛。

 

常见的化纤母粒产品

在共混纺丝技术应用方面,各类纤维进行抗菌除臭加工时,可运用纳米技术将抗菌剂如氧化锌、氯化银、硝酸银、氧化铜、氯化亚铜、硫酸铜等微粒添加到纺丝液中,制得抗菌纤维;在纺丝液中加入紫外线遮蔽剂,如纳米级的二氧化钛、一氧化铅、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、氧化铁、硼酸锰、硅酸铝等,制备的防紫外线纤维均具有吸收波长200 ~ 400nm 紫外线的特征;将聚对苯砜苯基膦酸酯、环状磷酸酯等磷系、有机硅系等无卤阻燃剂加入纺丝熔体或溶液中,可用于聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚酯纤维的阻燃改性;通过将石墨烯纳米粒子引入到粘胶、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇等聚合物纤维基体中,可以开发石墨烯/ 聚合物复合纤维,改善聚合物纤维的强度、耐热性、防紫外、抗菌、抗静电等诸多性能;在纺丝液中加入一些纳米矿物质可制备凉感纤维、远红外保暖纤维,主要产品有云母纤维、玉石纤维、饭麦石纤维、陶瓷纤维、太极石纤维等;此外,通过微胶囊添加技术,在化纤纺丝过程中将包有功能性颗粒的微胶囊加入到纺丝液中,可以制备芳香纤维、环保阻燃纤维、相变调温纤维、变色纤维等。

 

3 复合纺丝技术

复合纺丝技术,即将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过同一喷丝孔纺成单根纤维的技术,其对加工设备要求较高。通过复合,在纤维同一截面上可以获得并列型、皮芯型、海岛型等复合纤维。复合纤维不仅可以解决纤维的永久卷曲和弹性,而且可以通过多组分的连续覆盖作用,提供纤维易染色、阻燃、抗静电、高吸湿等特性。如壳牌公司的双组分PTT和英威达公司的T400弹性纤维均由PET和PTT并列复合纺丝而得,两种纱线都具有天然的立体卷曲和良好的回弹性,解决了常规弹性纤维氨纶的不易染色、弹力过剩、织造复杂、面料尺寸不稳定及在使用过程中氨纶老化等诸多问题;以共混或共聚阻燃高聚物为芯、普通高聚物为皮,通过复合纺丝制成的阻燃复合纤维,可避免阻燃纤维变色和耐光性差的问题,提高阻燃性能的稳定性和染色性能;以低熔点金属或合金作为芯层,PET作为皮层,开发的新型的防电磁辐射复合纤维,解决了现有电磁屏蔽纤维镀层易氧化、不易染色、手感差等问题。

 

一种新型防辐射皮芯复合纤维的截面结构

 

4 接枝共聚改性技术

该方法属于对纤维的化学改性处理,其生产流程长、生产成本较高。其中共聚是采用两种或两种以上单体在一定条件下进行聚合;接枝是通过化学方法,使纤维的大分子链上能接上所需的基团。如采用辐射接枝或化学接枝法,将含磷、卤的反应型化合物用于聚酯、聚乙烯醇等纤维的阻燃改性,具有良好的耐久性;通过接枝共聚法,在纤维大分子结构内引入羟基、羧基、酰胺基、氨基等亲水基团,可提高纤维的吸湿排汗、抗静电性能;采用高能射线、强紫外线或激光辐射,或低温等离子体对纤维进行表面活化、接枝等改性处理,属于典型的清洁化加工方法。

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责任编辑:任萍

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