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2016年11月11日 星期五 09:15:33
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功能性纖維的開發創新技術

發表時間:2019/7/24

功能性纖維是指除一般纖維所具有的物理機械性能外,還具備一種或幾種特殊功能的化學纖維,如吸濕、保暖、抗菌、抗靜電等性能。功能性纖維不僅可以被動響應和作用以滿足某種特殊要求和用途,還可以主動響應和記憶,即所謂的智能纖維。

功能性纖維一般可以分為兩大類型,一類是針對常規纖維的功能改性纖維,即通過物理和化學改性技術,使常規纖維在一般形態功能上賦予新的特殊功能,如導電、蓄電、蓄熱、傳遞、分離、光電、生物相容性等;另一類是具有特殊功能的高性能纖維,一般是指具有高強力、高模量、耐高溫、耐化學腐蝕等特性的纖維,其對于來自外界的物理作用如應力、熱、光、電等或化學作用的抵抗能力是常規纖維所不能及的,如碳纖維、玻璃纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、玄武巖纖維等。功能性纖維不僅用于服裝、家紡,而且在交通、建筑、醫療衛生、航空航天等產業用領域也有著廣泛的應用前景。



1、異形纖維加工技術

功能改性纖維的制備方法多是對普通纖維原料進行物理或化學改性,常用的方法有:改變噴絲孔形狀、在紡絲液中加入功能性粉末、雙組分復合紡絲、接枝共聚等。其中,改變噴絲孔形狀使纖維截面異形化是最常采用的方法。


異形纖維結構示意圖


在生產實踐方面,INVISTA(英威達)公司的COOLMAX® 聚酯纖維,纖維截面分為早期開發的“十”字形及新型“C—O”形,其具有優良的導濕快干能力;韓國曉星(HYOSUNG)公司開發的Aerocool纖維,截面形狀為“苜蓿草”的四葉子形,吸濕排汗性能突出;日本帝人(TEIJIN)公司推出的中空微多孔纖維構造為中空纖維狀,并且在纖維側面有微多孔與中空部分連通,具有把汗水吸收至中空部分儲存或將儲存的汗水釋放到體外的功能;英威達的THERMOLITE®滌綸中空纖維,仿造北極熊的絨毛進行生產,保溫性能優異,適合于制作滑雪衫、登山服等等。國內開發比較成功且產業化的異形截面纖維也很多,包括泉州海天推出的Cooldry®吸濕排汗纖維、儀征化纖開發的Coolbst導濕快干差別化纖維、臺灣中興研制的Coolplus吸濕排汗纖維、臺灣豪杰推出的Technofine吸濕排汗聚酯纖維等。


2、共混紡絲技術

通過在紡絲液中加入功能性母粒、粉末、試劑,即通過共混紡絲法也可制得具有永久功能性的纖維新材料。以功能性母粒為例,其在改善聚酯纖維、聚酰胺纖維、再生纖維素纖維等的阻燃、抗菌、耐化學品、防紫外等性能方面應用廣泛。


常見的化纖母粒產品


在共混紡絲技術應用方面,各類纖維進行抗菌除臭加工時,可運用納米技術將抗菌劑如氧化鋅、氯化銀、硝酸銀、氧化銅、氯化亞銅、硫酸銅等微粒添加到紡絲液中,制得抗菌纖維;在紡絲液中加入紫外線遮蔽劑,如納米級的二氧化鈦、一氧化鉛、氧化鋅、二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、硼酸錳、硅酸鋁等,制備的防紫外線纖維均具有吸收波長200 ~ 400nm 紫外線的特征;將聚對苯砜苯基膦酸酯、環狀磷酸酯等磷系、有機硅系等無鹵阻燃劑加入紡絲熔體或溶液中,可用于聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維和聚酯纖維的阻燃改性;通過將石墨烯納米粒子引入到粘膠、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇等聚合物纖維基體中,可以開發石墨烯/ 聚合物復合纖維,改善聚合物纖維的強度、耐熱性、防紫外、抗菌、抗靜電等諸多性能;在紡絲液中加入一些納米礦物質可制備涼感纖維、遠紅外保暖纖維,主要產品有云母纖維、玉石纖維、飯麥石纖維、陶瓷纖維、太極石纖維等;此外,通過微膠囊添加技術,在化纖紡絲過程中將包有功能性顆粒的微膠囊加入到紡絲液中,可以制備芳香纖維、環保阻燃纖維、相變調溫纖維、變色纖維等。


3、復合紡絲技術

復合紡絲技術,即將兩種或兩種以上的高聚物或性能不同的同種聚合物通過同一噴絲孔紡成單根纖維的技術,其對加工設備要求較高。通過復合,在纖維同一截面上可以獲得并列型、皮芯型、海島型等復合纖維。復合纖維不僅可以解決纖維的永久卷曲和彈性,而且可以通過多組分的連續覆蓋作用,提供纖維易染色、阻燃、抗靜電、高吸濕等特性。如殼牌公司的雙組分PTT和英威達公司的T400彈性纖維均由PET和PTT并列復合紡絲而得,兩種紗線都具有天然的立體卷曲和良好的回彈性,解決了常規彈性纖維氨綸的不易染色、彈力過剩、織造復雜、面料尺寸不穩定及在使用過程中氨綸老化等諸多問題;以共混或共聚阻燃高聚物為芯、普通高聚物為皮,通過復合紡絲制成的阻燃復合纖維,可避免阻燃纖維變色和耐光性差的問題,提高阻燃性能的穩定性和染色性能;以低熔點金屬或合金作為芯層,PET作為皮層,開發的新型的防電磁輻射復合纖維,解決了現有電磁屏蔽纖維鍍層易氧化、不易染色、手感差等問題。


一種新型防輻射皮芯復合纖維的截面結構


4、接枝共聚改性技術

該方法屬于對纖維的化學改性處理,其生產流程長、生產成本較高。其中共聚是采用兩種或兩種以上單體在一定條件下進行聚合;接枝是通過化學方法,使纖維的大分子鏈上能接上所需的基團。如采用輻射接枝或化學接枝法,將含磷、鹵的反應型化合物用于聚酯、聚乙烯醇等纖維的阻燃改性,具有良好的耐久性;通過接枝共聚法,在纖維大分子結構內引入羥基、羧基、酰胺基、氨基等親水基團,可提高纖維的吸濕排汗、抗靜電性能;采用高能射線、強紫外線或激光輻射,或低溫等離子體對纖維進行表面活化、接枝等改性處理,屬于典型的清潔化加工方法。


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