这些最新功能性纤维材料如果用到服装上......

媒体报道 加入时间:2017-12-22 9:40:39 访问量:398

 摘要
功能性纤维材料是未来纺织纤维领域发展的重点,功能性纤维材料以其特殊性、差别性、功能针对性而受到行业的关注和市场的欢迎。本文从特点用途、制备及应用技术等方面简单介绍了几种目前应用最广、最受关注的功能性纤维材料,并列举了目前市面上可能具有的产品规格。
 

前言
化学纤维是纺织行业的重要原料,从化纤的国际发展趋势来看,目前发达国家和地区已经放弃了产量高、附加值低、生产过程环境污染严重的普通化纤品种的生产,转而开发高技术含量、高附加值的功能性化学纤维新品种,化纤产品差别化率超过50%。普通化纤工业正朝着规模化、高速化、高品质、差别化和高科技化方向发展,以满足航空航天、国防军工等高新技术领域的需求,同时也获得更高附加值和利润。
我国是世界纺织大国,纺织行业是我国重要的经济支柱和民生产业,也是出口创外汇的主要产业之一。据国家统计局数据显示,目前化学纤维占到我国纺织纤维加工总量的近三分之二,2014年我国化学纤维总产量4389.75万吨,化纤产量占全球比重已超过60%。但是随着我国化纤生产产能的急剧扩张,常规品种面临着激烈的市场竞争,因此将化纤产品差别化、功能化以满足不同行业、消费者的特殊需求成为了企业占领市场、创造效益的关键点。
功能性纤维材料是指在纺织纤维领域,产品除了具有普通布料所具有的功能外,还具有防水、抗静电、高保温、抗菌消臭等特殊功能的新一代纤维。
功能性纤维按其功能属性大概可以分为物理性功能、化学性功能、物质分离性功能、生物适应性功能和其他功能几大类。本文将着重介绍几种在功能纤维领域最受关注、应用最广、最具有代表性的功能纤维品种,以供同行业人员参考交流。
1
保暖性纤维
在能源越发短缺的今天,低碳节能的生活理念越来越深入人心,保暖型纤维材料以其保暖、低碳的功效,能在一定程度上减少空调和煤炭的使用,从而引起大家的关注。尤其一些功能性保暖纤维材料,在保留了普通保暖纤维原有优势的基础上还做到了吸热、蓄热并且更加轻便实用,再结合一些智能、远红外等功能,在户外产品领域受到广大消费者的欢迎,得到很好的应用,比如异型中空聚酯功能保暖纤维、蓄热聚丙烯腈功能保暖纤维、阻燃抑菌聚酰亚胺功能保暖纤维等等。下面将举例介绍其中两种:
1.1
异型中空聚酯功能保暖纤维

异型中空聚酯功能保暖纤维具有更轻更暖、超高中空度、装载量大的特点,它可以单独用于纤维纺织,也可与其他各种纤维进行交织,并且适用于各种类型的针织和梭织,织物后整理与普通涤纶相似,因而它在各类纺织品领域得到了广泛应用,如释香型面料即是利用中空纤维填充芳香剂而实现的,再比如驱蚊面料、变色面料、抗菌消毒面料等,中空纤维的概念使纤维的角色由填充物变成了被填充物,拓宽了人们对纤维应用的认识。目前市面上111dtex/24f、167dtex/24f规格的中空聚酯保暖纤维可达到释香、释药的目的,可用于医用面料或保健型内衣布料;(33~167)dtex/(12~48)f规格的中空聚酯纤维可利用其中空原理,直接进行针织,可制成保暖、隔热保温或降低噪音的织物面料等。

1.2
蓄热聚丙烯腈功能保暖纤维

蓄热聚丙烯腈功能保暖纤维具有见光发热、蓄热保暖和抑菌除臭的优势,当与黏胶等纤维进行混纺后,所得织物还具有吸湿发热的功能,可用于秋冬季节保暖内衣织造;将聚丙烯腈纤维与羊毛、羊绒混纺制得的高档羊毛衫,不仅亲肤、柔软、穿着舒适,而且保暖功能优异且具有质地细腻、垂感良好、回弹性佳的优点;聚丙烯腈纤维还可与莫代尔、棉等纤维混纺,也可与普通腈纶混纺来织造仿毛保暖型面料;当将蓄热聚丙烯腈纤维与赛络紧密纺工艺结合使用时,所得织物还具有抗起毛、抗起球的效果。一般聚丙烯腈纤维与其他纤维的混纺比例不低于35%,当用于制造浅色面料时蓄热纤维的质量分数一般不高于45%。使用了蓄热聚丙烯腈保暖纤维的面料在普通太阳照射的情况下,保温效果可比普通面料高出5~20℃。

2
凉感纤维
凉感纤维是除保暖纤维外另外一种节能环保型纤维,如果将抗紫外、抑菌等功能通过一定的技术手段与凉感纤维相结合将会得到多功能性凉感纤维,使服装面料在保持凉爽、亲肤的基础上更是成为人体的健康保镖。而且功能性凉感纤维一般以天然生态材料为原料,结合纤维亲水及新型高异型化技术以此来实现瞬间凉感与持续凉感的统一,使人们在炎热的夏天着装更为舒适。

  
2.1
抑菌抗紫外聚酯功能凉感纤维

抑菌抗紫外聚酯功能凉感纤维是通过纳米技术,将自然界的凉感矿物质加工成纳米级别的粉体,将粉体通过特殊工艺加工制成凉感母体,再经过特殊的喷丝板以及后续的干燥、纺丝、牵引等生产工艺,最后得到可供纺织的功能性凉感纤维。凉感功能纤维在后续纺织应用中可以单独用于纯纺,也可与竹纤维、棉等天然性纤维混纺,为了保持凉感功能纤维的优势一般混纺比例在40%以上,且适用于各种类型的针织和梭织,其后整理工序与吸湿排汗类面料相似,染色一般采用高温高压分散染料进行。
抑菌抗紫外聚酯功能凉感纤维具有吸湿速干、瞬间降温与持续降温相结合的特点,凉感纤维面料与皮肤接触后会产生1~2℃的瞬间凉感,在普通日光长时间照射下会产生3~4℃的凉感温差,比如市面上可供的1.33~1.67dtex的无机纳米凉爽型聚酯功能纤维,不仅具有亲肤、凉爽的作用,而且具有防紫外线、抗菌保健皮肤的功效,可用于制造运动服、袜子、内衣、外衣的面料。

2.2
异型聚酯功能凉感纤维

异型聚酯功能凉感纤维是通过物理与化学改性,在高分子聚酯原料中加入吸热慢散热快的复合粉体,再通过后续的工艺加工而得到的。吸热慢散热快复合粉体的应用可快速吸走人体表面的热量,且粉体的加入增加了材料的比表面积也更有利于散热的进行,如果再将纤维进行亲水性改性则在散热的同时还会有吸汗排湿的功效,汗液的持续蒸发将会带走更多的热量,因此服装穿着时会产生持续性凉感,同时如果在纺丝工艺中再将纤维设计成扁平型,则最后织成的布料将会具有更优的接触凉感效果,如市面上(55~500)dtex/(72~288)f的冰爽涤纶低弹丝。异型聚酯功能凉感纤维可以与棉、黏胶等纱线进行交织,为了保持凉感纤维的功能优势一般混纺比例应在30%以上,且尽量将异型凉感纤维分布于整个平面,在后续染整方面不用进行碱减量处理。异型聚酯功能凉感纤维主要应用于运动服、休闲服、衬衫等各类服饰面料以及要求较高的床上用品面料。


3
易染纤维
色彩是服装面料最重要的评价标准之一,同时也是商品最显著的外貌特征,从古至今色彩在服装审美中都具有举足轻重的地位。化学染料在服装面料中的运用虽然为消费者提供了色彩斑斓的选择,但是同时带来了环境污染等问题,由于大部分染料是芳香族硝基和氨基化合物,多数低毒和微毒甚至少部分为中毒和高毒化学品,因而印染完成后的废液排放为环境带来了严重的负担,尤其我国印染行业有许许多多中小型工厂,为了在激烈的市场竞争中生存下来而不得不缩减投入,使得对排放污水的处理往往不达标。除了污染环境,染料在服装面料上的有害残留物对人体健康的危害这几年也引起了社会的极大关注,比如游离甲醛会引起头痛和皮肤过敏,偶氮染料残留物可致癌等等,并且印染环节的不达标也是我国纺织行业产品出口的壁垒之一。
易染、无染纤维能够大大减少印染过程对环境的污染且降低能耗,如阳涤复合产品的升级版段彩纱聚酯易染纤维,它采用熔体直纺工艺路线和阳离子可染熔体,并结合环吹风冷却和假捻复合技术所得产品染色效果好色彩清晰花型独特,大大减少了后续印染加工方面的投入,在节能减排、保护环境方面效果十分显著。

3.1
异彩竹节聚酯复合易染纤维

异彩竹节聚酯复合易染纤维采用涤纶一步法FDY/POY异收缩生产工艺,它区别于普通的异彩丝和竹节丝而是将二者合二为一,将FDY的竹节丝和POY的非竹节丝通过特殊的生产工艺结合到一起,FDY均匀的变粗变细,颜色也随之出现浓淡交替的现象,从而使整体面料表现出美轮美奂的色彩效果,如市面上有(72~150)dtex/(50~74)f的涤纶预取向丝/牵伸丝(POY/FDY)异收缩混纤丝。异彩竹节聚酯复合易染纤维在后续应用中可适用于针织设备,也可制成柳条麻纱、异彩雪纺、彩柳绉等织物,主要用于加工中高档时装、礼服、家用纺织品等。

3.2
聚丙烯腈无染纤维

聚丙烯腈无染纤维通过在纺丝前将色彩物质添加到纺丝高聚物中,实现了纤维的在线染色,从而减少了后续染色污水的排放,如市面上有的1.67dtex×38mm,2.22dtex×51mm,2.78dtex和3.33dtex规格的原液超黑腈纶短纤维。聚丙烯腈无染纤维可单纺也可与腈纶、棉、黏胶等纤维进行混纺,产品具有高摩擦色牢度、耐洗涤色牢度、耐日晒色牢度等优良性能,在后整理过程中为了防止织物的脆化整理定型温度一般不超过170℃。聚丙烯腈无染纤维大量用于开发户外用品方面,如帐篷、车用顶棚、遮阳伞等,在服饰方面无染腈纶与常规纤维混纺可用于织造麻灭纱、雪尼尔纱等。图1为聚丙烯腈无染纤维工艺流程的示意图。

 


4
智能纤维
智能纤维是一种能对环境中的光、热、电产生感应的纤维,比如光纤维对光学信号具有传导功能,可广泛用于信号通讯、复合材料以及探测领域。导电涤棉复合智能纤维由于其优良的导电和绝缘性能,在无尘洁净服、抗静电工作服以及高温过滤等领域都有很好应用,比如可触屏手套即是在面料中植入导电智能纤维来实现的。
4.1
导电间位芳纶智能纤维

导电间位芳纶智能纤维是以间位芳纶为基体,采用低温溶液间歇聚合,并结合湿法纺丝生产工艺而制得的一种具有良好导电及耐热性能的功能纤维。它具有优良的热稳定性,可使用温度范围达-196~204℃,而且它还具有很好的尺寸稳定性,在将近300℃高温下也不会发生脆化或熔融。导电间位芳纶纤维的LOI值大于28%,属于自阻燃纤维,在空气中难以燃烧、不阴燃、不续燃,具有离焰自熄的特性。
在后续应用中导电间位芳纶短纤维可与羊毛等其他纤维混纺,为了保持导电纤维的功能特性,一般混纺比为1%~3%且尽量混合均匀。在染色方面应尽量避免碱性条件,酸性条件处理不会改变纤维的导电性能,如使用阳离子型染色剂时保温时间、升温速度可以短一些、慢一些,使用载体染色时染色温度应为130℃左右,pH值控制在2.8~3.5。含有导电间位芳纶纤维的面料可运用于制造特种防护服,比如消防服、电焊服等,其隔热防火效果突出,可有效保护人身安全避免烧伤烫伤。


4.2
相变储能黏胶智能纤维

相变储能黏胶智能纤维采用微胶囊技术,使纤维具有双向温度调节和适应能力,在温度波动震荡的环境中可反复循环使用,为受保护空间提供舒适的内环境[23]。相变储能黏胶纤维通过控制乳化剂的条件、含量和种类,得到平均直径约为0.8μm的相变材料微胶囊,为了减少微胶囊的流失纺丝原液需保持高碱纤比,纺丝工艺采用低酸凝固浴缓和成型技术,并通过低温、高效的后处理来保证纤维中微胶囊含量和纤维强度,如市面上1.67dtex×38mm的相变储能黏胶短纤维。图2为相变储能黏胶智能纤维的制备工艺流程示意图。

 

在纺织运用上,相变储能纤维可用于纯纺,也可与棉、麻、毛、丝、涤纶等化纤混纺,且机织与针织均可使用,为了保证织物保留相变储能纤维的优良性能,一般混纺比应保持在40%以上且尽量让智能纤维处于整个平面。
含有相变储能智能纤维的面料具有优良的化学稳定性和热稳定性,同时吸汗排湿、透气亲肤。在储能方面,相变储能智能纤维储热量可达10J/g,而普通织物几乎为零。从外观上看,所得织物光泽圆润、手感滑腻,符合大众健康时尚的审美需求,且织物可自然降解对自然环境无伤害。在面料运用方面,含有相变储能纤维的面料可用于开发床上用品和鞋类产品,有报道指出相变储能纤维的鞋垫可减少双脚44%的流汗量。相变储能纤维也可用于服装面料领域,如贴身衣物和运动服,制得的产品尤其适合对温度变化敏感的人群穿戴。


5
工程纤维
随着社会经济的不断发展,纤维已进入新工程领域并日益受到人们的关注,工程纤维包括防护工程纤维及防裂工程纤维,工程纤维采用现代纤维制造技术使纤维的性能和功能达到新的高度,以不断满足工程应用领域的极限性需求,目前工程纤维越来越多地应用于建筑安全、防护、工业过滤等领域,比如采用复合纺丝法并结合高压水刺工艺技术生产的防护硫醚复合工程纤维,它是工业过滤领域材料基布的主要原料,具有良好的强度、尺寸稳定性、耐化学药品性和阻燃性。再比如防护型聚酰亚胺工程纤维,它采用传统干法纺丝工艺生产,具有优良的耐高温性能,可运用于高温除尘、特种防护等领域,是PM2.5治理的关键性原料。如果将聚酰亚胺工程纤维与间位芳纶纤维一起加工成基布,并与氟橡胶进行复合制成不同尺寸的胶管,则可用于输送大功率发动机的燃后气体。
5.1
防裂高强高模聚乙烯醇工程纤维

防裂高强高模聚乙烯醇工程纤维具有较高的抗拉强度和模量,同时具有耐酸碱腐蚀、抗老化、耐紫外线照射、对生物体无毒无害等优越性能,可混合于建筑混凝土或水泥中用来增加建筑体的强度和韧性,提高其抗裂、抗冻、抗渗、抗冲击等性能。聚乙烯醇纤维采用含硼凝胶湿法纺丝工艺生产,同时结合多效闪蒸技术和热风干燥技术,与传统生产技术相比产品的吨耗能减少为原来的70%,如市面上(2~10)dtex×(4~12)mm的高强高模聚乙烯醇超短纤维。
聚乙烯醇纤维除了可在建筑领域取代石棉,其耐老化耐高温的性能也可用于制造子午轮胎或斜胎帘子线,而且由于其低温水溶性、安全无污染的特点,也可广泛用于纺织、造纸等领域。

5.2
拒海水型聚酯工程纤维

拒海水型聚酯工程纤维具有耐海水腐蚀、耐蠕变、断裂强度高、断裂伸长率低等优点,其湿态耐磨性能是普通涤纶工业长丝的2倍以上,结合特种缆绳紧密编织技术,所得产品广泛用于船舶系绳、缆绳、海洋钻井平台固定等方面。
聚酯工程纤维采用液态增黏熔体直纺工艺路线,原料PTA、MEG经酯化缩聚并于液态条件下增黏后,再经纺丝、上油、拉伸、卷绕成形。熔体直纺工艺路线与普通涤纶长丝生产工艺路线相比,省去了传统增黏工艺中冷却、切粒、输送等步骤,单位产品能耗可下降38%,如市面上3330dtex/384f的涤纶工业长丝。在纺织应用方面,采用特种缆绳紧密编织技术,同时为了增加产品的使用寿命,要求编织匀称所有单丝尽量受力均匀。


6
轻柔纤维
柔纤维利用先进的纤维生产技术,同时结合环保、健康、节能的生态理念,所得纤维具有柔顺、飘逸的特点,同时触感也更亲肤。轻柔纤维可做成仿真丝、仿毛等制品,可用于制作贴身衣物、家居服、防晒服等。比如33dtex/34f细旦聚酰胺6轻柔纤维,它具有外观良好、物理性能稳定的特点,且条干均匀、无毛羽,所织得的织物手感细腻、染色鲜艳,目前市面上主要用其开发内衣面料,结合经纬编及喷水织造技术可制成双线格尼丝纺、350T圆孔有光尼丝纺等面料。再比如中低温水溶聚乙烯醇轻柔纤维,它采用PVA树脂经特殊纺丝工艺制成,可完全溶解于常温及沸水中,它可以纺织成水溶性纱线,与棉纱并捻制成无捻或弱捻织物,也可以采用热轧无纺布工艺制造成水溶性无纺布,也可与毛、麻等天然纤维混纺制成独特风格的织物。
6.1
雅塞尔轻柔纤维

雅塞尔轻柔纤维是轻柔纤维大类中最具有代表性的一种,它具有天然环保、高强低伸、丝滑柔软等特性。雅塞尔轻柔纤维的原料来源于纯天然木浆,制品可被土掩埋后自然分解,对生态环境的负荷较小,而且它的断裂强度较普通生物基纤维提高了将近四分之一,同时还具有耐磨、抗起球、吸水、透气、亲肤等特点,除此之外雅塞尔纤维的产品染色均匀性好、上染率高,成品色牢度也高,广泛用于内衣、家居服、家纺等领域。


dtex×38mm规格的雅塞尔短纤维。雅塞尔纤维的生产工艺如图3所示,在后续织造方面,雅塞尔纤维可广泛用于赛络纺、涡流纺、气流纺等领域,尤其在紧密赛络纺、涡流纺的50S以上高支纱领域更有优势;它也可同莫代尔、涤、棉等纤维进行混纺或纯纺,所得纱线可用于机织或梭织面料中。

6.2
细旦黏胶轻柔纤维

细旦黏胶轻柔纤维采用特制喷头纺制,纤维柔细所得面料手感丰润、透气性好,是高档面料的理想原料,如(22~55)dtex/24f规格的连续纺黏胶长丝。细旦黏胶纤维纺纱时需适当降低梳棉机车速,以便减少纤维损伤和短绒含量,采用格拉夫针布,能明显提高纤维的梳理度,提高纤维伸直平行度和棉网质量,合理配置工艺参数时如将井条适当加压、采用适当胶辊硬度、合理选择细纱钢领钢丝圈的使用期等,可在纺纱后提高成纱中纤维排列的均匀性和条干均匀度。细旦黏胶纤维柔细,做成的面料手感丰润饱满、透气性好,主要用于高档针织面料、家纺面料,可制成织锦缎、乔其纱、提花布等。


7
结语和展望
近年来在国家宏观经济调控的作用下,我国纺织化纤行业的发展已越来越好,《纺织工业“十二五”科技进步纲要》提出了纺织工业产业结构调整的方向,重点发展高性能、差别化、功能性纤维,使我国纤维材料技术跻身世界发达国家行列。所以未来纺织工业材料必然向着新型环保、可循环、高性能方向发展,同时功能材料的推陈出新也为功能性产品不断开发提供了源源不断的动力。
发展功能纤维新材料,工艺技术的攻关往往是实现产业化、市场化的关键。目前我国纤维新材料的研究越来越热,国家基金项目的扶持也越来越大,但是许多的纤维新材料还处于实验研究阶段,离真正的产业化生产、产生经济效益还有很长的距离,但不积跬步无以至千里,只要我们化纤行业的工程技术人员不断关注行业发展,将可应用、具有发展前景的纤维新材料不断开发成市场产品,以行业的技术进步为己任,那我国化纤整体行业与发达国家的距离将会越来越小。

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