超细纤维


发布者:澳门新葡亰App 日期:2020-07-30 23:41


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  国际上没有统一的说法,美国PET居委会将单丝细度为0.3~1.0dtex的纤维定义成超细纤维,日本将单丝细度在0.55 dtex以下的纤维定义为超细纤维,意大利将单丝细度在0.5 dtex以下的纤维定义为超细纤维,但是大多数人认为单丝细度小于1 dtex的为超细纤维,而小于0.1 dtex的认为是极细纤维。我国的纺织行业认为单丝细度小于0. 44 dtex的纤维定义为超细纤维。大部分合成纤维均可制备超细纤维,如聚酰胺聚酯聚丙烯聚丙烯腈等纤维。

  超细纤维主要分为超细天然纤维和超细合成纤维。超细天然纤维主要有动物纤维(蜘蛛丝、蚕丝、皮革、动物绒毛等)、植物纤维等;超细合成纤维主要有聚酯聚酰胺聚丙烯腈聚丙烯聚四氟乙烯以及玻璃纤维等纤维品种,行业内产量较大的是聚酯和聚酰胺两种超细纤维。

  1.动物纤维 自然界的生物体为了生存和发展,在外部环境的推动下,创造了一系列最优的组成和结构,使生物体具有特殊的结构与功能以适应大自然的环境变化。例如,蜘蛛在通常环境下吐出的丝直径为0.5-1.0μm,韧性好(断裂伸长率达到14%),承受重物或者强外力冲击的能力较强,可用于制备战士穿着的防弹衣和军事机械的防护罩,也可用于航空航天、建筑、医学和保健等领域,具有巨大的潜在应用价值。蚕丝是另一类重要的天然蛋白质类纤维,由丝素和包覆在丝素外围的丝胶组成,每根蚕丝由两根单纤维并列而成,脱胶后纤维线 dtex,蚕丝的强度高,断裂伸长率可达15%~25%,且耐磨性也优于其他天然纤维,在医学、纺织以及军事领域中同样有着重要的应用。另外,动物皮毛(羊毛纤维的微原纤直径为10~15nm)以及皮质中的原纤维线dtex,是天然皮性能优异的主要原因,成为仿生研究以及人造皮质制造的首选对象。

  2.植物纤维除了动物纤维外,植物纤维是另外一种性能优异的天然纤维,主要分布在种子植物的厚壁组织,基础组成成分是纤维素,由7000~10000个葡萄糖分子经糖苷链连接起来的聚合物。作为超细天然植物纤维的杰出代表,棉纤维的直径为10-17μm,构成棉纤维的最小单元--微原纤的直径约为6nm,广泛分布于植物种子表面,为纺织工业理论研究与工业化应用的重要原料。另外,在植物茎秆中,一些麻类草本茎。比如苎麻黄麻亚麻等,具有较发达的纤维束,纤维直径在10~ 40μm之间,为工业纺织品原料的重要来源。

  人类从大自然生物体的发展进化中找到了许多灵感,开发出众多超细合成纤维,它们手感柔软,悬垂性优异,且穿着舒适,是目前世界各国超细纤维研发的重点。行业内各大品种的合成纤维,如聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯等,都可通过一定的技术手段得到超细纤维品种。目前,超细涤纶的工业化推广较其他纤维成熟,在纺织用纤维中占有主导地位。

  超细纤维最为显著的特点是其单丝线密度大大低于常规普通纤维,其中最细的能达到0.0001 dtex。由于超细纤维的这一显著特点,使其具有许多不同于普通纤维的性能,主要表以下几个方面:

  超细纤维的单丝截面直径与单丝的细度均比天然纤维小,因而其卷曲模量较低,故织物手感柔软性能较好;其单丝的抗弯硬挺度低,因而其织物具有良好的悬垂性能;相对于普通纤维而言,超细纤维的结晶度与取向度较高,提高了纤维的相对强力,因此纤维的弯曲强度与重复弯曲强度提高,使其柔韧性大,平滑,且手感柔软。然而,这些性能也与其织物组织结构与混纤组分、混纤比等有关,同时,对于变形纱来说,单丝细度下降会导致其蓬松性变差。

  超细纤维细度的下降使其绝对强力降低,但是,对于相同纱号而言,其纱截面的纤维根数比常规纱多,因而纱的强度仍然比较高;同时,有利于对织物进行砂洗起绒处理,从而制备仿天鹅绒仿麂皮桃皮绒等档次较高的织物,而且具有较好的抗皱性和耐磨性。

  超细纤维细度小,纤维的密度高,增加了纤维的比表面积与毛细效用,在提高织物的覆盖性与蓬松性的同时,对光线的反射也比较分散,从而使纤维内部反射光分布更为细腻,因而光泽柔和,使其具有线]

  超细纤维的纤维细,在织造中经纬丝很容易相互粘紧与挤压变形,从而很容易形成高密织物,其经纬密度是普通织物的数倍,经过后整理后,即使不作任何涂层等处理也可制备防水织物,该织物可应用于雨衣、风衣、休闲服、运动服、无尘衣料、时装和鞋靴面料等。同样,由于其较小的单丝密度,用其织造的织物擦拭物体时,纤细的纤维好像锋利的刮刀,从而很容易刮去污物,同时,超细纤维与污物的接触面较大,因而更加容易贴紧,并且具有很强的毛细芯吸效用,从而容易将附着的污物吸入织物中,避免由于污物散失对物体的再次污染,故其具有高清洁能力,是理想的擦拭布与洁净布的首选。

  超细纤维细度小,在纤维集合体内存在的静止空气较多,因此超细纤维是一种较好的保暖材料。若将一些较粗的纤维混入纤维集合体内作为支架,便可使其压缩弹性和蓬松性大大增加。

  超细纤维其细度变细,比表面积变大,从而形成了尺度更小、数量更多的毛细孔洞,不仅大大提高了织物的吸湿性,而且也大大提高了其毛细芯吸能力,使其可以更多地吸收和储存液体(油污或水)。因此,超细纤维可以应用于高吸水产品的开发,如高吸水笔芯、高吸水毛巾等产品。这些空隙可以大量吸收水分,因此超细纤维具有很强的吸水性,而且所吸附的大部分水分保存在空隙中,能够较快地被干燥,从而有效地防止了细菌的滋生。

  由于超细纤维的比表面积大.因而是生物酶离子交换剂等活性剂的良好载体,能够提高其活性效率,而且还可应用于渗透膜、生物医学(如人造皮肤、人造血管)等领域。

  此外,超细纤维还具有抗微生物附着和抗贝类、海藻腐蚀等性能特点。然而,超细纤维在加工和使用中也存在一定的问题。如:摩擦系数大、单丝强力低、抗弯刚度下降,从而使所制备织物硬挺性降低、蓬松性下降;比表面积大,使其加工时存在退浆难、吸浆多、染料用量大、染色易不均匀等问题,因此,在加工制备过程中需要适当地调整染整设备和相关的工艺条件。

  常规超细纤维主要分长丝与短丝两种类型,纤维类型不同,纺丝形式也有所区别。常规超细纤维长丝的纺丝形式主要有直接纺丝法复合纺丝法,常规超细纤维短丝的纺丝形式主要有常规纤维碱减量法、喷射纺丝法、共混纺丝法等。

  1、直接纺丝法该法是利用传统的熔融纺丝工艺,使用单一原料(涤纶锦纶聚丙烯等)制备超细纤维的纺丝技术,工艺简单,操作方便,但是制备纤维过程中容易产生断头,喷丝孔易堵塞。

  2、复合纺丝法该法是利用复合纺丝技术来制得复合纤维,然后利用物理或者化学处理的方法使得复合纤维多相分离,进而得到超细纤维,复合纺丝技术的成功标志着超细纤维发展的线、常规碱减量法 该法主要针对聚酯纤维,利用稀碱液处理聚酯纤维以达到细化纤维的目的。

  4、喷射纺丝法该法主要以聚丙烯为纺丝对象,通过喷射气流将低黏度的聚合物熔体喷洒成短纤维。

  5、共混纺丝法该法是将两种或两种以上的聚合物材料熔融共混以进行纺丝,由于不同组分含量以及黏度等物理特征之间存在差异,利用溶剂可实现组分间的分离,得到不连续的超细短纤维。

  随着研究的不断深入和检测表征手段的不断提高,纤维直径得以进一步细化( 100nm),达到纳米级水平。相对于常规超细纤维的制备工艺,纳米纤维的制备方式则多种多样。纳米纤维分为无机纳米纤维与有机纳米纤维,两种不同组分的纳米纤维制备方式差异较大。

  对于无机纳米纤维来讲,主要的合成方法有电弧蒸发法、激光高温灼烧法以及化合物热解法。我国自行设计制备的纳米碳管直径小于0. 4nm,具有优异的抗静电性能。但是,无机纳米纤维的加工性能较差,还需进一步研究与探索。

  有机纳米纤维的制备对于有机纳米纤维来讲,主要分为两种制备方式:复合纺丝法和静电纺丝法。

  (1)复合纺丝技术是日本东丽公司于1970年开发的一种用于制造人造麂皮的超细纤维的方法,该方法利用不同组分的聚合物在熔融状态下特殊分配,然后通过喷丝孔拉伸挤出成型,制得海岛型纤维,纤维中的一种组分充当为“海”,另一种组分则为“岛”,在利用这种纤维制成成品后,将“海”的成分溶解掉即可得到纳米纤维。东丽公司已成功利用此方法制得直径小于100nm的纳米纤维。

  (2)静电纺丝技术即聚合物喷射静电拉伸纺丝法,是一种完全不同于常规纺丝的新型纤维制备技术。基本原理为,当外加电场作用于毛细管液体表面时,使得聚合物熔体或者溶液带有大量的静电电荷,随着电场力的增大,聚合物熔体或者溶液克服其表面张力形成喷射细流。在喷射过程中,溶剂不断挥发、固化,最终在接收装置上形成超细纤维集合体,这些纤维的直径一般小于100nm,且具有连续性结构。因操作简单,适用较广,成本低廉,使得静电纺丝法在纳米纤维纺丝领域成为研究热点。

  (1)仿真丝织物:超细纤维的仿真丝及仿其他天然纤维(毛、棉、麻)的水平越来越高,仿真效果越来越逼真,甚至达到以假乱线)仿桃皮绒织物:这是一种品质优良、风格独特的服装面料。采用超细纤维织成的仿桃皮绒织物,表面有极短而手感很好的茸毛,犹如桃子表面的细短绒毛,手感柔软、细腻而温暖。用这种面料织造的高档时装、夹克、T恤衫、内衣、裙裤等凉爽舒适,吸汗不贴身,富有青春美。

  (3)高吸水性材料:主要用于高吸水毛巾、纸巾、笔芯、卫生巾、尿不湿等。据报道,日本小材制药公司研制的高吸水毛巾,其吸水速度比普通毛巾快5倍以上,而且吸水既快又多使用时触感非常柔软、舒适。

  (4)高密度防水透汽织物:由超细纤维织造的高密度织物,既有防水作用,又有透汽、透湿和轻便、易折叠携带的性能。用超细纤维制作的滑雪、滑冰、游泳等运动服可减少阻力,有利于运动员创造良好成绩。

  (5)洁净布和无尘衣料:超细纤维可以吸附自身质量7倍的灰尘、颗粒、液体。用超细纤维制成的洁净布具有很强的清洁性能,除污既快又彻底,而且不掉毛,洗涤后可重复使用,在精密机械、光学仪器微电子无尘室以及家庭等方面都得到了广泛的应用,也是无尘衣料的理想选择。

  (6)仿麂皮人造皮革:采用超细纤维制成的针织布、机织布,经磨毛拉毛加工后浸渍在聚氨酯溶液中,并经染色与整理,即可制得仿麂皮和人造革,具有强度高、质量轻、色泽鲜艳、防霉防蛀、柔韧性好等特点,以其轻、薄、软、牢、晴雨兼用等优点而著称于服装业,而且价格低廉。

  (7)其他方面的应用:超细纤维在保温材料、过滤材料、离子交换、人造血管、人造皮肤等医用材料、生物工程等领域得到了广泛应用。在非织造布生产中,超细纤维除了已成功地应用于高级合成革基布和人造麂皮的织造外,还可用于熔喷法非织造布、水刺法非织造布、针刺法非织造布等产品。

  新闻报道:口罩的过滤层主要由聚丙烯熔喷超细纤维构成,它非常细,不耐高温,温度大于80度时会收缩变形,导致结构破坏,使防护效果降低。水的进入也会使过滤层中的电荷迅速消失,导致过滤效果大幅下降。


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