新型纖維材料-2高感性纖維

高感性纖維高感性是指纖維材料或織物具有與人體視覺、觸覺及環(huán)境相和諧一致的感覺。所謂高感性纖維是指具有手感柔軟、美觀、穿著舒適、透氣性好等特點的纖維。高感性纖維是構(gòu)成新型纖維的三大支柱之一。在人類追求高生活質(zhì)量的時代，高感性纖維不僅提供了優(yōu)良的手感與外觀，而且創(chuàng)造出傳統(tǒng)纖維所沒有的新穎風(fēng)格。ModificationorFunction-alizationofnormalfiber通過改變物理形態(tài)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，賦予纖維新的性能和功能。細旦、超細旦纖維材(fineorsuperfinefiber)多異纖維(multi-differentialfiber)復(fù)合纖維(bicomponentfiber)共聚或共混改性纖維(co-polymerizationorblend)接枝改性纖維(graft)納米技術(shù)(nano-techniquetreated)通過上述多種技術(shù)方法，達到仿真、超真、特有風(fēng)格或多種功能，如：易染、抗靜電、高吸濕、阻燃、高收縮、抗紫外輻射、遠紅外保暖等功能性。高感性纖維的分類仿真絲纖維超細纖維異形纖維仿毛纖維仿生纖維仿羽絨纖維其它特殊風(fēng)格和性能的纖維仿真絲纖維－蠶絲的結(jié)構(gòu)和性能蠶絲是一種蛋白質(zhì)纖維截面呈三角形纖度1.3～1.7dtex不規(guī)則卷曲，使蠶絲具有獨特的外觀、豐滿的手感和溫暖感強度3～3.5cN/dtex

伸長15～25％模量700～1000kg/m2染色性較好；蠶絲具有多層的層狀結(jié)構(gòu)，光線在其中經(jīng)多次反射、互相干涉，使蠶絲光澤柔和。CultivatedsilkWild

Silk近年來，人們對柞蠶、桑蠶等昆蟲的吐絲和老化等情況有了許多新的認識。因天然的蠶繭織成的絲線用作手術(shù)后的傷口縫合，很容易被身體吸收；當(dāng)蠶老化后，還可以用于生產(chǎn)墨水等。據(jù)統(tǒng)計，全球像這樣的昆蟲有1000萬種以上，這是一個極其豐富的資源寶庫。蠶絲的保健特性日本生化學(xué)界專家協(xié)同廣島大學(xué)經(jīng)過長期研究證實，天然蠶絲所含的特殊“絲膠”SERICIN成份，具有抗過敏、親膚性等保護作用。日本醫(yī)學(xué)界指出，目前已證實人使用天然蠶絲做的紡織品被確實能增進人體健康。主要有四個方面：一、促進睡眠。蠶絲的絲膠成份含有18種氨基酸，這些氨基酸散發(fā)出的細微分子又叫“睡眠因子”，它可以使人的神經(jīng)處于較安定的狀況。如蓋上蠶絲被能增進睡眠，增強人體活力。

蠶絲的保健特性二、具有良好的御寒力和恒溫性。蠶絲含有纖維中最高的“絲容積空隙”，天冷時能降低熱傳導(dǎo)率；天熱時又能排出多余的熱量，使衣被內(nèi)溫度保持在舒適范圍。三、具有防螨、抗菌、抗過敏及親膚的天性。蠶絲的絲膠成份不僅可使人皮膚細膩光滑，而且具有防止螨蟲和霉菌滋生的能力。四、具有排濕性能。蠶絲外部的絲蛋白里，能吸收空氣中的水分，并加以排除，維持紡織品皮膚間的干爽和服用舒適性。仿真絲原料的發(fā)展粘膠纖維醋酯纖維聚酰胺纖維聚丙烯腈纖維維綸滌綸聚丙烯纖維真絲及其織物的特征真絲纖維的特性：纖度細，纖度不勻，具有三角形截面，可發(fā)生漫反射，具有高透明度，高摩擦系數(shù)，高楊氏模量，微卷曲和低收縮率，外層被絲膠包裹，低熱導(dǎo)，染色性良好，具有高吸濕，高密度。絲條和織物的特性：具有高反射對比度，低表面反射，低透明度，低共振頻率，高摩擦系數(shù)，共振振幅大，撓曲功滯后損失小，纖維保持卷曲狀態(tài)。絲織物的結(jié)構(gòu)：絲條的卷曲度大，纖維間有許多空隙，絲條在交叉點上保持高度自由。真絲及其織物的特征加工特征：絲膠的利用，強捻，懸掛式精練，電力紡軋光整理，手工印花。真絲織物的特性：具有珍珠般豐滿柔和的光澤，不透明，色彩鮮明;手感柔軟干燥，有溫暖感，滑溜性;有微妙的絲鳴感;同時也具有良好的染色性、保暖性、懸垂性和吸濕放濕性。缺點:如耐熱耐洗性較差;染色牢度較低;易收縮、易摺皺;防霉防蛀性差。仿真絲的加工工藝－截面異形化在仿真過程中將滌綸纖維異形化，可在產(chǎn)品的光澤性、吸濕性、蓬松性、保暖性、彈性、抗起毛起球性、耐污性、硬挺度、手感等多方面性能上得到不同程度的改善。在仿真絲截面中，通常采用三角、三葉、T型、Y型等截面的噴絲頭。有時為達到非閃光的目的，也采用五葉、六葉、八葉形噴絲頭。纖維縱截面還可通過紡絲、拉伸、變形染整及紡織加工等，使其具有凹凸粗細、多微孔、溝槽、疙瘩及磨砂等特征，使纖維獲得彈性、剛?cè)嵝浴⑹孢m性，使織物具有干澀手感，深層顯色性，在摩擦?xí)r有絲鳴聲，纖維細旦化單絲越細，所制成的織物光澤越柔和，手感越柔軟，仿真效果越好。天然蠶絲的細度約為1.30~1.70dtex,去除絲膠含量22％左右，剩下絲素的細度僅在l.0dtex左右。而普通滌綸的纖度一般在2.0dtex以上，加上滌綸的楊氏模量較天然絲高，會使織物手感僵硬，仿真效果差。為了使滌綸產(chǎn)品手感、光澤達到更好的仿真效果，應(yīng)把滌綸纖維的細度控制在比天然絲更細為好，降至約0.5~1.0dtex，使滌綸絲條更加柔軟，具有深層的真絲光澤，降低纖維的彎曲強度，改善織物的手感。實踐證明，用細特聚酯復(fù)絲織成強捻薄織物的外觀、風(fēng)格等完全能與真絲強捻織物相媲美。堿減量處理堿減量處理是仿照蠶絲溶去絲膠的方法，用氫氧化鈉溶液來處理滌綸織物，使之質(zhì)量減輕的仿真絲綢整理。在處理過程中，滌綸纖維的表面因纖維分子醋鍵水解而發(fā)生溶蝕，使織物中纖維變細，并形成眾多的微孔和溝槽，彼此間產(chǎn)生適度的空隙。因此，織物摩擦?xí)r會發(fā)出蠶絲般的絲鳴感，并獲得具有良好的透氣性、形變恢復(fù)性、柔軟性、懸垂性和外觀酷似真絲綢的仿真效果。微孔結(jié)構(gòu)纖維在紡絲過程中加人成孔劑，如高嶺土、二氧化硅、硫酸鋇、碳酸鈣等。堿減量過程中，這些添加劑部分濾掉或溶出，使纖維表面形成沿軸取向的微孔。這種方法可提高纖維的吸濕吸水性，使織物穿著舒適，透氣性好，并使纖維剛性下降，織物手感改善，懸垂飄逸，染色性能也有所提高提高。滌綸纖維表面對光的反射率大，使其染色織物的色調(diào)發(fā)自，缺乏色彩的深層感。為此，可對纖維進行表面處理，以形成微細孔隙、溝槽或微坑微穴，以減少正反射光，形成多次反射，并增加吸收光，使內(nèi)部反射光增多，從而增加視覺上的深層色調(diào)。同時還可以獲得干爽的手感和絲鳴效應(yīng)。異纖化由于天然蠶絲在各段上纖度不一致，使真絲織物具有天然的質(zhì)感。異纖化是人為地使一束絲中有不同纖度的纖維存在，一般束絲中由2~3個組分組成，每個組分又由少則幾根，多則幾十根纖度均勻的單絲組成，可以獲得較好的天然感。另外，采用異纖化方法可提高仿絲織物的身骨，使之具有柔而不爛的風(fēng)格。在混纖過程中，各組分的總纖度及束絲中最粗組分的纖度和最細組分的纖度需保持在合適的比例，使織物的風(fēng)格最接近真絲。一般認為，將粗旦絲的總纖度控制在約40％左右。如果過大，會使織物缺乏飄逸感，但如果過小，使織物顯得"身骨"不強。其它方法聚合物改性異收縮混纖絲復(fù)合絲變形絲加捻處理SILDOME超細纖維的定義美國的PET委員會將0·3~1.ldteX及以下的纖維定義為超細纖維AKZO公司定義0·3dtex以下的纖維為超細纖維，意大利的超細纖維則是指0·5dtex及以下的纖維日本是指0·01~0.8dtex及以下的纖維。而我國一般把0·9~1.4dtex的纖維稱為細特纖維0.55~1.ldtex的纖維稱為微細纖維0.55dtex以下的纖維稱為超細纖維。國際上最細能做到0·000ldtex的超細纖維，這意味著只要4g重的這樣的纖維，就可以把地球和月球連接起來。超細長絲的生產(chǎn)（1）

－直接紡絲法改進法利用常規(guī)紡絲設(shè)備和工藝，根據(jù)成纖高聚物特性，改進紡絲設(shè)備，選擇適當(dāng)?shù)募徑z拉伸工藝參數(shù)，使纖維細度達到要求的方法。在熔融紡中，應(yīng)注意選擇比較精密的噴絲板，適當(dāng)降低聚合物黏度，熔融纖維擠出時需要比較嚴格地控制冷卻條件。超拉伸法通過將拉伸絲在其玻璃化溫度以上20~60℃下進行超拉伸，拉伸倍數(shù)可達20~40倍。用直接紡絲方法獲得的單組分超細纖維，后道工序無需進行復(fù)雜的加工。但直接紡絲容易出現(xiàn)毛絲或斷頭，缺少超細纖維的某些獨特風(fēng)格，很難獲得高質(zhì)量的織物手感。超細長絲的生產(chǎn)（1）

－復(fù)合紡絲法海島型分離型或剝離型多層型扁平并列型纖維分割后可得0.2～0.3d扁平絲，與皮膚不粘著，有“天使皮膚”的手感0.1～0.2d剝離法細旦絲桔瓣形細旦復(fù)合纖維定島纖維超細短絲的生產(chǎn)方法熔噴紡絲法閃蒸紡絲法共混紡絲法超離心紡絲法表面溶解法湍流凝固原纖化法捶打原纖化法爆發(fā)法細旦纖維的性能特征

細旦纖維的性能特征：幾何特性，表面特性，光澤特性和力學(xué)特性。幾何特性：彎曲剛度(J)=πρnEd4/64其中為n為形狀因子，一般纖維為0.59

1.0（真絲0.59，尼龍0.91）;E為模量(N/tex)，一般纖維的E值為8

25N/tex;ρ為纖維密度(g/cm3)，一般纖維的密度為0.9-1.6g/cm3；d為纖維直徑。細旦纖維織物緊密，功能性（防水，防風(fēng)，透濕和絕熱性等）也得到改善，因為水滴的最小直徑約為100μm，人體散發(fā)的水蒸汽微滴的直徑約為0.0004μm，加上由于纖維變細后相同面積織物中總空隙率增加，織物就具有良好的阻水、透濕性，透氣性也會改善。纖維變細的缺點是，織物折縐性增加、抗磨性降低、織物回彈性下降。當(dāng)然這些缺點可經(jīng)整理加工得到一些解決。

幾何特性纖維變細后，相同重量的纖維所含纖維根數(shù)增加，纖維比表面積增大使纖維的覆蓋性，蓬松性和保暖性提高；由于表面立起的細纖維形成無數(shù)個微細的凹凸結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于形成無數(shù)個毛細管，因此織物毛細芯吸效應(yīng)有明顯的增加，它能起到傳遞水的作用，大大改善織物的吸濕性。纖維纖度還與染色深度和上染率有關(guān)，與吸收漿料有關(guān)，纖維愈細吸收漿料愈多，退漿困難。表面特性纖維變細后，相同重量纖維的表面和內(nèi)部的反射面積增大，反射次數(shù)增多，使反射光較柔和，具有絲光效應(yīng)；但同時由于表面反射率增大，發(fā)色性就較差(色深度，清晰度和鮮明度），因此，欲染與普通纖維同樣染色深度的細旦纖維時消耗的染料就要多得多。光澤特性細旦化使纖維具有高的比強度和低的斷裂伸長率，但單絲的絕對強力降低，起毛起球現(xiàn)象可得到改善。纖維愈細，這種傾向愈顯著；纖維變細后，還使纖維具有高的可繞性和扭轉(zhuǎn)性。這也是由于纖維的抗彎剛度和抗扭剛度與直徑的四次方成正比有關(guān)。

力學(xué)效應(yīng)細旦纖維的應(yīng)用實例一，超高密度透濕防水織物作用示意圖二，鍥形超細纖維（仿貂皮）混紡超細纖維和粗纖維其它應(yīng)用仿麂皮仿真絲高效清潔布料過濾材料吸液材料保溫材料以異材質(zhì)、異纖度、異截面、異收縮為特征的多異纖維經(jīng)織造、染整處理后，會賦予面料特殊的觀感、觸感和性能。關(guān)鍵技術(shù)在于噴絲板的設(shè)計和制造，復(fù)合紡絲組件的設(shè)計和制造，以及紡絲工藝技術(shù)。異形纖維異形纖維的概念所謂異形纖維，就是模仿天然生物材料形狀，經(jīng)一定幾何形狀(一般為非圓形)噴絲孔，紡制得具有特殊截面形狀的化學(xué)纖維。例如：天然材料截面結(jié)構(gòu)蠶絲三角形棉中空腰果形麻中空多角螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程國外國內(nèi)七十年代中期，我國開始研制異形纖維，至今已有了較大發(fā)展。時間國家事件1953年美國杜邦膨化粘著法，三角形繼而德國研制出五角形纖維60年代日本開始研制異形纖維異形纖維的分類三角形系列中空異形系列多角或多葉形系列扁平形系列其它異形三角形系列纖維三角形截面纖維中空異形系列纖維三角形中空截面纖維橢圓中空截面纖維

多角或多葉形系列纖維三葉形截面纖維五角形截面纖維

扁平形系列纖維扁平形截面纖維（3.3dtex）

其它異形纖維啞鈴形截面纖維W形截面纖維異形纖維的特性具有優(yōu)良的光學(xué)性能良好的手感抗起毛起球性好優(yōu)良的蓬松性和透氣性染色性能好較低的透明度和較強的耐污性圓形纖維與異形截面纖維比表面積的比較異形纖維的制法膨化粘著法異形紡絲孔法復(fù)合纖維分離法載體法后加熱處理法擠壓成型法噴絲板旋轉(zhuǎn)法膨化粘著法合理利用巴拉斯效應(yīng)(Baruseffect)(流體脹大)纖維紡絲模擬示意圖

單孔和三孔中空纖維紡制三角單孔中空纖維噴絲孔及纖維截面紡制三角三孔中空纖維噴絲孔及纖維截面四孔和多孔中空纖維紡制四孔中空纖維噴絲孔及纖維截面

紡制多孔中空纖維噴絲孔及纖維截面

九孔纖維九孔中空纖維截面圖

異形紡絲孔法噴絲板孔形截面積/mm2

當(dāng)量直徑/mm長徑比當(dāng)量異形度/%圓形0.0710.3003.00—C形0.2080.0192.6276.1三瓣形0.2380.2342.5670.8條形0.1050.2172.7675.9Y形0.1500.2702.7863.5幾種異形噴絲板的特征尺寸

常用異形噴絲板的匯總復(fù)合纖維分離法PET/PA6橘瓣形纖維截面

其它紡制方法生產(chǎn)方法特點載體法以某一纖維為載體，然后在此纖維的表面沉積與要生產(chǎn)的纖維具有相同的化學(xué)物質(zhì)，最后將載體除去。后加熱處理法如將圓形截面纖維按一定的排列密度，密實地導(dǎo)入加熱輥之間的縫隙中使纖維異形化。對于金屬和有機纖維，可制備啞鈴狀或骨形纖維。擠壓成型法如在絲條未完全固化時，對圓形截面纖維施加壓力，將其擠壓成異形纖維。噴絲板旋轉(zhuǎn)法采用重疊兩塊具有變形孔的噴絲板，通過相對旋轉(zhuǎn)使纖維截面沿縱向發(fā)生周期性變形的方法。異形纖維的用途仿毛、仿絲、仿麻織物制造土工布織物做過濾材料保暖制品工業(yè)用制品增強復(fù)合纖維材料Multi-holeHollowFiberNine-holeHollowFiber多孔三維卷曲纖維高中空PET，輕量保溫，表觀比重0.8，可制作保溫衣、海員衣等井字形中空纖維，超輕量，超蓬松中空多孔高保水、保溫、透氣纖維多孔、高保水、保溫、透氣纖維

20％保水率仿麻纖維良好的蓬松和回彈性，易導(dǎo)汗

可制作毛巾、手帕和紗布等藕形纖維，有良好的光學(xué)藏污性

和保溫性，可制作地毯、充填材料等在工程中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢水泥混凝土領(lǐng)域瀝青混凝土領(lǐng)域濾布、中空纖維膜材料保溫材料吸音材料增強復(fù)合材料非織造布領(lǐng)域水泥混凝土領(lǐng)域適用纖維：三葉形、五葉形、中空異形等纖維優(yōu)勢：表面積大，表面的粗糙程度大，界面接觸表面和物理接觸力大，界面間的握裹力大。例如：專利CN1152054，Y形專利JP228508，扁平形，凹凸表面瀝青混凝土領(lǐng)域纖維的作用：增粘作用、增韌作用、增強作用以及填充等作用。作用途徑：主要通過纖維吸附(表面)及吸收(內(nèi)部)瀝青來實現(xiàn)。德蘭尼特纖維德蘭尼特AC纖維的表面與截面圖異形纖維在瀝青中作用機理三葉形纖維截面W形纖維截面圖在瀝青中的應(yīng)用趨勢適用纖維：三葉形、W形、異形中空等纖維優(yōu)勢：表面積大，內(nèi)、外部吸附能力強。另據(jù)報道：東麗公司已研制出了三葉形斷面的PAN原絲及碳纖維。過濾材料領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：過濾材料以及空氣凈化材料優(yōu)勢：表面積大，吸附性能好，機械強度高，過濾效率高。適用纖維：異形纖維中的T、Y形及中空等截面纖維。過濾材料領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：香煙過濾咀優(yōu)勢：大表面積、空隙率高、吸附更多有害物質(zhì)。適用纖維：Y形或V形復(fù)合，圓形中空，樹枝形等纖維。過濾材料異形纖維在其它方面也有部分應(yīng)用，如在過濾材料中有奧地利InspecFibers公司的P84過濾氈，其纖維截面呈葉片狀（如圖），日本東洋紡的三葉形聚苯硫醚（PPS）Procon纖維濾布。超濾材料領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：超濾材料、中空纖維膜材料、人工肝腎等實例：東華大學(xué)的人工腎器官保溫材料領(lǐng)域優(yōu)勢：中空度大；空隙率高；加入制品中，導(dǎo)熱系數(shù)降低。適用纖維：中空、多葉形等截面纖維。實例：專利CN1336350中，四～九孔纖維制得保溫材料。吸音材料領(lǐng)域優(yōu)勢：多孔性；空隙率高；柔軟性及彈性。作用機理：聲波在夾縫和微孔中產(chǎn)生摩擦，因粘滯性和熱傳導(dǎo)效應(yīng)消耗聲能。適用纖維：中空纖維、多葉形等截面纖維增強復(fù)合材料領(lǐng)域阻裂作用機理復(fù)合材料的單絲拔出試驗圖增強復(fù)合材料領(lǐng)域優(yōu)勢：界面粘結(jié)強，有利于應(yīng)力從基體向纖維傳遞。適用纖維：啞鈴狀或骨形纖維、螺旋形纖維、凸端短纖維和竹狀短纖維等。NOVOMESH纖維NOVOMESH纖維的作用機理與凸短纖維相似NOVOMESH纖維外形圖

非織造布領(lǐng)域優(yōu)勢：比表面積大，纖維/粘接劑的粘接界面增加，非織造布的拉伸模量和斷裂強度得到提高。適用纖維：三角形、W形、Y形、多葉形纖維異形纖維的其他應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：軍事上，隱身領(lǐng)域。適用纖維：U形、W形、Y形、箭形、中空三角等碳纖維實例：美國的F－117、B－2和F－22隱身飛機異形纖維的其他應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域，毛刷類產(chǎn)品。適用纖維：X、H等多葉形纖維優(yōu)勢：表面積大，吸附性好，清潔程度高。仿生纖維一門新的學(xué)科—仿生材料學(xué)正在興起

材料科學(xué)是當(dāng)前最重要的高科技之一，已取得了長足的發(fā)展。目前，人們已可以根據(jù)需要，設(shè)計和制造出多種多樣的材料來。但是迄今為止，人類還無法仿制出一些與人類生活密切相關(guān)的材料，如天然骨、珍珠、蠶絲、貝殼等天然生物材料。每年數(shù)以百萬計的骨病患者，還只能依靠金屬、陶瓷、復(fù)合材料等制成的人工骨來進行治療。因此，對天然生物材料的結(jié)構(gòu)、性能和生長機理的分析，以及進行復(fù)制是當(dāng)今材料科學(xué)研究的重大前沿課題。WildSilkyTouchFabric,”SILDOME”,TeijinCultivatedsilkWild

SilkSILDOME引用：ＳＥＮ‘ＩＧＡＫＫＡＩＳＨＩ（繊維と工業(yè)）P-285

Vol.57,No.10(2001)

運用生物工程仿制蜘蛛絲

從上世紀90年代開始，美國投入很大力量從事這項研究工作，并已取得許多重要成果。蜘蛛絲是龐大的天然生物材料中的一員。天然蜘蛛絲是世界上最結(jié)實堅韌的纖維之一。它比高強度鋼或用來制作防彈服的Kevlar纖維更堅韌,更具彈性和耐磨性，纖度僅為真絲的1/10，強力是相同纖度鋼絲的5-10倍。據(jù)計算，一根鉛筆粗細的蜘蛛絲束，能使一架正在飛行的波音747飛機停下來。蜘蛛絲的卓越強伸度Kevlar

24gpd3.6%DraglineSpiderSilk15-20g/d30%SilkCottonPolyesterNylonWoolViscidSpiderSilk<300%Lycra800%

運用生物工程仿制蜘蛛絲(1)

杜邦公司開發(fā)成功利用人造基因制備的具有蜘蛛絲特性的蛋白質(zhì)分子。他們?nèi)〕鲋┲氲漠a(chǎn)絲腺體，在破譯蜘蛛絲的蛋白質(zhì)代碼的基礎(chǔ)上制成人工合成基因。將這種人造基因移植至酵母或細菌中，生長出一種球狀蛋白質(zhì)材料。將這種蛋白質(zhì)溶解在溶劑中，再制成蜘蛛纖維。 運用生物工程仿制蜘蛛絲(2)加拿大魁北克的科學(xué)家，將人工合成的蜘蛛蛋白質(zhì)基因植入山羊的乳腺細胞中。不久，基因被改變的山羊產(chǎn)出的奶中就含有蜘蛛絲的蛋白質(zhì)了。加拿大Nexia生物技術(shù)公司總裁杰夫·特納說，這種蛋白質(zhì)能夠制造出輕得令人難以置信的織物，還可降解，這種材料被稱之為“生物鋼”。生物化學(xué)家們認為，“生物鋼”有廣闊的應(yīng)用前景，它在很多方面都優(yōu)于石油化工產(chǎn)品。服用纖維的仿生仿生纖維的開發(fā)在本世紀也是非常重要的一個領(lǐng)域。不僅是形態(tài)和功能上，要從結(jié)構(gòu)和色彩、審美的觀點和