任務(wù)三 差別化纖維、功能性纖維和高性能纖維在非織造布中的應(yīng)用

知識準(zhǔn)備

隨著非織造布生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多非織造布專用纖維、差別化纖維、功能性纖維、高性能纖維相繼問世，使非織造布開發(fā)高新產(chǎn)品具有更廣闊的前景。

這里就非織造布生產(chǎn)所用的差別化纖維、功能性纖維、高性能纖維作一些介紹。

一、差別化纖維

（一）三維卷曲中空纖維

中空纖維是軸向有管狀空腔的化學(xué)纖維。中空纖維品種很多，按卷曲特征分為二維卷曲和三維卷曲兩種。按組分多少分為：單一型中空纖維，如滌綸中空纖維；雙組分復(fù)合型中空纖維，如滌丙復(fù)合中空纖維。按其孔數(shù)的多少分為單孔纖維和多孔纖維，如4孔中空纖維、6孔中空纖維和9孔中空纖維。中空纖維的中空度是一項重要指標(biāo)，中空度提高，可增大材料滯留的空氣量，使非織造布產(chǎn)品更輕、更暖。

三維卷曲中空纖維可采用不對稱冷卻的紡絲工藝和卷曲管定型方法制成，還可采用不同縮率的兩種原料切片通過并列復(fù)合紡絲技術(shù)制得。特別是三維立體卷曲狀的滌綸中空纖維，具有彈性好、蓬松性和保暖性優(yōu)良、透氣性好等特點，常用來制作保暖絮片，是制造噴膠棉、仿絲棉、仿羽絨不可缺少的纖維原料。為使非織造布蓬松性保持長久和均一，將中空或?qū)嵭牡娜S卷曲纖維在特制的容器中，經(jīng)充分碰撞形成環(huán)形纖維，也稱“珠狀”纖維。它具有良好的長久回彈性和易填充性，制品只需輕輕拍打，即可恢復(fù)原狀。

（二）熱熔粘結(jié)纖維

熱熔粘結(jié)纖維用于熱黏合非織造布。通過加熱熔融或軟化后冷卻，將主體纖維粘結(jié)固定而構(gòu)成非織造布，一般采用不同熔點的合成纖維（如聚乙烯、聚丙烯等）、共聚物纖維（如共聚酰胺、聚氯乙烯與聚乙烯共聚等）及雙組分復(fù)合纖維。

熱黏合用雙組分纖維是由兩種不同熔點的聚合物構(gòu)成，高熔點的聚合物作為芯層被低熔點的聚合物皮層包覆，制成的纖網(wǎng)在熱黏合中皮層組分軟化熔融，集聚在纖維交叉點，起黏合劑作用，冷卻后形成牢固的黏合。如日本窒素公司的ES纖維，皮層用聚乙烯（熔點為110～130℃），芯層用聚丙烯（熔點為160～170℃）。這種纖維經(jīng)熱處理后，皮層一部分熔融而起粘結(jié)作用，其余仍保留纖維形態(tài)，主要用于衛(wèi)生材料、尿片、服裝襯里等。

（三）復(fù)合纖維

復(fù)合纖維是由兩種或兩種以上成纖高聚物熔體或溶液，利用組分、配比、黏度等差異，通過同一噴涂孔復(fù)合紡絲而制得。復(fù)合纖維的特點是各組分特性取長補短。以皮芯形纖維為例，如聚酯（滌綸）和聚酰胺（錦綸），做成錦皮滌芯的皮芯型纖維，既有錦綸耐磨性好、強度高、易染色、吸濕性較好的優(yōu)點，又能發(fā)揮滌綸彈性模量高、不易變形、挺括不縐的特性，顯著提高了使用性能。

根據(jù)不同組分在纖維截面上的分配位置，復(fù)合纖維分為并列型、皮芯型和海島型、剝離型等多種。

（四）超細(xì)纖維

超細(xì)纖維一般是指纖維線密度小于0.44dtex的纖維。實際上，合成纖維的細(xì)度是沒有止境的，0.11dtex甚至更細(xì)的纖維也早已進(jìn)入非織造布的生產(chǎn)。

超細(xì)纖維非織造布的生產(chǎn)方法主要有兩種。一種是采用復(fù)合紡絲技術(shù)，先生產(chǎn)出雙組分復(fù)合纖維，然后用溶解或剝離的方法處理，或者先用這種復(fù)合纖維制成非織造布，然后再經(jīng)處理。對海島型的采取溶解去除法，即溶去“海”的組分，剩下“島”的組分，即成了超細(xì)纖維非織造布；對于輻射型和多層型的則采用分裂剝離的方法，剝離后的兩個組分均為超細(xì)纖維（圖2-3）。另一種是采用熔噴法非織造布技術(shù)，直接生產(chǎn)超細(xì)纖維并成網(wǎng)，制成非織造布。

圖2-3 分裂剝離法生產(chǎn)超細(xì)纖維

超細(xì)纖維手感柔軟，極為細(xì)膩，由于細(xì)度細(xì)，直徑小，抗柔剛度小，柔軟性很好，且韌性好，保暖性也佳。其制成織物具有高密結(jié)構(gòu)和獨特的清潔去污能力，一根根超細(xì)纖維與細(xì)小的污物接觸，具有高清潔能力。超細(xì)纖維還具有高吸水性和吸油性，主要是利用毛細(xì)芯吸能力。

超細(xì)纖維非織造布主要用于生產(chǎn)潔凈布或擦拭布、人造麂皮、仿桃皮絨、高吸水材料、無塵衣、高級合成革基布、過濾材料、離子交換材料、人造血管等。

二、功能性纖維

（一）阻燃纖維

纖維材料阻止延續(xù)燃燒的性能稱為阻燃性。阻然纖維要有明顯的阻燃性，一般極限氧指數(shù)必須大于27%。非織造布所用阻燃纖維一般采取原絲改性制得，生產(chǎn)方法有共聚法和共混法之分。共聚法是由高聚合體與阻燃基共聚后制成阻燃纖維。共混法是將阻燃劑加入紡絲熔體或漿液中，改變其熱學(xué)性能，使制成的纖維具有阻燃性。

阻燃纖維可制成阻燃針刺地毯、窗簾、墻布、床上用品、車用材料、防火工作服等。

（二）抗靜電纖維和導(dǎo)電纖維

抗靜電纖維是指不易積聚靜電荷的化學(xué)纖維，比電阻值小于10¹⁰Ω·cm，一般采用共混改性法，即高聚物與導(dǎo)電質(zhì)（如碳粉等）復(fù)合以后進(jìn)行紡絲制得。其抗靜電的原理為：通過極化放電或電暈放電的機理，消除積聚在非織造布上的靜電。制成的非織造布可防塵埃吸附及靜電積聚，可用于制作無塵工作服、防暴工作服、電子設(shè)備的防塵墊、防塵口罩、地毯等。

導(dǎo)電纖維是指比電阻值小于10⁵Ω·cm的纖維，它比抗靜電纖維的導(dǎo)電性要強。因此，導(dǎo)電纖維消除靜電的性能遠(yuǎn)高于抗靜電纖維。其導(dǎo)電原理是纖維內(nèi)部含有自由電子的移動。導(dǎo)電纖維可制作特種工作服或用于屏蔽電磁感應(yīng)等。

（三）高收縮纖維

這是指沸水收縮率為35%～45%的化學(xué)纖維，如果沸水收縮率在20%以下，則為一般收縮纖維。高收縮纖維是經(jīng)過物理改性或化學(xué)改性制得的，如高收縮滌綸、高收縮丙綸等。利用加熱后的高收縮性，可以使非織造布達(dá)到密實的效果，用于制造合成革基布、人造麂皮等產(chǎn)品。

（四）水溶性聚乙烯醇纖維

這是合成纖維中唯一能溶于水的纖維，又稱水溶性維綸。這種纖維的強度較好，尺寸穩(wěn)定性好，制成的非織造布產(chǎn)品如醫(yī)用床單、手術(shù)服、敷料布等，經(jīng)一次性使用后，在90℃左右的熱水中溶解處理后排出，減少了環(huán)境污染。目前已產(chǎn)業(yè)化的有溶解溫度為40～90℃的多種水溶性聚乙烯醇纖維。

三、高性能纖維

1.聚對苯二甲酰對苯二胺纖維 我國稱芳綸1414，美國商品名為凱夫拉（Kevlar），其分子式為：

纖維分子鏈呈直線型結(jié)構(gòu)，具有全對位的剛性苯環(huán)。該纖維具有超高強度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能，其強度是鋼絲的5～6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在560℃的溫度下不分解、不融化。它具有良好的阻燃性、絕緣性和抗老化性能，具有很長的生命周期。它可用針刺法、水刺法、濕法等非織造布方法加工，制成復(fù)合材料的基材。這些基材可加工成航空航天結(jié)構(gòu)材料、零部件、耐高溫墊片、剎車片、橡膠增強材料等。

2.聚間苯二甲酰間苯二胺纖維 我國稱芳綸1313，美國商品名為諾梅克斯（Nomex），分子式為：

纖維的特性是耐熱性極好，在260℃高溫經(jīng)500h，仍能保持80%的強度。纖維具有持久的熱穩(wěn)定性，驕人的阻燃性，極佳的電絕緣性，優(yōu)良的機械特性，超強的耐輻射性，主要用于宇航、防火服、過濾材料（如高溫粉塵濾袋）、電器絕緣材料，也可用于生產(chǎn)復(fù)合材料的基材。

3.超高分子量聚乙烯纖維 超高分子量聚乙烯纖維是相對分子質(zhì)量在100萬～500萬的聚乙烯所紡出的纖維，其所用的原料UHMW-PE存在有大量無規(guī)線團(tuán)的非晶區(qū)和折疊鏈的晶體結(jié)構(gòu)。在超倍牽伸時，其大分子鏈的高度取向、結(jié)晶區(qū)及非晶區(qū)的大分子充分伸展，形成了高度結(jié)晶的伸直鏈超分子結(jié)構(gòu)。它的比強度是化纖中最高的，耐磨、耐沖擊、耐疲勞、抗切割性能也是現(xiàn)有高性能纖維中最強的。此外，它質(zhì)量輕，密度只有0.97g/cm³；化學(xué)穩(wěn)定性好；紫外線性能優(yōu)良；應(yīng)用在安全、防護(hù)、航空、航天、車船制造、體育等領(lǐng)域。

4.聚苯硫醚纖維 聚苯硫醚纖維（PPS）是分子鏈上帶有苯硫基的線型、高分子質(zhì)量、結(jié)晶性聚合物，經(jīng)熔融紡絲方法制得。國外商品名稱賴頓（Ryton）。其短纖維性能：強度2.65～3.08cN/dtex、伸長率25%～35%，熔點285℃，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃性，氧指數(shù)值34～35，200℃時強度保持率為60%，斷裂伸長無變化；耐化學(xué)性僅次于聚四氟乙烯（PTFE）纖維，能抵抗酸、堿、氯烴、烴類、酮、醇、酯等化學(xué)品的侵蝕；有較好的紡織加工性能。因大分子中硫原子容易被氧化，所以PPS纖維對氧化劑比較敏感，耐光性也較差。

由于聚苯硫醚纖維的優(yōu)異耐熱性、耐腐蝕性和阻燃性，因此具有廣泛的用途。例如，用于熱電廠的高溫袋式除塵、垃圾焚燒爐、水泥廠濾袋、電絕緣材料、阻燃材料、復(fù)合材料等。另外，其還可用作干燥機用的干燥帶、各種防護(hù)布、耐熱衣料、電絕緣材料、電解隔膜和摩擦片（剎車用）等。

5.碳纖維 碳纖維是含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維。含碳量在99%以上則稱石墨纖維。碳纖維是以聚丙烯腈、黏膠纖維或瀝青纖維為原料，通過加熱除去碳以外的一切其他元素制得，以聚丙烯腈纖維原絲在200～300℃的條件下預(yù)氧化，再將其在1000～1500℃的條件中碳化處理，并在惰性氣體（氦、氮）的保護(hù)下制成碳纖維，其含碳量為90%～95%；碳纖維經(jīng)2000℃以上高溫處理可以制得石墨纖維，含碳量高達(dá)99%以上。

碳纖維具有強度高、密度小、模量高、耐磨損、尺寸穩(wěn)定性好、耐熱性好、導(dǎo)電性好、耐化學(xué)性好一系列特性。

碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在航天、導(dǎo)彈和運動器材上，可以顯著減輕重量，提高有效載荷，改善性能。逐步擴大到民用工業(yè)，如汽車工業(yè)和運動器材等方面。碳纖維難以用傳統(tǒng)紡織工藝加工，但適合非織造布加工，如在碳纖維制造時做成纖維網(wǎng)，然后用針刺、縫編或濕法加工成基布，再經(jīng)模壓、高溫處理后，可制成航空航天的耐高溫部件或其他輕質(zhì)高強高模的部件及運動器械等。