第六節(jié) 其他類型粘膠纖維

一、粘膠強(qiáng)力纖維

1.粘膠強(qiáng)力纖維的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

（1）纖維素漿粕：采用α-纖維素含量高的漿粕，要求纖維素的平均聚合度高而相對(duì)分子質(zhì)量分布均勻。

（2）粘膠制備工藝：堿纖維素必須進(jìn)行較強(qiáng)的壓榨，以降低游離堿的含量。堿纖維素的老成要緩慢而均勻，黃化時(shí)CS₂用量比普通粘膠纖維稍多。要求纖維素黃原酸酯的酯化度較高，分布較均勻。

（3）粘膠變性劑：在粘膠中加入變性劑以延緩纖維素黃原酸酯的再生速度，同時(shí)加入表面活性劑，以提高可紡性并防止噴絲頭堵塞。

（4）成形條件：凝固浴中ZnSO₄的含量與普通粘膠纖維相比明顯提高，H₂SO₄和Na₂SO₄的含量較低。粘膠細(xì)流在一浴中凝固，在二浴中分解并進(jìn)行高度拉伸，以提高纖維的斷裂強(qiáng)度。紡絲速度較低，并采用噴絲頭負(fù)拉伸成形和多級(jí)后拉伸。由于粘膠黏度高，成形時(shí)粘膠先經(jīng)預(yù)熱并在管中成形。

（5）后處理：粘膠強(qiáng)力纖維的后處理不需漂白和脫硫，但需進(jìn)行加捻，油劑品種的選擇與普通粘膠纖維亦不同。

2.粘膠變性劑的作用機(jī)理

粘膠強(qiáng)力纖維在工藝上的最大特點(diǎn)是在粘膠中加入變性劑。粘膠變性劑一般可分為：含氮化合物、無氮化合物、乙氧基含氮化合物、乙氧基無氮化合物和其他化合物，較普遍采用的是胺類、脂肪胺聚氧乙烯醚和聚氧乙烯衍生物。

關(guān)于變性劑作用機(jī)理的說法較多，但一般認(rèn)為，由于鋅的作用使纖維素黃酸鈉轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的纖維素黃酸鋅，變性劑的存在將影響這種轉(zhuǎn)化的速率和轉(zhuǎn)化量，變性劑與鋅和副產(chǎn)物三硫代碳酸鈉相互作用，結(jié)果在凝膠絲條的外表形成一層薄膜，這層薄膜延緩了反應(yīng)離子從初生凝膠絲內(nèi)部向外部酸浴或相反的方向擴(kuò)散，結(jié)果使中和作用減慢，形成全皮層的結(jié)構(gòu)。

3.粘膠強(qiáng)力纖維的生產(chǎn)設(shè)備特點(diǎn)

粘膠強(qiáng)力纖維在使用時(shí)對(duì)外觀沒有什么特殊要求，不需要漂白和脫硫，后處理工序大為簡(jiǎn)化。一般只需用熱水洗去絲條上的凝固浴液及機(jī)械雜質(zhì)，再經(jīng)上油、烘干、初捻后即為成品，故粘膠強(qiáng)力纖維紡絲機(jī)一般為連續(xù)式紡絲機(jī)。

連續(xù)式粘膠強(qiáng)力纖維的紡絲機(jī)主要有：籠條轉(zhuǎn)鼓式、納爾生式、雙面式強(qiáng)力絲紡絲機(jī)三種型式。

二、波里諾西克纖維——富強(qiáng)纖維

1.定義

波里諾西克纖維在我國(guó)稱為富強(qiáng)纖維，在日本稱為虎木棉，國(guó)際波里諾西克協(xié)會(huì)（AIP）規(guī)定凡符合下列指標(biāo)的纖維才能稱為波里諾西克纖維。

（1）未處理纖維潤(rùn)濕時(shí)，于0.44dN/tex負(fù)荷下延伸度在4%以下；在20℃、經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液處理后，纖維潤(rùn)濕時(shí)，于0.44dN/tex負(fù)荷下延伸度在8%以下。

（2）用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液處理后，纖維潤(rùn)濕時(shí)的斷裂強(qiáng)度在1.76dN/tex以上。

（3）打結(jié)強(qiáng)度在0.40dN/tex以上。

（4）纖維素聚合度在450以上。

2.富強(qiáng)纖維的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

（1）原液制備特點(diǎn)：富強(qiáng)纖維在原液制備中要求保持較高的聚合度，并盡量保持天然纖維中的原纖結(jié)構(gòu)。為此要求：

①采用聚合度在650以上、純度較高的漿粕，取消老成工序，以獲得高聚合度的粘膠。

②為使聚合度高的纖維素溶解良好，黃化時(shí)二硫化碳用量一般控制在45%～55%，黃原酸酯的酯化度在70以上，所得粘膠的熟成度較低（NH₄Cl值較高），即粘膠較嫩。

③為盡量保持纖維素分子間的天然原纖結(jié)構(gòu)，防止纖維素分子間羥基結(jié)合被破壞，粘膠中NaOH的含量要低，粘膠熟成時(shí)間盡量短。

④由于粘膠的落球黏度高達(dá)300s左右，故需采用快速脫泡裝置，同時(shí)需要相應(yīng)增加過濾面積。

（2）紡絲成形工藝特點(diǎn)：

①采用低酸、低鹽、低速的紡絲工藝。因?yàn)槟淘〉乃釢舛仍降?，纖維素黃原酸酯的分解速度越緩慢，容易促進(jìn)纖維素分子的結(jié)晶化。同理，硫酸鈉的濃度也不宜太高。少量的硫酸鋅存在，可使絲束有較大的塑性，故可改善紡絲可紡性。若凝固浴的酸濃度過高，將生成微細(xì)結(jié)構(gòu)，原纖結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致纖維的濕強(qiáng)度下降。浴溫過高，會(huì)加快纖維素黃原酸酯的再生速度，使纖維脆弱。紡絲速度不能過高，否則容易形成膠塊。

②采用較大的噴絲頭負(fù)拉伸。由于成形緩慢，靠近噴絲頭處的絲條經(jīng)不起拉伸，故一般采用30%～40%的負(fù)拉伸。然后，采用多級(jí)拉伸，絲束經(jīng)多級(jí)拉伸后，常呈堿性，在此條件下予以松弛，高度取向的分子略有回縮，可以改善纖維的彎曲性能。

3.富強(qiáng)纖維的結(jié)構(gòu)與性能

富強(qiáng)纖維的橫截面為圓形的全芯結(jié)構(gòu)，有原纖結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度高。富強(qiáng)纖維的干、濕強(qiáng)度可與棉纖維媲美，大大高于普通粘膠短纖維；耐堿性能好，能夠像棉纖維一樣經(jīng)受光處理；形態(tài)穩(wěn)定，具有較高的彈性回復(fù)率和較低的水中溶脹度，耐穿、耐洗、耐褶皺。

三、高濕模量纖維

1.高濕模量纖維的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

粘膠短纖維的濕模量低，富強(qiáng)纖維克服了這一不足，但富強(qiáng)纖維的鉤接強(qiáng)度較低，脆性較大，紡絲速度較低，生產(chǎn)效率低，工藝也比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。為克服富強(qiáng)纖維的上述缺點(diǎn)，在參照粘膠強(qiáng)力纖維生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出另一類濕模量可與棉纖維相當(dāng)、鉤接強(qiáng)度優(yōu)良的變化型高濕模量纖維，即高濕模量纖維（HWM）。

高濕模量纖維生產(chǎn)中所用粘膠是加入多種變性劑的高堿化粘膠，在高鋅凝固浴內(nèi)紡絲成形。

2.高濕模量纖維的結(jié)構(gòu)與性能

高濕模量纖維的平均聚合度介于普通粘膠纖維與富強(qiáng)纖維之間，為450～550；橫截面為圓形或近似圓形，屬皮芯結(jié)構(gòu)；成品纖維結(jié)晶度在41%左右，晶體長(zhǎng)度80～95nm，晶區(qū)厚度10～70nm，纖維取向度70%～80%，羥基可及度約60%。

由于高濕模量纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它的性能介于普通纖維和富強(qiáng)纖維之間。它的濕強(qiáng)度雖不如富強(qiáng)纖維，但鉤接強(qiáng)度比富強(qiáng)纖維高，易于進(jìn)行紡織加工。它同時(shí)還保持了粘膠纖維吸濕性好及易染色的優(yōu)點(diǎn)。

四、改性及功能粘膠纖維

1.高吸水性粘膠纖維

高吸水性粘膠短纖維主要用于醫(yī)療衛(wèi)生方面，如制作藥棉、抹布、繃帶、嬰兒尿布、止血紗布等。它可以通過化學(xué)改性和物理改性的方法得到。

（1）化學(xué)改性：粘膠纖維大分子鏈本身具有大量的羥基，對(duì)水分子有很大的吸引力，只是受到大分子鏈的緊密度和堆積狀態(tài)的限制。當(dāng)對(duì)纖維素進(jìn)行醚化處理，在纖維素分子鏈上引入醚鍵，盡管它與羥基的相互吸引力小，但是醚基使大分子鏈之間相互作用力減小，使大分子鏈堆砌密度下降，從而改善了纖維的吸水性。在分子鏈上接枝一些吸水性長(zhǎng)鏈聚合物也是一種有效的方法，一般的接枝單體有丙烯酸、丙烯酰胺等吸水性物質(zhì)。另外，共混紡絲法也是一種重要的方法，將纖維素與一種性質(zhì)完全不同的聚合物混合進(jìn)行紡絲，不容易產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)構(gòu)疏松，水分子容易滲透進(jìn)去。如果引入親水性聚合物也可以和水分子產(chǎn)生作用，不但吸水量大，而且保水性好。如已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的高吸水性聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等混合紡絲得到的改性粘膠纖維，保水量約為170%。

（2）物理改性：即通過改變成形條件和不同的物理方法生產(chǎn)高吸水性粘膠纖維，主要是使纖維含有很大的內(nèi)表面和外表面，如中空纖維、扁平纖維和充氣纖維，它們的吸水性很好，保水量達(dá)到120%～300%。主要方法是通過特殊的噴絲頭或在粘膠中添加碳酸鈉、碳酸氫鈉，絲條進(jìn)入凝固浴后，碳酸鈉或碳酸氫鈉與酸發(fā)生反應(yīng)，二氧化碳?xì)怏w在剛形成的纖維內(nèi)產(chǎn)生，使纖維產(chǎn)生空心結(jié)構(gòu)，具有更大的表面，故它們的吸水性和保水性好。

2.阻燃粘膠纖維

阻燃粘膠纖維廣泛用于交通工具和賓館的裝飾材料、特殊用途工作服以及兒童和老年人的被褥等。生產(chǎn)阻燃纖維素纖維可采用施加阻燃劑的方法，大致有以下三種。

（1）后處理法：在紡絲成形的初生纖維中施加阻燃劑，使纖維表面具有阻燃性能。此法操作簡(jiǎn)單，成本低，但洗滌時(shí)阻燃劑容易脫落，缺乏耐久性。

（2）化學(xué)反應(yīng)法：將阻燃劑與纖維素纖維接枝共聚，阻燃劑與纖維素大分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此種方法可使阻燃劑長(zhǎng)期、穩(wěn)定地存在于纖維表面，阻燃效果耐久。此法工藝方便，生產(chǎn)成本低，但是，接枝反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的均聚物，從而導(dǎo)致纖維各項(xiàng)力學(xué)性能明顯下降。也可通過酯化、羥化等其他反應(yīng)賦予纖維阻燃性能，如用烷基取代的磷酸二酰氯與粘膠纖維進(jìn)行酯化反應(yīng)，當(dāng)含磷量占纖維的2%時(shí)，其阻燃性良好。

（3）共混法：在紡絲原液中加入阻燃劑進(jìn)行紡絲，使纖維具有永久的阻燃功效，此法目前使用較多。因?yàn)樵诩徑z時(shí)，溶液凝固形成的纖維把阻燃劑包住，成纖后阻燃劑的殘留率一般可達(dá)90%左右。此法在手感、耐洗滌性、耐光性、力學(xué)性能、皮膚接觸毒性等方面均較優(yōu)越。

但是，共混法對(duì)阻燃劑的要求較高。粘膠纖維用添加型阻燃劑，除一般要求外，還要求在溶液中的分散性好，穩(wěn)定性好，耐酸、耐堿，凝固浴中流失量低，在纖維中滲入率較高（殘留量高），對(duì)紡絲、凝固及成形沒有不利的影響。因此，通常采用相對(duì)分子質(zhì)量較高的疏水性線型含磷化合物為添加型阻燃劑。在粘膠中摻混溴、磷等鹵素化合物后進(jìn)行紡絲，可得到阻燃粘膠纖維。

3.中空粘膠纖維和充氣中空粘膠纖維

纖維素中空纖維膜與人體的相容性好，生理安全，被廣泛用作血漿分離膜、人工腎透析器。目前，生產(chǎn)纖維素中空纖維膜的方法有粘膠法、銅氨法和溶劑法。中空粘膠纖維是采用特殊噴絲頭紡制的。在粘膠中添加一定的致孔劑使中空纖維壁上形成大量微孔進(jìn)而形成中空纖維。目前，用銅氨法及新溶劑法紡制這類中空纖維較多，而用粘膠法紡制的較少。

充氣中空粘膠纖維的紡制是在粘膠中加入碳酸鈉或碳酸氫鈉，它們?cè)诩徑z時(shí)受硫酸作用分解出大量的CO₂氣體而形成充氣中空纖維，它的保暖性、吸濕性和蓬松性好，在民用紡織品等方面有廣泛的用途。

4.導(dǎo)電粘膠纖維

導(dǎo)電纖維一般是指電阻率在10⁸Ω·cm（20℃，45%相對(duì)濕度）以下的纖維，而普通粘膠纖維一般不能導(dǎo)電。導(dǎo)電粘膠纖維的制造方法有：

（1）在粘膠中添加能導(dǎo)電的炭黑或聚醚，然后紡絲得到導(dǎo)電粘膠纖維。

（2）將粘膠纖維進(jìn)行碳化，得到導(dǎo)電粘膠碳纖維。

（3）將粘膠纖維進(jìn)行改性，然后在粘膠纖維上鍍金屬，如離子噴鍍、化學(xué)沉積和真空沉積等方法，從而得到導(dǎo)電粘膠纖維；還可以對(duì)粘膠纖維進(jìn)行導(dǎo)電性處理，如在纖維表面聚合一種導(dǎo)電性高分子材料聚吡咯或聚苯胺，也可以把導(dǎo)電微粒黏附在纖維表面，從而得到能導(dǎo)電的復(fù)合纖維。

目前，導(dǎo)電纖維已應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如地毯、防爆無塵工作服、造紙用毛毯、通信電纜和屏蔽線等，特別是用于制作電磁波防護(hù)服。現(xiàn)代社會(huì)充滿電磁波，如電腦、空調(diào)機(jī)、手機(jī)、遙控器等都會(huì)產(chǎn)生大量的電磁波，對(duì)人體造成較大傷害，所以在當(dāng)前開發(fā)防電磁波織物具有廣闊的應(yīng)用前景。

5.蓄熱保溫纖維和調(diào)溫纖維

20世紀(jì)80年代中期，日本尤尼吉卡公司與泰薩特公司合作，將太陽能集熱裝置中使用的碳化鋯用于纖維，研制出可將太陽光中2μm以下的光線吸收并轉(zhuǎn)換為熱能的陽光蓄熱保溫纖維，用于制作運(yùn)動(dòng)衣和游泳衣。

調(diào)溫纖維的制造方法有：

（1）介質(zhì)溶解析出調(diào)溫纖維：將CO₂等溶解在溶劑中，填充到纖維中空部分，然后封閉中空，溫度下降，液體固化，氣體在其中溶解度下降，從而使纖維有效體積增大，纖維絕熱性能提高。

（2）相變調(diào)溫纖維：將帶結(jié)晶水的無機(jī)鹽或PEG充填到粘膠纖維的中空部分，如SrCl₂·6H₂O，無機(jī)鹽結(jié)晶時(shí)放熱升溫，結(jié)晶熔融時(shí)吸熱降溫。該類纖維可以制作飛行服、消防服、運(yùn)動(dòng)服等。

6.抗菌防臭、消臭粘膠纖維

抗菌與消臭同屬于衛(wèi)生功能的范疇，但抗菌和消臭不同?？咕糜谌粘Ｉ钍峭ㄟ^抑制織物上的細(xì)菌繁殖而達(dá)到防臭的目的；消臭則是消除環(huán)境中已經(jīng)生成的臭氣。用于纖維和織物抗菌防臭的抗菌劑有多種，主要有以下幾類：一是金屬及其鹽類，如Ag、Cu、Zn、Cd、Zr等；二是有機(jī)季銨鹽類，如聚氧乙烯三甲基氯化銨；三是芳香族鹵素化合物，如2，4，4-三氯-2-羥基二苯醚；四是有機(jī)酚類和有機(jī)氮化合物，如吡啶、吡喹等化合物；五是天然物質(zhì)，如氨基葡萄糖苷、殼聚糖等。這些抗菌劑的抗菌機(jī)理主要是：

（1）菌體蛋白變性或沉淀，高濃度的酚類和金屬鹽及醛類都屬于這種抗菌機(jī)理。

（2）妨礙菌體代謝的某些環(huán)節(jié)，如通過氧化劑的氧化作用、金屬鹽類—SH基的結(jié)合破壞菌體的代謝。

（3）破壞菌體的細(xì)胞膜，如季銨化合物吸附于細(xì)菌表面，改變其細(xì)胞壁的通透性，使胞質(zhì)內(nèi)容物漏出而使細(xì)菌死亡。

（4）影響細(xì)菌代謝，使細(xì)菌壞死。

消臭纖維是利用消臭劑與惡臭產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到消臭效果。臭氣的化學(xué)成分有硫化氫、甲基硫醇、醛類化合物、胺類和吲哚糞臭素等。這些臭氣成分通過消臭劑的作用，能使惡臭物質(zhì)氧化分解以及發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)或硫化反應(yīng)，從而消臭。消臭的方法一般有：感覺消臭法、化學(xué)消臭法、物理消臭法、生物消臭法等。

由于粘膠纖維生產(chǎn)過程中采用了大量的化學(xué)物質(zhì)，如酸、堿等，目前抗菌防臭、消臭粘膠纖維的生產(chǎn)一般只能采用天然物質(zhì)，如對(duì)氨基葡萄糖苷、殼聚糖等進(jìn)行改性，得到抗菌防臭、消臭纖維。也可以采用共混的方法及對(duì)粘膠纖維織物和粘膠纖維進(jìn)行后整理的方法，如添加活性炭的粘膠纖維可用于制作防護(hù)服、工業(yè)廢氣的吸附材料，同時(shí)具有消臭作用。

隨著人們追求個(gè)性化、高級(jí)化、多樣化生活意識(shí)的增強(qiáng)，普通粘膠纖維已經(jīng)不能滿足人們的生活需要。粘膠纖維經(jīng)過改性及特殊加工，可以具有某些特殊的風(fēng)格和功能，從而越來越多地進(jìn)入人們的生活，同時(shí)也為粘膠纖維工業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益?？梢韵嘈?，在粘膠纖維的改性研究方面，隨著研究的不斷深入，一定會(huì)有越來越多的粘膠纖維功能化新品種實(shí)現(xiàn)工業(yè)化并走向市場(chǎng)。