新型纤维材料-2高感性纤维

高感性纤维高感性是指纤维材料或织物具有与人体视觉、触觉及环境相和谐一致的感觉。所谓高感性纤维是指具有手感柔软、美观、穿着舒适、透气性好等特点的纤维。高感性纤维是构成新型纤维的三大支柱之一。在人类追求高生活质量的时代，高感性纤维不仅提供了优良的手感与外观，而且创造出传统纤维所没有的新颖风格。ModificationorFunction-alizationofnormalfiber通过改变物理形态或化学结构，赋予纤维新的性能和功能。细旦、超细旦纤维材(fineorsuperfinefiber)多异纤维(multi-differentialfiber)复合纤维(bicomponentfiber)共聚或共混改性纤维(co-polymerizationorblend)接枝改性纤维(graft)纳米技术(nano-techniquetreated)通过上述多种技术方法，达到仿真、超真、特有风格或多种功能，如：易染、抗静电、高吸湿、阻燃、高收缩、抗紫外辐射、远红外保暖等功能性。高感性纤维的分类仿真丝纤维超细纤维异形纤维仿毛纤维仿生纤维仿羽绒纤维其它特殊风格和性能的纤维仿真丝纤维－蚕丝的结构和性能蚕丝是一种蛋白质纤维截面呈三角形纤度1.3～1.7dtex不规则卷曲，使蚕丝具有独特的外观、丰满的手感和温暖感强度3～3.5cN/dtex

伸长15～25％模量700～1000kg/m2染色性较好；蚕丝具有多层的层状结构，光线在其中经多次反射、互相干涉，使蚕丝光泽柔和。CultivatedsilkWild

Silk近年来，人们对柞蚕、桑蚕等昆虫的吐丝和老化等情况有了许多新的认识。因天然的蚕茧织成的丝线用作手术后的伤口缝合，很容易被身体吸收；当蚕老化后，还可以用于生产墨水等。据统计，全球像这样的昆虫有1000万种以上，这是一个极其丰富的资源宝库。蚕丝的保健特性日本生化学界专家协同广岛大学经过长期研究证实，天然蚕丝所含的特殊“丝胶”SERICIN成份，具有抗过敏、亲肤性等保护作用。日本医学界指出，目前已证实人使用天然蚕丝做的纺织品被确实能增进人体健康。主要有四个方面：一、促进睡眠。蚕丝的丝胶成份含有18种氨基酸，这些氨基酸散发出的细微分子又叫“睡眠因子”，它可以使人的神经处于较安定的状况。如盖上蚕丝被能增进睡眠，增强人体活力。

蚕丝的保健特性二、具有良好的御寒力和恒温性。蚕丝含有纤维中最高的“丝容积空隙”，天冷时能降低热传导率；天热时又能排出多余的热量，使衣被内温度保持在舒适范围。三、具有防螨、抗菌、抗过敏及亲肤的天性。蚕丝的丝胶成份不仅可使人皮肤细腻光滑，而且具有防止螨虫和霉菌滋生的能力。四、具有排湿性能。蚕丝外部的丝蛋白里，能吸收空气中的水分，并加以排除，维持纺织品皮肤间的干爽和服用舒适性。仿真丝原料的发展粘胶纤维醋酯纤维聚酰胺纤维聚丙烯腈纤维维纶涤纶聚丙烯纤维真丝及其织物的特征真丝纤维的特性：纤度细，纤度不匀，具有三角形截面，可发生漫反射，具有高透明度，高摩擦系数，高杨氏模量，微卷曲和低收缩率，外层被丝胶包裹，低热导，染色性良好，具有高吸湿，高密度。丝条和织物的特性：具有高反射对比度，低表面反射，低透明度，低共振频率，高摩擦系数，共振振幅大，挠曲功滞后损失小，纤维保持卷曲状态。丝织物的结构：丝条的卷曲度大，纤维间有许多空隙，丝条在交叉点上保持高度自由。真丝及其织物的特征加工特征：丝胶的利用，强捻，悬挂式精练，电力纺轧光整理，手工印花。真丝织物的特性：具有珍珠般丰满柔和的光泽，不透明，色彩鲜明;手感柔软干燥，有温暖感，滑溜性;有微妙的丝鸣感;同时也具有良好的染色性、保暖性、悬垂性和吸湿放湿性。缺点:如耐热耐洗性较差;染色牢度较低;易收缩、易摺皱;防霉防蛀性差。仿真丝的加工工艺－截面异形化在仿真过程中将涤纶纤维异形化，可在产品的光泽性、吸湿性、蓬松性、保暖性、弹性、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。在仿真丝截面中，通常采用三角、三叶、T型、Y型等截面的喷丝头。有时为达到非闪光的目的，也采用五叶、六叶、八叶形喷丝头。纤维纵截面还可通过纺丝、拉伸、变形染整及纺织加工等，使其具有凹凸粗细、多微孔、沟槽、疙瘩及磨砂等特征，使纤维获得弹性、刚柔性、舒适性，使织物具有干涩手感，深层显色性，在摩擦时有丝鸣声，纤维细旦化单丝越细，所制成的织物光泽越柔和，手感越柔软，仿真效果越好。天然蚕丝的细度约为1.30~1.70dtex,去除丝胶含量22％左右，剩下丝素的细度仅在l.0dtex左右。而普通涤纶的纤度一般在2.0dtex以上，加上涤纶的杨氏模量较天然丝高，会使织物手感僵硬，仿真效果差。为了使涤纶产品手感、光泽达到更好的仿真效果，应把涤纶纤维的细度控制在比天然丝更细为好，降至约0.5~1.0dtex，使涤纶丝条更加柔软，具有深层的真丝光泽，降低纤维的弯曲强度，改善织物的手感。实践证明，用细特聚酯复丝织成强捻薄织物的外观、风格等完全能与真丝强捻织物相媲美。碱减量处理碱减量处理是仿照蚕丝溶去丝胶的方法，用氢氧化钠溶液来处理涤纶织物，使之质量减轻的仿真丝绸整理。在处理过程中，涤纶纤维的表面因纤维分子醋键水解而发生溶蚀，使织物中纤维变细，并形成众多的微孔和沟槽，彼此间产生适度的空隙。因此，织物摩擦时会发出蚕丝般的丝鸣感，并获得具有良好的透气性、形变恢复性、柔软性、悬垂性和外观酷似真丝绸的仿真效果。微孔结构纤维在纺丝过程中加人成孔剂，如高岭土、二氧化硅、硫酸钡、碳酸钙等。碱减量过程中，这些添加剂部分滤掉或溶出，使纤维表面形成沿轴取向的微孔。这种方法可提高纤维的吸湿吸水性，使织物穿着舒适，透气性好，并使纤维刚性下降，织物手感改善，悬垂飘逸，染色性能也有所提高提高。涤纶纤维表面对光的反射率大，使其染色织物的色调发自，缺乏色彩的深层感。为此，可对纤维进行表面处理，以形成微细孔隙、沟槽或微坑微穴，以减少正反射光，形成多次反射，并增加吸收光，使内部反射光增多，从而增加视觉上的深层色调。同时还可以获得干爽的手感和丝鸣效应。异纤化由于天然蚕丝在各段上纤度不一致，使真丝织物具有天然的质感。异纤化是人为地使一束丝中有不同纤度的纤维存在，一般束丝中由2~3个组分组成，每个组分又由少则几根，多则几十根纤度均匀的单丝组成，可以获得较好的天然感。另外，采用异纤化方法可提高仿丝织物的身骨，使之具有柔而不烂的风格。在混纤过程中，各组分的总纤度及束丝中最粗组分的纤度和最细组分的纤度需保持在合适的比例，使织物的风格最接近真丝。一般认为，将粗旦丝的总纤度控制在约40％左右。如果过大，会使织物缺乏飘逸感，但如果过小，使织物显得"身骨"不强。其它方法聚合物改性异收缩混纤丝复合丝变形丝加捻处理SILDOME超细纤维的定义美国的PET委员会将0·3~1.ldteX及以下的纤维定义为超细纤维AKZO公司定义0·3dtex以下的纤维为超细纤维，意大利的超细纤维则是指0·5dtex及以下的纤维日本是指0·01~0.8dtex及以下的纤维。而我国一般把0·9~1.4dtex的纤维称为细特纤维0.55~1.ldtex的纤维称为微细纤维0.55dtex以下的纤维称为超细纤维。国际上最细能做到0·000ldtex的超细纤维，这意味着只要4g重的这样的纤维，就可以把地球和月球连接起来。超细长丝的生产（1）

－直接纺丝法改进法利用常规纺丝设备和工艺，根据成纤高聚物特性，改进纺丝设备，选择适当的纺丝拉伸工艺参数，使纤维细度达到要求的方法。在熔融纺中，应注意选择比较精密的喷丝板，适当降低聚合物黏度，熔融纤维挤出时需要比较严格地控制冷却条件。超拉伸法通过将拉伸丝在其玻璃化温度以上20~60℃下进行超拉伸，拉伸倍数可达20~40倍。用直接纺丝方法获得的单组分超细纤维，后道工序无需进行复杂的加工。但直接纺丝容易出现毛丝或断头，缺少超细纤维的某些独特风格，很难获得高质量的织物手感。超细长丝的生产（1）

－复合纺丝法海岛型分离型或剥离型多层型扁平并列型纤维分割后可得0.2～0.3d扁平丝，与皮肤不粘着，有“天使皮肤”的手感0.1～0.2d剥离法细旦丝桔瓣形细旦复合纤维定岛纤维超细短丝的生产方法熔喷纺丝法闪蒸纺丝法共混纺丝法超离心纺丝法表面溶解法湍流凝固原纤化法捶打原纤化法爆发法细旦纤维的性能特征

细旦纤维的性能特征：几何特性，表面特性，光泽特性和力学特性。几何特性：弯曲刚度(J)=πρnEd4/64其中为n为形状因子，一般纤维为0.59

1.0（真丝0.59，尼龙0.91）;E为模量(N/tex)，一般纤维的E值为8

25N/tex;ρ为纤维密度(g/cm3)，一般纤维的密度为0.9-1.6g/cm3；d为纤维直径。细旦纤维织物紧密，功能性（防水，防风，透湿和绝热性等）也得到改善，因为水滴的最小直径约为100μm，人体散发的水蒸汽微滴的直径约为0.0004μm，加上由于纤维变细后相同面积织物中总空隙率增加，织物就具有良好的阻水、透湿性，透气性也会改善。纤维变细的缺点是，织物折绉性增加、抗磨性降低、织物回弹性下降。当然这些缺点可经整理加工得到一些解决。

几何特性纤维变细后，相同重量的纤维所含纤维根数增加，纤维比表面积增大使纤维的覆盖性，蓬松性和保暖性提高；由于表面立起的细纤维形成无数个微细的凹凸结构，相当于形成无数个毛细管，因此织物毛细芯吸效应有明显的增加，它能起到传递水的作用，大大改善织物的吸湿性。纤维纤度还与染色深度和上染率有关，与吸收浆料有关，纤维愈细吸收浆料愈多，退浆困难。表面特性纤维变细后，相同重量纤维的表面和内部的反射面积增大，反射次数增多，使反射光较柔和，具有丝光效应；但同时由于表面反射率增大，发色性就较差(色深度，清晰度和鲜明度），因此，欲染与普通纤维同样染色深度的细旦纤维时消耗的染料就要多得多。光泽特性细旦化使纤维具有高的比强度和低的断裂伸长率，但单丝的绝对强力降低，起毛起球现象可得到改善。纤维愈细，这种倾向愈显著；纤维变细后，还使纤维具有高的可绕性和扭转性。这也是由于纤维的抗弯刚度和抗扭刚度与直径的四次方成正比有关。

力学效应细旦纤维的应用实例一，超高密度透湿防水织物作用示意图二，锲形超细纤维（仿貂皮）混纺超细纤维和粗纤维其它应用仿麂皮仿真丝高效清洁布料过滤材料吸液材料保温材料以异材质、异纤度、异截面、异收缩为特征的多异纤维经织造、染整处理后，会赋予面料特殊的观感、触感和性能。关键技术在于喷丝板的设计和制造，复合纺丝组件的设计和制造，以及纺丝工艺技术。异形纤维异形纤维的概念所谓异形纤维，就是模仿天然生物材料形状，经一定几何形状(一般为非圆形)喷丝孔，纺制得具有特殊截面形状的化学纤维。例如：天然材料截面结构蚕丝三角形棉中空腰果形麻中空多角螺旋结构发展历程国外国内七十年代中期，我国开始研制异形纤维，至今已有了较大发展。时间国家事件1953年美国杜邦膨化粘着法，三角形继而德国研制出五角形纤维60年代日本开始研制异形纤维异形纤维的分类三角形系列中空异形系列多角或多叶形系列扁平形系列其它异形三角形系列纤维三角形截面纤维中空异形系列纤维三角形中空截面纤维椭圆中空截面纤维

多角或多叶形系列纤维三叶形截面纤维五角形截面纤维

扁平形系列纤维扁平形截面纤维（3.3dtex）

其它异形纤维哑铃形截面纤维W形截面纤维异形纤维的特性具有优良的光学性能良好的手感抗起毛起球性好优良的蓬松性和透气性染色性能好较低的透明度和较强的耐污性圆形纤维与异形截面纤维比表面积的比较异形纤维的制法膨化粘着法异形纺丝孔法复合纤维分离法载体法后加热处理法挤压成型法喷丝板旋转法膨化粘着法合理利用巴拉斯效应(Baruseffect)(流体胀大)纤维纺丝模拟示意图

单孔和三孔中空纤维纺制三角单孔中空纤维喷丝孔及纤维截面纺制三角三孔中空纤维喷丝孔及纤维截面四孔和多孔中空纤维纺制四孔中空纤维喷丝孔及纤维截面

纺制多孔中空纤维喷丝孔及纤维截面

九孔纤维九孔中空纤维截面图

异形纺丝孔法喷丝板孔形截面积/mm2

当量直径/mm长径比当量异形度/%圆形0.0710.3003.00—C形0.2080.0192.6276.1三瓣形0.2380.2342.5670.8条形0.1050.2172.7675.9Y形0.1500.2702.7863.5几种异形喷丝板的特征尺寸

常用异形喷丝板的汇总复合纤维分离法PET/PA6橘瓣形纤维截面

其它纺制方法生产方法特点载体法以某一纤维为载体，然后在此纤维的表面沉积与要生产的纤维具有相同的化学物质，最后将载体除去。后加热处理法如将圆形截面纤维按一定的排列密度，密实地导入加热辊之间的缝隙中使纤维异形化。对于金属和有机纤维，可制备哑铃状或骨形纤维。挤压成型法如在丝条未完全固化时，对圆形截面纤维施加压力，将其挤压成异形纤维。喷丝板旋转法采用重叠两块具有变形孔的喷丝板，通过相对旋转使纤维截面沿纵向发生周期性变形的方法。异形纤维的用途仿毛、仿丝、仿麻织物制造土工布织物做过滤材料保暖制品工业用制品增强复合纤维材料Multi-holeHollowFiberNine-holeHollowFiber多孔三维卷曲纤维高中空PET，轻量保温，表观比重0.8，可制作保温衣、海员衣等井字形中空纤维，超轻量，超蓬松中空多孔高保水、保温、透气纤维多孔、高保水、保温、透气纤维

20％保水率仿麻纤维良好的蓬松和回弹性，易导汗

可制作毛巾、手帕和纱布等藕形纤维，有良好的光学藏污性

和保温性，可制作地毯、充填材料等在工程中的应用及发展趋势水泥混凝土领域沥青混凝土领域滤布、中空纤维膜材料保温材料吸音材料增强复合材料非织造布领域水泥混凝土领域适用纤维：三叶形、五叶形、中空异形等纤维优势：表面积大，表面的粗糙程度大，界面接触表面和物理接触力大，界面间的握裹力大。例如：专利CN1152054，Y形专利JP228508，扁平形，凹凸表面沥青混凝土领域纤维的作用：增粘作用、增韧作用、增强作用以及填充等作用。作用途径：主要通过纤维吸附(表面)及吸收(内部)沥青来实现。德兰尼特纤维德兰尼特AC纤维的表面与截面图异形纤维在沥青中作用机理三叶形纤维截面W形纤维截面图在沥青中的应用趋势适用纤维：三叶形、W形、异形中空等纤维优势：表面积大，内、外部吸附能力强。另据报道：东丽公司已研制出了三叶形断面的PAN原丝及碳纤维。过滤材料领域应用领域：过滤材料以及空气净化材料优势：表面积大，吸附性能好，机械强度高，过滤效率高。适用纤维：异形纤维中的T、Y形及中空等截面纤维。过滤材料领域应用领域：香烟过滤咀优势：大表面积、空隙率高、吸附更多有害物质。适用纤维：Y形或V形复合，圆形中空，树枝形等纤维。过滤材料异形纤维在其它方面也有部分应用，如在过滤材料中有奥地利InspecFibers公司的P84过滤毡，其纤维截面呈叶片状（如图），日本东洋纺的三叶形聚苯硫醚（PPS）Procon纤维滤布。超滤材料领域应用领域：超滤材料、中空纤维膜材料、人工肝肾等实例：东华大学的人工肾器官保温材料领域优势：中空度大；空隙率高；加入制品中，导热系数降低。适用纤维：中空、多叶形等截面纤维。实例：专利CN1336350中，四～九孔纤维制得保温材料。吸音材料领域优势：多孔性；空隙率高；柔软性及弹性。作用机理：声波在夹缝和微孔中产生摩擦，因粘滞性和热传导效应消耗声能。适用纤维：中空纤维、多叶形等截面纤维增强复合材料领域阻裂作用机理复合材料的单丝拔出试验图增强复合材料领域优势：界面粘结强，有利于应力从基体向纤维传递。适用纤维：哑铃状或骨形纤维、螺旋形纤维、凸端短纤维和竹状短纤维等。NOVOMESH纤维NOVOMESH纤维的作用机理与凸短纤维相似NOVOMESH纤维外形图

非织造布领域优势：比表面积大，纤维/粘接剂的粘接界面增加，非织造布的拉伸模量和断裂强度得到提高。适用纤维：三角形、W形、Y形、多叶形纤维异形纤维的其他应用领域应用领域：军事上，隐身领域。适用纤维：U形、W形、Y形、箭形、中空三角等碳纤维实例：美国的F－117、B－2和F－22隐身飞机异形纤维的其他应用领域应用领域：工业卫生领域，毛刷类产品。适用纤维：X、H等多叶形纤维优势：表面积大，吸附性好，清洁程度高。仿生纤维一门新的学科—仿生材料学正在兴起

材料科学是当前最重要的高科技之一，已取得了长足的发展。目前，人们已可以根据需要，设计和制造出多种多样的材料来。但是迄今为止，人类还无法仿制出一些与人类生活密切相关的材料，如天然骨、珍珠、蚕丝、贝壳等天然生物材料。每年数以百万计的骨病患者，还只能依靠金属、陶瓷、复合材料等制成的人工骨来进行治疗。因此，对天然生物材料的结构、性能和生长机理的分析，以及进行复制是当今材料科学研究的重大前沿课题。WildSilkyTouchFabric,”SILDOME”,TeijinCultivatedsilkWild

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

Vol.57,No.10(2001)

运用生物工程仿制蜘蛛丝

从上世纪90年代开始，美国投入很大力量从事这项研究工作，并已取得许多重要成果。蜘蛛丝是庞大的天然生物材料中的一员。天然蜘蛛丝是世界上最结实坚韧的纤维之一。它比高强度钢或用来制作防弹服的Kevlar纤维更坚韧,更具弹性和耐磨性，纤度仅为真丝的1/10，强力是相同纤度钢丝的5-10倍。据计算，一根铅笔粗细的蜘蛛丝束，能使一架正在飞行的波音747飞机停下来。蜘蛛丝的卓越强伸度Kevlar

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

运用生物工程仿制蜘蛛丝(1)

杜邦公司开发成功利用人造基因制备的具有蜘蛛丝特性的蛋白质分子。他们取出蜘蛛的产丝腺体，在破译蜘蛛丝的蛋白质代码的基础上制成人工合成基因。将这种人造基因移植至酵母或细菌中，生长出一种球状蛋白质材料。将这种蛋白质溶解在溶剂中，再制成蜘蛛纤维。 运用生物工程仿制蜘蛛丝(2)加拿大魁北克的科学家，将人工合成的蜘蛛蛋白质基因植入山羊的乳腺细胞中。不久，基因被改变的山羊产出的奶中就含有蜘蛛丝的蛋白质了。加拿大Nexia生物技术公司总裁杰夫·特纳说，这种蛋白质能够制造出轻得令人难以置信的织物，还可降解，这种材料被称之为“生物钢”。生物化学家们认为，“生物钢”有广阔的应用前景，它在很多方面都优于石油化工产品。服用纤维的仿生仿生纤维的开发在本世纪也是非常重要的一个领域。不仅是形态和功能上，要从结构和色彩、审美的观点和