国际超细纤维开发动向与发展趋势
发表时间:2016-05-24    作者:刘树英  发表评论()

  随着经济全球化,市场国际化,以及纤维技术的开发与进步,具有特异功能性的超细纤维材料受到了人们的关注和青睐。超细纤维以其超乎寻常的细度所带来的独特的功能性,良好的悬垂性透析性、穿着的舒适性吸附性、犹如真丝的外观,以及接触其纤维的表面时,给人的全新天然质感而风摩国际市场。目前国际上对超细纤维的研究开发进展迅速,尤其日本和欧美各国,对超细纤维的研制生产及产品的创新开发成效显著。

  超细纤维的发展历程

  纤维的超细化是人类长期以来的追求,在早期使用的天然纤维中细度最小的羊毛、蚕丝代表着雍容华贵,受到人们的青睐。但纤维真正意义上的细旦化始于复合纺丝技术的合成纤维成功开发。合成纤维的超细化源于人们对天然纤维的不断模拟与超越,同时对纤维材料功能的不断开发和追求,成为化学纤维向高技术、高仿真化方向发展的新一代合纤的典型代表,其发展历程可分为以下几个阶段。

  第一阶段:最初的超细纤维是对羊毛的模仿。纤维超细化的源流可上溯到20世纪40年代。即仿羊毛纤维二相结构的双组份复合纤维(共轭纤维)的人造丝时代。最先利用合成纤维成功地使双组份复合纤维实用化的是美国的杜邦公司。该方法利用并列复合使纤维产生自卷曲获得成功,杜邦公司先后纺制出聚丙烯腈和聚酰胺复合细纤维。

  第二阶段:其后的超细纤维是对蚕丝的模仿。1960年左右,日本纺织公司对蚕丝的模仿,首批商业化双组份复合纤维问世,结构较简单,采用并列型,皮芯型。但是这种单根细的合成纤维应用时与普通合成纤维比较,手感太软、使织物显出质量过剩现象,伸长恢复能力低、染色差等问题。随后在1965年,日本东丽、钟纺、帝人、可乐丽等公司利用不同的方法开发出多层结构化的特殊纺丝法和剥离法,成功地制造出各具特色的超细纤维,例如多芯型、分裂型、放射型等复合纤维。后来在制造仿麂皮技术上取得成功与突破,细微的天然麂皮可用超细纤维仿制。再后来细旦纤维成为当代合成纤维工业生产高档人造麂皮的原料,并在市场上受到欢迎。

  第三阶段:随着合纤工业的发展和消费者对性能要求的不断提高,70年代曾经历了对合纤的改性时期。但单纯模仿天然纤维性能的改性难于满足消费者的需求。到80年代,各大企业一方面继续着眼于合成纤维的天然化,同时又致力于发现化学纤维所具有的特种功能性,用高超的技术手段开发出了天然纤维也难以比拟的具有高性能、高附加价值的纤维材料,“新合纤”就是以超细纤维为代表的新型纤维材料。

  第四阶段:1986年至今,是全球研究和发掘超细纤维功能的时代,主要探索超细纤维所具有的特性与功能。超细纤维良好的性能得到肯定,应用领域不断拓宽,各国的许多大公司推出聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等新超细纤品种,为进一步开发超细纤维在更广泛领域内的应用提供了依据,也为开发超极细纤维展现了新的前景。目前世界纤维主要产品中以超细纤维最受瞩目,现在主要生产超细纤维的国家及地区为日本、美国、西欧。

  超细纤维的市场前景

  当前,超细纤维已经成为全球各个纺织生产企业开发高档纺织品的热点纺织原料,它的使用能有效提高产品的档次和附加值,具有无可替代的巨大市场潜力。

  据美国《Fiber Organon》的权威统计,2011~2015年间,世界合成纤维(除聚烯烃纤维)产能增加2166.52万吨,年均增长率为8.9%。如果包括聚烯烃纤维的生产能力(681.1万吨)在内,2015年世界合成纤维生产为8174.62万吨,比上年增加1.9%,增加1988.64万吨,年均增长率为7.2%。该统计指出:在年产量增加1988.64万吨中,以超细纤维、差别纤维等特种纤维的增加为主。
在特种纤维方面,另据美国纺织纤维产业联盟(USTIA)的“2015年度调研报告”:目前全球特种纤维的产量虽不到全球合成纤维总产量的10%,但品种却占全球化纤品种总数的70%~80%,产品应用也日益广泛。USTIA的报告指出:预计到2016年世界特种纤维需求量将会超过500万吨;到2020年其需求量将可能突破2000万吨,达到全球合成纤维总产量的25%以上,年均增长率约为65%。

  又据《Fiber Organon》最新全球调查数据显示:2010~2015年全球超细纤维革产量保持了9.6%的年复合增长率,其中2015年全球超细纤维革产量为 1.65亿平方米,同比增长8.4%。随着主要生产企业新增产能的逐渐释放,预计2020年全球超细纤维革产量将突破2亿平方米达到2.40亿平方米。《Fiber Organon》的调查也认为:复合超细纤维生产技术和产量有望出现较大的发展,今后5~10年间增长速度最快的仍将为涤纶超细纤维,预计到2020年全球涤纶超细纤维产量将增至50~100万吨/年。因此,超细纤维市场前景十分看好。

  来自欧洲纺织品协会(EPTAP)的一项最新调查报告则显示:2015年,全球特种纤维市场规模达到142.6亿美元(约合人民币740亿元),预计到2020年,随着市场对轻型高强度复合材料需求不断增长,这一数据也将提高至282.5亿美元(约合人民币1791.7亿元),期间年复合增率达到12.19%。

  EPTAP的调查报告认为:以全世界65亿人口计算,人均消费量为4.5kg超细纤维;随着时间的推移,世界人口在不断增加,对化学纤维的依赖性逐年增加,预计2050年全世界人口将达到118亿。消费用化纤原料将绝大部分是超细纤维,在化学纤维发展中,为了使人类消费用面料的性质类似于天然纤维,具有天然纤维的优点,用穿舒适,透气性、悬垂性好等因此加快发展超细纤维是十分紧迫的大事。

  超细纤维的性能特点

  目前国际上对超细纤维没有十分准确的定义,各国的定义略有不同,但都以线密度为定义标准。德国纺织品协会将PET线密度低于1.2dtex、PA线密度低于1.0dtex的单纤称为超细纤维;美国PET委员会认为纤度03~1.0dtex为超细纤维;意大利则将0.5dtex以下的纤维称为超细纤维;日本化纤行业普遍将纤度低于0.3dtex的纤维称为超细纤维;我国把0.55~0.9dtex的称为微细纤维,0.55dtex以下的称为超细纤维。

  1、对纤维细度的测定

  一般用超细纤维组成的长丝细度来表示。如长丝dtexl56f256表示长丝支数为156dtex,由256根微细纤维复合而成,将156被256除即得每根单丝细度为0.6dtex。

  合成纤维复合丝支数分粗、中、细支及更细支四类,纱的细度以支数表示,其测试结果以decitex或dtex表示(分号、简写为dtex或detex)。

  单纤维根数乘以g/10km,如:一合成纤维纱以167f48表示,万米纱的重量为167克;f表示纱中的纤维根数,即48根。这个概念对于功能性织物十分重要:假如长丝支数除以纤维根数在上例中167/f48≌3.5,如果纤维根数不变,纱支数dtex越小,则单根纤维细度越细,若低于1,则纤维为较细的。

  2、超细纤维的分类

  超细纤维按生产工艺分类有:

  ①分裂片型:一般都是两组份长丝,用来做纺织面料,然后再在机械力(一般都是水刺法)或化学法(碱液处理)开纤,使得纤维细化,得到细密的绒感。

  ②海岛型:一般都做成无纺布,然后含浸PU树脂再进行开纤,一般是用来做运动鞋、皮料的。海岛纤维是将一种聚合物分散于另一种聚合物中,在纤维截面中分散相呈“岛”状态,而母体则相当于“海”,从纤维的横截面看是一种成分以微细而分散的状态被另一种成分包围着,好像海中有许多岛屿。其“岛”与“海”成分在纤维的轴向上是连续、密集、均匀分布的。在生产过程中,它具有常规纤维的纤度,但是用溶剂把“海”成分溶掉,则可得到集束状的超细纤维束。

  3、海岛型超细纤维的种类

  一般而言,在海岛纤维中,岛的比例越高,其纤维的最大可拉伸倍数就越小,即可拉伸性能越差。

  海岛纤维的岛组分一般采用聚酯(PET)或聚酰胺(PA);海组分可以是聚乙烯(PE)、聚酰胺(尼龙6或尼龙66)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PvA)、聚苯乙烯(PS)以及丙烯酸酯共聚物或改性聚酯等。岛的数量从16、36、64到200,甚至可以达到900或900以上。海与岛的比例从原来的60:40演变为20:80,甚至10:90。目前,市场上流行的海岛型超细纤维中,岛的组分为聚酯,海的组分为可溶性聚酯,岛在纤维中呈长丝状,数量为36,海与岛的比例为20:802。

  海岛纤维用途广泛,品种较多,主要有:常规海岛型超细纤维、芳族海岛型复合短纤维和染色性能良好的海岛复合纤维。

  4、超细纤维的特殊性能

  目前,多数企业把0.1~0.5dtex以下的纤维统称为超细纤维,它的显著特点是纤度和直径均大大低于普通纤维,其直径小于5μm,纤维细度是头发丝的1/200,是普通化学纤维的1/20。事实上只有细度低于0.5dtex的纤维其质量特征才真正符合超细纤维的特点,最细纤度已达到0.0001dtex,这些纤维叫超极细纤维。因此,超细纤维与普通纤维相比具有以下特殊性能:

  ①几何特性。超细纤维的单丝纤度和单丝截面直径比真丝或任何天然纤维都小,其织物紧密,功能性得到改善。可带来几何特性的微气室效应,使织物具有透湿防水功能,且增加保温隔音性能,具有明显的特殊毛细现象和穿着舒适性。

  ②力学特性。超细纤维单丝强度低而比强力高,与同旦数的非超细纤维相比,其纱的总强度高。还具有较低的伸长,高可挠性和高扭转性。适用于复合材料中的补强材料与高级衣料。

  ③质量特性。超细纤维的质量特性可以用弯曲刚度来表征。纤维弯曲刚度与其直径的四次方成函数关系,纤度稍有变化就对弯曲刚度有显著的影响。而且,随着单丝纤度下降,变形纱的卷缩率下降,回弹性和膨松性变差,有利于起绒和砂磨。因此超细纤维的手感特别柔软,由超细纤维材料制造的产品,具有细腻的绒毛、真丝般的柔软、滑糯、良好的悬垂性。

  ④光学特性。超细纤维直径大大减少使光学性能如折射率、透光率、反光性有很大改变,纤维集合体的表面对光的漫散射增加;而且由于超细纤维排列密度大,单位面积上反射入射光的各个独立反射表面小,但数量多。故其反射光泽比较柔和,具有丝光效果。

  ⑤表面特性。超细纤维单纤维纤度小则具有较大约比表面积,因此超细纤维织品的覆盖性、蓬松性、保暖性有明显的提高。比表面积大的另一方面:纤维与其他物质接触的机会就多,在染色和上浆时吸收浆料多,因此对染料和化学品的吸附性特别强。

  ⑥结构特性。由于超细纤维的纤度小,其集合体的高密度产品结构中更容易形成均匀分布的大量微细孔隙,产生大量的毛细网络,因此水汽在纤维集合体内的毛细效应强,不仅对水的吸附能力增强,同时透湿性良好。另外,超细纤维细而柔软,又由于超细纤维细而柔软,制备高密织物的结构容易相互缠结,在织物表面可形成浓密的绒毛,所以超细纤维织物的致密性和起绒性都相当好。

  超细纤维的功能应用

  由于超细纤维有许多不同于常规纤维的特殊性能,在许多领域有着广泛的应用。而且,由于超细纤维的纤度不同,适用的功能产品与应用种类也不同:

  1、超高密度织物

  纤度在0.5dtex~0.1dtex的超细纤维,可用于纺丝绸、高密织物;产品有外套、运动衣、休闲服等。

  将0.5dtex~0.1dtex超细纤维制成超高密织物,纤维间的空隙介于水滴直径和水蒸汽微滴直径之间,因此具有防水透气效果。因为在此种织物中纤维与纤维间的间隙只有0.2~10um。而固定水的最小粒度在100um以上,因而前者窄得足以挡住最小的雨滴,人体散发的承蒸汽又宽得足以使它逸散出去。日本帝人公司参照菏叶对水的排斥效应,采用0.1dtex纤维制成的高密度织物,能让落在织物上的雨水形成闪动的水球在其表面滚动而不让它润湿。这是因为织物中微卷的超细纤维将空气围在纱线内,而空气对水的排斥性很强,因而织物内贮空气会照水珠滚落。

  此外,超细纤维织物比微细纤维织物档次更高,因为其织物表面非常平整而空气阻力极小。在滑雪跳跃时,运动员的速度可达100公里/小时。东丽公司特意为滑雪者跳跃比赛开发了表面极光滑的面料。又如超高密织物不仅是通过织造的密度达到,而关键是通过复合纤维两种组分对溶剂的溶胀收缩性能不同达到超高密,例如钟纺公司的Belima超细纤维织物通过溶剂处理,聚酰胺组分溶胀并高度收缩,而聚酯组分收缩甚少,从而获得超高密度,钟纺的SavinaDP纤维织物也是采用这种工艺。它的结构细密,无膜,无涂层;有优良的美感性质和柔软的手感,也有较大的膨松性与透气性,较高的悬垂性,较柔和的曲光泽和较轻的重量,抗水压性能更比一般微细纤维的高密织物更胜一筹;可用于制作各种不同高档运动服,外套,羽绒夹克,罩衫,滑雪衫,高尔夫球服,风雪服和钓鱼服。

  2、高性能洁净布

  纤度在0.1dtex~0.05dtex的超细纤维,可用于高性能洁净布;产品有卫生用品、擦拭与研磨布料等。

  将0.1dtex~0.05dtex超细纤维制成高性能洁净布,具有较高的比表面积和无数的微细毛孔,因而具有很强的清洁能力,除污快而彻底,在精密机械、光学仪器、微电子及家庭等方面具有广阔的用途。尤其在技术纺织及外部服装工业上显示出优越性,如用于制作鼠标垫,可以让鼠标很容易滑动,使鼠标球很长时间保持清洁。其他如抛光布用作硬质台面层;声学上的隔音材料;高性能吸音板及音乐厅内坐席罩布等。

  超细纤维的特殊性质加上现代加工技术的保障使其产品有很大的发展潜力,应用范围更会逐步扩大。东丽公司制造的超细纤维拭镜布是日本与欧美的热门商品之一。去年东丽公司又推出了带香味的超细纤维拭镜布,其纤维的纤度不到普通纤维10%,这种由700条直径0.2×0.05dtex的聚酯线,以三元结构制成的高性能洁净布料是日本的独家产品;这种0.05dtexPP超细纤维织物结构密实,过滤性能优良,可过滤空气及液体;而且能结合较高的电压,使织物有永久性的极化,会吸引、吸收带电的灰尘颗粒。不久前,东洋公司已制出直径为1×10微米的世界最细纤维拭镜布。此类布料有很强的清洁能力,奥秘是单位面积的纤维根数越多,具有很高的比表面积和孔隙率,能吸收较多的油污、液体或灰尘。纤维柔软,不会对擦拭表面造成损伤,因而具有很强的清洁能力,并可重复使用。在精密机械、光学仪器、微电子、无尘室及家庭等方面都具有广泛用途。

  3、仿麂皮及针织布、机织布或非织造布

  纤度在0.1dtex~0.005dtex的超细纤维,可用于高性能针织品、功能性非织造布、仿麂皮;产品有麂皮绒、运动系列服装、人造皮革织物等。

  将0.1dtex~0.005dtex超细纤维制成仿麂皮及高性能针织布、机织布或功能性非织造布后,经磨绒或拉毛,再浸渍聚氨酯溶液,并经染色和整理,可制作仿麂皮、合成运动革或人造皮革织物;其织物轻薄柔软、有光滑的表面纹理,防水透气,强力好且不变形。
合成运动革及其制品在日本己形成工业化生产,主要是PET、PA或PAN的0.1dtex超细纤维生产的无纺布,采用超细纤维模拟胶原原纤维的结构,并以纤维的三维无纺结构模拟皮革中的胶原纤维编织形态,在外观、功能、触感方面模拟天然皮革,使合成革从微观结构、外观质感、物理特性等方面,都达到“仿真”效果。产品可与天然革相媲美,具有表面均匀、尺寸稳定、舒适、色泽牢固及重量轻等优点。

  4、高仿真皮革

  纤度在0.01dtex~0.001dtex的超细纤维,可用于高仿真皮革、高档时装面料、生物医用材料;产品有高档服装、鞋、家具、汽车座椅、人造血管等。

  将0.01dtex~0.001dtex超细纤维制成新型高档仿真丝织物,既具有真丝织物轻柔舒适、华贵典雅的优点,又克服了真丝织物易皱、粘身、牢度差等缺点,满足了人们对衣料多样化及高档化的要求,可应用于男士大衣,女士茄克衫,裙装,滑雪服,高尔夫球衫,高档鞋与手袋等。例如日本东丽公司的高仿真Snow deer皮革,采用了0.001dtex纤度的海岛型纤维。用它制成新一代仿Snow deer皮织物,其起绒、染整的表面起毛纤维基本设计为0.1dtex。在仿Snow deer皮织物表面必须完全由纤维短绒覆盖,用起毛机起毛后织物表面就成为一层薄薄的绒毛,丰厚柔软。又如日本帝人公司用0.005~0.001dtex的超细纤维与高收缩丝混纤制成的仿真丝绸织物,其表面形成细的绒毛,很象桃子表皮,具有柔软纤细的手感,是天然纤维所不及的。

  此外,纤度小于0.01dtex超细纤维的粗细与生物细胞接近,能够获得生物体的适用性,在血球分离材料和各种生物体医疗适用材料方面有广阔前景。特别是纤度0.001dtex超极细纤维的生物兼容性提供了在医学领域多种多样应用的潜力,如熔吹PETlemcocyte分离生产的特殊微细纤维过滤布、血液转移及血液募集等。PET超细纤维可与人的机体相容,可用于人造血管。新开发的人造血管是用日本东丽公司聚酯细目长丝和常规聚酯长丝织成的致密而柔韧的管状织物。该织物是采用0.005~0.0001旦的超级细纤维束为主体,采用针织或机织制成,再进行喷水收缩使线圈之间和纤维之间产生缠结。它对于水有渗透性,血液却不可渗透。在手术后的短时间内,人体内再生的组织会覆盖于人造血管的内壁,避免血液对人造血管的直接接触,从而大大降低了血栓形成的可能性。据报道,这种人造血管已经在日本和美国的医院里进入实用阶段。

稿件来源:《中国纤检》杂志
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