超細(xì)纖維的研究與應(yīng)用

李君喜，錢 幺

（五邑大學(xué) 紡織材料與工程學(xué)院，廣東 江門 529000）

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們的生活越來越好，紡織領(lǐng)域的發(fā)展也越來越廣闊，最初的模仿天然纖維改性難以滿足人們的需求。所以，致力于研究纖維的創(chuàng)新化、舒適化、時尚化、實用化、綠色健康化是絕大部分紡織企業(yè)的一種趨勢[1]。

目前，關(guān)于超細(xì)纖維的定義并不明確，我國紡織行業(yè)內(nèi)部將單纖維線密度小于0.4 旦（0.44 dtex）的纖維稱為超細(xì)纖維；線密度在0.4～1.1 旦（0.44～1.1 dtex）的纖維稱為細(xì)特纖維。超細(xì)纖維超細(xì)的線密度使得本身以及制成品具有許多獨特的風(fēng)格和性能。超細(xì)纖維作為一種具有高性能、高附加值的纖維，在各領(lǐng)域的應(yīng)用漸漸擴大，呈現(xiàn)不可阻擋的趨勢[2]。

1 超細(xì)纖維的生產(chǎn)方式

利用不同的生產(chǎn)方式，可以制得不同纖維細(xì)度、種類豐富、功能多樣化的超細(xì)纖維。主要生產(chǎn)方式有直接紡絲法、復(fù)合紡絲法、共混紡絲法3種，除此之外，還有噴射紡絲法、閃蒸法、離心紡絲法、靜電紡絲法以及后來發(fā)展的離心靜電紡絲法等。利用復(fù)合紡絲機械（或化學(xué)）剝離可得到裂離型超細(xì)纖維，利用復(fù)合紡絲溶解（或水解）法可得到海島型超細(xì)纖維。前者適合生產(chǎn)單絲線密度0.33～0.55 dtex的長絲，后者則適合生產(chǎn)更細(xì)的纖維（0.000 1～0.110 0 dtex）[3]。下面簡單介紹幾種超細(xì)短絲的生產(chǎn)技術(shù)。

1.1 熔噴紡絲法（噴射紡絲法）

熔融聚合物在噴絲孔吐出時，用熱風(fēng)吹散的形式將其擠壓細(xì)化，再經(jīng)過收集裝置成網(wǎng)。該方法操作容易、設(shè)備簡單，得到的非織造布成形性好，但是纖維的分子取向度低，制品中易夾帶粒狀或繩狀高聚物。

1.2 閃蒸法（瞬時紡絲法）

閃蒸法（瞬時紡絲法）是干法紡絲比較特殊的一種，所得纖維線密度一般為0.1～0.3 dtex，最早是由杜邦公司研究員White發(fā)現(xiàn)。該方法是將成纖高聚物在高溫高壓條件下溶于特殊溶劑配制成一定濃度的均相紡絲液，在噴絲孔的壓力降低時，溶劑吸收大量的熱量快速蒸發(fā)，使得聚合物快速冷卻結(jié)晶、高度取向，從而形成超細(xì)纖維叢絲。這種方法所得纖維線密一般為0.1～0.3 dtex，且能夠形成一個整體、連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)狀纖維，生產(chǎn)的非織造布具有較好的強度和抗撕裂、耐穿刺性能，可用于工業(yè)、軍事、醫(yī)藥等領(lǐng)域[4]。

1.3 離心紡絲法

離心紡絲是一種新型的納米級纖維制備技術(shù)，高速旋轉(zhuǎn)的裝置產(chǎn)生離心力作用，置于裝置內(nèi)部的樣品由于離心力被甩出成絲。技術(shù)簡單，低成本高效率，可用于生產(chǎn)金屬材料、復(fù)合材料、陶瓷等。

1.4 靜電紡絲法

靜電紡絲最早起源于靜電噴射現(xiàn)象中，讓靜電紡絲制備超細(xì)纖維實現(xiàn)工業(yè)化成為可能。靜電紡絲法有溶液靜電紡絲和熔融靜電紡絲。溶液靜電紡絲法應(yīng)用到的溶劑在生產(chǎn)過程會揮發(fā)造成紡絲率低、污染環(huán)境、傷害人體健康等問題；熔融靜電紡絲生產(chǎn)過程不需經(jīng)過化學(xué)溶劑的處理，是比較綠色安全的一種生產(chǎn)方式。

靜電紡絲技術(shù)是一種不同于常規(guī)的制備納米級超細(xì)纖維的新型加工技術(shù)。利用靜電紡絲可以直接獲得直徑4～500 nm的超細(xì)纖維膜，Qiu和Park等分別利用靜電紡絲制備的PPV和IUPAC，纖維直徑可達(dá)4 nm、20 nm。利用靜電紡絲制備納米級超細(xì)纖維在生物醫(yī)藥、過濾材料、防護面料等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大作用。

2 超細(xì)纖維的性能

2.1 高吸水性

超細(xì)纖維有著特殊的結(jié)構(gòu)，纖維變細(xì)后比表面積增大，織物中空隙小且多，吸濕性提高，織物的毛細(xì)芯吸效應(yīng)明顯增強，能吸收更多的水分。許多無毒、吸附性好的可用作生物醫(yī)用材料。

2.2 高清潔能力

由于纖維細(xì)度小和比表面積大，纖維之間的間隙多而密，能夠?qū)m埃吸附進來，從而具有很強的去污去油效果。同時，極細(xì)的纖維尖端能夠有效進入肌膚的毛孔深處，高效清潔皮膚中的殘留物，可用于制作皮膚清潔棉。

2.3 過濾性

過濾材料對雜質(zhì)的過濾效果與纖維之間的空隙、比表面積有著極大關(guān)聯(lián)。過濾材料纖維間隙越小，比表面積越大，雜質(zhì)微粒與纖維充分接觸，從而停留在纖維中的可能性越大。所以，超細(xì)纖維可用作過濾材料。

2.4 保暖性、舒適感及光澤感

超細(xì)纖維線密度極低，卷曲模量低，纖維的彎曲強度和重復(fù)彎曲強度明顯增高，纖維表面存在的細(xì)絨毛與皮膚表面形成靜止的空氣層，成品溫暖舒適又柔軟。同時纖維超細(xì)化后，纖維結(jié)構(gòu)改變，當(dāng)外界光線照射在織物上，織物反射光變強，形成真絲般的高雅光澤。

2.5 防水透氣性

超細(xì)纖維因單纖極細(xì)，織物有很高的密度，纖維間隙比雨滴直徑小，不用涂料就可防雨防水，而人體散發(fā)的蒸汽間隙又小于纖維間隙，所以又能透氣。

3 超細(xì)纖維的應(yīng)用領(lǐng)域

超細(xì)纖維特有的結(jié)構(gòu)與性能使得它在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。具有高技術(shù)、高附加值的超細(xì)纖維不僅在時尚衣物領(lǐng)域獨樹一幟，而且在生物、醫(yī)學(xué)、電子、水處理行業(yè)也被廣泛應(yīng)用。

3.1 仿真絲

超細(xì)纖維仿真絲織物不僅在外觀和服用性能上越來越接近真絲綢，有真絲綢的柔滑、光澤、手感。用超細(xì)纖維制作真絲織物高檔大方、柔軟舒服、細(xì)膩又時尚。隨著超細(xì)纖維仿真絲技術(shù)的提高和發(fā)展，仿真效果甚至可超越真絲，達(dá)到天然真絲達(dá)不到的手感和舒適。

3.2 仿麂皮和人造合成革

天然麂皮的資源十分有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。麂作為一種稀有的動物，特別是黑麂已經(jīng)瀕臨滅絕，用天然麂皮制作革不符合我國人與自然和諧共生、可持續(xù)發(fā)展的理念。超細(xì)纖維仿天然皮革的出現(xiàn)為解決真皮資源缺乏和環(huán)境保護問題提供了一條明路。用超細(xì)纖維仿麂皮制成的織物曾被稱為“劃時代的衣料”，可具有天然獸皮的“書寫效應(yīng)”“白霜感”和“立體感”，而且穿著柔軟舒適、透氣透濕、保形性好，是天然皮革的良好代用品。用超細(xì)纖維仿麂皮和天然皮革，既可達(dá)到天然麂皮的外觀和質(zhì)地，又可克服天然麂皮易霉、易變形、生硬、透氣性差的缺點[6-8]。

3.3 高性能清潔抹布

高效清潔布料屬于超細(xì)纖維發(fā)展的第5代產(chǎn)品。纖維彎曲性好，柔軟性好，纖維觸角能夠深入清理物品死角，能夠有效清除污物且不會損傷儀器，可作為精密儀器或光學(xué)玻璃鏡的清潔布。

3.4 吸液材料

超細(xì)纖維織物，纖維間隙小，表面積大，無定形區(qū)多，能夠形成毛吸效應(yīng)，具有良好的吸附性。許多無毒、吸附性好的聚合物制成的納米級纖維無紡布可用作生物醫(yī)用材料。該無紡布具有高吸附性，可用作植入器官、組織載體的基礎(chǔ)物質(zhì)。利用超細(xì)纖維吸附性好的特點，可用作吸液毛巾、紙尿褲、醫(yī)用高吸液材料等。

3.5 高密度防水透氣織物

細(xì)纖維經(jīng)緯絲在織物中更加貼緊，形成高密度的織物結(jié)構(gòu)，單位面積單絲數(shù)量增高了數(shù)十倍，其纖維間距介于水的分子之間的距離。這樣不僅改變高密織物手感硬、彈性差的缺點，又結(jié)實、防水、透氣，可用于制作風(fēng)衣、雨衣等一些易攜帶的日用紡織品[9]。

3.6 保暖材料

纖維變細(xì)后，一方面，同種質(zhì)量下，纖維根數(shù)會增多，另一方面，細(xì)纖維有較高的可繞性和扭轉(zhuǎn)性，所制成的織物有著很好的蓬松性、覆蓋性，同時能夠鎖住空氣，形成穩(wěn)定的空氣流，起到保暖的效果，可用作冬天服飾、被子等保暖材料。

3.7 電池隔膜及其他應(yīng)用

靜電紡絲法生產(chǎn)的超細(xì)纖維空隙更小，且數(shù)量密集，微量物質(zhì)能夠通過。該方法生產(chǎn)的電池隔膜可以使陰陽兩極持續(xù)反應(yīng)，延長電池使用壽命。其他應(yīng)用包括超細(xì)纖維也用作仿桃皮絨織物、過濾材料、增強體、減阻材料、滲透膜、貝類及海藻抑制層等。

4 發(fā)展趨勢

超細(xì)纖維作為一種新的高性能、高附加值的纖維材料受到人們的喜愛，隨著科學(xué)水平和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，超細(xì)纖維的領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤晟婆c擴大，在生物工程、醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域會出現(xiàn)更新的技術(shù)。

4.1 更加注重綠色、環(huán)保、健康發(fā)展

考慮到可持續(xù)發(fā)展，超細(xì)纖維技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展應(yīng)當(dāng)堅持綠色、環(huán)保、健康的宗旨，開發(fā)出更先進、更綠色、更環(huán)保、更健康的產(chǎn)品[10]。

4.2 開發(fā)領(lǐng)域不斷擴大

隨著超細(xì)纖維性能逐漸被挖掘，超細(xì)纖維將不但可以在服用、生物、醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，還可以用于特種作業(yè)、航天航空、軍事、航海等。特別是把紡織材料與化學(xué)、物理、建筑等學(xué)科密切聯(lián)系，研發(fā)前所未有的產(chǎn)品。

4.3 改進生產(chǎn)方式，建立創(chuàng)新型企業(yè)

由于超細(xì)纖維具有高性能、高附加值，市場的惡意競爭可能導(dǎo)致某些企業(yè)為了賺取更多利潤，按照陳舊的生產(chǎn)模式，一些超細(xì)纖維生產(chǎn)方式對環(huán)境造成污染，不利于健康可持續(xù)發(fā)展。改進生產(chǎn)方式、建立創(chuàng)新型企業(yè)不僅是為了企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，也是社會發(fā)展大勢所趨[11]。

4.4 更加傾向自主研發(fā)

雖然我國超細(xì)纖維的發(fā)展比較遲，但是發(fā)展技術(shù)不斷進步，超細(xì)纖維已經(jīng)涉及眾多領(lǐng)域，同時，我國成為人造革出口最多的國家。但是，與美國、日本等一些國家相比，我國超細(xì)纖維發(fā)展技術(shù)仍然相對落后。因此，必須加快產(chǎn)品自主研發(fā)、攻克技術(shù)難關(guān)，開發(fā)出更加優(yōu)良的功能性新材料，提高我國在國際市場的競爭力。