合成纖維
01
長絲
在合成纖維的制造過程中,紡絲流體(熔體或溶液)經(jīng)紡絲成形和后加工工序后,得到的長度以千米計的纖維稱為長絲。長絲包括單絲、復(fù)絲和簾線絲。
(1)單絲
原指用單孔噴絲頭紡制而成的一根連續(xù)單纖維,但在實際應(yīng)用中往往也包括由3～6孔噴絲頭紡成的 3～6 根單纖維組成的少孔絲。較粗的合成纖維單絲 (直徑為 0 .08～2mm)稱為鬃絲,用于制作繩索、毛刷、日用網(wǎng)袋、漁網(wǎng)或工業(yè)濾布;較細的聚酰胺單絲用于制作透明女襪或其他高級針織品。
(2)復(fù)絲
由數(shù)十根單纖維組成的絲條。化學(xué)纖維的復(fù)絲一般由 8～100 根單纖維組成。絕
大多數(shù)服用織物都是采用復(fù)絲織造的,這是因為由多根單纖維組成的復(fù)絲比同樣直徑的單絲柔順性好。
(3)簾線絲
由一百多根至幾百根單纖維組成的用于制造輪胎簾子布的絲條,俗稱簾線絲。
02
短纖維
化學(xué)纖維的產(chǎn)品被切成幾厘米至十幾厘米的長度,這種長度的纖維稱為短纖維。根據(jù)切斷長度的不同,短纖維可分為棉型短纖維、毛型短纖維、中長型短纖維。
(1)棉型短纖維
長度為 25～38mm,纖維較細(線密度為 1 .3～1 .7dtex),類似棉纖維,主要用于與棉纖維混紡,如用棉型聚酯短纖維與棉纖維混紡,得到的織物稱“滌棉”織物。
(2)毛型短纖維
長度為 70～150mm,纖維較粗(線密度 3 .3～7 .7dtex),類似羊毛,主要用于與羊毛混紡,如用毛型聚酯短纖維與羊毛混紡,得到的織物稱“毛滌”織物。
(3)中長纖維
長度為 51～76mm, 纖維的粗細介于棉型和毛型之間 (線密度為 2 .2～3 .3dtex),主要用于織造中長纖維織物。
短纖維除可與天然纖維混紡?fù)?還可與其他化學(xué)纖維的短纖維混紡,由此得到的混紡織物具有良好的綜合性能。另外,短纖維也可進行純紡。在目前全世界化學(xué)纖維的生產(chǎn)中,短纖維的產(chǎn)量高于長絲的產(chǎn)量。根據(jù)纖維特點,有些品種(如錦綸)以生產(chǎn)長絲為主;有些品種(如腈綸)則以生產(chǎn)短纖維為主;而有些品種(如滌綸)則兩者比例比較接近。
03
粗細節(jié)絲
粗細節(jié)絲簡稱 T&T絲,從其外形上能看到交替出現(xiàn)的粗節(jié)和細節(jié)部分,而絲條染色后又能看到交替出現(xiàn)的深淺色變化。粗細節(jié)絲是采用紡絲成形后不均勻牽伸技術(shù)制造而成,所產(chǎn)生的兩部分絲在性質(zhì)上的差異可以在生產(chǎn)中控制,其分布無規(guī)律,呈自然狀態(tài)。
粗細節(jié)絲粗節(jié)部分的強力低,斷裂伸長大,熱收縮性強,染色性好,而且易于堿減量加工,可以充分利用這些特性開發(fā)性能獨特的紡織品。粗細節(jié)絲的物理性能與粗細節(jié)的直徑比等因素有關(guān)。一般的粗細節(jié)絲具有較高的斷裂伸長率和沸水收縮率及較低的斷裂強度和屈服度。其較強的收縮性能可以使粗細節(jié)絲與其他絲混合成為異收縮混纖絲。此外,粗細節(jié)絲粗節(jié)部分易于變形、強力低等問題應(yīng)在織造、染整過程中加以注意。最初的粗細節(jié)絲為圓形絲,隨著粗細節(jié)絲生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,一些特殊的粗細節(jié)絲相繼出現(xiàn),如異形粗細節(jié)絲、混纖粗細絲、微多孔粗細節(jié)絲以及細旦化粗細節(jié)絲等,她們或具有特殊的手感和風(fēng)格,或具有特殊的吸性,多用于開發(fā)高檔織物。
04
變形紗
變形紗包括所有經(jīng)過變形加工的絲和紗,如彈力絲和膨體紗都屬于變形紗。
(1)彈力絲
即變形長絲,可分為高彈絲和低彈絲兩種。彈力絲的伸縮性、蓬松性良好,其織物在厚度、重量、不透明性、覆蓋性和外觀特征等方面接近毛織品、絲織品或棉織品。滌綸彈力絲多數(shù)用于衣著,錦綸彈力絲宜于生產(chǎn)襪子,丙綸彈力絲則多數(shù)用于家用織物及地毯。其變形方法主要有假捻法、空氣噴射法、熱氣流噴射法、填塞箱法和賦型法等。
(2)膨體紗
即利用高分子化合物的熱可塑性,將兩種收縮性能不同的合成纖維毛條按比例混合,經(jīng)熱處理后,高收縮性毛條迫使低收縮性毛條卷曲,使混合毛條具有伸縮性和蓬松性,成為類似毛線的變形紗。目前腈綸膨體紗產(chǎn)量最大,用于制作針織外衣、內(nèi)衣、毛線、毛毯等。
05
差別化纖維
差別化纖維系外來語,來源于日本,一般泛指在原有化學(xué)纖維基礎(chǔ)上經(jīng)物理變形或化學(xué)改性而得到的纖維材料,她在外觀性狀或內(nèi)在品質(zhì)上與普通化學(xué)纖維有明顯不同。差別化纖維在改善和提高化學(xué)纖維性能與風(fēng)格的同時, 還賦予化學(xué)纖維新的功能及特性,如高吸水性、導(dǎo)電性、高收縮性和染色性等。由于差別化纖維以改善仿真效果、提高舒適性和防護性為主,因此主要用于開發(fā)仿毛、仿麻、仿蠶絲的服用紡織品,也有一部分用于開發(fā)鋪飾紡織品和產(chǎn)業(yè)用紡織品。
06
異性纖維
在合成纖維紡絲成形加工中,采用異形噴絲孔紡制的具有非圓形橫截面的纖維或中空纖維稱為異形截面纖維,簡稱異形纖維。目前,異形纖維的種類已有數(shù)十種,市場上出售的聚酯纖維、聚酰胺纖維及聚丙烯腈纖維,大約50%為異形纖維。
上圖為幾種制造異形纖維所用噴絲孔的形狀(上)和相應(yīng)纖維橫截面的形狀(下)。
需要說明的是,采用圓形噴絲孔濕紡所得纖維(如粘膠纖維和聚丙烯腈纖維)的橫截面也并非正圓形,而可能呈鋸齒形、腰子形或啞鈴形等。盡管如此,她們并不能稱為異形纖維。不同截面的異形纖維性能各異,在紡織品開發(fā)中的作用也不一樣。與普通圓形纖維相比,異形纖維有如下特性:
(1)光澤性和手感:纖維的光澤與纖維的截面形狀有關(guān)。三角形截面絲和三葉形截面絲具有閃耀的光澤,改善了圓形纖維的“極光”現(xiàn)象。例如:三角形橫截面的聚酯纖維或聚酰胺纖維與其他纖維的混紡織物具有閃光效應(yīng),適于開發(fā)仿絲綢織物、仿毛織物及多種絨類織物。扁平、帶狀、啞鈴形橫截面的合成纖維具有麻、羚羊毛和兔毛等纖維的手感和光澤。五葉形橫截面的聚酯長絲有類似真絲的光澤,同時抗起球、手感和覆蓋性良好。多角形截面絲除具有閃光性外,覆蓋力強,手感柔軟,多用于制成變形絲制作針織物和襪子,其短纖維用于混紡,制成多種仿毛織物和毯類產(chǎn)品。矩形截面絲光澤柔和,與蠶絲和獸毛的光澤接近,其短纖維與棉纖維的混紡品具有毛料風(fēng)格,與毛混紡則可得到光澤別致的織物。
(2)機械性能、吸水性和染色性:異形纖維的剛性較強,回彈性與覆蓋性也可得到改善,強度略有降低。另外,異形纖維具有較大的表面積,對水和蒸汽的傳遞能力增強,而且干燥速度快,染色性好。
(3)抗起球性、蓬松性和透氣性:具有扁平截面形狀的纖維能夠顯著改善起毛起球現(xiàn)象,而且扁平度越大,效果越好,如聚酯和聚酰胺扁平截面纖維與毛混紡后,其織物一般不易起球。異形纖維通常都具有良好的蓬松性,織物手感豐滿,保暖性強,又因孔隙增加,故透氣性好,隨截面不規(guī)則性的增加,其蓬松性和透氣性也有所提高。
(4)中空纖維的特異性：中空纖維的保暖性和蓬松性優(yōu)良,某些中空纖維還具有特殊用途,如制作反滲透膜,用于人工腎臟、海水淡化、污水處理、硬水軟化、溶液濃縮等。
07
復(fù)合纖維
在纖維橫截面上存在兩種或兩種以上不相混合的聚合物,這種化學(xué)纖維稱為復(fù)合纖維,或稱雙組分纖維。由于這種纖維中所含的兩種或兩種以上組分相互補充,因此復(fù)合纖維的性能通常優(yōu)于常規(guī)合成纖維,具有多方面的用途。
復(fù)合纖維的品種很多，按形態(tài)可分為兩大類,即雙層型和多層型。雙層型又包括并列型和皮芯型,多層型包括并列多層型、放射型、多芯型、木紋型、嵌入型、海島型和裂離型等。
并列型復(fù)合纖維的主要特性是高卷曲性，可以使織物具有蓬松、柔軟、保暖的性能和仿毛風(fēng)格,主要應(yīng)用于膨體毛線、針織物、襪類和毯類制品。皮芯型復(fù)合纖維又分為偏皮芯型和同心皮芯型兩種，前一種具有立體卷曲性，但卷曲性不如并列型復(fù)合纖維。
根據(jù)不同聚合物的性能及其在纖維橫截面上分配的位置，可以得到許多不同性質(zhì)和用途的復(fù)合纖維。
例如：采用并列型復(fù)合和偏皮芯型復(fù)合[見圖 (1)、(2)、(4)]，由于兩種聚合物熱塑性不同或在纖維橫截面上不對稱分布，在后處理過程中產(chǎn)生收縮差，從而使纖維產(chǎn)生螺旋狀卷曲，可制成具有類似羊毛彈性和蓬松性的復(fù)合纖維。皮芯型復(fù)合纖維是兼有兩種聚合物特性或突出一種聚合物特性的纖維，如將錦綸作皮層,滌綸作芯層，可制得染色性好、手感柔中有剛的纖維；利用高折射率的芯層和低折射率的皮層可制成光導(dǎo)纖維。
若利用島組分連續(xù)分散于海組分中形成海島型復(fù)合纖維，再用溶劑溶去海組分，剩下連續(xù)的島組分，就制得非常細的極細纖維。裂離型復(fù)合纖維在紡絲成形和后加工過程中均以較粗的長絲形態(tài)出現(xiàn)，而在織造加工中，特別是整理和磨毛過程中，由于兩組分的相容性和界面粘結(jié)性差，每一根較粗的長絲分裂成許多根絲，復(fù)合形式不同，裂離后纖維的截面形狀和粗細也不同，如圖 (5)為橘瓣型復(fù)合纖維，裂離后纖維橫截面為三角形，圖 (6)為裂片型復(fù)合纖維，裂離后成為扁絲，裂離型復(fù)合纖維生產(chǎn)技術(shù)在超細纖維的制造中已被廣泛采用。
08
超細纖維
由于單纖維的粗細對于織物的性能影響很大,所以化學(xué)纖維也可按單纖維的粗細(線密度)分類,一般分為常規(guī)纖維、細旦纖維、超細纖維和極細纖維。
(1)常規(guī)纖維
線密度為 1 .5～4dtex。
(2)細旦纖維
線密度為 0 .55～1 .4dtex,主要用于仿真絲類的輕薄型或中厚型織物。
(3)超細纖維
線密度為 0 .11～0 .55dtex,可采用雙組分復(fù)合裂離法、海島法、熔噴法等生產(chǎn)。
(4)極細纖維
線密度在 0 .11dtex以下,可通過海島紡絲法生產(chǎn),主要用于人造皮革和醫(yī)學(xué)濾材等特殊領(lǐng)域。
與常規(guī)合成纖維相比,超細纖維具有手感柔軟滑糯、光澤柔和、織物覆蓋力強、服用舒適性好等優(yōu)點,也有抗皺性差、染色時染料消耗較大的缺點。其主要性能詳見下表。超細纖維主要用于制造高密度防水透氣織物、人造皮革、仿麂皮、仿桃皮絨、仿絲綢織物、高性能擦布等。
09
新合纖
20 世紀 80 年代末期,新合纖在日本出現(xiàn),她以新穎獨特的超自然風(fēng)格和質(zhì)感,如桃皮面手感和超細粉末手感而風(fēng)靡全球。新合纖從聚合、紡絲、織造、染整及縫制等各個步驟都采用全新的改性和復(fù)合化技術(shù),是一種以往天然纖維和合成纖維無法比擬的新型纖維材料。按其商品形式,新合纖主要包括超蓬松型、超懸垂型和超細型,按其手感可分為蠶絲手感、桃皮手感、超微細粉末手感和新羊毛手感。
(1)超蓬松型
在所有的服用合纖產(chǎn)品中, 以超蓬松高質(zhì)感類纖維最多,幾乎都采用異收縮混合纖維或多相混合技術(shù)制成。為使纖維產(chǎn)品的蓬松性提高,相繼開發(fā)了高熱收縮性聚合物和低收縮潛在自發(fā)伸長絲,使織物獲得更佳的蓬松效果。
(2) 超細型
作為新合纖的超細纖維其線密度很低, 一些品種的線密度達到 0.001dtex 以
下,主要采用復(fù)合紡極細化技術(shù)紡制而成。由此開發(fā)的桃皮絨織物具有超柔軟和細致的手感,是天然纖維產(chǎn)品難以比擬的。
(3)超懸垂型
超懸垂型纖維是在紡絲液中添加無機微粒子,紡絲成形后進行減量加工以消除無機微粒子,使纖維表面形成無數(shù)微細凹蝕。由于降低了單絲間的摩擦性,超懸垂型纖維制品具有超懸垂性和天然纖維不及的獨特手感。
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易染性合成纖維
合成纖維,尤其是聚酯纖維的可染性差,而且難染深色,通過化學(xué)改性使其可染性與染深性得以改善和提高,這種改性的合成纖維就稱為易染性合成纖維,主要包括陽離子可染聚酯纖維、陽離子深染聚酰胺纖維以及酸性可染的聚丙烯腈纖維與聚丙烯纖維等。易染性合成纖維不僅擴大了纖維的可染范圍,降低了染色難度,而且增加了紡織品的花色品種。
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高性能纖維
高性能纖維具有特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu),某一項或多項性能指標明顯高于普通纖維,而且這些性能的獲得和應(yīng)用往往與宇航、飛機、海洋、醫(yī)學(xué)、軍事、光纖通訊、生物工程、機器人和大規(guī)模集成電路等高新技術(shù)領(lǐng)域有關(guān),因此高性能纖維又稱為高技術(shù)纖維。
高性能纖維通常按其具有的特殊性能加以區(qū)分,如高強高模量、高吸附性、高彈性、耐高溫阻燃、導(dǎo)光、導(dǎo)電、高效分離、防輻射、反滲透、耐腐蝕、醫(yī)用和藥物纖維等多種纖維材料。高性能纖維主要用于產(chǎn)業(yè)用紡織品的制造,但其中一些品種也可以用于開發(fā)鋪飾用紡織品和服用紡織品,而且對這兩類紡織品的性能可以有明顯的改善和提高。
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納米纖維
通常把直徑小于 100nm 的纖維稱為納米纖維(1nm 等于 10 m,即 10 μm,僅是 10 個氫原子排起來的長度),目前也有人將添加了納米級(即粒徑小于 100nm)粉末填充物的纖維稱為納米纖維。
目前,最細的納米纖維為單碳原子鏈,這種納米碳管被譽為納米材料之王,其原因是這種細到一般儀器都難以觀察到的材料有著神奇的本領(lǐng):超高強、超柔韌、怪磁性。因碳納米管中碳原子間距短,管徑小,使纖維結(jié)構(gòu)不易存在缺陷,其強度為鋼的 100 倍,是一般纖維強度的 200 倍,而密度只有鋼的 1/ 6。用她制作的繩索可以從地球拉到月球而不被自重拉斷。
她具有奇異的導(dǎo)電性,既有金屬的導(dǎo)電性也有半導(dǎo)體性,甚至 1 根碳納米管的不同部位由于結(jié)構(gòu)變化也可顯示不同的導(dǎo)電性。用她作成整流管可替代硅芯片,因而將引起電子學(xué)中的重大變化,可將計算機做得極小。用碳納米管做的納米器件可組裝納米機器人,即蚊子飛機、螞蟻坦克等,可用于軍事及醫(yī)療。碳納米管可用來制作儲氫材料, 把氫開發(fā)成為人類服務(wù)的清潔能源。此外,碳納米管還可用作隱形材料、催化劑載體及電極材料等。納米纖維可以支持“納米機”的排列,把集成排列的“納米機”連接成大規(guī)模系統(tǒng)。
多數(shù)材料細度達到納米級時,其物理和化學(xué)性能表現(xiàn)出非常規(guī)性,如:
(1)表面效應(yīng)
粒子尺寸越小,表面積越大,由于表面粒子缺少相鄰原子的配位,因而表面能增大極不穩(wěn)定,她易與其他原子結(jié)合,顯出較強的活性。纖維的細度達到納米級后其直徑與比長度、比表面積的關(guān)系見下表。
由上表可看出,當纖維直徑為 100nm 時,比表面積是直徑為 10μm 的 30 多倍,而直徑1μm 時的比表面積僅是直徑 10μm 的 10 倍。
(2)小尺寸效應(yīng)
當微粒的尺寸小到與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長和超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度近似或比之更小時,其周期性的邊界條件將被破壞,粒子的聲、光、電磁、熱力學(xué)等性質(zhì)將會改變,如熔點降低、分色變色、吸收紫外線、屏蔽電磁波等。
(3)量子尺寸效應(yīng)
當粒子的尺寸小到一定值時,費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級,此時,原為導(dǎo)體的物質(zhì)有可能變?yōu)榻^緣體,原為絕緣體有可能變?yōu)槌瑢?dǎo)體。
(4)宏觀量子的隧道效應(yīng)
隧道效應(yīng)是指微小粒子在一定情況下能穿過物體,就像里面有了隧道一樣。
納米纖維的制造大體可分為 3大類:分子技術(shù)制備法、紡絲制備法、生物制備法。
來源：《纖維化學(xué)與物理》、染整百科、中大紡織內(nèi)參
