功能纖維新材料有哪些？功能性纖維材料特點用途、制備及應(yīng)用技術(shù)介紹

功能纖維新材料有哪些？功能性纖維材料是未來紡織纖維領(lǐng)域發(fā)展的重點，功能性纖維材料以其特殊性、差別性、功能針對性而受到行業(yè)的關(guān)注和市場的歡迎。本文從特點用途、制備及應(yīng)用技術(shù)等方面簡單介紹了幾種目前應(yīng)用廣、受關(guān)注的功能性纖維材料，并列舉了目前市面上可能具有的產(chǎn)品規(guī)格。

化學(xué)纖維是紡織行業(yè)的重要原料，從化纖的國際發(fā)展趨勢來看，目前發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)放棄了產(chǎn)量高、附加值低、生產(chǎn)過程環(huán)境污染嚴(yán)重的普通化纖品種的生產(chǎn)，轉(zhuǎn)而開發(fā)高技術(shù)含量、高附加值的功能性化學(xué)纖維新品種，化纖產(chǎn)品差別化率超過50%。普通化纖工業(yè)正朝著規(guī)?；⒏咚倩⒏咂焚|(zhì)、差別化和高科技化方向發(fā)展，以滿足航空航天、等高新技術(shù)領(lǐng)域的需求，同時也獲得更高附加值和利潤。我國是世界紡織大國，紡織行業(yè)是我國重要的經(jīng)濟支柱和民生產(chǎn)業(yè)，也是出口創(chuàng)外匯的主要產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，目前化學(xué)纖維占到我國紡織纖維加工總量的近三分之二，2014年我國化學(xué)纖維總產(chǎn)量4389.75萬噸，化纖產(chǎn)量占全球比重已超過60%。但是隨著我國化纖生產(chǎn)產(chǎn)能的急劇擴張，常規(guī)品種面臨著激烈的市場競爭，因此將化纖產(chǎn)品差別化、功能化以滿足不同行業(yè)、消費者的特殊需求成為了企業(yè)占領(lǐng)市場、創(chuàng)造效益的關(guān)鍵點。

功能性纖維材料是指在紡織纖維領(lǐng)域，所得產(chǎn)品面料除了具有普通布料所具有的功能外還具有防水、抗靜電、高保溫、抗菌消臭等特殊功能的新一代纖維。功能性纖維按其功能屬性大概可以分為物理性功能、化學(xué)性功能、物質(zhì)分離性功能、生物適應(yīng)性功能和其他功能幾大類。本文將著重介紹幾種在功能纖維領(lǐng)域關(guān)注、應(yīng)用廣、具有代表性的功能纖維品種，以供同行業(yè)人員參考交流。

1、保暖性纖維

在能源越發(fā)短缺的今天，低碳節(jié)能的生活理念越來越深入人心，保暖型纖維材料以其保暖、低碳的功效，能在一定程度上減少空調(diào)和煤炭的使用，從而引起大家的關(guān)注。尤其一些功能性保暖纖維材料，在保留了普通保暖纖維原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上還做到了吸熱、蓄熱并且更加輕便實用，再結(jié)合一些智能、遠紅外等功能，在戶外產(chǎn)品領(lǐng)域受到廣大消費者的歡迎得到很好的應(yīng)用，比如異型中空聚酯功能保暖纖維、蓄熱聚丙烯腈功能保暖纖維、阻燃抑菌聚酰亞胺功能保暖纖維等等。下面將舉例介紹其中兩種：

1.1、異型中空聚酯功能保暖纖維

異型中空聚酯功能保暖纖維具有更輕更暖、超高中空度、裝載量大的特點，它可以單獨用于纖維紡織，也可與其他各種纖維進行交織，并且適用于各種類型的針織和梭織，織物后整理與普通滌綸相似，因而它在各類紡織品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如釋香型面料即是利用中空纖維填充芳香劑而實現(xiàn)的，再比如驅(qū)蚊面料、變色面料、抗菌消毒面料等，中空纖維的概念使纖維的角色由填充物變成了被填充物，拓寬了人們對纖維應(yīng)用的認識。目前市面上規(guī)格的中空聚酯保暖纖維可達到釋香、釋的目的，可用于醫(yī)用面料或保健型內(nèi)衣布料；（33~167）dtex/（12~48）f規(guī)格的中空聚酯纖維可利用其中空原理，直接進行針織，可制成保暖、隔熱保溫或降低噪音的織物面料等。

1.2、蓄熱聚丙烯腈功能保暖纖維

蓄熱聚丙烯腈功能保暖纖維具有見光發(fā)熱、蓄熱保暖和抑菌除臭的優(yōu)勢，當(dāng)與黏膠等纖維進行混紡后，所得織物還具有吸濕發(fā)熱的功能，可用于秋冬季節(jié)保暖內(nèi)衣織造；將聚丙烯腈纖維與羊毛、羊絨混紡制得的高檔羊毛衫，不僅親膚、柔軟、穿著舒適，而且保暖功能優(yōu)異且具有質(zhì)地細膩、垂感良好、回彈性佳的優(yōu)點；聚丙烯腈纖維還可與莫代爾、棉等纖維混紡，也可與普通腈綸混紡來織造仿毛保暖型面料；當(dāng)將蓄熱聚丙烯腈纖維與賽絡(luò)緊密紡工藝結(jié)合使用時，所得織物還具有抗起毛、抗起球的效果。一般聚丙烯腈纖維與其他纖維的混紡比例不低于35%，當(dāng)用于制造淺色面料時蓄熱纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不高于45%。使用了蓄熱聚丙烯腈保暖纖維的面料在普通太陽照射的情況下，保溫效果可比普通面料高出5~20℃。

2、涼感纖維

涼感纖維是除保暖纖維外另外一種節(jié)能環(huán)保型纖維，如果將抗紫外、抑菌等功能通過一定的技術(shù)手段與涼感纖維相結(jié)合將會得到多功能性涼感纖維，使服裝面料在保持涼爽、親膚的基礎(chǔ)上更是成為人體的健康保鏢。而且功能性涼感纖維一般以天然生態(tài)材料為原料，結(jié)合纖維親水及新型高異型化技術(shù)以此來實現(xiàn)瞬間涼感與持續(xù)涼感的統(tǒng)一，使人們在炎熱的夏天著裝更為舒適。

2.1、抑菌抗紫外聚酯功能涼感纖維

抑菌抗紫外聚酯功能涼感纖維是通過納米技術(shù)，將自然界的涼感礦物質(zhì)加工成納米級別的粉體，將粉體通過特殊工藝加工制成涼感母體，再經(jīng)過特殊的噴絲板以及后續(xù)的干燥、紡絲、牽引等生產(chǎn)工藝，得到可供紡織的功能性涼感纖維。涼感功能纖維在后續(xù)紡織應(yīng)用中可以單獨用于純紡，也可與竹纖維、棉等天然性纖維混紡，為了保持涼感功能纖維的優(yōu)勢一般混紡比例在40%以上，且適用于各種類型的針織和梭織，其后整理工序與吸濕排汗類面料相似，染色一般采用高溫高壓分散染料進行。

抑菌抗紫外聚酯功能涼感纖維具有吸濕速干、瞬間降溫與持續(xù)降溫相結(jié)合的特點，涼感纖維面料與皮膚接觸后會產(chǎn)生1~2℃的瞬間涼感，在普通日光長時間照射下會產(chǎn)生3~4℃的涼感溫差，比如市面上可供的1.33~1.67dtex的無機納米涼爽型聚酯功能纖維，不僅具有親膚、涼爽的作用，而且具有防紫外線、抗菌保健皮膚的功效，可用于制造運動服、襪子、內(nèi)衣、外衣的面料。

2.2、異型聚酯功能涼感纖維

異型聚酯功能涼感纖維是通過物理與化學(xué)改性，在高分子聚酯原料中加入吸熱慢散熱快的復(fù)合粉體，再通過后續(xù)的工藝加工而得到的。吸熱慢散熱快復(fù)合粉體的應(yīng)用可快速吸走人體表面的熱量，且粉體的加入增加了材料的比表面積也更有利于散熱的進行，如果再將纖維進行親水性改性則在散熱的同時還會有吸汗排濕的功效，汗液的持續(xù)蒸發(fā)將會帶走更多的熱量，因此服裝穿著時會產(chǎn)生持續(xù)性涼感，同時如果在紡絲工藝中再將纖維設(shè)計成扁平型，則后織成的布料將會具有更優(yōu)的接觸涼感效果，如市面上(55~500)dtex/(72~288)f的冰爽滌綸低彈絲。異型聚酯功能涼感纖維可以與棉、黏膠等紗線進行交織，為了保持涼感纖維的功能優(yōu)勢一般混紡比例應(yīng)在30%以上，且盡量將異型涼感纖維分布于整個平面，在后續(xù)染整方面不用進行堿減量處理。異型聚酯功能涼感纖維主要應(yīng)用于運動服、休閑服、襯衫等各類服飾面料以及要求較高的床上用品面料。

3、易染纖維

色彩是服裝面料重要的評價標(biāo)準(zhǔn)之一，同時也是商品顯著的外貌特征，從古至今色彩在服裝審美中都具有舉足輕重的地位?；瘜W(xué)染料在服裝面料中的運用雖然為消費者提供了色彩斑斕的選擇，但是同時帶來了環(huán)境污染等問題，由于大部分染料是芳香族硝基和氨基化合物，多數(shù)低毒和微毒甚至少部分為中毒和高毒化學(xué)品，因而印染完成后的廢液排放為環(huán)境帶來了嚴(yán)重的負擔(dān)，尤其我國印染行業(yè)有許許多多中小型工廠，為了在激烈的市場競爭中生存下來而不得不縮減投入，使得對排放污水的處理往往不達標(biāo)。除了污染環(huán)境，染料在服裝面料上的有害殘留物對人體健康的危害這幾年也引起了社會的極大關(guān)注，比如游離甲醛會引起頭痛和皮膚過敏，偶氮染料殘留物可致癌等等，并且印染環(huán)節(jié)的不達標(biāo)也是我國紡織行業(yè)產(chǎn)品出口的壁壘之一。

易染、無染纖維能夠大大減少印染過程對環(huán)境的污染且降低能耗，如陽滌復(fù)合產(chǎn)品的升級版段彩紗聚酯易染纖維，它采用熔體直紡工藝路線和陽離子可染熔體，并結(jié)合環(huán)吹風(fēng)冷卻和假捻復(fù)合技術(shù)所得產(chǎn)品染色效果好色彩清晰花型獨特,大大減少了后續(xù)印染加工方面的投入，在節(jié)能減排、保護環(huán)境方面效果十分顯著。

3.1、異彩竹節(jié)聚酯復(fù)合易染纖維

異彩竹節(jié)聚酯復(fù)合易染纖維采用滌綸一步法FDY/POY異收縮生產(chǎn)工藝，它區(qū)別于普通的異彩絲和竹節(jié)絲而是將二者合二為一，將FDY的竹節(jié)絲和POY的非竹節(jié)絲通過特殊的生產(chǎn)工藝結(jié)合到一起，F(xiàn)DY均勻的變粗變細，顏色也隨之出現(xiàn)濃淡交替的現(xiàn)象，從而使整體面料表現(xiàn)出美輪美奐的色彩效果，如市面上有（72~150）dtex/（50~74）f的滌綸預(yù)取向絲/牽伸絲(POY/FDY)異收縮混纖絲。異彩竹節(jié)聚酯復(fù)合易染纖維在后續(xù)應(yīng)用中可適用于針織設(shè)備，也可制成柳條麻紗、異彩雪紡、彩柳縐等織物，主要用于加工中高檔時裝、禮服、家用紡織品等。

3.2、聚丙烯腈無染纖維

聚丙烯腈無染纖維通過在紡絲前將色彩物質(zhì)添加到紡絲高聚物中，實現(xiàn)了纖維的在線染色，從而減少了后續(xù)染色污水的排放，如市面上有的規(guī)格的原液超黑腈綸短纖維。聚丙烯腈無染纖維可單紡也可與腈綸、棉、黏膠等纖維進行混紡，產(chǎn)品具有高摩擦色牢度、耐洗滌色牢度、耐日曬色牢度等優(yōu)良性能，在后整理過程中為了防止織物的脆化整理定型溫度一般不超過170℃。聚丙烯腈無染纖維大量用于開發(fā)戶外用品方面，如帳篷、車用頂棚、遮陽傘等，在服飾方面無染腈綸與常規(guī)纖維混紡可用于織造麻滅紗、雪尼爾紗等。圖1為聚丙烯腈無染纖維工藝流程的示意圖。

4、智能纖維

智能纖維是一種能對環(huán)境中的光、熱、電產(chǎn)生感應(yīng)的纖維，比如光纖維對光學(xué)信號具有傳導(dǎo)功能，可廣泛用于信號通訊、復(fù)合材料以及探測領(lǐng)域。導(dǎo)電滌棉復(fù)合智能纖維由于其優(yōu)良的導(dǎo)電和絕緣性能，在無塵潔凈服、抗靜電工作服以及高溫過濾等領(lǐng)域都有很好應(yīng)用，比如可觸屏手套即是在面料中植入導(dǎo)電智能纖維來實現(xiàn)的。

4.1、導(dǎo)電間位芳綸智能纖維

導(dǎo)電間位芳綸智能纖維是以間位芳綸為基體，采用低溫溶液間歇聚合，并結(jié)合濕法紡絲生產(chǎn)工藝而制得的一種具有良好導(dǎo)電及耐熱性能的功能纖維。它具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，可使用溫度范圍達-196~204℃，而且它還具有很好的尺寸穩(wěn)定性，在將近300℃高溫下也不會發(fā)生脆化或熔融。導(dǎo)電間位芳綸纖維的LOI值大于28%，屬于自阻燃纖維，在空氣中難以燃燒、不陰燃、不續(xù)燃，具有離焰自熄的特性。

在后續(xù)應(yīng)用中導(dǎo)電間位芳綸短纖維可與羊毛等其他纖維混紡，為了保持導(dǎo)電纖維的功能特性，一般混紡比為1%~3%且盡量混合均勻。在染色方面應(yīng)盡量避免堿性條件，酸性條件處理不會改變纖維的導(dǎo)電性能，如使用陽離子型染色劑時保溫時間、升溫速度可以短一些、慢一些，使用載體染色時染色溫度應(yīng)為130℃左右，pH值控制在2.8~3.5。含有導(dǎo)電間位芳綸纖維的面料可運用于制造特種防護服，比如消防服、電焊服等，其隔熱防火效果突出，可有效保護人身安全避免燒傷燙傷。

4.2、含有相變儲能智能纖維的面料

相變儲能黏膠智能纖維采用微膠囊技術(shù)，使纖維具有雙向溫度調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力，在溫度波動震蕩的環(huán)境中可反復(fù)循環(huán)使用，為受保護空間提供舒適的內(nèi)環(huán)境[23]。相變儲能黏膠纖維通過控制乳化劑的條件、含量和種類，得到平均直徑約為0.8μm的相變材料微膠囊，為了減少微膠囊的流失紡絲原液需保持高堿纖比，紡絲工藝采用低酸凝固浴緩和成型技術(shù)，并通過低溫、后處理來保證纖維中微膠囊含量和纖維強度，如市面上1.67dtex×38mm的相變儲能黏膠短纖維。圖2為相變儲能黏膠智能纖維的制備工藝流程示意圖。

在紡織運用上，相變儲能纖維可用于純紡，也可與棉、麻、毛、絲、滌綸等化纖混紡，且機織與針織均可使用，為了保證織物保留相變儲能纖維的優(yōu)良性能，一般混紡比應(yīng)保持在40%以上且盡量讓智能纖維處于整個平面。

含有相變儲能智能纖維的面料具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，同時吸汗排濕、透氣親膚。在儲能方面，相變儲能智能纖維儲熱量可達10J/g，而普通織物幾乎為零。從外觀上看，所得織物光澤圓潤、手感滑膩，符合大眾健康時尚的審美需求，且織物可自然降解對自然環(huán)境無傷害。在面料運用方面，含有相變儲能纖維的面料可用于開發(fā)床上用品和鞋類產(chǎn)品，有報道指出相變儲能纖維的鞋墊可減少雙腳44%的流汗量。相變儲能纖維也可用于服裝面料領(lǐng)域，如貼身衣物和運動服，制得的產(chǎn)品尤其適合對溫度變化敏感的人群穿戴。

5、工程纖維

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，纖維已進入新工程領(lǐng)域并日益受到人們的關(guān)注，工程纖維包括防護工程纖維及防裂工程纖維，工程纖維采用現(xiàn)代纖維制造技術(shù)使纖維的性能和功能達到新的高度，以不斷滿足工程應(yīng)用領(lǐng)域的極限性需求，目前工程纖維越來越多地應(yīng)用于建筑安全、防護、工業(yè)過濾等領(lǐng)域，比如采用復(fù)合紡絲法并結(jié)合高壓水刺工藝技術(shù)生產(chǎn)的防護硫醚復(fù)合工程纖維，它是工業(yè)過濾領(lǐng)域材料基布的主要原料，具有良好的強度、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)品性和阻燃性。再比如防護型聚酰亞胺工程纖維，它采用傳統(tǒng)干法紡絲工藝生產(chǎn)，具有優(yōu)良的耐高溫性能，可運用于高溫除塵、特種防護等領(lǐng)域，是PM2.5治理的關(guān)鍵性原料。如果將聚酰亞胺工程纖維與間位芳綸纖維一起加工成基布，并與氟橡膠進行復(fù)合制成不同尺寸的膠管，則可用于輸送大功率發(fā)動機的燃后氣體。

5.1、防裂高強高模聚乙烯醇工程纖維

防裂高強高模聚乙烯醇工程纖維具有較高的抗拉強度和模量，同時具有耐酸堿腐蝕、抗老化、耐紫外線照射、對生物體無毒無害等優(yōu)越性能，可混合于建筑混凝土或水泥中用來增加建筑體的強度和韌性，提高其抗裂、抗凍、抗?jié)B、抗沖擊等性能。聚乙烯醇纖維采用含硼凝膠濕法紡絲工藝生產(chǎn)，同時結(jié)合多效閃蒸技術(shù)和熱風(fēng)干燥技術(shù)，與傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)相比產(chǎn)品的噸耗能減少為原來的70%，如市面上（2~10）dtex×（4~12）mm的高強高模聚乙烯醇超短纖維。

聚乙烯醇纖維除了可在建筑領(lǐng)域取代石棉，其耐老化耐高溫的性能也可用于制造子午輪胎或斜胎簾子線，而且由于其低溫水溶性、安全無污染的特點，也可廣泛用于紡織、造紙等領(lǐng)域。

5.2、拒海水型聚酯工程纖維

拒海水型聚酯工程纖維具有耐海水腐蝕、耐蠕變、斷裂強度高、斷裂伸長率低等優(yōu)點，其濕態(tài)耐磨性能是普通滌綸工業(yè)長絲的2倍以上，結(jié)合特種纜繩緊密編織技術(shù)，所得產(chǎn)品廣泛用于船舶系繩、纜繩、海洋鉆井平臺固定等方面。

聚酯工程纖維采用液態(tài)增黏熔體直紡工藝路線，原料PTA、MEG經(jīng)酯化縮聚并于液態(tài)條件下增黏后，再經(jīng)紡絲、上油、拉伸、卷繞成形。熔體直紡工藝路線與普通滌綸長絲生產(chǎn)工藝路線相比，省去了傳統(tǒng)增黏工藝中冷卻、切粒、輸送等步驟，單位產(chǎn)品能耗可下降38%，如市面上的滌綸工業(yè)長絲。在紡織應(yīng)用方面，采用特種纜繩緊密編織技術(shù)，同時為了增加產(chǎn)品的使用壽命，要求編織勻稱所有單絲盡量受力均勻。

6、輕柔纖維

柔纖維利用先進的纖維生產(chǎn)技術(shù)，同時結(jié)合環(huán)保、健康、節(jié)能的生態(tài)理念，所得纖維具有柔順、飄逸的特點，同時觸感也更親膚。輕柔纖維可做成仿真絲、仿毛等制品，可用于制作貼身衣物、家居服、防曬服等。比如33dtex/34f細旦聚酰胺6輕柔纖維，它具有外觀良好、物理性能穩(wěn)定的特點，且條干均勻、無毛羽，所織得的織物手感細膩、染色鮮艷，目前市面上主要用其開發(fā)內(nèi)衣面料，結(jié)合經(jīng)緯編及噴水織造技術(shù)可制成雙線格尼絲紡、350T圓孔有光尼絲紡等面料。再比如中低溫水溶聚乙烯醇輕柔纖維，它采用PVA樹脂經(jīng)特殊紡絲工藝制成，可完全溶解于常溫及沸水中，它可以紡織成水溶性紗線，與棉紗并捻制成無捻或弱捻織物，也可以采用熱軋無紡布工藝制造成水溶性無紡布，也可與毛、麻等天然纖維混紡制成獨特風(fēng)格的織物。

6.1、雅塞爾輕柔纖維

雅塞爾輕柔纖維是輕柔纖維大類中具有代表性的一種，它具有天然環(huán)保、高強低伸、絲滑柔軟等特性。雅塞爾輕柔纖維的原料來源于木漿，制品可被土掩埋后自然分解，對生態(tài)環(huán)境的負荷較小，而且它的斷裂強度較普通生物基纖維提高了將近四分之一，同時還具有耐磨、抗起球、吸水、透氣、親膚等特點，除此之外雅塞爾纖維的產(chǎn)品染色均勻性好、上染率高，成品色牢度也高，廣泛用于內(nèi)衣、家居服、家紡等領(lǐng)域，如（1~1.22）dtex×38mm規(guī)格的雅塞爾短纖維。雅塞爾纖維的生產(chǎn)工藝如圖3所示，在后續(xù)織造方面，雅塞爾纖維可廣泛用于賽絡(luò)紡、渦流紡、氣流紡等領(lǐng)域，尤其在緊密賽絡(luò)紡、渦流紡的50S以上高支紗領(lǐng)域更有優(yōu)勢；它也可同莫代爾、滌、棉等纖維進行混紡或純紡，所得紗線可用于機織或梭織面料中。

6.2、細旦黏膠輕柔纖維

細旦黏膠輕柔纖維采用特制噴頭紡制，纖維柔細所得面料手感豐潤、透氣性好，是高檔面料的理想原料，如（22~55）dtex/24f規(guī)格的連續(xù)紡黏膠長絲。細旦黏膠纖維紡紗時需適當(dāng)降低梳棉機車速，以便減少纖維損傷和短絨含量，采用格拉夫針布，能明顯提高纖維的梳理度，提高纖維伸直平行度和棉網(wǎng)質(zhì)量，合理配置工藝參數(shù)時如將井條適當(dāng)加壓、采用適當(dāng)膠輥硬度、合理選擇細紗鋼領(lǐng)鋼絲圈的使用期等，可在紡紗后提高成紗中纖維排列的均勻性和條干均勻度。細旦黏膠纖維柔細，做成的面料手感豐潤飽滿、透氣性好，主要用于高檔針織面料、家紡面料，可制成織錦緞、喬其紗、提花布等。