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1、新型纺织纤维及其产品开发（上）报告人：杨报告人：杨 建建 忠忠 教授、博士教授、博士2021/9/211报告主要内容：报告主要内容：新型纺织纤维的开发现状新型纺织纤维的开发现状 新型纺织纤维的性能新型纺织纤维的性能 新型纺织纤维的产品开发新型纺织纤维的产品开发 新型纺织纤维新型纺织纤维面料面料的发展的发展趋势趋势2021/9/212差别化纤维异形纤维易染纤维高吸水吸湿纤维复合纤维超细纤维高收缩纤维抗静电纤维三角（三叶、T型）形纤维多角（五星、五叶、六角、支型）形纤维扁平、带状（狗骨、豆形）纤维中空（圆形、三角、梅花）形纤维并列型、皮芯型、海岛型复合纤维多层型、放射型复合纤维易染聚酯纤维酸性染料
2、可染聚丙烯睛纤维易染聚丙烯纤维新型纤维的分类2021/9/213功能纤维分离纤维耐热纤维其他纤维传导纤维屏蔽纤维膜分离用中空纤维过滤介质用纤维吸附分离纤维导光纤维导电纤维耐热纤维防燃纤维新型纤维的分类电磁波屏蔽、中子吸收、噪声隔绝纤维发光纤维医用保健纤维生物降解纤维水溶性纤维变色纤维耐辐射纤维超导纤维2021/9/214新型纤维的分类高性能纤维有机高性能纤维无机高性能纤维芳香族聚酰胺杂环聚合物聚四氟乙烯纤维超高分子量聚乙烯超高分子量PVA、PAN纤维碳纤维硼纤维硅-碳纤维陶瓷纤维硅-钛-碳-氧纤维2021/9/215差别化纤维差别化纤维是指在原来纤维组成的基础上进行物理的或化学的改性处理，使其
3、在性能上获得一定程度改善的纤维。通常采用三条途径进行改性：1）物理改性，一般采用改变纤维高分子材料的物理结构使纤维性质发生变化。2）化学改性，采用共聚、接枝或交联等方法，使纤维获得某些特性。3）工艺改型，是指通过提高工艺技术水平、改变纤维生产工艺和过程来达到改性的目的。差别化纤维又可以分为异形纤维、复合纤维、超细纤维、易染纤维、高吸水吸湿纤维、高收缩纤维、抗静电纤维七大类。2021/9/216异形纤维异形纤维是指这种化学纤维的横截面成特殊的形状，而不像一般化学纤维那样为圆形或近似圆形。异形纤维具有如下一些优良特性：风格特性优异、光泽好、蓬松性和透气性好、抗起球性和耐磨性好、耐折皱性和抗抽丝性好
4、、吸水性强、染色性好。2021/9/217例如CoolDry纤维通过特殊工艺纺制成的具有特殊表面沟槽的异形纤维，其十字形横截面，横截面面积填充率在6080%之间，纤维比表面积比圆形截面增加4050%，因而毛细效应和透气性很高。再加上蓬松的纱线结构，使透气性大大增加，能迅速释放皮肤产生的湿气，同时外层清凉空气透入里层。十字截面的异形纤维提供高效排汗导湿功能，快速向外转移汗水，剧烈运动中仍可保持身体干爽。2021/9/218并列型复合纤维最重要的特征是能够产生类似羊毛、三维的、永久性自卷曲。这种三维立体状的卷曲具有极优的卷曲弹性和抱合性能，其制成的产品具有外观蓬松、手感柔软而丰满、弹性与回弹性好、
5、保暖性强等特点。在非织造布中可用于加工絮棉、衬垫、地毯基材等。复合纤维复合纤维又称多组分纤维、共轭纤维、组合纤维及异质纤维。它是由两种或两种以上的高聚物和具有不同分子量、不同性能的同一高聚物经复合纺丝法制成的化学纤维。复合纤维按照组分数分为双组分纤维和多组分纤维两大类，目前开发的主要是双组分纤维。而双组分纤维又可根据纤维内两种组分相互间的位置关系再分为并列型、皮心型、海岛型和剥离型四种。2021/9/219双组份纤维PE/PETLPET/PETLPET/PET皮层熔点 130130180芯层熔点 252252252皮芯型复合纤维利用两种组分性质差异，经拉伸、热处理后产生收缩差，使纤维产生永久性
6、三维自卷曲。其还可以制成特殊用途的纤维，如导电、优质帘子线、热黏合、三维自卷曲纤维等。2021/9/2110海岛型复合纤维可利用溶剂把“海”组分溶解掉，得到超细纤维；如果把“岛”组分溶解掉，可以得到多孔中空纤维。采用这种纤维制成的产品具有手感柔软，洁净度高，透气透湿性好，吸水性强，可用于加工保暖絮绒填充料和黏合法非织造布等。1970年日本东丽公司推出海岛纤维制造的人造麂皮织物，标志着海岛型复合超细纤维工业化的开始。随后日本帝人、可乐丽等公司，欧洲德国、荷兰、意大利等国家也相继开发海岛超细纤维，仿麂皮、仿桃皮绒面料风靡全球。2002年下半年，随着大量麂皮绒订单涌入我国以及海岛纤维本身高附加值和高
7、利润，国内也掀起一股海岛纤维热。海岛纤维主要用于生产仿麂皮织物、超细皮革、衣用市场、鞋用市场、高档装饰用布（如皮革家具、汽车座套）、各类箱包，还可以用作高级擦拭布和皮革基布。2021/9/2111超细纤维超细纤维的主要特征是单纤维细度细，直径小，同时纤维的比表面积明显增大。因此，超细纤维本身及其形成的产品能显示出许多独特的性能：1）手感柔软而细腻2）柔韧性好3）光泽柔和4）织物的高密结构和高清洁能力5）保暖性强6）高吸水性和吸油性7）由于超细纤维的比表面积大大提高，是酶、离子交换剂等活性剂的良好载体，可提高其活性效率，并可用于渗透膜和生物医学（人造血管、人造皮肤等）领域。超细纤维布料超细纤维一
8、般是指单丝细度小于0.44dtex（0.4旦）的化学纤维。如：杜邦公司生产的超细尼龙Tactel纤维，直径小于1Om。2021/9/2112高收缩纤维是指在沸水中收缩率为35%-45%的合成纤维。常见的高收缩纤维有高收缩型聚丙烯腈纤维（腈纶）和聚酯纤维（涤纶）两种。在非织造布中，高收缩纤维一般用于生产人造皮毛、人造鹿皮、合成革及地毯等。高收缩纤维收缩前收缩后如高收缩纤维HSF是通过热水、蒸汽或热风处理可以产生比普通纤维更高收缩率的特殊品种。单根纤维的收缩能通过一步收缩处理（热水、热风等）完全体现。HSF能与其他纤维混合生产高密度、更柔软的针刺或水刺无纺合成革基布等。2021/9/2113功能纤
9、维主要是指对能量、质量、信息具备储存、传递和转化能力，对生物、化学、声、光、电及磁具有特殊功能的纤维。功能性纤维功能性纤维包括:导电纤维离子交换纤维蓄热调温纤维防辐射纤维中空纤维分离膜（空心纤维）阻燃纤维医用保健纤维水溶性纤维2021/9/2114水溶性纤维是聚乙烯醇（PVA）纤维，由于其大分子链上有许多羟基，因此具有水溶性，在一定温度的水中纤维能全部溶解。水溶维纶广泛用于造纸、医用无纺布、女用卫生棉、纺高支纱、制无捻纱、作绣花底布等方面。水溶性纤维 利用水溶维纶毛条伴纺生产高支轻薄型毛织物，不需强调使用高品质羊毛，只是在纺纱过程中加入一定比例的维纶水溶毛条伴纺，既达到纱线截面纤维根数，又提高
10、了纱线的可纺性能。经过上机织造后，在后整理过程中去除维纶，从而得到轻量、蓬松的毛织物，提高毛织物的档次。其伴纺机理是用1020的水溶维纶毛条与羊毛条进行混并纺纱，制成织物，然后在染整阶段把水溶维纶去除，可使羊毛支数提高20左右，从而得到高支毛织物。陕西省自然科学研究计划项目低温水溶性纤维形态结构性能及其应用的研究陕西省教育厅科学研究计划项目低温水溶性纤维性能及其应用的研究低温水溶性纤维性能及其应用的研究2021/9/2115Amicor是英国阿考迪斯公司生产的抗菌纤维，母体纤维为聚丙烯腈。有两类Amicor抗菌纤维：AB纤维（抗细菌纤维）和AF纤维（抗真菌纤维）。AB抗细菌纤维能有效抑制许多细
11、菌的繁殖，如：金黄葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌和克雷伯氏肺炎菌等。AF抗真菌纤维能有效抑制真菌的繁殖。该纤维衣服在穿着过程中这些表面的抗菌剂会移动到它周围，使布料产生抑菌圈。抗菌剂溶出到纤维表面后，就形成了从内部抗菌剂颗粒(浓度较高)到纤维表面(浓度较低)的浓度梯度，使抗菌剂不断扩散和补充到纤维表面。纯Amicor面料的抗菌测试数据Amicor抗菌纤维抗菌纤维2021/9/2116 纺织品要达到吸湿排汗功能的方法可采用：纤维截面异形化:Y字形、十字形、W形和骨头形等，增加表面积，纤维 表面有更多的凹槽，可提高传递水气效果；中空或多孔纤维:利用毛细管作用和增加表面积原理将汁液迅速扩散出去。
12、纤维表面化学改性:增加纤维表面亲水性基团(接技或交联方法)，达到迅 速吸湿的目的。亲水剂整理:直接用亲水性助剂在印染后处理过程中赋于织物或纤维纱线 亲水性。采用多层织物结构:利用亲水性纤维作内层织物，将人体产生之汗液快速 吸收，再经外层织物空隙传导散发至外部，达到舒适凉爽性能。吸湿排汗纤维吸湿排汗纤维有：新光合纤Cooltech、中兴纺织股份有限公司的产品Coolplus、南亚塑胶工业股份有限公司的Delight纤维、远东纺织股份有限公司的吸湿排汗纤维涤纶Topcool纤维、日本旭化成株式会社生产的Technofine纤维(W型结构的PET)，杜邦公司的Coolmax纤维等。2021/9/21
13、17Coolmax纤维是杜邦公司研制的、专利技术的四沟道（Tefra-Channe）纤维材料，使纤维及纤维之间形成最大的空间，保证最好的透气性，把皮肤表面散发的湿气快速传导至外层纤维。纯棉与其相比虽可吸汗，但其排汗能力不高，而普通化纤在吸汗的能力上有很差，Coolmax纤维在吸汗和排汗方面都很出色。Coolmax纤维材料可用于衬衫、裤子、袜子、内衣、帽子、背包。Coolmax纤维皮肤湿气空气Coolmax纤维Coolmax面料吸湿排汗工作原理2021/9/2118Coolmax纤维的特点：1、可以把身体产生的热湿气导出，调节身体温度，既产生热调节效应，使你保持凉爽。2、快干，干燥速度是纯棉的5
14、倍。3.、耐久，易护理，允许多次洗涤、不缩水、不变形，不霉变。4、感觉柔软、舒适、透气，不会带来皮肤的不适。Coolmax面料用在大运动量的场合，可以使皮肤表面蒸发加速。如果用于运动服，可以使皮肤保持持续干爽，减少体能消耗，以增强运动员的表现及耐力。2021/9/2119高吸水吸湿纤维高吸水吸湿纤维指疏水性合成纤维经物理变形和化学改性后，在一定条件下，在水中浸渍和离心脱水后仍能保持15%以上水分的纤维。在标准温湿度条件下，能吸收气相水分，回潮率在6%以上的纤维，称之为高吸湿纤维。如日本尤尼契卡公司研制的高吸水吸湿纤维“Hygra”,其吸水能力为自重的3.5倍，它系将有特殊网络构造的吸水聚合物包
15、履锦纶的芯鞘型复合纤维，兼有吸水性和放水性。这种纤维的吸放湿能力和吸放湿速度均优于天然纤维，而且放湿速度比吸湿速度更快。适宜制作絮片、衬垫、医用卫生材料及尿布、卫生巾等。2021/9/2120T-400纤维T-400纤维特点是：由两种不同的聚酯成份制成的双组分纤维自动卷曲，两种组分收缩率不同从筒子上退绕后形成卷曲可以在染色和后整理中保持卷曲这种纤维比过去的涤纶纤维有更好的弹性回复性，避免了松弛现象的发生，同时该产品还具有良好的保型性和抗皱性。它主要被用于制作轻质织物和热定型纤维制品等。实验显示，由此制作的服装更加适合户外运动，并且比其他同类产品更适于机洗。新型弹性纤维T-400是杜邦公司针对L
16、ycra纤维在纺织品应用中受到一定的限制，而研制成的一种新型弹性纤维产品。T-400不属于氨纶家族，是由收缩率不同的聚酯成份组合在一起，形成一种双组份的聚酯纤维。T-400能提供微弹性，含有T-400的服装不仅穿着合体贴身，而且运动时感到舒适、灵便，且在多次穿着后仍能保持原有形状。用T-400纤维制成的服装耐洗涤，有良好的尺寸稳定性，经向收缩率不超过3.3%;，纬向收缩率不超过2.5%。2021/9/2121T-400纤维优点：弹性回复性。优于PBT，3GT及其它变形纱。易护理：可水洗，抗褶皱，保持褶裥。平滑的外观。柔软的手感。固有的化学稳定性。与涤纶兼容的弹力纤维。耐水洗。染色效果好。拉伸强
17、力高。T400纤维用在轻型机织物和针织物中都很理想。2021/9/2122高性能纤维是指具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、难然性及突出的化学稳定性纤维，是近年来高分子纤维材料领域发展迅速的一类特种纤维。高性能纤维高性能纤维有机高性能纤维无机高性能纤维芳香族聚酰胺杂环聚合物聚四氟乙烯纤维超高分子量聚乙烯超高分子量PVA、PAN纤维碳纤维硼纤维硅-碳纤维陶瓷纤维硅-钛-碳-氧纤维2021/9/2123碳纤维图为全碳纤维超级跑车碳纤维是比铝轻、比钢强、比人头发细、含碳量在90%以上的纤维状碳材料。目前它的制备方法可分为两种：一种是有机纤维前驱体法，另一种是气相生长法。目前工业化生产的主要是前种方法
18、，由有机纤维（原丝）在一定的张力、温度下，经过一定时间的预氧化、炭化处理等过程制成。高性能纤维高性能纤维是指具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、难然性及突出的化学稳定性纤维，是近年来高分子纤维材料领域发展迅速的一类特种纤维。2021/9/2124碳纤维的应用高技术领域的应用超导纤维：1911年人类发现超导现象，目前全球性的“超导热”力求使其实用化，这将给人类的生产和生活带来许多好处。所谓超导是指在超低温（如液氮，-196，液氦，-296）条件下某些材料的电阻为零，这就意味着通电时不会因电阻存在而发热，可获得强大的电流。超导材料品种繁多，其中之一是以碳纤维为芯材而产生的超导现象。超导材料可望用于
19、磁悬浮列车、超导电机、超输电、核聚变反应堆、超导计算机集成电路等方面。碳纤维是适应宇航、航空、原子能等尖端工业技术发展的需要而研制开发的一种新材料，具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、耐腐蚀、高导电和热导、低热膨胀、自润滑和生物体相容性好等综合性能，是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料组元，已成为开发各种高性能复合材料(ACM)不可缺少的原料，是发达国家梦寐以求的第四代工业原材料。2021/9/2125文体运动器材的应用碳纤维增强塑料是制造高级运动器材的新型材料，已得到广泛应用，其中羽毛球拍、网球拍、钓鱼竿和高尔夫球杆已成为四大系列产品。碳纤维复合材料（CFRP）在这一领域的应
20、用，除了它具有轻质、高比强度和高比模量等特性外，它还具备了适合运动器材的特种功能。例如，耐疲劳、吸能减振、耐候性，以及设计自由度大的等特性。一般产业的应用土木建筑领域:碳纤维具有轻量、高强、刚性、耐腐蚀性、疲劳强度和电磁波透过性等，广泛应用于混凝土的补强、代钢筋、结构物的补修和补强等民用工业领域压力容器:主要包括压缩天然气(CNG)、消防员用呼吸器和碳纤维缠绕的罐类。汽车:2000年后，国外各大汽车公司为开发面向新世纪的节能环保型汽车，普遍开发了CFRP的各种汽车部件，德国BMW（宝马）开发了CFRP车体板和其它部件，所用碳纤维为ZOLTEK公司的大丝束PAN基碳纤维，目标是5年内生产出CFR
21、P系列汽车。海上油田,风力发电,电子工业等2021/9/2126芳香族聚酰胺芳纶1414芳纶纤维全称为聚对苯二甲酰对苯二胺，英文为Aramidfiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的56倍，模量为钢丝或玻璃纤维的23倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化，有“人造钢丝”之称。早在1968年美国杜邦公司就开始了芳香聚酰胺树脂的合成及成纤工艺研究，于1972年杜邦公司实现了聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的工业化生产，称为B纤维，规模为2000吨/年，1973年改为Kevlar纤维。芳纶具有
22、优异的力学性能，抗张强度280kg/mm2，模量为6480kg/mm2（kevlar29）和13300kg/mm2（kevlar49），断裂伸长率为2.34.0%，比重轻（d=1.44g/cm2），而且耐高温（可在世界上250以下使用）芳纶纤维主要应用于飞机、火箭、导弹等航天等器具中使用的复合材料，此外还用于汽车、船舶、防弹衣、滑雪板等应用方面的复合方面的复合材料以及绳缆，耐高温过滤材料等。2021/9/2127超高分子量聚乙烯高强高模聚乙烯纤维即超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE），是以超高分子量聚乙烯为原料，将其溶解于一种特殊的溶剂中，再由喷丝孔喷出成丝。在溶解的过程中，原先相互缠绕呈无序
23、排列的大分子逐渐被解缠，并保持到冻胶原丝中。在随后的纤维拉伸过程中，聚乙烯高分子达到了极高的取向度和结晶度，从而赋予纤维以高强力和高模量。UHMWPE的比重是所有高性能纤维中最小的（小于1），是唯一能够浮在水面上的高性能纤维，还由于分子量极高，主链结合好，取向度、结晶度高而具有最高的比强度（强度与重量之比），即相同重量下的强度是钢丝绳的15倍，比芳纶高40%，是普通化学纤维的10倍；它的模量为1000l100g/d，仅次于特级碳纤维而优于芳纶；该纤维不仅断裂伸长低，断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，故具有突出的抗冲击和抗切割韧性；而且该纤维不含易与化学药剂反应的化学基团，能抗紫外线和耐各种化学腐蚀。如此突出的性能使其成为碳纤维、芳纶之后的第三代高性能特种纤维。2021/9/2128UHMWPE是目前已经实现工业化生产的强度最高的纤维，用“轻薄如纸布、坚硬如钢铁”可以十分简单却准确地描述出它的优越性能。2021/9/2129