任务三 差别化纤维、功能性纤维和高性能纤维在非织造布中的应用
知识准备
随着非织造布生产技术的不断发展，许多非织造布专用纤维、差别化纤维、功能性纤维、高性能纤维相继问世，使非织造布开发高新产品具有更广阔的前景。
这里就非织造布生产所用的差别化纤维、功能性纤维、高性能纤维作一些介绍。
一、差别化纤维
（一）三维卷曲中空纤维
中空纤维是轴向有管状空腔的化学纤维。中空纤维品种很多，按卷曲特征分为二维卷曲和三维卷曲两种。按组分多少分为：单一型中空纤维，如涤纶中空纤维；双组分复合型中空纤维，如涤丙复合中空纤维。按其孔数的多少分为单孔纤维和多孔纤维，如4孔中空纤维、6孔中空纤维和9孔中空纤维。中空纤维的中空度是一项重要指标，中空度提高，可增大材料滞留的空气量，使非织造布产品更轻、更暖。
三维卷曲中空纤维可采用不对称冷却的纺丝工艺和卷曲管定型方法制成，还可采用不同缩率的两种原料切片通过并列复合纺丝技术制得。特别是三维立体卷曲状的涤纶中空纤维，具有弹性好、蓬松性和保暖性优良、透气性好等特点，常用来制作保暖絮片，是制造喷胶棉、仿丝棉、仿羽绒不可缺少的纤维原料。为使非织造布蓬松性保持长久和均一，将中空或实心的三维卷曲纤维在特制的容器中，经充分碰撞形成环形纤维，也称“珠状”纤维。它具有良好的长久回弹性和易填充性，制品只需轻轻拍打，即可恢复原状。
（二）热熔粘结纤维
热熔粘结纤维用于热黏合非织造布。通过加热熔融或软化后冷却，将主体纤维粘结固定而构成非织造布，一般采用不同熔点的合成纤维（如聚乙烯、聚丙烯等）、共聚物纤维（如共聚酰胺、聚氯乙烯与聚乙烯共聚等）及双组分复合纤维。
热黏合用双组分纤维是由两种不同熔点的聚合物构成，高熔点的聚合物作为芯层被低熔点的聚合物皮层包覆，制成的纤网在热黏合中皮层组分软化熔融，集聚在纤维交叉点，起黏合剂作用，冷却后形成牢固的黏合。如日本窒素公司的ES纤维，皮层用聚乙烯（熔点为110～130℃），芯层用聚丙烯（熔点为160～170℃）。这种纤维经热处理后，皮层一部分熔融而起粘结作用，其余仍保留纤维形态，主要用于卫生材料、尿片、服装衬里等。
（三）复合纤维
复合纤维是由两种或两种以上成纤高聚物熔体或溶液，利用组分、配比、黏度等差异，通过同一喷涂孔复合纺丝而制得。复合纤维的特点是各组分特性取长补短。以皮芯形纤维为例，如聚酯（涤纶）和聚酰胺（锦纶），做成锦皮涤芯的皮芯型纤维，既有锦纶耐磨性好、强度高、易染色、吸湿性较好的优点，又能发挥涤纶弹性模量高、不易变形、挺括不绉的特性，显著提高了使用性能。
根据不同组分在纤维截面上的分配位置，复合纤维分为并列型、皮芯型和海岛型、剥离型等多种。
（四）超细纤维
超细纤维一般是指纤维线密度小于0.44dtex的纤维。实际上，合成纤维的细度是没有止境的，0.11dtex甚至更细的纤维也早已进入非织造布的生产。
超细纤维非织造布的生产方法主要有两种。一种是采用复合纺丝技术，先生产出双组分复合纤维，然后用溶解或剥离的方法处理，或者先用这种复合纤维制成非织造布，然后再经处理。对海岛型的采取溶解去除法，即溶去“海”的组分，剩下“岛”的组分，即成了超细纤维非织造布；对于辐射型和多层型的则采用分裂剥离的方法，剥离后的两个组分均为超细纤维（图2-3）。另一种是采用熔喷法非织造布技术，直接生产超细纤维并成网，制成非织造布。
图2-3 分裂剥离法生产超细纤维
超细纤维手感柔软，极为细腻，由于细度细，直径小，抗柔刚度小，柔软性很好，且韧性好，保暖性也佳。其制成织物具有高密结构和独特的清洁去污能力，一根根超细纤维与细小的污物接触，具有高清洁能力。超细纤维还具有高吸水性和吸油性，主要是利用毛细芯吸能力。
超细纤维非织造布主要用于生产洁净布或擦拭布、人造麂皮、仿桃皮绒、高吸水材料、无尘衣、高级合成革基布、过滤材料、离子交换材料、人造血管等。
二、功能性纤维
（一）阻燃纤维
纤维材料阻止延续燃烧的性能称为阻燃性。阻然纤维要有明显的阻燃性，一般极限氧指数必须大于27%。非织造布所用阻燃纤维一般采取原丝改性制得，生产方法有共聚法和共混法之分。共聚法是由高聚合体与阻燃基共聚后制成阻燃纤维。共混法是将阻燃剂加入纺丝熔体或浆液中，改变其热学性能，使制成的纤维具有阻燃性。
阻燃纤维可制成阻燃针刺地毯、窗帘、墙布、床上用品、车用材料、防火工作服等。
（二）抗静电纤维和导电纤维
抗静电纤维是指不易积聚静电荷的化学纤维，比电阻值小于1010Ω·cm，一般采用共混改性法，即高聚物与导电质（如碳粉等）复合以后进行纺丝制得。其抗静电的原理为：通过极化放电或电晕放电的机理，消除积聚在非织造布上的静电。制成的非织造布可防尘埃吸附及静电积聚，可用于制作无尘工作服、防暴工作服、电子设备的防尘垫、防尘口罩、地毯等。
导电纤维是指比电阻值小于105Ω·cm的纤维，它比抗静电纤维的导电性要强。因此，导电纤维消除静电的性能远高于抗静电纤维。其导电原理是纤维内部含有自由电子的移动。导电纤维可制作特种工作服或用于屏蔽电磁感应等。
（三）高收缩纤维
这是指沸水收缩率为35%～45%的化学纤维，如果沸水收缩率在20%以下，则为一般收缩纤维。高收缩纤维是经过物理改性或化学改性制得的，如高收缩涤纶、高收缩丙纶等。利用加热后的高收缩性，可以使非织造布达到密实的效果，用于制造合成革基布、人造麂皮等产品。
（四）水溶性聚乙烯醇纤维
这是合成纤维中唯一能溶于水的纤维，又称水溶性维纶。这种纤维的强度较好，尺寸稳定性好，制成的非织造布产品如医用床单、手术服、敷料布等，经一次性使用后，在90℃左右的热水中溶解处理后排出，减少了环境污染。目前已产业化的有溶解温度为40～90℃的多种水溶性聚乙烯醇纤维。
三、高性能纤维
1.聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 我国称芳纶1414，美国商品名为凯夫拉（Kevlar），其分子式为：
纤维分子链呈直线型结构，具有全对位的刚性苯环。该纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下不分解、不融化。它具有良好的阻燃性、绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。它可用针刺法、水刺法、湿法等非织造布方法加工，制成复合材料的基材。这些基材可加工成航空航天结构材料、零部件、耐高温垫片、刹车片、橡胶增强材料等。
2.聚间苯二甲酰间苯二胺纤维 我国称芳纶1313，美国商品名为诺梅克斯（Nomex），分子式为：
纤维的特性是耐热性极好，在260℃高温经500h，仍能保持80%的强度。纤维具有持久的热稳定性，骄人的阻燃性，极佳的电绝缘性，优良的机械特性，超强的耐辐射性，主要用于宇航、防火服、过滤材料（如高温粉尘滤袋）、电器绝缘材料，也可用于生产复合材料的基材。
3.超高分子量聚乙烯纤维 超高分子量聚乙烯纤维是相对分子质量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维，其所用的原料UHMW-PE存在有大量无规线团的非晶区和折叠链的晶体结构。在超倍牵伸时，其大分子链的高度取向、结晶区及非晶区的大分子充分伸展，形成了高度结晶的伸直链超分子结构。它的比强度是化纤中最高的，耐磨、耐冲击、耐疲劳、抗切割性能也是现有高性能纤维中最强的。此外，它质量轻，密度只有0.97g/cm3；化学稳定性好；紫外线性能优良；应用在安全、防护、航空、航天、车船制造、体育等领域。
4.聚苯硫醚纤维 聚苯硫醚纤维（PPS）是分子链上带有苯硫基的线型、高分子质量、结晶性聚合物，经熔融纺丝方法制得。国外商品名称赖顿（Ryton）。其短纤维性能：强度2.65～3.08cN/dtex、伸长率25%～35%，熔点285℃，具有优异的热稳定性和阻燃性，氧指数值34～35，200℃时强度保持率为60%，断裂伸长无变化；耐化学性仅次于聚四氟乙烯（PTFE）纤维，能抵抗酸、碱、氯烃、烃类、酮、醇、酯等化学品的侵蚀；有较好的纺织加工性能。因大分子中硫原子容易被氧化，所以PPS纤维对氧化剂比较敏感，耐光性也较差。
由于聚苯硫醚纤维的优异耐热性、耐腐蚀性和阻燃性，因此具有广泛的用途。例如，用于热电厂的高温袋式除尘、垃圾焚烧炉、水泥厂滤袋、电绝缘材料、阻燃材料、复合材料等。另外，其还可用作干燥机用的干燥带、各种防护布、耐热衣料、电绝缘材料、电解隔膜和摩擦片（刹车用）等。
5.碳纤维 碳纤维是含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维。含碳量在99%以上则称石墨纤维。碳纤维是以聚丙烯腈、黏胶纤维或沥青纤维为原料，通过加热除去碳以外的一切其他元素制得，以聚丙烯腈纤维原丝在200～300℃的条件下预氧化，再将其在1000～1500℃的条件中碳化处理，并在惰性气体（氦、氮）的保护下制成碳纤维，其含碳量为90%～95%；碳纤维经2000℃以上高温处理可以制得石墨纤维，含碳量高达99%以上。
碳纤维具有强度高、密度小、模量高、耐磨损、尺寸稳定性好、耐热性好、导电性好、耐化学性好一系列特性。
碳纤维复合材料应用在航天、导弹和运动器材上，可以显著减轻重量，提高有效载荷，改善性能。逐步扩大到民用工业，如汽车工业和运动器材等方面。碳纤维难以用传统纺织工艺加工，但适合非织造布加工，如在碳纤维制造时做成纤维网，然后用针刺、缝编或湿法加工成基布，再经模压、高温处理后，可制成航空航天的耐高温部件或其他轻质高强高模的部件及运动器械等。