针织服用类原料的应用与发展趋势

张佩华

(东华大学纺织学院教授)

 

随着科学技术的进步、社会生产力的发展和人民生活水平的提高,人们对针织服用类原料使用性能的要求也越来越高。新一代绿色环保型纤维、新型天然纤维、差别化和功能化的新型化学纤维的开发和应用,为服用类纺织产品提供了丰富的原料。

当今纺织业的特点是应用高科技手段,对产品进行更新换代,传统的纺织通过新型的技术加工达到新的视觉和触觉。服用类纺织产品的开发,不仅要适应国内不同的消费层次,还要结合国内外市场的特点和流行趋势。因此,应用天然纤维和新型化纤开发具有特色功能的产品是针织工业发展的当务之急。以下介绍几种新型的针织服用类原料。

一、        新型天然纤维原料

二十一世纪是环保的世纪,重视绿色生态纺织新原料的应用已提到议事日程。因此,应用天然彩色棉纤维作为开发新型纺织制品的后备材料将为我国纺织工业的发展带来新的生机。目前世界上对天然彩色棉的开发十分重视,“天然彩色棉性能的提高及其产品的开发”已列入我国“2000——2005年纺织行业科技发展项目指南”中。

天然彩色棉的应用可减少染色带来对环境的污染;可避免纺织品出口所遇到来自西方的绿色壁垒的阻挡。为此,针对天然彩色棉纤维的强度低、杂质多等问题进行研究,着手对采用混纺工艺开发彩色棉产品的研究;同时着手对产品款式进行开发,从以彩棉为新原料,以产品为龙头,开发新型面料,发展名牌服务产品。

二、        新型人造纤维——大豆蛋白质纤维

    大豆纤维是天然纤维中的后起之秀,是国家火炬计划项目,由河南省濮阳华康化学生物工程联合集团公司的李官奇等研制,并由河南省遂平华康生物工程有限公司批量生产。大豆纤维的主要生产原料是豆粕、羟基和氰基高聚物,其纺丝过程可简述为:

    豆粕水浸分离出蛋白质——改变蛋白质的空间结构——与羟基和氰基高聚物共聚接枝——湿、干法纺丝成大豆纤维——缩醛化处理成性能稳定的纤维——卷曲、热定形、切断、加油。目前已开发出0.9dtx的短纤产品,并正着手研究长丝、各种异形丝、功能性纤维(包括:抗菌、防臭、抗紫外线纤维等)。

1.    大豆蛋白质纤维特性:单丝纤度细,比重轻,强伸度高,吸湿导湿性好,手感柔软,光泽柔和,保暖性好,具有优良的服用性能,被人们称为“人造羊绒”。

2. 大豆蛋白质纤维与羊毛、蚕丝性能比较

 

纤度

干断裂强度

湿断裂强度

干断裂伸长

湿断裂伸长

比重

回潮率

比电阻

 

tex

cN/dex

cN/dex

%

%

g/cm2

%

W/cm

蚕丝

1.2

3.1-3.7

1.9-2.1

15-25

27-33

1.37-1.45

9

9.8

羊毛

4.74

0.9-1.6

0.7-1.5

25-35

25-50

1.32

16

8.4

大豆

1.27

5.4

4.3

15

17

1.28

6.8

9.5

3. 产品开发中针对大豆蛋白质纤维应注意的几个问题

1)抱合力差,易起毛(2)纤维热性能差(3)染色均匀性差(4)尺寸稳定性差

三、甲壳素/壳聚糖纤维

    甲壳素/壳聚糖纤维属粘胶纤维,由甲壳素/壳聚糖原料制成的溶液,经湿纺纺丝而成。甲壳素/壳聚糖原料来自于甲壳类动物的外皮或外壳,我国有着庞大的养殖业,虾、蟹外壳数量相当大,其中90%作为垃圾倒掉,既污染了环境又浪费了资源。自80年代以来各国都在研究甲壳素/壳聚糖,其用途十分广泛。作为一种化工原料,它的需求非常紧俏,据报道,仅美国、日本两国就需要3000吨/年, 50%的甲壳素/壳聚糖靠进口。

    壳聚糖纤维的生产流程简述如下:

    甲壳——脱蛋白质——除钙——脱色——甲壳素——脱乙醛基——壳聚糖——制成溶液——湿纺丝。

    壳聚糖纤维的物理性能为:强度:  175cN/dtex,伸长率:  10%,密度:1.5g/cm3

    其他:染色性好,能吸附蛋白质。

四、PLA聚乳酸纤维

    80年代后,由美国粮食公会和Cargill-Dar聚合物公司与日本钟纺纤维公司联合研究推出一种新纤维——PLA聚乳酸纤维。该纤维由玉米发酵制成的乳酸为原料,经熔体纺丝——牵伸——热定形而成。因以玉米为原料,故又称玉米纤维。

    聚乳酸纤维的基本特性类似常规的合成纤维,因此它的加工性有高的强度、弹性、透明性和耐热性。PLA与其他合成纤维的物性比较如下表所示。  

物性

PLA

涤纶

锦纶

比重/g/cm3

1.27

1.38

1.14

折射指数

1.4

1.58

1.57

标准回潮率/%

0.5

0.4

4.5

熔点/°C

175

260-265

215

玻璃化温度/°C

57

70

40

结晶度/%

70

50-60

50-60

拉伸断裂强力/cN/dtex

4.0-5.0

4.0-5.0

4.0-5.3

伸长率/%

30-40

30-40

30-45

杨氏模量/kg/mm2

400-600

1100

300

沸水收缩率/%

8-15

8-15

8-15

    PLA纤维最大的优点是它的生物降解性,废弃时埋入土中或水中,经微生物作用降解为二氧化碳和水,在阳光下,经光合作用再生为淀粉,可循环使用,故是一种典型的不污染环境的绿色纤维。

五、其它新合纤原料

通过化学或物理方法对原有的化纤原料进行改性,使之按照不同的需要发展相应的新品种,又可通过加入纳米或亚微米级功能性无机粉体或有机材料可赋予纤维一些特殊功能。近年来已开发并产业化的新颖合纤材料使纺织产品的原料琳郎满目。以下对已开发较成功、并在纺纱、织造、染色后整理及应用有一定基础的差别化、功能化的新型化纤材料作一介绍。

    (一)涤纶短纤维新产品

    涤纶短纤维最重要的下游用户是棉纺行业,目前用于棉纺行业开发新型面料的涤纶短纤维新产品大致有以下几种:

      1、细旦涤纶短纤维

    细旦、微细旦、超细旦纤维(包括长丝和短纤)的应用,将成为二十一世纪的重大发展方向。

    (1)纤维及产品的特性如下

    几何特性——单丝的细旦化使表面积增加,赋予织物蓬松性和覆盖性;高的曲率半径赋予织物微气室效应,产生高保温性和吸音性;毛细效应赋予透湿防水性。

    物理机械性能——高比强力,纤维的弯曲阻力小,有高的可绕性和扭转性;卷曲模量低,回弹性小,赋予织物柔软性。

    光学特性——反射光柔和,具有丝光效应。

    染色后整理特性——产品硬挺性下降,染料用量大,染色不均匀。

    (2)应用特性:利用细旦涤纶短纤维的优点可与天然纤维混纺,可起到弥补天然纤维的不足,使纱线性能得到优化。如:(a)与棉混纺:使织物的棉型感强、挺括、柔软、透湿性好,穿着舒适。(b)与丝混纺:保持了真丝织物的柔滑、雅致的光泽及高贵华丽,提高了真丝的耐光性及抗皱性。(c)与MODAL混纺:柔软、抗皱,手感丰满,透湿快于。

     2、异形涤纶短纤维

    纤维截面形状的变化为差别化纤维制成新型纺织产品开拓了广阔的途径。早在上世纪七十年代已进行了开发。目前由于纤维加工技术及纺织加工技术的进步、新型纺织面料要求的提高,对异形截面纤维的需求更多,因此异形截面纤维的新产品层出不穷,国外对异形纤维的开发从没有停止过,日本、美国及我国台湾近几年来开发了多种异形纤维如商品名为Victoron三角三孔中空聚酯纤维;Y形截面的透气、吸水、快干的涤纶新品种Triactor;表面有四道凹槽可导湿导汗的Coo1max异形纤维等。

    (1)异形纤维的性能特点:(a)轻量化率高(b)发色性优于普通的纤维(c)自然的触感及凉爽感 (d)改善了合成纤维的蜡感(e)增加纤维的蓬松度和透气性

    (2)不同截面形状其赋予纤维及面料的性能不同

     三角形截面——蚕丝的断面,有优雅的光泽;

     三叶形截面——闪光性强、覆盖性好、耐污、蓬松性好;

     五叶形、八叶形截面——手感好、覆盖性好、耐污、透气性好、抗起毛起球;

     十字形截面——蓬松性好、有弹性、弯曲性好、结节强度高;

     扁平形截面——优良的闪光性、抗起球性;

     L形截面——集束后沿纤维的轴向形成毛细效应,表现为吸汗性好、硬挺、拒水;

3)异形截面的纤维与天然纤维或其他常规合纤混纺时,通过原料组合使用,能发挥优势互补、性能互补的优点,促使面料性能更胜一筹。

(二)腈纶表面改性纤维

1.  酪素改性腈纶

    酪素改性腈纶是由丙烯腈与牛奶等酪素蛋自进行接枝的共聚纤维。蛋白质有很好的吸湿性,所以蛋白类改性腈纶的吸湿性有所改善。蛋白腈纶是一种良好的亲水性腈纶。其纤维轻而柔软,富有弹性,光泽柔和,触肤舒适,具有幽雅的丝呜感,吸湿性亦佳。它还含有对人体有关的种种氨基酸,具有护肤保健功能。在“人体价值”日益提高的今天,在“回归大自然”消费心理作用下,势必将为广大消费者所追求。借助于现代高科技,开发复合丝、混纺丝。

    2.  丝素改性腈纶

丝素改性腈纶克服传统真丝质地单薄,缩水率高,抗皱性差,易泛黄,遇强碱易脆损的弱点,满足市场对个性化、舒适化、高质化、多样化、时尚化的要求。可弥补蚕丝的紧缺,常言道:“物以稀为贵”,蚕丝之所以为众望所归,除了其物性可贵外,还贵在一个“稀”字。从当前世界生产量来看,在世界纤维总量中所占的比例仅为0.11%,无论国内外都感到蚕丝的紧缺。因此,发展含丝复合纤维,利用较少的蚕丝可生产更多的丝织品,有利于满足市场对丝织品的殷切需求。在新型丝绸里,丝毛织物不用说,其成本未必低于全真丝绸,但丝棉、丝麻,特别是蚕丝与合纤复合的纤维,成本必然降低,这无疑有利于丝织物面向大众。

3.  腈纶短纤新产品

 (1) 高收缩腈纶:其缩率为常规腈纶的收缩率(£4%)的5~10倍。

 (2) 细旦腈纶:通常把单丝纤度0. 44~11.3dtex划为细旦腈纶,0.44dtex以下为超细腈纶。

(3) 异形截面腈纶:异形截面腈纶的性质因截面形状不同而各异。开发较成熟的2.2 dtex扁平形腈纶手感柔软。三角形、星形、五角形截面腈纶摩擦系数比圆形大、纤维具光泽、硬挺度好、有天然麻一样性能。三叶、十字及多叶形截面的腈纶抱合力好,膨松,厚实、耐磨、耐多次变形、不易起球倒伏。哑铃形截面腈纶(仿马海毛)具最强的闪光效果,以10 %~30%混人常规腈纶,可制得具高附加值的毛线与织物。中空腈纶具良好的膨松性和抗弯曲能力,织物的透气性、保暖性、抗起球性均比常规腈纶好。

     (三)弹性纤维

弹性纤维——氨纶在今后的五年中将继续增长,年增长率可达12——13%,到2005年市场的需求19万吨,目前世界上服装用的氨纶增长很快,大约有50%的服装含有弹性纤维,美国杜邦公司为全球最大的弹性纤维供应商,年生产能力为6.6万吨。亚洲韩国弹件纤维发展很快,总生产能力达8——9万吨,但每年至少有5万吨出口。

弹性纤维应用广泛,世界各地区的应用有所不同,主要应用于运动衣、袜类、游泳衣、妇女贴身内衣和外衣。弹性纤维是目前人们普遍关注的纱线。这类纤维有:

    1.长丝类纤维

    聚酰胺类长丝纤维是弹性原料的主要产品,具有代表性的纤维是:氨纶长丝,尼龙弹力丝和弹性聚酯PEE。作为针织用纱,这些长丝在较多场合下可以与短纤维进行复合纺,生产出弹力纱;也可以与短纤纱交并,生产出花式纱;还可以直接和其它短纤纱交织,生产弹性织物;甚至直接用弹性长丝直接进行编织生产弹性织物。

以下仅对杜邦公司的Lycra及其系列弹性产品在袜类产品中的应用作一介绍。

(1)     Lycra袜品的种类

    莱卡的发明彻底改变了袜品的面貌,其超高而持久的弹性填补了流行时尚和机械性能之间的鸿沟,不但使产品更贴身,而且也更持久耐穿。目前在欧洲,市面上的女用袜,几乎有一半以上的产品在袜头和袜身含有莱卡。莱卡袜品的种类有:

²        调整型(塑身裤袜)。含有较多和较粗的莱卡纤维,因此有瘦身的功效。

²        美体裤袜。着重对身体一些特殊部位制造纤瘦及强调效果,达到强化的功能。

²        无缝裤袜。有较好美感效果,能提供一种持续伸展的透明之美,从腰部到袜头,不受袜头接缝的干扰。

²        弹性裤袜。可分为轻度、中度和强力弹性。前两者弹性适中,舒适柔软。而强力弹性袜又称医疗弹性压力袜。

²        长袜。目前较多的长袜被连裤袜代替。但当其后面有一条老式的缝线,并搭配有装饰的吊带时,更被认为是性感的表征。

²        Stay一ups。袜头有一条宽的弹力花边,适合热天穿着,给腿部一种自由的感觉。

²        长统袜。是年轻人的流行时尚,搭配迷你裙穿着,有相当多种款式和花样。

²        中统袜。适合着长裤时穿着,有各种透明度。

²        露足。有半透明和不透明,以细针距为多。

²        足部护套(袜套)。是纯粹功能性产品,作脚和鞋子之间的“舒适衬垫”。

²        童袜。只含少量莱卡,但有贴身和舒适的优点外,改善了新奇紧身裤袜的样式。

²        短袜。含莱卡的短袜,增强了贴身性,耐洗,柔软,不变形,不发硬。COOLMAX/THERMASTAT和莱卡的复合袜更增进了袜子的贴身和舒适性。

²        特殊种类。如紧身裤和内衣在高价位市场上愈来愈多。

2)  菜卡功能性裤袜

     菜卡功能性裤袜是一种新概念裤袜,它通过温和的逐渐增加的压力,使腿部减轻疲劳、增加能量并保持健康。假设裤袜是按照特定标准制成的,这种柔软的按摩将会产生短期(放松和给腿部提供能量)和长期(使腿部健康保持更久)效果。莱卡功能性裤袜有三个不同水平的压力(弱、中、强)。

    妇女由于长时间走动、站立,一天下来她们的腿部常常会感到疲乏和肿胀,时间长了,会导致静脉曲张等身体不适。莱卡功能性裤袜将给腿部提供能量:轻柔按摩,能够增加腿部的能量,到晚上腿部不会感到太疲乏;给腿部保护作用:增加血液循环,有利于腿部的长期健康。

    多年以来,需要在腿部施加压力的妇女不得不去看医生,而医疗袜虽然能够提供这种功能,但外观看起来不好或穿着感觉不舒服。菜卡功能性裤袜提供了一个真正的新方法:①它是基于一个客观的和可测定的标准;②它主要使用菜卡细支纱,能够生产透明裤袜。

    渐增的压力是菜卡功能性裤袜的关键,在脚踝处的压力一定要比大腿处的大,压力分布必须均匀,这将确保血液在流回腿部时裤袜能够正常发挥功能。消费者穿上这种裤袜需要舒适和活动自由,而这种舒适感则由裤袜在纵向和横向所具有的足够伸长来保证。在德国、法国及意大利的调查表明,妇女们愿意购买菜卡功能性裤袜,即使这种裤袜的价格比常规的贵,但还是可以接受的。

(3)  Lycra 系列产品

    Lycra T90C是杜邦公司经过不断改进弹性纤维生产技术而研制成功的新型纤维中的第一代产品。它是一种透明的共聚醚基型弹性纤维,这种弹性纤维伸长大而应力·应变曲线十分平缓,特别在高负荷下,有比其它任何弹性纤维低的滞后性,即急弹性恢复大,同时具有较强的耐热和水的降解性能。由于Lycra T902C具有很好的延伸和弹性恢复性,在较大应力下表现出较小的塑性变形,使其十分适合用作连裤袜、医用袜品、妇女内衣、男士内裤、短袜和手套等。

    Lycra  T403是一种熔纺并列双组分聚酯型弹性纤维,能自发产生卷曲并可在染色与后整理阶段很好地保持,非常适合于袜类产品生产。该原料是2002年初,杜邦AST研发中心宣布莱卡新品种T403问世。与同家族的T400一样,其持久伸展性和优秀回复性远远高于普通变形纱,同时还保持很好的尺寸稳定性、洗可穿性及耐氯性。从纤维的组织结构来看,T403纤维是由两种收缩率不同的涤纶熔纺合成的并列式双组分纤维。由于收缩率的差异,纤维从筒子上退绕时会自行卷曲。这种卷曲源自于纤维结构,如同羊毛纤维由于正皮质与偏皮质细胞的排列所造成的天然卷曲那样,比通过花式变形工艺处理得到卷曲效果更持久自然,并可在染色和后整理中得到保持。

    从Lycra T403纤维的性能来看,其弹性处于传统涤纶与传统Lycra氨纶纤维之间,对织物弹性与伸长性能的贡献适中,开发机构将之定位于现有的变形尼龙/涤纶的竞争产品,以供袜类生产为主。目前杜邦公司可提供的T403纤维的规格为150D/34F,不久还将推出75D/34F和75D/17F两种规格。同时,T403纤维可使用传统的标准染色及后整理设备。

    2.短纤类纤维

    弹性短纤维的应用还是近十年的事,它大大丰富了针织产品的品种。弹性短纤维单位时间的产量比长丝产量高很多,即原料价格要低很多,故有很大的市场前景。这类纤维有:弹性聚酯PTT、PBT;聚酰胺类纤维。这些改性纤维大多数采用混纺通过纺纱加工制成弹性短纤纱,用于针织产品的加工。

PTT纤维即聚对苯二甲酸丙二醇酯,是由1,3——丙二醇和对苯二甲酸经酯化缩聚制成。因其分子结构及构造独特,而具有特殊的性能。首先,PTT是Z型构造,此构造使其具有延展性,100%的PTT纤维与含4%——7%PET的高弹纤维丝具有同等的延展性;其次, PTT具有较高的柔软性,3旦的PTT与2旦的PET柔软性相同,且其柔软性和回弹性能达到较好的平衡;第三,PTT具有低温染色性,各种PTT纤维可进行常压沸染;第四,PTT防污性比尼龙好;第五,PTT回弹性比PET好。

    因PTT具有如此多的优良特性,因而引起了世界上很多大公司的兴趣。目前,全世界有许多公司开发PTT纤维,如美国Shell公司、日本旭化成公司、韩国SK、Samyang等公司、意大利Miroglio、台湾和马来西亚的Hualon、法国的Setilia、西班牙的Antex等,预计2010年将有12家PTT工厂开工生产,到那时全球需求量将达到1百万吨/年。

六、有机/无机复合功能性纤维

为增强我国纤维材料及纺织产品在国际上的竞争能力,为适应人们对生活质量日益提高的需要,应用高新技术把功能性超细粉体甚至纳米材料应用于化纤中是提高化纤差别化、功能化的重要方面。

有机/无机复合功能性纤维是应用性能不同的纳米或超细粉体添加剂对各类化学纤维进行改性使之具有功能性的纤维,如抗菌纤维、吸水吸湿纤维、变色纤维、耐热纤维、芳香纤维、磁性纤维、储能纤维、发光纤维、防辐射纤维、抗紫外纤维、远红外纤维和阻燃纤维。

 1、纳米粉体或超细微粒加入纤维中制备功能纤维方法如下:

 (1)共混纺丝法

 (2)复合纺丝法

 (3)直接纺丝法

 2、纳米纤维的制备:直径小于100纳米的超微细纤维,而纤维长度可达数万米。

 3、应用添加剂与聚合物共混可制备各种功能性化学纤维。

功能性纤维可提高产品的档次,如香型纤维,多功能负离子短纤维,抗菌聚酯长丝、聚丙烯腈短纤维及各种无纺布。抗紫外纤维的应用面很广,从国内外研制和生产的品种来看,涉及到涤纶、维纶、腈纶、尼龙和丙纶等。

七、结束语

新纤维的品种繁多,技术应用各异,本文不可能一一例举,就其本质和目的而言,其发展方向有三大趋势:

(1)       向着天然、舒适,更以人为本的方向发展

(2)       向着多功能、多特异、多用途方向发展

(3)       向着环保、绿色、健康方向发展