纺织导报-纳米纤维技术新进展.pdf

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1、应用技术I 纤维技术 1 I 广文阐述了纳米纤维研究与开发方面的新进展，重点介绍了采用静电纺丝法、熔喷及双组分 个纺丝法制备纳米纤维的技术现状。同时还讨论了纳米纤维的应用和市场潜力。 T h i sa r t i c l es t a t e ds o m en e wd e V e l o p m e n t so nn a n o f i b e rt e c h n o l o g y ，a J l dp a i ds p e c i a la t t e n t i o nt ot h e a p p l i c a t i o ns t a t u sq u oo fe l e c

2、t r o s p i n n j n g ，m e l t b l o w na n db i o c o m p o n e n ts p i n n i n go nn a n o f i b e r s p m d u c t j o n F u r t h e m l o r e ，t h ea p p l i c a t i o na n dm a r k e tp o t e n t i a lo fn a n o n b e rw e r ea l s od i s c u s s e d 纳米纤维技术新进展 N e W 口e V e l 0 口m e n l0 fN a n

3、o f i h e rT e C h n 0 1 0 9 V 纳米技术是2 0 世纪8 0 年代诞生的新兴技术领域。从 某种意义上说，它是实现原子或分子操作的超精密加工技 术。目前所研究开发的纳米结构或纳米尺度材料包括量子 点和线、纳米自组装薄膜、纳米晶体、纳米管、纳米线、纳 米棒、纳米涂层以及纳米纤维等。 当聚合物纤维尺度从微米或亚微米级( 1 0 一1 0 0p m ) 降至纳米级时( 1 0 一1 0 0 姗) ，就会显示出某些奇特的性 能，即全新的物理、化学和生物性能。本文主要涉及纳米 纤维，但不包括加入纳米尺度添加剂的纳米改性纤维。 1 纳米纤维技术的进展 近年来，纳米纤维技术取得了

4、巨大的进步。据2 0 0 7 年 米兰( 音) 静电纺丝技术研讨会报道，美国D u P o n t ( 杜邦) 公司和Z y v e x 公司、德国S a n d l e r 公司及捷克E l m a r c o 公司 等8 家公司的静电纺丝装置已经完成商业化运转。 纳米纤维有多种成型方法，如静电纺丝法、熔喷法以 及闪纺法( 杜邦公司的T ，v e k 。产品) 等，其产品均呈非织 造布形式，而使用双组分复合纺丝法可得到长丝纱。近年 来，原纤化制纳米纤维法和枝晶法纳米纤维技术也取得了 一定的进展。表1 为几种主要的已产业化的纳米纤维技术 的工艺特征。 表1几种主要的纳米纤维技术的工艺特征 静电

5、纺丝法 熔喷法 原纤化法 双组分复合纺丝法 成型效率( g m i n ) 1 0 0 孔英寸。 1 3 复合纺丝法 ( 1 ) 工艺特征 目前，复合纺丝法生产的纳米纤维主要以海岛型和裂 片型复合纤维为主，该方法通常选用常规的纺丝牵伸工艺， 卷绕速度约为25 0 0 耐I I l i n 。 纺织导报C h i n aT e x e L e a d e r 2 0 0 8N o 56 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 应用技术I 纤维技术 在海岛

6、型复合纺丝中，可使用P E T 、P A 、P P 等原料， 岛组分数可达11 2 0 I 海组分使用E V o H ( 乙烯一乙烯醇 共聚树脂，两种组分的复合比为5 0 ，5 0 ) 。将海组分溶除后， 岛部分的纤维直径可达3 0 0n m 。该方法的产能为5k g l l ， 纤维加工成本可控制在l 5 美元，k g 。同静电纺纳米纤 维相比，复合法纺纳米纤维的直径分布较窄。 在海岛型复合法纺制纳米纤维的技术中，复合组件的 设计十分关键，要保证岛组分聚合物与海组分有同一的轴 向。此外，海组分聚合物的溶出也很重要，因为它影响纳 米纤维最终的成型和品质。因此要求碱溶液快速并完全地 将海和岛组分

7、分离，同时还需防止碱溶液对岛组分聚合物 的浸蚀。目前纺制的P E T 纳米长丝，岛组分数一般为3 0 0 ， 单丝直径约为5 0 0 衄。 目前，裂片型复合纺丝工艺可达到1 6 片以上。 ( 2 ) 发展近况 日本东丽公司采用海岛型复合纺丝法成功开发出了 P A 纳米纤维，其单丝直径在数十纳米范围之内。 日本帝人公司与s l l i n s y u 大学合作，采用海岛型复合 纺丝法成功纺制出了单纤直径为8 5I l I l l 的纤维，相当于每 根长丝容纳了10 0 0 个岛组分。 日本帝人公司开发的P E T 纳米长丝的海组分选用了水 溶性聚合物，具有环境友好特性，纤维性能良好( 表3 )

8、。 表3 童爱l 蚺 8 0 0 4 8 0 3 0 0 3 6 帝人公司开发的海岛型纳米纤维的性能 鲁 鹰l d h I - 删 量度f 曲f a 瞄l修长事f o 6 9 【l 【) 5 53 0 2 5 0 04 53 0 1 0 0 03 O2 0 O 0 1 4， 日本可乐丽公司采用双组分纺粘非织造工艺制备的纳 米级纤网已成功实现商业化运转，其单纤强度与常规纺粘 产品相近，且直径的均匀性和纤网克重的均一性比静电纺 丝法和熔喷法都要优越。目前，该公司采用裂片法双组分 纺粘工艺制备纳米级纤维的研究也在进行中。 1 4 其他成型工艺 ( 1 ) 原纤化法纳米纤维工艺 原纤化法具有规模生产和

9、产品应用范围广的潜力。 使用纤维素纤维溶液制成的纤维具有长链分层结构，经 原纤化后，所得纤维的直径在1 0 0 4 0 0n m ，长度为5 8 衄。用该纳米纤维制取的产品呈纸状。 以液晶态聚合物( L C P ) 为原料，原纤化法制得的纳 米纤维强度为1 8 3 6c 卜d t e x ，而使用芳香聚酰胺为原 料后，强度高达1 8c N ，d t e x 。不同的聚合物可赋予纳米纤 维产品不同的性能和用途，如以P A N 为原料生产的纳米纤 维具有低吸水、抗霉菌及优良的湿态抗拉性能。 相对而言，E F T e c 原纤化工艺具有较高的 成型效率，每个纺丝单 元的产能可达9 0k g l l

10、， 且工艺技术的弹性和经 济性均较好，生产过程 中对纤维的直径分布和 数量控制也相对容易。 用这种方法制得的纳米 纤维可用于加工医用隔 E F T e c 原纤化法生产的纳米纤维 离制品，环境防护服装及电池隔膜等。 美国K x 工业公司用原纤化法制取的纳米纤维纸，单 纤直径为1 0 0 2 5 0 衄，可做水和空气的过滤介质。 ( 2 ) 枝晶工艺制备纳米纤维 枝晶工艺主要是选择适当的溶剂，将聚合物溶于其中， 配置成纺丝原液，然后将聚合物溶液涂敷于一收集表面，在 特定条件下，抽提溶剂而形成纳米纤维。美国N 弛。一T c x 公司采用这种技术制得了纳米纤维，并将其加工成具有优 良抗污效果的织物。

11、 2 纳米纤维应用广泛 纳米纤维独特的性能使其在膜材料、过滤介质、催化 剂、电子产品、生物制品、复合增强材料等领域拥有巨大 的市场潜力。 ( 1 ) 超级过滤介质 纳米纤维复合制品具有阻隔高渗透悬浮粒子的性能， 可大大提高过滤效率。作为气相、液态的过滤或分离介质， 可在制药、实验室、医院、食品、化学及化妆品工业中使 用，也可用于制作防化服或生物战地服装。 将单丝直径为2 5 0 哪，厚度约1 “m 的静电纺纳米纤 维网片与纺粘非织造布复合，纺粘组分承载了过滤介质的 机械性能，而纳米纤网组分使复合产品的过滤性能明显提 高，将纳米纤维网片与湿法成型的纤维素纤维非织造布复 合，用于引擎系统的清洁过滤

12、，可去除直径为O 7 7 0 岬l 的粒子。此类复合产品可以选用常规P E T 或P A 非织造布 产品作为复合组分。 采用双组分工艺制得的纳米长丝，可进一步加工成短 纺织导报C h i n aT e 】c t i I e L e a d e r 2 0 0 8N o 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 应用技术I 纤维技术 切纤维，再利用湿法成网工艺制成非织造产品。产品孔隙 均匀，也可作高性能过滤材料。 ( 2 ) 医疗卫生产品 纳米纤维可用于人

13、造血管、药物输送材料等中。在做 细胞工程支架材料时，其作用是提供传导性能和结构支撑， 并改进支架的多空性；在药品封装中使用，可控制活性组 分的传输。此外，纳米纤维材料还是烧伤病人理想的包扎 绷带。 卫生领域，纳米纤维广泛应用于揩布、纸巾等个人护 理产品中。 ( 3 ) 吸音材料 纳米纤维具有优良的声学和吸音特性，因此可作为吸 音材料，应用于汽车、航空、建筑、音乐厅、剧院、电影 院以及体育场馆等设施中。 ( 4 ) 复合增强材料 将纳米纤维应用于增强材料中，可提高产品的抗裂性 能，用于飞行器和宇航制品。 ( 5 ) 高档革制品底布 在M A2 0 0 7 上，德国F l e i s s n e

14、r ( 福来司拿) 公司展 出了双层或三层裂片型P E T 纺粘非织造布与静电纺纳米纤 维网片经水刺处理后的复合产品，该产品可用作高档合成 革基布，在运动器材、汽车内饰、装饰织物及制鞋等领域 具有较大的市场潜力。 ( 6 ) 功能性服装面料 日本帝人纤维公司采用复合纺丝法制成的P E T 纳米纤 维织物，质地轻薄，具有优秀的防水透气性能，是制作运 动服、夹克衫，风衣和雨衣的高档面料。 除了上述领域外，纳米纤维还可应用于光学器材、能 源产品等中，如光学传感器、微电子电缆材料等。 3 结束语 进入2 1 世纪以来，纳米技术取得了巨大的进展，纳米 纤维也已取得了规模化生产技术上的突破，在推动人类社

15、会进步，改善人类生活质量方面展现了美好的前景和巨大 的市场潜力，但同时也存在着一定的风险。通过对比可以 发现，国外研究者在进行纳米技术的研究实践时，始终伴 有对环境、人类健康和安全方面的消费研究，体现了科技、 环境与人的统一性，而我国在这方面还比较欠缺，因此国 内机构在纳米纤维的研究开发中也应根据实际情况，正视 其对消费者可能带来的影响。卿 合成纤维优点诸多，但也有不足，特别是在吸湿、可 染、抗起球及抗静电等方面性能不良，需要进一步改进。近 年来，合成纤维的功能化研究一直倍受瞩目，本文研究了 几种新型的功能性聚酯纤维，希望能在产业化方面得到进 一步的开发应用。 1 高吸汗排汗速干的聚酯纤维及织

16、物 聚酯纤维具有多种优点，但因其吸湿性能较差，服用 时穿着很不舒适，因此提高聚酯纤维织物的舒适性是未来 纺织品发展的重要方向之一。如何制备高吸汗、排汗、速 干织物用聚酯纤维，多年来一直是研究者和企业家努力追 求的目标，它应当像阳离子染料可染聚酯纤维那样成为聚 酯长、短纤维的一大品种，而从所谓的差别化纤维品种中 脱颖而出，这也是聚酯纤维持续发展的必然要求。 这种纤维可以单独使用，也可与天然或其他化纤材料 混纺、交织使用，主要用于内衣、运动类服装等。国内外 很多企业都在开发这类纤维，并且不断地有新技术和新产 品问世，这足以表明企业对它的认知及社会对它的需求。 1 1 织物的吸湿、排汗过程 织物的吸

17、湿排汗过程由润湿一吸湿( 或吸水) 一传 导一蒸发等几步组成。 ( 1 ) 润湿过程：对于缺少极性基团的合成纤维而言， 它是完成总体过程的控制步骤， ( 2 ) 吸湿( 或吸水) 过程：织物被水分浸润后，应当 尽可能多而快地将水分吸附于织物内部， ( 3 ) 传导过程：将织物所吸收的水分( 汗液) 由织物 的内侧向外侧表面迁移并向四周扩散，扩散面积的加大为 水分的快速蒸发创造了必要的条件t ( 4 ) 蒸发过程：织物吸收的水分向外层空间蒸发，从 而实现织物的速干。 1 2 高吸湿排汗速干织物的加工过程 吸湿、排汗和速干的工艺可在多个阶段实施。 聚合物制造阶段在聚合物合成时为制造高吸湿、排 汗、

18、速干织物用纤维奠定基础； 纤维制造阶段包括纺制含亲水性基团的共聚酯纤 维，与含亲水性基团的聚合物共混纺丝制造吸湿性纤维， 利用吸湿性聚合物复合纺丝，纤维断面的异形化以及纤维 线密度的超细化等； f lI 作者简介：张大省，男，1 9 4 2 年生，教授，北京市服装材料研 - l 究开发与评价重点实验室，1 0 0 0 2 9 。 纺织导报C h j n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 8N o 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark