幾種化學(xué)纖維的各種性能及新型應(yīng)用要點(diǎn)

1、談化學(xué)纖維的各種性能及新型應(yīng)用聚酰亞胺纖維是 20 世紀(jì) 90 年代興起的一種高分子有機(jī)合成纖維，纖維分子結(jié)構(gòu)中含有穩(wěn)定的酰亞胺基團(tuán)。聚酰亞胺纖維具有耐腐蝕、耐輻射、耐高溫和電絕緣等特性，同時(shí)還有很好的機(jī)械性能，其強(qiáng)度和模量全面超過了 Kevlar - 49 纖維，在航空航天、原子能、電子、核工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 1 。由于聚酰亞胺纖維良好的力學(xué)性能和電絕緣性能，歐美及日本等一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將其應(yīng)用擴(kuò)展到了造紙領(lǐng)域2, 3，并且做了初步的研究。由于聚酰亞胺纖維性質(zhì)穩(wěn)定，表面鈍化，沒有活性基團(tuán)，且經(jīng)過打漿處理也不會產(chǎn)生分絲帚化，經(jīng)過濕法成形得到的原紙強(qiáng)度較低。為了提高其強(qiáng)度，需要用樹脂對原

2、紙進(jìn)行浸漬處理，但是浸漬量過小紙頁強(qiáng)度性能改善不明顯，浸漬量過大則對紙頁撕裂強(qiáng)度和伸縮率有較大影響。聚酯纖維具有較好的介電性能和耐高溫性能，其熔點(diǎn)在 255260 之間，在 205時(shí)開始產(chǎn)生黏結(jié)，初始分解溫度在350以上，且纖維伸長率可達(dá) 7.5%12.5% ；同時(shí)還有優(yōu)良的耐皺性、彈性和尺寸穩(wěn)定性，有良好的電絕緣性能，耐日光，耐摩擦，不霉不蛀，有較好的耐化學(xué)試劑性能，能耐弱酸及弱堿，能夠與其他具有耐高溫性能和電絕緣性能的合成纖維混合抄造耐高溫絕緣紙 4 。在聚酰亞胺纖維原紙的抄造過程中添加一定比例的聚酯纖維，不但能夠提高紙張的強(qiáng)度，還能在熱壓過程中發(fā)生熔融從而提高纖維間結(jié)合力，改善紙張的電氣

3、性能。本文主要研究聚酯纖維對聚酰亞胺纖維紙基材料的強(qiáng)度性能、電氣性能、耐高溫性能和紙張表面結(jié)構(gòu)的影響，旨在為開發(fā)高性能聚酰亞胺纖維紙基材料打下一定理論基礎(chǔ)。隨著聚酯纖維添加量的增加，纖維間結(jié)合力增強(qiáng)，成紙的抗張指數(shù)和伸長率逐漸增大，而撕裂指數(shù)逐漸減小。紙張的耐壓強(qiáng)度和介電常數(shù)隨著聚酯纖維添加量的增大而上升，但介電損耗正切值受其影響不大。添加聚酯纖維后纖維間結(jié)合更加緊密，紙張孔隙率降低，當(dāng)聚酯纖維添加量為 9% 時(shí)紙張有較好的強(qiáng)度性能和電氣性能，但是對紙張的熱穩(wěn)定性有一定影響。聚乙烯醇纖維，即聚乙烯醇羧甲醛纖維，其英文縮寫為 P VA，也簡稱維綸、維尼綸。 1924年，德國化學(xué)家 Hermann

4、 WO和 Hannel W首先在實(shí)驗(yàn)室制得水溶性聚乙烯醇纖維； 1939年，日本的櫻田一郎等人將這種水溶性纖維用甲醛處理，制得耐熱水的聚乙烯醇羧甲醛纖維，并于 1950年由可樂麗公司和尤尼契卡公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，商品名為維尼綸 1 3 。聚乙烯醇纖維被認(rèn)為是一種與棉花狀態(tài)相近的合成纖維，該纖維強(qiáng)度、耐磨性、吸濕性較好，耐腐蝕、耐日曬，尤其是具有高強(qiáng)度、高模量的聚乙烯醇纖維發(fā)展迅速，作為工業(yè)原料，其應(yīng)用范圍日趨廣泛4 。造紙用聚乙烯醇纖維目前主要分為易溶、難溶兩種，根據(jù)其類型不同可用來生產(chǎn)增強(qiáng)纖維紙、水溶性纖維紙，也可作為合成纖維紙的黏膠纖維等使用5 7 。聚乙烯醇纖維既可單獨(dú)抄紙，也可與植物纖

5、維或其他合成纖維配抄，聚乙烯醇纖維的存在可以明顯改善紙頁的強(qiáng)度性能 4 。在合成纖維中，聚乙烯醇纖維占據(jù)了十分重要的位置，在造紙行業(yè)中廣泛應(yīng)用。涉及聚乙烯醇纖維紙的原創(chuàng)專利大多為日本公司所有，如可樂麗股份有限公司，而國內(nèi)申請大多是在日本原創(chuàng)專利的基礎(chǔ)上對制備工藝進(jìn)行改進(jìn)。但近年來國內(nèi)申請人的專利申請量明顯提升，表明國內(nèi)申請人的研發(fā)熱情、專利布局意愿和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識都在增強(qiáng)，但是真正獲得應(yīng)用，并在市場中產(chǎn)生良好經(jīng)濟(jì)、社會效益的專利技術(shù)從絕對數(shù)量上來說仍很少。此外，沒有形成具有較強(qiáng)研發(fā)、生產(chǎn)能力的大公司和企業(yè)，國內(nèi)申請人呈現(xiàn)分散、小型企業(yè)化、高校研究和個(gè)人申請多等特點(diǎn)。筆者結(jié)合上述對造紙用聚乙烯

6、醇纖維專利技術(shù)現(xiàn)狀的分析，就如何發(fā)展高性能聚乙烯醇纖維紙給出如下建議：目前，日本的可樂麗、東麗等主要生產(chǎn)聚乙烯醇纖維的企業(yè)無論是在專利擁有量，還是企業(yè)銷售量方面都占據(jù)主導(dǎo)地位，其中維綸紙水溶性材料專利技術(shù)已達(dá)到一個(gè)相當(dāng)成熟的地步。而最近幾年國內(nèi)的企業(yè)如中國印鈔造幣總公司在造紙用聚乙烯醇纖維的研發(fā)方面有所突破，其通過共混改性、表面改性等方式提高了聚乙烯醇纖維的強(qiáng)度、 防偽性能。目前國內(nèi)對導(dǎo)電維綸紙、核殼結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇維綸紙等并沒有行研究、開發(fā)，國內(nèi)申請人可嘗試從造紙用聚乙烯醇纖維的制備過程出發(fā)， 通過工藝過程的改進(jìn)， 或是通過物理共混、化學(xué)交聯(lián)等改性方式制備得到性能優(yōu)越的造紙用聚乙烯醇纖維。同時(shí)

7、，需要國家在這方面做好產(chǎn)業(yè)布局和規(guī)劃，出臺相應(yīng)的政策鼓勵(lì)和扶持企業(yè)進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，做大做強(qiáng)一批龍頭企業(yè)，鼓勵(lì)優(yōu)勢企業(yè)之間進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，使產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，有利于優(yōu)勢互補(bǔ)和技術(shù)融合和促進(jìn)；對具有重大開發(fā)利用價(jià)值的環(huán)保技術(shù)與裝備組織攻關(guān)、試驗(yàn)鑒定和成果轉(zhuǎn)化，建立范工程后進(jìn)行推廣應(yīng)用。聚乙烯醇 ( PVA)纖維是合成纖維主要品種之一，早在 1924 年德國 Hermann 和 Haehnel 就將聚醋酸乙烯醇解制得聚乙烯醇，隨后又以其水溶液干法紡絲制得纖維。目前聚乙烯醇纖維主要有濕法、干法、凝膠法 3 種紡絲方法，干法紡絲以其工藝流程短、環(huán)保等優(yōu)異特點(diǎn)而被用來生產(chǎn)聚乙烯醇水溶長絲和其他多功能性或差別化

8、聚乙烯醇纖維 1。干法紡絲過程較復(fù)雜，紡絲原液經(jīng)噴絲孔擠出后在紡絲甬道中有拉伸流動，絲條在干燥凝固成形的過程中伴隨著傳熱和傳質(zhì)。Ohzawa 等 2 3 曾對聚乙烯醇等幾種干紡體系進(jìn)行模擬， Sano Y 4基于紡絲工藝對聚乙烯醇干紡體系進(jìn)行了較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模擬，并對絲條徑向濃度分布進(jìn)行了研究。但已報(bào)道的干法紡絲文獻(xiàn)都采用逆流式進(jìn)行模擬，而順流式干法紡絲纖維成形較緩和，更有利于生產(chǎn)聚乙烯醇水溶長絲 1。本文通過建立一維順流式干法紡絲模型，從理論上研究了絲條凝固成形過程中速度、濃度、溫度、張力的分布規(guī)律。在聚乙烯醇順流式干法成形過程中，溫度的降低使絲條凝固，在紡絲速度較低的情況下，噴絲頭處的張力最

9、大。泵供量的增加使甬道風(fēng)對絲條的干燥時(shí)間增長，使絲條在紡程更遠(yuǎn)處凝固，絲條內(nèi)溶劑含量是控制絲條溫度變化的關(guān)鍵因素。提高甬道風(fēng)風(fēng)速不利于紡絲速度的提高，而提高甬道風(fēng)溫度對紡絲速度的提高影響很小。在相同泵供量和紡絲速度下，增加溶劑溶度會使溶劑的蒸發(fā)速率減慢，絲條不易干燥固化。增加卷繞速度可以加強(qiáng)傳熱傳質(zhì)過程，使溶劑更快地從絲條中揮發(fā)出來，但在較高的紡絲速度范圍內(nèi)，絲條溶劑含量變化不大。采用化纖產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟研究開發(fā)的系列新一代仿棉聚酯纖維，商品名稱為“逸綿” 。其主要通過聚合改性克服常規(guī)聚酯纖維的缺點(diǎn)，賦予了聚酯纖維新的特性，使其服用舒適性大幅提高。易染型聚酯纖維熔融溫度約為236 ，介于錦

10、綸 6 和常規(guī)聚酯纖維之間，比常規(guī)聚酯纖維低 20 左右，其 DSC 測試結(jié)果如圖 1 所示 1。易染型聚酯纖維的玻璃化溫度比常規(guī)聚酯纖維低 10 左右，聚酰胺基團(tuán)的引入破壞了聚酯纖維大分子的規(guī)整性，使纖維的無定形區(qū)增加，染料分子更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部，所以，易染型聚酯纖維可以實(shí)現(xiàn)分散染料無載體常壓沸染。易染型聚酯纖維目前主推品種為棉型短纖，單絲線密度為1. 21. 6 dtex，斷裂強(qiáng)度為2. 22. 8 cN / dtex，初始模量50 cN / dtex，斷裂伸長率為 20% 35%，回潮率為0. 8%左右。與常規(guī)聚酯纖維相比，易染型聚酯纖維的斷裂強(qiáng)度和初始模量均大幅降低，只有常規(guī)聚酯纖維的

11、50% 左右，這個(gè)強(qiáng)度可以滿足服用要求，同時(shí)又使織物是有良好的抗起球性能。易染型聚酯纖維的初始模量低于長絨棉纖維，低的初始模量使織物觸感更加柔軟2 3 ，而且回潮率是常規(guī)聚酯纖維的2 倍，有助于改善其親水性能和抗靜電性能。易染型聚酯纖維是常規(guī)聚酯纖維的升級換代產(chǎn)品，其強(qiáng)度適中，手感柔軟，光澤柔和，抗起球性好，在強(qiáng)度、外觀、手感、親水性等多個(gè)方面都有優(yōu)良的仿棉特性。易染型聚酯纖維可常壓無載體染色，擺脫了常規(guī)聚酯纖維需要高溫高壓染色的限制，對染色設(shè)備的適應(yīng)性更廣，其和棉混紡織物易于一浴一步染色，符合節(jié)能減排理念。易染型聚酯纖維有良好的吸濕速干性能，其織物芯吸高度、液態(tài)水?dāng)U散速率、干燥速率等指標(biāo)均優(yōu)

12、于純棉和常規(guī)聚酯纖維織物，適合于各種純紡或混紡產(chǎn)品，是開發(fā)各種休閑、運(yùn)動面料的優(yōu)良原料，應(yīng)用前景非常廣闊。上世紀(jì) 80 年代悄然掀起的高端智能紡織材料，在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、環(huán)境衛(wèi)生、軍事技術(shù)、建筑行業(yè)、日常生活諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，引起了大家的高度重視。隨著時(shí)代的發(fā)展，高端智能紡織材料還將給人們帶來更加驚喜的應(yīng)用研究成果在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用智能材料的特點(diǎn)，使其在醫(yī)用領(lǐng)域已有了一定的應(yīng)用，如作為藥物釋放載體已有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，原理是利用智能材料來感知病變部位各種環(huán)境信息的變化，使藥物在預(yù)定的時(shí)間或地點(diǎn)釋放出所需要的劑量，實(shí)現(xiàn)藥物的定點(diǎn)、定時(shí)、定量釋放。目前利用外界刺激的智能材料主要有物理、

13、化學(xué)刺激敏感型材料如 pH 敏感材料、溫度敏感材料；生物化學(xué)敏感型材料如葡萄糖敏感型材料、酶敏感型材料、基于抗體識別功能設(shè)計(jì)的材料等。紡織纖維材料及紡織品以其自身優(yōu)勢如良好的柔韌性、機(jī)械性在未來智能材料及其組元材料開發(fā)中具有重要的地位。首先，從纖維加工制備的角度考慮，可以通過纖維的功能化如內(nèi)部包埋藥物、纖維表面接枝改性引入特定功能基團(tuán)等，來構(gòu)筑智能材料應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。當(dāng)這些具有特定功能的纖維材料或紡織品與病人病變部位接觸時(shí)，智能材料能夠迅速檢測出病變部位釋放出的物質(zhì)，并作出響應(yīng)如釋放藥物等，當(dāng)病變部位好轉(zhuǎn)到一定程度或治愈后，與其接觸的智能紡織品停止釋放藥物。如將藥物置于聚（ N- 異丙基酰

14、） 接枝的聚乙烯醇凝膠纖維中，該纖維能夠通過外界溫度的變化（變化范圍2030 ）自動開啟和閉合，從而實(shí)現(xiàn)自動控制藥物的釋放； pH 敏感型水凝膠纖維載藥后在人體腸道內(nèi)部可以通過內(nèi)部環(huán)境中酸堿性的改變，來實(shí)現(xiàn)選擇性地釋放所載的藥物。今后，基于智能材料對外界刺激反饋的不同作用原理，可以著重研究溫敏、光敏、磁敏等智能材料及組元，來開發(fā)具有多用途、特殊功能的智能紡織品。由具有形狀記憶功能的纖維織制的紡織品并包含藥物，可以在醫(yī)療領(lǐng)域用作智能繃帶。如經(jīng)聚乙二醇處理過的棉、聚酯或尼龍聚氯酯共聚纖維，含有交聯(lián)的多元醇，這種編織或機(jī)織的紡織品遇到血液或酒精 /水混合物等極性消毒溶液時(shí)會收縮。用這種紡織品做繃帶，

15、它在血液中收縮時(shí)使傷口上所產(chǎn)生的壓力可以止血，而繃帶干燥時(shí)可回復(fù)至原始尺寸，壓力去除。因此，它可以用于身體某些部位出血時(shí)的包扎。2 在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用航空航天領(lǐng)域使用的材料需要經(jīng)受住惡劣環(huán)境的影響，它需要對自身狀況進(jìn)行診斷，并能自動加固或自動修復(fù)材料中的傷痕或裂紋，從而避免大災(zāi)難事故的發(fā)生。航空航天飛行器的結(jié)構(gòu)要求輕質(zhì)、高可靠性、高維護(hù)性、高生存能力，為此，必須增加材料的智能性。目前智能材料結(jié)構(gòu)在航空飛行器上的應(yīng)用有智能蒙皮、自適應(yīng)機(jī)翼、振動噪聲控制和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等。3 在環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)保用智能紡織材料在未來環(huán)境領(lǐng)域?qū)兄匾膽?yīng)用前景，比如具有清潔功能的智能紡織品，它的開發(fā)可以沿著兩

16、條思路進(jìn)行，一是利用紡織品表面特有的幾何尺寸的形狀界面結(jié)構(gòu)，經(jīng)過材料界面技術(shù)處理后，由于織物表面尺寸低凹的表面可使吸附氣體原子穩(wěn)定存在，所以在宏觀表面上相當(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油和水無法與材料的表面直接接觸，從而顯示出卓越的拒水和拒油性能，而對纖維的原有理化性能如纖維強(qiáng)度、染料親和力、透氣性等沒有影響，甚至還能增加殺菌、防輻射、防霉等特殊效果。當(dāng)這類材料表面粘附灰塵后，在有水滴出現(xiàn)時(shí)，水滴就會將灰塵帶走，還原來紡織品表面一個(gè)清潔的原貌。這就是所謂的抗灰塵、防水智能紡織品。另一條途徑是通過紡織品后整理，通過在纖維表面改性整理，引入具有光催化降解功能的二氧化鈦，紡織品在紫外光照射下，其表面的有機(jī)污染物被分解，進(jìn)而被去除，恢復(fù)到原有的清潔表面。4 在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用在軍事方面智能材料也有應(yīng)用優(yōu)勢。如智能材料應(yīng)用于潛水艇上，能夠改變形狀，清除湍流，使流動的噪聲減弱，潛艇隱蔽性更好，這些智能材料或其組元材料可以通過使用特種紡織纖維或紡織品織物來實(shí)現(xiàn)。5 在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用利用智能材料的自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)功能，可快速檢測環(huán)境濕度、溫度，取代溫控線路和保護(hù)線路；利用熱