第二章 纤维材料科技前沿

第二章纤维材料科技前沿主要内容第一节五感纤维第二节环保与健康型纤维第三节智能型纤维引言纤维不仅是纺织工业的原料,也是其他新兴产业的基础材料。纤维科技的发展代表了纺织领域的最先进技术。光纤碳纤维第一节五感纤维（一）触感纤维触感纤维指对人们的手和肌肤产生材质感、温暖感、柔软感、光滑感、粘附感等的纤维材料。一、五感纤维---触感纤维对人体触感进行测量与评价的四个方面：（1）纤维湿度---闷热或清凉感（2）纤维温度---冷热感（3）纤维排汗---粘着或滑爽感（4）纤维摩擦系数和压缩量---柔软或刺硬感一、五感纤维---触感纤维1．超特细异型复合加弹纤维（1）制造工艺：利用异型纺丝装置、特殊的纺丝工艺及相关技术，对高收缩聚酯、普通聚酯和易碱溶聚酯多种原材料合成的纺丝液复合纺丝，然后加弹制成。一、五感纤维---触感纤维1．超特细异型复合加弹纤维（2）性能：同时具有超特细、异收缩、异截面三大性能。超特细性能：可使织物具有书写效应、特柔软的手感、芯吸作用。异收缩性能：可使织物极其丰满，穿着舒适，透气性极好；异截面性能：可使织物的表面具有蚕丝般柔和的光泽和良好的染色性能。细度小于1.1dtex的纤维程为细旦纤维，小于0.33dtex的纤维称为超细旦纤维，0.011dtex以下的纤维称为超特细旦纤维。一、五感纤维---触感纤维1．超特细异型复合加弹纤维（3）应用：主要用于机织、针织、丝织等行业，加工超仿真织物、高档服装、血液及其他微细粒子过滤材料、高级玩具、洁净布等。补充：异型纤维简介（1）定义：异型纤维是指从纤度、截面、收缩率等方面赋予织物新奇的感觉特性的新型纤维。补充：异型纤维简介（2）三大方向：异纤度指采用不同纤度的纤维纺纱，制作复丝。异收缩就是用收缩率不同的纤维纺成纱线。异截面就是多种截面的纤维制成复丝。补充：异型纤维简介（3）研究历史：杜邦公司首先推出三角形截面；德国又研制出五角形截面；60年代初，美国研制出中空纤维。日本从60年代开始研制异型纤维。英、意和前苏联等国也相继研制。我国70年代中期开始研制。中空异型涤纶纤维截面补充：异型纤维简介（4）用途：衣着、装饰及产业用纺织品；非织造布及仿皮涂层一、五感纤维---触感纤维2．Coolmax纤维美国杜邦公司新开发的四凹槽纤维。一、五感纤维---触感纤维（1）独特之处：导湿快干。干燥速度是纯棉的5倍。一、五感纤维---触感纤维（2）原理：a.异形截面的Coolmax纤维毛细效应比圆形纤维明显。b.表面积增加使液态水的传导面积增大，气态水的蒸发面积也增大。一、五感纤维---触感纤维（3）应用Coolmax纤维广泛用于运动休闲服装和内衣中。一、五感纤维---视感纤维（二）视感纤维视感纤维是指纤维材料要满足人们对色泽、色调、光泽、形态、花纹、材质的视觉要求。视觉纤维有两类:（1）满足人们视觉舒适、喜爱的纤维；（2）具有特殊视觉功能的纤维。一、五感纤维---视感纤维1．满足人们视觉舒适、喜爱的纤维（1）色彩艳丽纤维色彩效果在商品价值上起着重要的作用。一、五感纤维---视感纤维（2）变色纤维变色纤维是近些年来迅速发展、极富生命力的高技术功能纤维，具有高附加值和高效益。一、五感纤维---视感纤维（2）变色纤维a.定义：变色纤维是一种具有特殊组成或结构的、在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。一、五感纤维---视感纤维b.变色纤维的起源早在1899年，人们发现某些固体和液体的化合物有光敏性。1970年的越南战争中，美国为满足美军对作战服装的要求，开发了一种可以吸收光线后改变颜色的织物。一、五感纤维---视感纤维c.变色纤维的种类目前主要品种有光致变色和温致变色两种。一、五感纤维---视感纤维2．具有特殊视觉功能的纤维(夜光纤维)夜光纤维是一种新型的高科技功能纤维材料，具有特殊视觉功能。一、五感纤维---视感纤维2．具有特殊视觉功能的纤维(夜光纤维)a.定义：夜光纤维是指在纺丝液中添加能在黑暗中发出荧光的物质，而纺丝成型的纤维。一、五感纤维---视感纤维b.分类：自发型夜光纤维---含放射性材料，不需吸收外部能量。蓄光型夜光纤维---不含放射性物质，需吸收外部光能。一、五感纤维---视感纤维c.应用：广泛应用于航空航海、国防工业、建筑装潢、交通运输、夜间作业、消防应急、日常生活及娱乐等领域。一、五感纤维---听觉纤维（三）听觉纤维1.定义：听觉纤维是指纤维材料要有“丝鸣”等听觉效果。“丝鸣”是纤维与纤维或者织物与织物之间摩擦时产生的声音，最初来源与丝纤维，因此称为“丝鸣”。一、五感纤维---听觉纤维2.产生原因：“丝鸣”是由于纤维和纤维之间的静摩擦和动摩擦产生的，静摩擦越大，动摩擦就越小，他们之间的差值大到一定程度就会产生“丝鸣”。一、五感纤维---听觉纤维3.开发目的：“丝鸣”不仅会给人一种心理凉爽和舒适安详的感觉，而且也是纤维高档的象征。一、五感纤维---嗅觉纤维（四）嗅觉纤维1.定义：嗅觉纤维是指能产生人们喜爱香味的纤维材料。2.香气的功能：包括“香味”和“消臭”,与人的身心有密切关系。芳香纤维一、五感纤维---嗅觉纤维3.制造方法：嗅觉纤维的制造主要是利用微胶囊技术，把香料置入直径为5～10μm的微胶囊中，然后将微胶囊通过织物后整理技术附着在纤维上，只要改变香料的种类就能够产生各种香型的织物。一、五感纤维---味觉纤维（五）味觉纤维1.定义：给人以可以食用感觉的纤维。如：菠萝叶纤维素纤维、香蕉叶纤维素纤维、牛奶酪素蛋白质纤维等。一、五感纤维---味觉纤维（五）味觉纤维2.主要开发目的：给人心理上一种无害安全、绿色环保的感觉。第二节环保与健康型纤维一、聚乳酸纤维二、Lyocell纤维三、大豆蛋白纤维四、甲壳质与壳聚糖纤维五、彩棉纤维从纺织生态学的角度来看，环保与健康型纤维的定义可涉及以下几方面：（1）纤维在生长或生产过程中未受污染。（2）纤维生产过程不会对环境造成污染。（3）纤维制成品失去使用价值后，不会对生态环境造成危害。（4）生产纤维的原材料不会造成生态平衡的失调和掠夺性的资源开发。（5）纤维对人体具有某种保健功能。一、聚乳酸纤维（一）定义：聚乳酸纤维（PLA）是一种用玉米为原料制成的纺织纤维，所以又叫玉米纤维。聚乳酸纤维一、聚乳酸纤维（二）最大特色：同时具备天然纤维和化学纤维两方面的优点，而且废弃后埋在土里能被自然分解。聚乳酸纤维一、聚乳酸纤维（二）聚乳酸纤维的制造步骤：第一步：先把玉米粒粉碎，过滤出淀粉；第二步：加入酶等，将淀粉变成葡萄糖；第三步：加上乳酸菌发酵成乳酸；第四步：聚合成聚乳酸；第五步：把聚乳酸纺成纤维。一、聚乳酸纤维（三）纺丝方法：制备聚乳酸纤维最常用的方法是溶液纺丝或熔融纺丝。一、聚乳酸纤维（四）聚乳酸纤维的性能1.聚乳酸纤维具有合成纤维的特性，介于聚酯纤维及聚酰胺纤维之间。2.聚乳酸纤维具有抗菌、防霉、无臭、染色性良好的特点。一、聚乳酸纤维（四）聚乳酸纤维的性能3.可燃性低，不形成烟，即使燃烧也不会产生有毒、有害的物质。4.具有耐紫外光、耐日晒、耐气候性（PLA纤维在室外暴晒500h后，强度仍可保留55％左右）的特长。一、聚乳酸纤维（四）聚乳酸纤维的性能5.聚乳酸纤维吸水性较差，但具有良好的毛细效应，很好的水扩散性能，能很快吸汗并迅速干燥。6.聚乳酸纤维比聚酯纤维具有更好的亲水性和较低的密度。一、聚乳酸纤维（四）聚乳酸纤维的性能7.聚乳酸纤维具有良好的弹性、卷曲性、抗皱能力和染色性能。8.聚乳酸纤维具有良好的可生物降解性。一、聚乳酸纤维（五）聚乳酸纤维的用途：1.可纯纺，也可与棉、羊毛等天然纤维混纺。2.可制作编织物、带子、无纺布。3.可用于内外衣、运动服及其他各领域。4.垫子填充物、医药卫生用品、婴儿用品等。一、聚乳酸纤维(六)聚乳酸纤维生产中存在的问题1.生产成本过高。2.如何减少聚合物制造过程中残存的单体量3.如何确定相关生产技术来生产纤维，并调整纤维性质、增强品质。二、Lyocell纤维（一）概述Lyocell纤维是国际人造纤维及合成纤维标液化局（BISFA）为有机溶剂纺丝法制得的新纤维所确定的属名。英、美等国该纤维的注册商标为Tencel，我国俗称为天丝。二、Lyocell纤维Lyocell纤维属精制纤维素纤维，以植物纤维素为原料制得，其生产及使用过程均环保，废弃的Lyocell纤维在泥土中能完全分解，大大降低了对环境的伤害及污染。二、Lyocell纤维（二）Lyocell纤维的制造目前制造Lyocell纤维的原料主要是速生木材。生产步骤：1.将木材刨成片2.蒸煮漂洗制得较高纯度木浆粕3.用NMMO溶解木浆粕4.纺丝。二、Lyocell纤维（二）Lyocell纤维纺丝法干喷湿纺法与普通粘胶纤维纺丝比较：普通粘胶纤维在凝固浴中喷丝，而Lyocell纤维在空气中喷丝，然后立即浸入水中凝固成丝。二、Lyocell纤维(三)Lyocell纤维的性能1．聚合度与结晶度高于粘胶纤维。聚合度与结晶度提高，纤维的杨氏模量和断裂强度提高，而伸度降低，纤维尺寸稳定性提高。二、Lyocell纤维(三)Lyocell纤维的性能2．具有膨润性。用Lyocell纤维制成的织物沾水后变得很硬。二、Lyocell纤维(三)Lyocell纤维的性能3．纤维原纤化。原纤化是指Lyocell纤维在润湿状态下，由于摩擦，单根纤维沿长度方向分裂出直径小于1～4μm的微细纤维的现象。二、Lyocell纤维(三)Lyocell纤维的性能4．集天然纤维和合成纤维的优点于一身。(1)与其他纤维素纤维相比，物理机械性能优越。(2)具有天然纤维本身的舒适性、光泽性、染色性及生物降解性，还具有良好的吸湿性。二、Lyocell纤维(四)Lyocell纤维的应用1.可以纺制各种高、中支棉型和毛型纱、包芯纱等。2.可纯纺，也可与其他纤维混纺。3.可加工成机织物、针织物和非织造布。三、大豆蛋白纤维（一）概述大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维，是以榨过油的大豆豆粕为原料，提取出豆粕中的球蛋白，通过添加功能性助剂，与腈基、羟基等高聚物接枝、共聚、共混，制成一定浓度的蛋白质纺丝液，经湿法纺丝而成。三、大豆蛋白纤维（一）概述生产过程对环境、空气、人体、土壤、水质等无污染，纤维本身易生物降解。主要成分是大豆蛋白质（15%～45%）和高分子聚乙烯醇（55%～85%）。（一）概述被誉为“21世纪健康舒适型纤维”：（1）主要原料来自大豆粕，具有可再生性，不会对资源造成掠夺性开发。（2）使用的辅料、助剂均无毒，且大部分可回收使用。（3）提取蛋白质留下的残渣可作饲料，生产过程对环境无污染。发明人简介：李官奇，河南濮阳人，农民企业家，只有高中文化程度，通过自学高分子化学，生物化学，试剂化学等高等化学理论，经过10年的研究工作，最终开发出大豆蛋白质纤维。三、大豆蛋白纤维（二）大豆蛋白纤维的形态1.横截面呈扁平状、哑铃形或腰圆形。2.纵向形态呈现不规则沟槽和海岛状的凹凸、表面不光滑。三、大豆蛋白纤维（三）大豆蛋白纤维的性能1.染色性好。2.物理机械性能好。3.良好的保健功能性。（1）抗菌功能（2）远红外功能（3）抗紫外线功能三、大豆蛋白纤维（四）大豆蛋白纤维的应用可生产制作高档内衣、羊绒衫、贴身服装以及高档休闲服装、西服、运动服等。三、大豆蛋白纤维（五）目前存在的问题（1）卷曲弹性回复率低。（2）断裂强力变异系数较大。（3）耐热性较差。（4）本身呈米黄色，难以获得洁白效果。（5）加工过程静电现象严重。四、甲壳素与壳聚糖纤维（一）概述甲壳素（Chitin）是由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻类的细胞壁中提炼出的一种天然生物高聚物。壳聚糖（Chitosan）是甲壳素经浓碱处理后脱去乙酰基70%以上的产物。甲壳素和壳聚糖统称为甲壳质。四、甲壳素与壳聚糖纤维（一）概述甲壳素、壳聚糖与纤维素的化学结构非常相似，其结构式分别如下：四、甲壳质与壳聚糖纤维四、甲壳素与壳聚糖纤维（一）概述在自然界中，甲壳素的年生物合成量在10亿吨以上，是一种仅次于纤维素的蕴藏丰富的有机再生资源。四、甲壳素与壳聚糖纤维（一）概述1811年法国人Bra