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新兴的学科第二章产业用纤维材料第三节产业用功能纤维五、防紫外线纤维1、概述表紫外线对皮肤影响波段波长(nm)对皮肤的影响UV—A320—400生成黑色素和褐斑、使皮肤老化、干燥且皱纹增加UV—B290—320产生红斑和色素沉着，经常照射，有致癌危险UV—C180—290穿透力强，可影响白细胞，但大部分被臭氧层、云雾吸收2、防紫外线纤维的类型(1)、自身就具有抗紫外线破坏能力的纤维腈纶纤维是一种优良的防紫外线纤维，它的结构中的—CN基能吸收紫外线能量并转变成热能散失，所以传导到纤维中的能量很少，能起到防紫外线的作用。（2）、含有防紫外线添加剂的纤维大多数合成纤维的防紫外线能力较差，在成纤高聚物中添加少量防紫外线添加剂可纺丝制成防紫外线纤维。防紫外线添加剂有两种。——无机防紫外线添加剂。能使紫外线散射而消除的无机物质有二氧化钛、氧化锌、滑石粉、陶土、碳酸钙等。这些无机物具有较高的折射率，能使紫外线发生散射从而防止紫外线入侵皮肤，其中二氧化钛、氧化锌的紫外线透射率较低，为大多数防紫外线纤维所选用。——有机防紫外线添加剂凡能吸收波长为270~400nm紫外线的有机化合物，称为紫外线吸收剂。此类有机化合物的共同点是在结构上都含有经基，在形成稳定氢键，氢键整合环等过程中能吸收能量转变成热能散失，所以传导到高聚物中的能量很少，起到了防紫外线的作用。表具有吸收紫外线的有机化合物有机化合物有效吸收波长(nm)苯基水杨酸酯290~330水杨酸系P-tert-对丁苯基水杨酸酯290~330P-苯基水杨酸酯290~3302，4-羟基二苯甲酮280~340二苯甲酮系2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮280~3402，2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮270~3802，2’-二羟基-4，4’-甲氧基二苯甲酮270—3802-(2’-羟基-5’tert-甲基苯基)苯并三唑270~370苯并三唑系2-(2’-羟基-3’tert-蓝-5’-甲基苯基)-5-苯并三唑270~3802-(2’-羟基-3，5’-二tert-甲基苯基)-5-氯苯并三唑270~380氰基丙烯酸酯系2-乙基-2氰基-3，3’-联苯丙烯酸酯270~3503、防紫外线纤维的制备与性能用添加防紫外线添加剂制造防紫外线纤维有各种途径，可归纳为以下三种方法：(1)、共聚制得防紫外线共聚物，然后制成防紫外线纤维。——防紫外线的线型聚酯纤维的制备：用至少一种芳香族二羧酸(比如TPA、IPA等)和EG为原料，在原料中或二羧酸的乙二酯中添加质量分数为0.04％~10％可耐250℃的二价苯酚类化合物(例如4，4’-二羟基二苯甲酮等)，用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制得防紫外线良好的线型聚酪，再通过常规的熔融纺丝法纺制成纤维。这种纤维具有良好的防紫外线性能，能有效吸收波长为280~340nm的紫外线。——屏蔽紫外线纤维的制备：制备通式为—(O—Y—O—CO—x—CO)—的防紫外线聚酯，式中80％~100％的x为对苯撑，0~20％为间苯撑。90％~99.9％的Y为C2-10的烷撑，0.1％~10％的Y为3，6-双(羟基烷氧基)氧蒽9—酮。用这类聚酯能纺制优良防紫外线纤维。另外，在聚合前，将无机物(例如TiO2系的陶瓷)微粒子与单体混合，然后进行聚合制成无机物均匀分散的高聚物，经纺丝得到屏蔽紫外线纤维。(2）、有机紫外线吸收剂或无机紫外线散射剂单独或混合使用，用浸渍法、印花法或吸尽法附着在天然纤维或合成纤维材料上，制成防紫外线纤维。为提高防紫外线剂对水洗及干洗的耐久牢度，还采用了树脂、微胶囊整理技术，微胶囊的芯材中装入有机的紫外线吸收剂，它能防止吸收剂的散逸。(3)、无机紫外线散射剂或有机紫外线吸收剂，单独或混合使用，与成纤高聚物进行共混后纺丝而制得防紫外线纤维。4、应用用防紫外线纤维制成的服装，特别适合夏天野外作业时间长的人员，如军人、交警、地质人员、建筑工人等，他们穿上这种服装，就可防紫外线穿透。因此，防紫外线材料是一种极具开发前景的具有防护功能的服装用材料。五、新型弹性聚酯纤维1、概述新型弹性聚酯纤维(PET)材料Elk具有一系列优异性能，诸如耐久性、透气性、重量轻和高度的阻燃性。它只产生极少的有害气体，有利于环境保护。由于这些特性，这种新型材料有可能取代聚氨酯泡沫材料而制成极舒适的轿车耐久性坐垫、车内装饰品和其他座位材料。2、聚合体和纤维结构改进低熔点聚合物作为结合体，纤维构成基体材料纤维，可显著改善其抗压性能。对低熔点聚合物有如下要求：——形成牢固的混合结构；——增大延展性和增大强度；——容易变形并且易于恢复原状。Elk低熔点聚合物的成形能够保持网状结构中的结合点，因此获得了更高的弹性并增大了强度，而且变形后容易恢复原来的初始状态，从电子显微镜照片可观察疲劳试验后纤维结构中的结合点的稳定性。疲劳试验后Elk没有变形，具有抗压性能，而传统的纤维材料的结合点则发生了明显的破坏。另一方面，由于其线性构造，基体材料纤维的结构能产生约束力以抵抗变形载荷。在这方面，由于其随机分布的弹性结构能够分散载荷而改善了纤维的弹性，而其疏松的纤维构造则能得到极好的透气性和很高的透湿性。3、特性（1）、抗压性。比较不同装饰材料的抗压性能，Elk纤维的耐久性使它从传统的纤维材料中脱颖而出，并达到了PUE泡沫塑料的抗压性。（2）、压缩回弹性。EIK比同样压缩回弹力的PUE泡沫塑料要轻30%。（3）、透气性。泡沫塑料由于是由不连续的宏观多孔结构材料组成的，具有阻挡空气进入的特性，因而导致汗水聚集时出现粘附现象，Elk纤维的结构可以防止这类现象，具有有效的透气性。（4）、安全性。Elk燃烧实验表明，Elk能经受住无后处理的45℃亚甲胺试验，满足装饰材料的一般测试要求。这种材料也符合轿车座位的FMVSS302标准，以及车箱座位的A-A测试标准，由于它使用100%的PET材料，在燃烧过程中，不会逸出有害气体，只产生一氧化碳和二氧化碳，而PUE材料则发出氢氰化物有害气体。（5）、可回收性。Elk可以采用多种简单方法进行回收处理，例如粉碎和作为纤维重复利用，熔化喷入塑料材料，以及通过燃烧方式来回收利用。4、应用领域可以用在公共交通工具——列车、地铁和飞机上。由于其良好的透气性和耐久性，Elk还可以用作医院病床的床罩，也可以用作胸罩的衬里以及其他类似的女式内衣中。目前，实验已经证明，它能够取代目前仍占统治地位的PUE材料用作轿车装饰材料。六、Lyocell纤维1、Lyocell纤维的发展简史Lyocell纤维已由国际人造丝及合成纤维标准化局(BISBF)备案。Lyocell纤维是新的纤维素纤维的通称，它是用一种有机溶剂纺丝制得的，这种有机溶剂是一种有机化合物与水的混合物。早在上世纪70年代，德国阿克苏(AKZO)公司就开始研究溶剂法纺丝制造纤维素纤维，获得了一系列纺丝专利，并逐步开始实施工业化。1987年阿克苏就将专利授予奥地利的伦青(Lenzing)公司，随后英国的考陶尔兹(Courtaulds)公司也获得了专利转售权。考陶尔兹公司经过多年的努力，率先推出以溶剂法制造出来的纤维素纤维——Lyocell纤维，并把这一种用于服装的短纤维取了商品名——Tencell纤维。进入上世纪90年代，考陶尔兹公司在美国的阿拉巴马州投入巨资工业化生产了Tencell纤维，1993年秋正式投产。伦青公司自1989年开始拥有中试工厂，每天的生产能力为1.2吨，并在奥地利建造了生产能力达2万吨/年以上的Lyocell纤维工厂。目前，伦青公司在Lyocell纤维生产系统方面以取得了30多项专利，形成了不同于Tencel纤维生产工艺的伦青Lyocell纤维生产工艺。阿克苏公司在德国亦拥有工厂，生产最早的Lyocell长丝，其商品名为Newcell。此外，德国的图林根（Thuringian）纺织和塑料研究所与Zimmer工程公司合作生产Lyocell纤维，1998年第二季度开始生产Lyocell纤维，商品名为Alceru。2、Lyocell纤维的结构性能Lyocell纤维分子量比普通粘胶纤维高。Lyocell纤维是高结晶度的纤维。用显微镜观察，Lyocell纤维具有规则的纵向形态，表面光滑；截面形态呈圆形或椭圆形。Lyocell纤维具有原纤化的结构。表Tencel纤维与其它纤维性能比较性能Tencel富强纤维粘胶纤维棉纤维涤纶短纤细度（dtex)1.71.71.7——1.7干强（cN/dtex)38.0~42.433.6~36.221.1~25.620.3~23.939.8~66.3干态伸度（%）14~1613~1520~257~925~30湿强（cN/dtex)34.5~38.018.5~21.27.9~15.025.6~30.338.0~64.5湿态伸度（%）16~1813~1525~3012~1425~30回潮率（%）11.512.013.08.00.4吸湿膨润度（%）657590503Lyocell纤维物理性能很好，湿强度较高，Lyocell纤维在水中收缩率较低。Lyocell纤维具有明显的原纤化倾向，纤维在湿润条件下摩擦时，原纤化更明显，这是它的一个独特性能。原纤化可增加纤维的吸收性，使纤维由很好的舒适性、吸湿性，有很高的吸色率、有光泽，因而其产品有自然而鲜明的色彩。3、Lyocell纤维的生产原理及绿色概念Lyocell纤维的生产是一种不经化学反应，用纯物理反应而生产纤维素纤维的过程。它是利用NMMO中N—甲基吗啉的杂环胺氧化物可以溶解纤维素的特性，将纤维素浆粕溶解，得到粘度适宜的纺丝液，然后经过纺丝得到纤维素纤维，同时经过凝固浴洗除纤维素中的溶剂，凝固浴中的NMMO被回收利用。NMMO即N—甲基氧化吗啉是由二甘醇与氨反应生成的吗啉经过甲基化而成。它是一种无毒、无腐蚀性的有机溶剂，在室温下为水合结晶体，含水率为13.3%的晶体最稳定，熔点为76℃。NMMO为环壮结构，与纤维素结构相似，有利于纤维素的溶解。NMMO溶解纤维素的机理是：纤维素的羟基首先与胺氧化物的氧之间形成较强的氢键，生成络合物，该络合物在过量胺NMMO中溶解，从而达到纤维素溶解的目的。Lyocell纤维生产由三个主要工序组成，即浆粕纤维的溶解、纺丝、精练，全部为物理过程。表Lyocell纤维的绿色概念项目绿色概念生产原料木浆（自然再生，可用速生林、再生林资源）厂房、设备较少工艺流程短（主要有三个工序，只及粘胶生产工序的一半）生产反应纯物理反应（粘胶纤维生产有多中化学反应）所用化学品NMMO（粘胶生产需多种化学品）生产时间2~3小时（粘胶纤维生产至少需要24小时）废气、废液无（NMMO无毒、无腐蚀性，且回收率高达99%）（粘胶生产产生的二氧化硫、硫化氢等污染大气硫酸锌等污染水体）工作条件好（对设备、工人无损害）能耗较低产品应用天然风格特征，舒适、卫生，无有害物质影响人体产品废弃物易自然降解（合纤降解困难）4、Lyocell纤维的用途由于Lyocell纤维吸湿好、柔软、舒适、透气、热稳定性好、手感好，具有绿色概念，可设计出特殊风格的明了，用于高档衬衣、内衣、套装裙子、消闲服等。在工业和医用方面，Lyocell纤维也显示了独特的优势。它可用于涂层底布织物、缝纫线、防护服、耐用尿布、医用绷带、工业用布、印花机用毯等方面。利用Lyocell纤维原纤化的倾向，用湿法成网非织造布作香烟的高级过滤嘴棒，也可以生产特殊过滤材料。Lyocell纤维也可用于针刺和水刺法的非织造布相关产品中。在增强生物复合材料方面，Lyocell纤维也有良好的应用前景。七、其它功能性纤维1、阻燃纤维世界各国都制定了有关织物阻燃的法律法规，并公布实施，我国也制定了阻燃防护服国家标准，规定冶金、林业化工、石油、消防等部门从业人员应使用阻燃防护服，其人数将超过600万人，再加上装饰领域内用的阻燃纤维，我国目前共约需93万t/a。如阻燃涤纶可用共聚、共混及皮芯型复合纺丝等方法制得，后两种方法制得的纤维具有永久性的阻燃性能，但成本较高。要求所用阻燃剂有较好的阻燃性能，无毒，耐久性好，在聚合和纺丝过程中不分解，无副反应，和聚合物相容性