納米技術(shù)材料NanofrontTM

崛川直幹等 著 劉輔庭 摘譯

納米技術(shù)材料NanofrontTM

崛川直幹等 著 劉輔庭 摘譯

纖維的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)正在從直徑數(shù)十微米至十?dāng)?shù)微米級的超細(xì)纖維開始向應(yīng)用復(fù)合紡絲技術(shù)的數(shù)微米級纖維以及最近應(yīng)用特殊復(fù)合紡絲技術(shù)的納米級纖維的截面結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展。控制納米級纖維結(jié)構(gòu)有兩方面的意義:一是為提高如力學(xué)強度和耐熱性等宏觀性能而提出纖維微結(jié)構(gòu)的新概念和模型;二是納米級結(jié)構(gòu)可賦予纖維高性能或原功能的突破性提升。本文介紹帝人纖維公司開發(fā)的創(chuàng)新的海島截面的共軛紡絲技術(shù)及其成功開發(fā)的可批量生產(chǎn)的高強度聚酯納米長絲NanofrontTM、各種功能性材料及其今后的發(fā)展。

制造細(xì)而強度大的纖維是合成纖維誕生至今合成纖維制造商一直追逐的課題，期間開發(fā)了各種技術(shù)。20世紀(jì)90年代微米纖維實現(xiàn)了商品化生產(chǎn);近期納米材料開發(fā)活躍。但是在開發(fā)出納米纖維后，出現(xiàn)了在批量生產(chǎn)時纖維強度降低的問題，或者是只能生產(chǎn)短纖維，難以實現(xiàn)長絲的商品化生產(chǎn)。

1 Nanofront紡絲技術(shù)及其特征

用海島截面共軛紡絲技術(shù)紡制一般微纖維時，一根纖維中的島組分(溶劑處理后成為單絲)有數(shù)十個，而Nanofront是經(jīng)復(fù)雜的噴嘴流路設(shè)計，形成多島的海島截面，并采用聚合物分離技術(shù)，使纖維內(nèi)部的島部分完全分離，一根纖維中約有1 000個島。圖1和圖2是采用新海島裂纖技術(shù)制得的納米纖維截面狀態(tài)。

采用新海島裂纖技術(shù)制得纖維的單絲直徑為700 nm，且纖維直徑幾無偏差，成功地實現(xiàn)了高強度聚酯納米長絲的工業(yè)化生產(chǎn)。Nanofront的物理性能見表1。

表1 Nanofront物理性能

圖1 采用新海島裂纖技術(shù)所制纖維示意

圖2 高倍拉伸絲的截面

2 Nanofront加工技術(shù)和特征

Nanofront在堿減量前的線密度為56 dtex/10 f，與一般的聚酯長絲基本一樣，因此纖維加工時的工藝和構(gòu)件開發(fā)并無特殊的限制。

與其他纖維交織后，只對海組分減量，對其他材料和島組分無影響。成功開發(fā)的纖維具有納米級效果(比表面積增大、致密空隙、柔軟和分離)。圖3是工業(yè)化生產(chǎn)的功能性材料的橫截面照片。

圖3 用Nanofront和一般聚酯纖維制成的功能性紡織品橫截面照片

3 Nanofront產(chǎn)品開發(fā)實例

3.1 提高運動負(fù)荷的褲子

應(yīng)用Nanofront纖維的織物，因其具有較高的摩擦阻力(圖4)，穿著時衣服壓力適當(dāng)，運動時配合肌肉動作而伸縮的皮膚活動會受到抑制，從而開發(fā)了以增加肌肉活動量為目的的商品。

為評價使用效果，對使用Nanofront的褲子和使用一般聚酯纖維的市售加壓褲進(jìn)行穿著試驗。由肌肉電壓和衣服壓力測定結(jié)果可知，Nanofront褲在衣服壓力較低狀態(tài)下亦能增加肌肉活動量，見圖5。

圖4 摩擦阻力試驗結(jié)果

圖5 穿著時的肌肉電壓和衣服壓力的關(guān)系

為評價穿著Nanofront褲增加肌肉活動量的長期效果，又對14名男士進(jìn)行了約一個月的穿褲試驗。試驗結(jié)果是:穿褲前體重72.32 kg±3.30 kg，4 w后減少到71.38 kg±3.11 kg，顯著降低(P<0.05);按體重和體脂肪率計算的體脂肪量開始時為15.50 kg±1.57 kg，4周后減少到 14.49 kg±1.52 kg，顯著減少(P<0.05);腰圍開始時為85.75 cm±2.41 cm，4周后為84.98 cm±2.30 cm，顯著減少(P<0.01);活動量開始時為7 467.92步±551.76步，4周后為7 789.62±596.28步，無明顯差異，說明活動量無變化。試驗數(shù)據(jù)示于圖6。根據(jù)試驗結(jié)果，可對Nanofront在運動服和醫(yī)療用品方面的用途進(jìn)行開發(fā)。

圖6 Nanofront褲長期穿著試驗結(jié)果

3.2 內(nèi)衣

纖維的柔軟度與其線密度的4次方成反比。由于 Nanofront很細(xì)，僅為普通聚酯纖維(直徑15 μm)的20萬分之一，因此可以其柔軟的風(fēng)格適用于開發(fā)對肌膚摩擦損傷極小的功能性產(chǎn)品。

衣服與肌膚摩擦，若皮膚的表面角質(zhì)層受傷，則肌膚的屏蔽功能降低，表皮水分蒸散量(TEWL，Transepiedermarl Water Loss)增加;若皮膚發(fā)生炎癥，則真皮的毛細(xì)血管增加血紅蛋白，產(chǎn)生紅斑。

圖7 肌膚摩擦后表皮水分蒸散量和紅斑指數(shù)的變化

根據(jù)圖7比較試驗結(jié)果，可以看出Nanofront的表皮水分蒸散量和紅斑指數(shù)的變化量最小，刺激性低，可適用于制作內(nèi)衣和護(hù)膚用品。

3.3 研磨布和擦布

Nanofront具有纖維直徑均勻，強度高和機織、針織結(jié)構(gòu)自由度大等特征，可用于制作產(chǎn)業(yè)用研磨布和擦布。

4 今后計劃

從2008年7月24日起，帝人纖維公司已可月產(chǎn)Nanofront 25 t。今后將發(fā)揮 Nanofront不易滑動、肌膚觸感柔軟、易擦拭、非透明和舒適感的特點開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品，計劃達(dá)到月產(chǎn)100 t的目標(biāo)。當(dāng)前產(chǎn)銷的Nanofront其纖維直徑為700 nm，今后將生產(chǎn)直徑更小的纖維，利用功能性聚合物開發(fā)納米長絲。

資料來源:纖維學(xué)會志(日)，2009，65(9):35-38.