國際超細纖維開發(fā)動向與發(fā)展趨勢（一）

劉樹英

隨著經(jīng)濟全球化，市場國際化，以及纖維技術的開發(fā)與進步，具有特異功能性的超細纖維材料受到了人們的關注和青睞。超細纖維以其超乎尋常的細度所帶來的獨特的功能性，良好的懸垂性透析性、穿著的舒適性吸附性、猶如真絲的外觀，以及接觸其纖維的表面時，給人的全新天然質感而風靡國際市場。目前國際上對超細纖維的研究開發(fā)進展迅速，尤其日本和歐美各國，對超細纖維的研制生產(chǎn)及產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)成效顯著。

超細纖維的發(fā)展歷程

纖維的超細化是人類長期以來的追求，在早期使用的天然纖維中細度最小的羊毛、蠶絲代表著雍容華貴，受到人們的青睞。但纖維真正意義上的細旦化始于復合紡絲技術的合成纖維成功開發(fā)。合成纖維的超細化源于人們對天然纖維的不斷模擬與超越，同時對纖維材料功能的不斷開發(fā)和追求，成為化學纖維向高技術、高仿真化方向發(fā)展的新一代合纖的典型代表，其發(fā)展歷程可分為以下幾個階段。

第一階段：最初的超細纖維是對羊毛的模仿。纖維超細化的源流可上溯到20世紀40年代，即仿羊毛纖維二相結構的雙組分復合纖維（共軛纖維）的人造絲時代。最先利用合成纖維成功地使雙組分復合纖維實用化的是美國的杜邦公司。該方法利用并列復合使纖維產(chǎn)生自卷曲獲得成功，杜邦公司先后紡制出聚丙烯腈和聚酰胺復合細纖維。

第二階段：其后的超細纖維是對蠶絲的模仿。1960年左右，日本紡織公司對蠶絲的模仿，首批商業(yè)化雙組分復合纖維問世，結構較簡單，采用并列型、皮芯型。但是這種單根細的合成纖維應用時與普通合成纖維比較，手感太軟、使織物顯出質量過剩現(xiàn)象，伸長恢復能力低、染色差等問題。隨后在1965年，日本東麗、鐘紡、帝人、可樂麗等公司利用不同的方法開發(fā)出多層結構化的特殊紡絲法和剝離法，成功地制造出各具特色的超細纖維，例如多芯型、分裂型、放射型等復合纖維。后來在制造仿麂皮技術上取得成功與突破，細微的天然麂皮可用超細纖維仿制。再后來細旦纖維成為當代合成纖維工業(yè)生產(chǎn)高檔人造麂皮的原料，并在市場上受到歡迎。

第三階段：隨著合纖工業(yè)的發(fā)展和消費者對性能要求的不斷提高，20世紀70年代曾經(jīng)歷了對合纖的改性時期。但單純模仿天然纖維性能的改性難以滿足消費者的需求。到80年代，各大企業(yè)一方面繼續(xù)著眼于合成纖維的天然化，同時又致力于發(fā)現(xiàn)化學纖維所具有的特種功能性，用高超的技術手段開發(fā)出了天然纖維也難以比擬的具有高性能、高附加價值的纖維材料，“新合纖”就是以超細纖維為代表的新型纖維材料。

第四階段：1986年至今，是全球研究和發(fā)掘超細纖維功能的時代，主要探索超細纖維所具有的特性與功能。超細纖維良好的性能得到肯定，應用領域不斷拓寬，各國的許多大公司推出聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等新超細纖品種，為進一步開發(fā)超細纖維在更廣泛領域內(nèi)的應用提供了依據(jù)，也為開發(fā)超極細纖維展現(xiàn)了新的前景。目前世界纖維主要產(chǎn)品中以超細纖維最受矚目，現(xiàn)在主要生產(chǎn)超細纖維的國家及地區(qū)為日本、美國、西歐。

超細纖維的市場前景

當前，超細纖維已經(jīng)成為全球各個紡織生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)高檔紡織品的熱點紡織原料，它的使用能有效提高產(chǎn)品的檔次和附加值，具有無可替代的巨大市場潛力。

據(jù)美國《Fiber Organon》的權威統(tǒng)計，2011—2015年間，世界合成纖維（除聚烯烴纖維）產(chǎn)能增加2166.52萬噸，年均增長率為8.9%。如果包括聚烯烴纖維的生產(chǎn)能力（681.1萬噸）在內(nèi)，2015年世界合成纖維生產(chǎn)為8174.62萬噸，比上年增加1.9%，增加1988.64萬噸，年均增長率為7.2%。該統(tǒng)計指出：在年產(chǎn)量增加1988.64萬噸中，以超細纖維、差別纖維等特種纖維的增加為主。

在特種纖維方面，另據(jù)美國紡織纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（USTIA）的“2015年度調研報告”：目前全球特種纖維的產(chǎn)量雖不到全球合成纖維總產(chǎn)量的10%，但品種卻占全球化纖品種總數(shù)的70%～80%，產(chǎn)品應用也日益廣泛。USTIA的報告指出：預計到2016年世界特種纖維需求量將會超過500萬噸；到2020年其需求量將可能突破2000萬噸，達到全球合成纖維總產(chǎn)量的25%以上，年均增長率約為65%。

又據(jù)《Fiber Organon》最新全球調查數(shù)據(jù)顯示：2010—2015年全球超細纖維革產(chǎn)量保持了9.6%的年復合增長率，其中2015年全球超細纖維革產(chǎn)量為 1.65億平方米，同比增長8.4%。隨著主要生產(chǎn)企業(yè)新增產(chǎn)能的逐漸釋放，預計2020年全球超細纖維革產(chǎn)量將突破2億平方米達到2.40億平方米。《Fiber Organon》的調查也認為：復合超細纖維生產(chǎn)技術和產(chǎn)量有望出現(xiàn)較大的發(fā)展，今后5～10年間增長速度最快的仍將為滌綸超細纖維，預計到2020年全球滌綸超細纖維產(chǎn)量將增至50萬～100萬噸。因此，超細纖維市場前景十分看好。

來自歐洲紡織品協(xié)會（EPTAP）的一項最新調查報告則顯示：2015年，全球特種纖維市場規(guī)模達到142.6億美元（約合人民幣740億元），預計到2020年，隨著市場對輕型高強度復合材料需求不斷增長，這一數(shù)據(jù)也將提高至282.5億美元（約合人民幣1791.7億元），其間年復合增率達到12.19%。

EPTAP的調查報告認為：以全世界65億人口計算，人均消費量為4.5kg超細纖維；隨著時間的推移，世界人口在不斷增加，對化學纖維的依賴性逐年增加，預計2050年全世界人口將達到118億。消費用化纖原料將絕大部分是超細纖維，在化學纖維發(fā)展中，為了使人類消費用面料的性質類似于天然纖維，具有天然纖維的優(yōu)點，用穿舒適，透氣性、懸垂性好等，因此加快發(fā)展超細纖維是十分緊迫的大事。

超細纖維的性能特點

目前國際上對超細纖維沒有十分準確的定義，各國的定義略有不同，但都以線密度為定義標準。德國紡織品協(xié)會將PET線密度低于1.2dtex、PA線密度低于1.0dtex的單纖稱為超細纖維；美國PET委員會認為纖度0.3dtex～1.0dtex為超細纖維；意大利則將0.5dtex以下的纖維稱為超細纖維；日本化纖行業(yè)普遍將纖度低于0.3dtex的纖維稱為超細纖維；我國把0.55dtex～0.9dtex的稱為微細纖維，0.55dtex以下的稱為超細纖維。

1.對纖維細度的測定

一般用超細纖維組成的長絲細度來表示。如長絲dtexl56f256表示長絲支數(shù)為156dtex，由256根微細纖維復合而成，將156被256除即得每根單絲細度為0.6dtex。

合成纖維復合絲支數(shù)分粗、中、細支及更細支四類，紗的細度以支數(shù)表示，其測試結果以decitex或dtex表示。

單纖維根數(shù)乘以g/10km，如：一合成纖維紗以167f48表示，萬米紗的重量為167克；f表示紗中的纖維根數(shù)，即48根。這個概念對于功能性織物十分重要：假如長絲支數(shù)除以纖維根數(shù)在上例中167/f48≌3.5，如果纖維根數(shù)不變，紗支數(shù)dtex越小，則單根纖維細度越細，若低于1，則纖維為較細的。

2.超細纖維的分類

超細纖維按生產(chǎn)工藝分類有：

①分裂片型：一般都是兩組分長絲，用來做紡織面料，然后再在機械力（一般都是水刺法）或化學法（堿液處理）開纖，使得纖維細化，得到細密的絨感。

②海島型：一般都做成無紡布，然后含浸PU樹脂再進行開纖，一般是用來做運動鞋、皮料的。海島纖維是將一種聚合物分散于另一種聚合物中，在纖維截面中分散相呈“島”狀態(tài)，而母體則相當于“海”，從纖維的橫截面看是一種成分以微細而分散的狀態(tài)被另一種成分包圍著，好像海中有許多島嶼。其“島”與“海”成分在纖維的軸向上是連續(xù)、密集、均勻分布的。在生產(chǎn)過程中，它具有常規(guī)纖維的纖度，但是用溶劑把“海”成分溶掉，則可得到集束狀的超細纖維束。

3.海島型超細纖維的種類

一般而言，在海島纖維中，島的比例越高，其纖維的最大可拉伸倍數(shù)就越小，即可拉伸性能越差。

海島纖維的島組分一般采用聚酯（PET）或聚酰胺（PA）；海組分可以是聚乙烯（PE）、聚酰胺（尼龍6或尼龍66）、聚丙烯（PP）、聚乙烯醇（PvA）、聚苯乙烯（PS）以及丙烯酸酯共聚物或改性聚酯等。島的數(shù)量從16、36、64到200，甚至可以達到900或900以上。海與島的比例從原來的60：40演變?yōu)?0：80，甚至10：90。目前，市場上流行的海島型超細纖維中，島的組分為聚酯，海的組分為可溶性聚酯，島在纖維中呈長絲狀，數(shù)量為36，海與島的比例為20：802。

海島纖維用途廣泛，品種較多，主要有：常規(guī)海島型超細纖維、芳族海島型復合短纖維和染色性能良好的海島復合纖維。

4.超細纖維的特殊性能

目前，多數(shù)企業(yè)把0.1dtex～0.5dtex以下的纖維統(tǒng)稱為超細纖維，它的顯著特點是纖度和直徑均大大低于普通纖維，其直徑小于5μm，纖維細度是頭發(fā)絲的1/200，是普通化學纖維的1/20。事實上只有細度低于0.5dtex的纖維其質量特征才真正符合超細纖維的特點，最細纖度已達到0.0001dtex，這些纖維叫超極細纖維。因此，超細纖維與普通纖維相比具有以下特殊性能：

①幾何特性。超細纖維的單絲纖度和單絲截面直徑比真絲或任何天然纖維都小，其織物緊密，功能性得到改善。可帶來幾何特性的微氣室效應，使織物具有透濕防水功能，且增加保溫隔音性能，具有明顯的特殊毛細現(xiàn)象和穿著舒適性。

②力學特性。超細纖維單絲強度低而比強力高，與同旦數(shù)的非超細纖維相比，其紗的總強度高。還具有較低的伸長，高可撓性和高扭轉性。適用于復合材料中的補強材料與高級衣料。

③質量特性。超細纖維的質量特性可以用彎曲剛度來表征。纖維彎曲剛度與其直徑的四次方成函數(shù)關系，纖度稍有變化就對彎曲剛度有顯著的影響。而且，隨著單絲纖度下降，變形紗的卷縮率下降，回彈性和蓬松性變差，有利于起絨和砂磨。因此超細纖維的手感特別柔軟，由超細纖維材料制造的產(chǎn)品，具有細膩的絨毛、真絲般的柔軟、滑糯、良好的懸垂性。

④光學特性。超細纖維直徑大大減少使光學性能如折射率、透光率、反光性有很大改變，纖維集合體的表面對光的漫散射增加；而且由于超細纖維排列密度大，單位面積上反射入射光的各個獨立反射表面小，但數(shù)量多，故其反射光澤比較柔和，具有絲光效果。

⑤表面特性。超細纖維單纖維纖度小則具有較大的比表面積，因此超細纖維織品的覆蓋性、蓬松性、保暖性有明顯的提高。比表面積大的另一方面：纖維與其他物質接觸的機會就多，在染色和上漿時吸收漿料多，因此對染料和化學品的吸附性特別強。

⑥結構特性。由于超細纖維的纖度小，其集合體的高密度產(chǎn)品結構中更容易形成均勻分布的大量微細孔隙，產(chǎn)生大量的毛細網(wǎng)絡，因此水汽在纖維集合體內(nèi)的毛細效應強，不僅對水的吸附能力增強，同時透濕性良好。另外，超細纖維細而柔軟，又由于超細纖維細而柔軟，制備高密織物的結構容易相互纏結，在織物表面可形成濃密的絨毛，所以超細纖維織物的致密性和起絨性都相當好。

超細纖維的功能應用

由于超細纖維有許多不同于常規(guī)纖維的特殊性能，在許多領域有著廣泛的應用。而且，由于超細纖維的纖度不同，適用的功能產(chǎn)品與應用種類也不同：

1.超高密度織物

纖度在0.5dtex～0.1dtex的超細纖維，可用于紡絲綢、高密織物；產(chǎn)品有外套、運動衣、休閑服等。

將0.5dtex～0.1dtex超細纖維制成超高密織物，纖維間的空隙介于水滴直徑和水蒸氣微滴直徑之間，所以具有防水透氣效果。因為在此種織物中纖維與纖維間的間隙只有0.2μm～10μm。而固定水的最小粒度在100μm以上，因而前者窄得足以擋住最小的雨滴，人體散發(fā)的蒸汽又寬得足以使它逸散出去。日本帝人公司參照荷葉對水的排斥效應，采用0.1dtex纖維制成的高密度織物，能讓落在織物上的雨水形成閃動的水球在其表面滾動而不讓它潤濕。這是因為織物中微卷的超細纖維將空氣圍在紗線內(nèi)，而空氣對水的排斥性很強，因而織物內(nèi)貯空氣會使水珠滾落。

此外，超細纖維織物比微細纖維織物檔次更高，因為其織物表面非常平整而空氣阻力極小。在滑雪跳躍時，運動員的速度可達100公里/小時。東麗公司特意為滑雪者跳躍比賽開發(fā)了表面極光滑的面料。又如超高密織物不僅是通過織造的密度達到，而關鍵是通過復合纖維兩種組分對溶劑的溶脹收縮性能不同達到超高密，例如鐘紡公司的Belima超細纖維織物通過溶劑處理，聚酰胺組分溶脹并高度收縮，而聚酯組分收縮甚少，從而獲得超高密度，鐘紡的SavinaDP纖維織物也是采用這種工藝。它的結構細密，無膜，無涂層；有優(yōu)良的美感性質和柔軟的手感，也有較大的蓬松性與透氣性，較高的懸垂性，較柔和的光澤和較輕的重量，抗水壓性能更比一般微細纖維的高密織物更勝一籌；可用于制作各種不同高檔運動服，外套，羽絨夾克，罩衫，滑雪衫，高爾夫球服，風雪服和釣魚服。

2.高性能潔凈布

纖度在0.1dtex～0.05dtex的超細纖維，可用于高性能潔凈布；產(chǎn)品有衛(wèi)生用品、擦拭與研磨布料等。

將0.1dtex～0.05dtex超細纖維制成高性能潔凈布，具有較高的比表面積和無數(shù)的微細毛孔，因而具有很強的清潔能力，除污快而徹底，在精密機械、光學儀器、微電子及家庭等方面具有廣闊的用途。尤其在技術紡織及外部服裝工業(yè)上顯示出優(yōu)越性，如用于制作鼠標墊，可以讓鼠標很容易滑動，使鼠標球很長時間保持清潔。其他如拋光布用作硬質臺面層；聲學上的隔音材料；高性能吸音板及音樂廳內(nèi)坐席罩布等。

超細纖維的特殊性質加上現(xiàn)代加工技術的保障使其產(chǎn)品有很大的發(fā)展?jié)摿Γ瑧梅秶鼤鸩綌U大。東麗公司制造的超細纖維拭鏡布是日本與歐美的熱門商品之一。去年東麗公司又推出了帶香味的超細纖維拭鏡布，其纖維的纖度不到普通纖維10%，以三元結構制成的高性能潔凈布料是日本的獨家產(chǎn)品；這種0.05dtexPP超細纖維織物結構密實，過濾性能優(yōu)良，可過濾空氣及液體；而且能結合較高的電壓，使織物有永久性的極化，會吸引、吸收帶電的灰塵顆粒。不久前，東洋公司已制出世界最細纖維拭鏡布。此類布料有很強的清潔能力，奧秘是單位面積的纖維根數(shù)越多，具有很高的比表面積和孔隙率，能吸收較多的油污、液體或灰塵。纖維柔軟，不會對擦拭表面造成損傷，因而具有很強的清潔能力，并可重復使用。在精密機械、光學儀器、微電子、無塵室及家庭等方面都具有廣泛用途。

3.仿麂皮及針織布、機織布或非織造布

纖度在0.1dtex～0.005dtex的超細纖維，可用于高性能針織品、功能性非織造布、仿麂皮；產(chǎn)品有麂皮絨、運動系列服裝、人造皮革織物等。

將0.1dtex～0.005dtex超細纖維制成仿麂皮及高性能針織布、機織布或功能性非織造布后，經(jīng)磨絨或拉毛，再浸漬聚氨酯溶液，并經(jīng)染色和整理，可制作仿麂皮、合成運動革或人造皮革織物；其織物輕薄柔軟、有光滑的表面紋理，防水透氣，強力好且不變形。

合成運動革及其制品在日本已形成工業(yè)化生產(chǎn)，主要是PET、PA或PAN的0.1dtex超細纖維生產(chǎn)的無紡布，采用超細纖維模擬膠原纖維的結構，并以纖維的三維無紡結構模擬皮革中的膠原纖維編織形態(tài)，在外觀、功能、觸感方面模擬天然皮革，使合成革從微觀結構、外觀質感、物理特性等方面，都達到“仿真”效果。產(chǎn)品可與天然革相媲美，具有表面均勻、尺寸穩(wěn)定、舒適、色澤牢固及重量輕等優(yōu)點。

4.高仿真皮革

纖度在0.01dtex～0.001dtex的超細纖維，可用于高仿真皮革、高檔時裝面料、生物醫(yī)用材料；產(chǎn)品有高檔服裝、鞋、家具、汽車座椅、人造血管等。

將0.01dtex～0.001dtex超細纖維制成新型高檔仿真絲織物，既具有真絲織物輕柔舒適、華貴典雅的優(yōu)點，又克服了真絲織物易皺、粘身、牢度差等缺點，滿足了人們對衣料多樣化及高檔化的要求，可應用于男士大衣、女士夾克衫、裙裝、滑雪服、高爾夫球衫、高檔鞋與手袋等。例如日本東麗公司的高仿真Snow deer皮革，采用了0.001dtex纖度的海島型纖維。用它制成新一代仿Snow deer皮織物，其起絨、染整的表面起毛纖維基本設計為0.1dtex。在仿Snow deer皮織物表面必須完全由纖維短絨覆蓋，用起毛機起毛后織物表面就成為一層薄薄的絨毛，豐厚柔軟。又如日本帝人公司用0.005dtex～0.001dtex的超細纖維與高收縮絲混纖制成的仿真絲綢織物，其表面形成細的絨毛，很像桃子表皮，具有柔軟纖細的手感，是天然纖維所不及的。

此外，纖度小于0.01dtex超細纖維的粗細與生物細胞接近，能夠獲得生物體的適用性，在血球分離材料和各種生物體醫(yī)療適用材料方面有廣闊前景。特別是纖度0.001dtex超極細纖維的生物兼容性提供了在醫(yī)學領域多種多樣應用的潛力，如熔吹PETlemcocyte分離生產(chǎn)的特殊微細纖維過濾布、血液轉移及血液募集等。PET超細纖維可與人的肌體相容，可用于人造血管。新開發(fā)的人造血管是用日本東麗公司聚酯細目長絲和常規(guī)聚酯長絲織成的致密而柔韌的管狀織物。該織物是采用0.005～0.0001旦的超級細纖維束為主體，采用針織或機織制成，再進行噴水收縮使線圈之間和纖維之間產(chǎn)生纏結。它對于水有滲透性，血液卻不可滲透。在手術后的短時間內(nèi)，人體內(nèi)再生的組織會覆蓋于人造血管的內(nèi)壁，避免血液對人造血管的直接接觸，從而大大降低了血栓形成的可能性。據(jù)報道，這種人造血管已經(jīng)在日本和美國的醫(yī)院里進入實用階段。

（譯自美國雜志《產(chǎn)業(yè)投資》2016年3月刊）