超細纖維的應用及其研究進展

摘 要：介紹了超細纖維及其主要性能。總結了超細纖維的幾種生產技術，包括直接紡絲法、復合紡絲（機械/化學剝離法、溶解/水解剝離法）以及共混紡絲法。介紹了超細纖維的應用及其研究進展。

關鍵詞：超細纖維；生產技術；研究進展

1 超細纖維概述

隨著纖維技術的發展，纖維的功能得到了大幅的提高，對纖維的功能性和舒適性等的要求也越來越高，同時非服裝行業對織物特殊性能的要求，促進了功能纖維比重的增加。目前，超細纖維紡織品在醫學、環保、能源、人體防護和衛生保健等領域得到了廣泛的應用[1]。纖維直徑是衡量纖維細度最具可比性的物理量，但實際應用中常采用線密度表征纖維細度（ρl）。線密度定義為“質量除以長度”，單位特[克斯]，符號tex。1km長纖維的質量為1g時，稱該纖維的線密度為1特[克斯]，即1tex=1g/km。一般而言，單纖維線密度為0.1～1.0分特[克斯]（dtex）的纖維屬于超細纖維。纖維越細越表現出優異的性能。主要歸納如下：（1）線密度相同的復絲或紗線，其單纖維根數越多成紗能力越高；（2）單纖維密度越小，抗彎曲剛度越低，紗線及織物的手感越柔軟；（3）單纖維直徑越小，纖維比表面積越大，吸附性增強，去污力、過濾性能好，毛細效應強；（4）單纖維直徑越小，單位面積織物的密度越高，織物保暖性越好，具有防水透氣性。但是單纖維線密度較小也帶來一些缺點，如染整加工時上染速度快、染料吸收量大，但顯色性、染色牢度差。

2 超細纖維生產技術

目前比較成熟的超細纖維制造方法見表1[2]。生產方法決定了

纖維線密度的大小，常規紡絲法得到的超細纖維線密度為0.30～1.0dtex，物理（或化學）剝離法可制得0.10～0.50 dtex的超細纖維，復合海島法可得到0.03～0.06 dtex的超細纖維，共混海島法可得到0.0003～0.0008 dtex的超細纖維。

3 超細纖維的應用

超細纖維具有許多優異的特性，如彎曲剛度很小、有較大的比表面積、直徑小（可制成超高密織物），因而應用廣泛，可用于人工皮革、紡織品、隔膜材料、醫用材料等眾多領域。然而超細纖維還有許多特性未被發現，因此還有許多應用有待開發。根據超細纖維的特性，可將它們的用途簡單歸納如下（見表2）[2]：

4 超細纖維研究進展

超細纖維的發展是從復合紡絲技術的成功開始的，分為三個階段[2]：第一階段為20世紀70年代，主要研究內容是如何制造超細纖維；第二階段是1981年至1985年期間，該階段主要研究開發超細纖維的實際應用，為超細纖維的商品應用開發階段；第三階段從1986年后至今，主要是研究和發掘超細纖維功能的時代，由于超細纖維的纖維細度對其功能有很大的影響。因此，該階段也有很多工作是以如何獲得更細的纖維為目的展開的。盡管人們對超細纖維的認知在不斷的加深，但仍然有很多特性未被知曉。

近年來，隨著納米技術的發展及其應用領域的不斷擴展，使得納米纖維技術也成為國內外學者的研究熱點。納米纖維是指直徑在納米尺寸（1～100nm）范圍內的纖維。目前，納米纖維的制備方法有多種，包括拉伸法、微相分離法、自組裝法、AAO模板法、靜電紡絲法等，但是除靜電紡絲法外，其它納米纖維制備方法無法直接、連續制備納米纖維，難以工業化量產，且制備的纖維直徑通常在500nm以上，而靜電紡絲則能制備出最小直徑達1nm的超細纖維。

國外關于靜電紡絲的研究起步較早，主要集中在紡絲條件、裝置和方法的創新、理論模型的建立等方面。Deitzel等[3]研究了包括紡絲液濃度、紡絲電壓等在內的工藝參數對靜電紡納米纖維外觀形貌的影響，證明了靜電紡納米纖維織物的宏觀形貌和靜電力場效應有關系。Reneker等[4]研究了各工藝參數（包括固化距離、表面張力、聚合物濃度、粘度、溶液密度等）對射流半徑的影響。國內關于靜電紡絲的研究開始于2002年，著重于工藝參數對纖維外觀形貌和直徑的影響研究。傅杰財等[5]研究了靜電紡絲中控制纖維形貌的方法，發現可通過控制有溶劑揮發速率和溶液相分離速率而達到控制纖維形貌的目的。高曉艷等[6]利用靜電紡絲方法制備了聚酰胺6（PA

6）納米纖維復合材料，能夠有效地改善傳統過濾材料的過濾效率。

5 結束語

生物仿生、智能傳感超細纖維材料具有很好的應用前景，將成為研究及應用的熱點。隨著靜電紡絲技術的發展和普及，具有納米、微米級尺度的超細纖維的制備變得更為簡易、性能可控，具有廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]侯琳熙，韓玉平，魏丹毅，等.超細纖維的功能性應用及生產現狀[J].山東紡織經濟，2007（3）：84-86.

[2]張大省，王銳.超細纖維發展及其生產技術[J].北京服裝學院學報（自然科學版），2004，24（2）：62-68.

[3]Deitzel J M， Harris D， et al. The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles [J]. Polymer，2001，42（1）：261-272.

[4]Reneker D H， Yarin A L， et al. Bending instability of electrically charged liquid jets of polymer solutions in electrospinning [J]. Journal of Applied Physics， 2000， 87（9）：4531-4547.

[5]傅杰財.靜電紡絲中形貌控制及其應用[D].蘭州大學，2014.

[6]高曉艷，張露，等.靜電紡聚酰胺6纖維復合材料的孔隙特征及其過濾性能[J].紡織學報，2010，31（1）：5-10.

作者簡介：鄔治平（1989-），男，工作單位：依波精品（深圳）有限公司，研究方向：主要從事金屬材料、非金屬材料及高分子材料方面的研究。