非織造保暖材料研究進展*

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1. 東華大學紡織學院，上海 201620；2. 東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620

隨著科技的發展與進步，新型保暖材料不斷出現并替代了傳統保暖材料。這些新型保暖材料從纖維原料的研制到產品生產工藝的開發，都在不斷地創新與完善。

新型保暖纖維如蓄熱調溫纖維采用物理或化學方法制得：先通過包覆在一定溫度范圍內能發生相變的材料(PCM)，制成能隨外界溫度改變而發生相變的、能提供潛熱的相變材料微膠囊(MEPCM)；再利用熔融紡絲法，將紡絲高聚物與MEPCM共混，制成蓄熱調溫纖維，所得纖維保暖隔熱效果十分出眾，能實現紡織品的蓄熱調溫功能[1-4]。此外，還有新型適溫型纖維，包括紅外類保暖纖維、導電類保暖纖維、差別化異形類保暖纖維等。其中，紅外類保暖纖維能儲存和吸收來自太陽光及人體散發的熱量，并向人體輻射遠紅外線，使人體體溫升高2～4 ℃；導電類保暖纖維在纖維中加入了光電熱轉變特性的無機高分子微粒，其可在光電作用下使纖維制品具有蓄熱保暖功能；差別化異形類保暖纖維有超細型、異形截面型、織物孔眼型等，其可使纖維制品中靜止空氣含量增加，從而擁有良好的保暖效果[5-6]。

新型保暖材料尤其是非織造保暖材料的發展日新月異，它們已在保暖材料市場占據了主要地位。非織造保暖材料透氣性好、質輕、防霉、耐酸堿、可直接洗滌、成本低、保暖性能好，且工藝流程簡便、生產效率高、產量高，已基本替代由傳統的天然纖維如羊毛、棉等制成的保暖材料。非織造保暖材料應用范圍十分廣泛，它們不但適用于各種家用紡織品如被褥、睡袋，以及各種服裝輔料，還可應用于建筑類保溫材料及汽車內飾保溫材料等[7]。

下文將根據不同非織造布的制造方法綜述非織造保暖材料的研究進展。

1 針刺法

針刺法可賦予材料穩定的三維立體空間結構，使材料擁有較好的尺寸穩定性和彈性，以及良好的蓬松性、壓縮回復性、拉伸性、保暖性等。

1.1 單組分非織造保暖絮片

付曉娟等[8]使用Sunlite中空纖維，通過針刺法加工出非織造保暖絮片，產品具有良好的抗彎及回彈性能，制成的織物具有蓬松輕便、干爽透濕、挺括保暖等特點。Sunlite中空纖維是一種擁有異形截面的新型滌綸，中空率更大，保暖性較普通滌綸提高了65%左右。在相同針刺密度條件下，Sunlite中空纖維非織造保暖絮片的透氣性比普通滌綸非織造保暖絮片低20%～30%，保暖率比普通滌綸非織造保暖絮片高3%～5%。

裴娜等[9]使用Viloft纖維制成了針刺非織造保暖絮片。Viloft纖維沒有皮芯層，截面呈扁平狀，且邊緣有細微齒形，由其制成的織物中含有許多空氣氣囊，故保暖性能優秀。在相同針刺密度的條件下，Viloft纖維保暖絮片和黏膠纖維保暖絮片相比，前者的透氣性約低20%，橫向拉伸強度高50%～80%、縱向拉伸強度高20%～40%，保暖率高1%～2%，且針刺密度越大，差異越明顯。

1.2 多組分非織造保暖絮片

1.2.1 纖維混合

王薇等[10]采用針刺法開發了低比例羊毛/遠紅外中空三維卷曲滌綸混合保暖絮片。其中，遠紅外中空三維卷曲滌綸因纖維的中空結構而包含有大量的靜止空氣，故透氣性及保暖效果良好。厚度相近的羊毛/遠紅外中空三維卷曲滌綸(質量比為3∶7)混合保暖絮片和純羊毛保暖絮片，前者的透氣性要低約8%、保暖率要高2%～6%，且前者的尺寸穩定性、蓬松性、壓縮性明顯更優秀。

廖俠等[11]將質量比為 7∶3的木棉纖維與中空三維卷曲滌綸經混合開松、梳理成網、針刺加固，制得了一種輕質非織造保暖絮片。其中，木棉纖維是迄今為止中空率最大、密度最小的一種天然纖維。在工藝條件相同的情況下，木棉纖維/中空三維卷曲滌綸(質量比為7∶3)非織造保暖絮片的蓬松度比中空三維卷曲滌綸/Viloft纖維(質量比為7∶3)非織造保暖絮片的高約40%，且前者具有良好的透氣性，適合用作服用保暖絮片。

樊星等[12]以木棉纖維、棉纖維、滌綸為原料，使用針刺法加固，制成了木棉纖維/滌綸(質量比為3∶7)保暖絮片和棉纖維/滌綸(質量比為3∶7)保暖絮片，發現前者的蓬松率較后者高約8%，保暖率高約2%。

1.2.2 疊層保暖絮片

LIN等[13]、ROCK[14]等使用滌綸長絲和含有2%(質量分數)竹炭成分的滌綸長絲合成竹炭層，使用中空螺旋滌綸短纖和低熔點滌綸短纖合成聚酯(PET)層，再利用針刺法將竹炭層和PET層進行復合制得保暖絮片。當低熔點滌綸短纖的質量分數為30%時，所得保暖絮片的最大斷裂強度超過了其他配比的保暖絮片，且低熔點滌綸短纖越少，保暖絮片的保暖性能越好。PET層/竹炭層/PET層三層保暖絮片比PET層/竹炭層兩層保暖絮片的熱阻高5%～10%，保暖效果更好。

SHABARIDHARAN M等[15]使用針織物和聚四氟乙烯涂層織物分別作為內層和外層，中間層采用滌綸針刺非織造材料，復合制成一種多層材料。所得多層材料的熱阻和蒸發阻力，與中間層滌綸針刺非織造材料的面密度成正比、與針刺密度和針刺深度成反比，與多層材料的厚度無線性關系。內層和外層對多層材料的熱阻影響較小，但對多層材料的蒸發阻力影響顯著。

2 針刺法+熱黏合法

熱黏合法的加工工藝簡單、生產效率高，且成形后的材料蓬松柔軟、彈性高。纖維先使用針刺法再使用熱黏合法加固，所得材料的結構更穩定且具有一定強力，同時保暖性能更優良。

2.1 纖維混合

楊藝丹等[16]將羊絨、木棉纖維、遠紅外滌綸、熱接合性復合纖維(ES纖維)等進行混合，并采用針刺和熱風黏合工藝制成保暖絮片，保暖效果好且兼具綠色環保、天然抗菌、輕薄透氣、透濕保健等特性。其中，ES纖維是雙組分纖維，其經過熱風加熱后，纖維外層低熔點的成分熔融，交叉處的纖維黏合在一起，這有利于保暖絮片三維結構的固定。試驗發現，同樣的工藝條件下，經過熱風黏合的針刺保暖絮片比只經過針刺加固的保暖絮片，保暖率高5%～10%、壓縮回復率高3%～5%、斷裂強力高出500%以上，但透氣率較低。

陳忠立等[17]將蠶絲與三維卷曲中空纖維、熱熔纖維混合，經低密度預針刺工藝加固及熱風黏合后，制成了結構穩定且蓬松的復合絮片。經測試發現，復合絮片的透氣率超過3 000 mm/s，壓縮回復率大于80%，保暖性能優秀。另外，由于蠶絲具有抗菌、抗過敏、親膚，以及促進人體新陳代謝及血液循環的作用，產品非常適用于服用領域。

2.2 疊層保暖絮片

ZAKRIYA等[18]使用黃麻纖維(質量分數占50%～70%)和自制的中空聚酯纖維(HCP纖維，質量分數占30%～50%)交叉鋪網，形成三明治結構；再經針刺法加固和熱壓法黏合，制備出黃麻/HCP疊層非織造保暖絮片。其中，黃麻纖維是一種常見的可再生天然纖維，具有高隔熱性能；HCP纖維是一種人造的中空纖維，其皮層比芯層軟化溫度低，熱壓時皮層先熔化，在起到黏合作用的同時還保護了芯層的孔洞，增加了材料的尺寸穩定性與蓬松度，經濟環保。試驗發現，在同等厚度下，常見隔熱材料的傳熱系數是黃麻/HCP疊層非織造保暖絮片的1.5～2.5倍，后者保溫性能非常優秀。

劉靜等[19]將PE/PP皮芯型復合纖維經開松、梳理成網、熱烘、定型，制成熱風非織造材料，再利用超聲波黏合工藝，將其分別與橘瓣型超細纖維非織造材料、海島型超細纖維非織造材料進行疊層復合。橘瓣型超細纖維是用兩種在化學結構上完全不同、彼此互不相溶的聚合物，通過共軛紡絲法制得的一種裂離型復合纖維[20]。海島型復合纖維是由一種聚合物以極細的形式(原纖，即“島”)包埋在另一種聚合物(基質，即“海”)之中形成的。海島型復合纖維經開松、梳理、成網后通過針刺加固形成非織造布，然后使用有機溶劑將“海”組分溶去，制成海島型超細纖維非織造材料[21-22]。在相同面密度的條件下，純熱風非織造材料比復合了超細纖維非織造材料的疊層保暖絮片，厚度增加了10%、克羅值減小2%，其中與橘瓣型超細纖維非織造材料復合的疊層保暖絮片較與海島型超細纖維非織造材料復合的疊層保暖絮片更具優勢。

3 熔噴法

熔噴法生產的保暖材料產品具有纖維超細、孔徑小、比表面積大、結構松軟、質輕但不單薄，保暖性能好等特點。

Primaloft纖維是美國Albany公司采用熔噴法開發的一種超細微合成纖維，是目前世界上最輕、最保暖的纖維之一。其采用聚酯為原料，模仿羽絨，利用粗中空纖維為骨干，并將超細中空纖維纏繞在骨干上，形成如羽絨般的樹狀結構。每根Primaloft纖維上都懸掛有無數的微氣囊，這賦予了纖維良好的透氣性，且快干、防風、防水、熱阻高、壓縮回彈性好、保暖性極好、手感柔軟。Primaloft纖維比羽絨耐潮濕，保暖率在干燥和潮濕時分別比羽絨高約14%和24%，特別適于制作登山服、滑雪衫、保暖內衣等御寒材料，是美國軍隊專用的高科技保暖材料[23-24]。

Thinsulate是美國3M公司的品牌。Thinsulate保暖產品是以熔噴產品為主的一類保暖材料，是將經高效開松的、高線密度的三維卷曲滌綸短纖，通過氣流引入到熔噴工藝的氣流牽伸場中，與熔噴超細纖維均勻混合后于收集裝置上形成熔噴復合非織造材料的，其可以容納更多的空氣和纖維，且能有效反射人體熱量。Thinsulate C型保暖材料(由質量分數為35%的聚酯纖維和65%的聚丙烯纖維組成)中，纖維的直徑只有其他大部分合成保暖材料的1/10。試驗發現，同等厚度時，Thinsulate C型保暖材料的保暖性能是普通羽絨材料的1.0～1.5倍，幾乎是其他普通高蓬松保暖材料的2.0倍。同時，由于Thinsulate C型保暖材料的吸水量不到本身質量的1%，因此，即便在潮濕的環境下也具有較好的隔熱能力，可用于普通外衣、手套等產品[25-26]。

仇何等[27]采用聚乳酸(PLA)與聚酰胺彈性體(PAE)為原料，選用長絲加載復合技術，將熔噴超細纖維直接噴覆在絲徑25 μm左右的支撐長絲上，制備具有鵝絨結構的高效保暖材料。其中，PLA具有可再生、可生物降解、生物相容性好、親膚等特點，被作為填充材料廣泛應用于服裝保暖絮片領域；PAE是聚酰胺與聚醚以嵌段式結合而產生的一種彈性體。熔噴超細纖維的直徑主要分布在2～8 μm，與羽絨絨朵纖維直徑相似。材料中，纖維直徑小、孔徑小、孔隙率高、表面能大，故所形成的微小空氣囊能夠很好地滯留住纖維表面及內部的空氣，使熱量損失減少，保暖效果優于鵝絨，且纖維在微觀上具有羽絨絨朵纖維表面類似的凹槽結構，吸濕排汗性能優異，制成的保暖衣物舒適性大幅提高。

趙愛景等[28]、陳思等[29]使用聚丙烯(PP)熔體與PET短纖維，制出了混合型熔噴PP/PET非織造保暖材料。具體為，PP熔體從噴嘴的毛細孔中擠出，受噴絲孔兩側高壓熱氣流的噴吹得到具有一定長度的PP微細纖維，并與熱空氣中混有的高卷曲、高線密度的PET短纖維混合凝聚，在滾筒式纖維接收器上形成熔噴纖網，后經冷卻固化得到混合型熔噴PP/PET非織造保暖材料。該保暖材料的PP微細纖維直徑是一般纖維的1/10，且與傳統的保溫材料相比，混合型熔噴PP/PET非織造保暖材料的保暖性增加了5%～8%。

4 結語

非織造保暖材料的品種與日俱增，新型非織造保暖材料的研發日益受到重視，這不但反映了市場需求的旺盛，還反映了高科技對紡織市場的推動。未來，非織造保暖材料的發展趨勢：

(1) 選用新型保暖纖維作為原料。纖維從棉、羊毛、羽絨等向蓄熱保暖纖維、適溫型纖維、發熱纖維、超細纖維等轉變，利用新型保暖纖維自身的特性增強非織造保暖材料的保暖性能。

(2) 從單一結構到復合結構。單一結構的傳統保暖材料將逐漸被復合結構的非織造保暖材料替代，因為優化的復合結構能使厚重的材料變得輕薄，且多種材料性能的互補能增強其他方面的性能。

(3) 從單一功能到多元功能。除了確保保暖性能外，還應具備某些特定的、優異的物理或化學性能，如保健和防護功能、壓縮彈性、水洗性能、透氣性能、透濕性能、防油污性能、抗靜電性能、抗菌除臭性能等[30]，以達到多功能的目的，滿足消費者對保暖材料各方面的需求。

(4) 注重環保無污染、安全可靠。研發時，注重材料的可降解性、綠色安全性及環境保護性。