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《功能整理》讲义

上传人:张正宇发布时间:2013/5/20

《功能整理》讲义
第一章总论
第一节纺织纤维概论
一、纺织纤维的分类
纺织纤维可分为两大类，一类是天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝、麻等；另一类是化学纤维，是用天然或合成高分子化合物经化学加工制得的纤维。化学纤维又分为再生纤维和合成纤维两大类。具体分类下下[1-2]：

二、纺织纤维的发展历史
长期以来人类所用的纤维一直主要来源于植物(如棉、麻等)和动物(如羊毛、蚕丝等)，后来又利用植物的纤维素经化学加工并经纺丝成人造纤维。特别是30年代末首次出现聚酰胺(即尼龙)纤维，奠定了合成纤维的基础，使当前合成纤维占据了纤维的主要市场。同时在60年代之后又出现一些用高分子先驱体法或气相沉积法制成的各种无机高性能纤维，构成今天的纤维谱。目前虽然衣着纤维的品种大量出现，但纤维的用途已经不仅仅是衣着和生产生活用具(如绳、网、袋等)[3]。
随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人们对服装提出了舒适、卫生、保健的要求，各种功能化的纺织品不断涌现。世界人均纤维消费量约为8公斤左右，今后仍将有所提高。据联合国最近预测，到2050年世界人类将达到90亿。纤维总需求量将达0．9～1亿吨左右。由于天然纤维受到自然条件的限制，不可能大幅度增产，所以需依靠化学纤维的增长来满足需要。随着高分子化学的不断发展，服装的生产从原来对现有纤维或织物进行特殊整理发展到今天的新型功能纤维，出现了不少新的纤维品种。功能纤维的发展经历了沧桑的过程。现在各种特殊功能性的纤维，如吸湿性、透气性、抗静电性、抗紫外线的纤维已经通过各种加工方法获得。而粘胶纤维实现了人类能制造出和蚕丝相似的纤维的愿望；在蚕丝化学结构的启示下，又发明了以酰胺键为主要基团的尼龙；根据棉毛、丝的截面形态，仿制成功各种异形纤维，中空纤维和细旦纤维。在生物进化过程中，人类取得了无可比拟的重要进步。这些进步就体现在生物本身，比如蛋白酶的催化反应，其反应速度比普通化学反应快400倍。
第二节功能纤维及功能纺织品分类
功能纤维及纺织品的发展是现代纤维科学进步的象征。功能纤维、差别化纤维和高性能纤维的发展为传统纺织工业的技术创新，向高科技产业的转化创造了有利条件，为人类生活水平的提高作出了贡献。功能纤维及织物是指除一般纤维及织物所具有的物理机械性能以外，还具有某种特殊功能的新型纤维及织物。如卫生保健纺织品(抗菌、杀螨、理疗及除异味等)、防护功能纺织品(防辐射、抗静电、抗紫外线等)、舒适功能纺织品(吸热、放热、吸湿、放湿等)和医疗和环保功能纺织品(生物相容性和生物降解性)等[5]。
一、防护性功能纤维及纺织品
（一）阻燃纤维及纺织品
由纤维制品燃烧引起的火灾已成为现代社会中重大灾害之一，严重威胁着人类生命财产的安全。因此，世界各国对纤维及纺织品的阻燃研究十分重视。阻燃纤维和阻燃纺织品与普通纤维和纺织品相比可燃性显著降低，在燃烧过程中燃烧速率明显减缓，离开火源后能迅速自熄，且较少释放有毒烟雾。合成纤维阻燃纺织品可以通过使用阻燃纤维和织物阻燃整理来实现，而天然纤维阻燃织物的获得则只能通过纤维、纱线或织物的阻燃处理来实现。阻燃纤维的生产方法有化学改性法和物理改性法。前者包括共聚、接枝阻燃单体和表面反应阻燃剂；后者包括共混添加型阻燃剂和表面涂敷阻燃剂来完成。纤维、纱线或织物的阻燃处理可以通过喷雾、浸渍、浸轧或涂层等方式来实施。新型阻燃剂、纤维的燃烧及阻燃机理、阻燃剂添加、处理工艺以及阻燃性能测试方法及阻燃纺织品标准等方面的研究，是阻燃纤维及阻燃纺织品研究的主要内容。
（二）抗菌防臭纤维及纺织品
日本在1955年就成功开发了抗菌性功能纤维，它是在纤维母体树脂中加人 Cu、Ag、Pb的金属元素及其化合物制得的。最常用的是金属银和铜的金属盐，如硫酸铜和硝酸银作为抗菌添加剂。其抗菌机理是破坏细菌细胞膜的代谢功能，导致细菌死亡，从而起到杀菌作用。近年来开发了许多无机、有机抗菌剂用于制造抗菌防臭纤维及织物。合成纤维及其织物的抗菌防臭加工方法可分为共混、复合纺丝技术和后处理技术三种，其他抗菌纺织品同样可以通过纤维、纱线或织物的抗菌处理来实施。随着社会的发展人们生活水平的提高，抗菌除臭纤维和纺织品大有发展前途[6]。
（三）抗静电、导电纤维及纺织品
合成纤维织物容易产生静电，特别是在气候干燥的环境下，纤维和织物的带电现象相当严重。目前解决纤维和织物的抗静电问题的方法，主要采用在纤维内部混人吸湿性材料帮助纤维吸湿和引人亲水性基因，或对织物进行吸湿性树脂整理，还可在织物中交织导电纤维[6]。
导电纤维是利用纤维内的导电成分使纤维具有极强的抗静电性能，根据导电成分的不同，导电纤维的主要品种有金属纤维、碳纤维和有机导电纤维。导电成分在纤维中的分布状态，有均匀型、被覆型以及复合型。导电纤维的电阻率一般在107Ώ•cm以下，因而显示出极强的抗静电性，其抗静电性不受环境湿度的影响，故导电纤维的抗静电作用是永久的。导电纤维主要用于对抗静电性能要求很高的防静电工作服或防静电织物[5]
（四）抗紫外线纤维及纺织品
防紫外线织物是近几年来服装市场出现的一种功能性保健纺织品。它是将具有反射、衍射或吸收紫外线功能的无机超细颗粒或有机化合物添加于纤维中或对织物进行后整理，制得的纤维织物能够屏蔽紫外光，防止皮肤病和皮肤癌的发生。有机类抗紫外线添加剂以苯酮内芳香族物质为主，无机类抗紫外线添加剂以氧化锌和二氧化钛为主。抗紫外线主要是减少波长在280～4000μm范围内的紫外光对人体的伤害。无机类添加剂的微粒在0.2μm时，对紫外线的反射、衍射能力最大。抗紫外线纤维和纺织品在户外纺织品和外衣服装领域具有良好的发展前景[6]。
（五）电磁波屏蔽纤维及纺织品
随着手机、计算机及微波炉等办公、家用电器的普及，电磁波辐射的危害也日益突出。为保护人体不受或尽量减少电磁辐射的危害，可对电磁辐射源进行屏蔽，减少其辐射量，还可穿着有效的防电磁波辐射防护织物进行自我保护。电磁波辐射防护织物所用材料可分为导电型和导磁型两类。导电型材料是指当材料受到外界磁场作用时产生感应电流，这种感应电流产生与外界磁场反方向的磁场，从而与外界磁场相抵消，达到对外界电磁场的屏蔽作用。导磁型材料则是通过磁滞损耗和铁磁共振损耗而大量吸收电磁波的能量，并将电磁能转化为其它形式的能量，以达到吸收电磁辐射的目的。电磁辐射防护纤维和织物的制备方法有电镀法，涂层法，共混纺丝法，复合纺丝法。
二、保健性功能纤维及纺织品
（一）医用功能纤维及纺织品
医用功能纤维及纺织品是生命科学与材料科学交叉的产物，是现代临床医学发展的重要物质基础。医用功能纤维和纺织品目前在以下几个方面得到不同程度的应用：(1)外科移植用纺织品：人造血管、人造皮肤、人造骨、人造关节、人工心脏瓣膜、软组织修补、外科缝纫线等。（2)体外人工器官：人工心肺、人工肾、人工肝等。(3)医用辅料：纱布、绷带、药棉、手术巾、手术服等。医用功能纤维和纺织品除了具有一定的机械强度、化学稳定性、柔软性、坚韧性、密度小和易于加工成型等性能外，还必须具备生物相容性和生物降解性[5]。
（二）磁性功能纤维及纺织品
磁性纤维是纤维状的磁性材料，它可以分为磁性纺织纤维和非纺织纤维。磁性非纺织纤维在十几年前已有报导，如磁性合金纤维用于制造磁性复合材料、磁性涂层材料，磁性木质纤维素纤维用于制磁性纸等。磁性非纺织纤维制成的磁制品可在磁记录、记忆、电磁转换、屏蔽、防护、医疗和生物技术、分离纯化等诸方面应用。对于纺织品来说需要的是磁性纺织纤维。磁性纺织纤维是一种兼具纺织纤维特性和磁性的材料，它具有其他纺织纤维所没有的磁性，又具有一些以往其它磁性材料所没有的物理形态及性能，诸如柔软、有弹性等，可通过纺织加工做成纱线、织物或加工制成非织造布及各种形状的磁性医疗保健用品[7]。
（三）远红外功能纤维及纺织品
远红外功能纤维是利用在常温下具有远红外发射功能的陶瓷粉(二氧化钛、二氧化锡、氧化铝等)作为添加剂与聚酯、聚酰胺等切片共混，纺制成远红外纤维。远红外功能纤维织物具有优良的保健理疗功能、热效应功能、排湿透气和抑菌功能，它能吸收人体自身向外散发的热量，吸收并发射回人体最需要的4～14µm波长的远红外线，促进血液循环并有保暖作用。理想的远红外织物具有良好的保温、抗菌和理疗功能。目前国内外开发的远红外纺织品主要有内衣、被子、垫子等[6]。
三、其他功能性纤维及纺织品
（一）拒水拒油纺织品
当织物接触水或油类液体而不被水或油润湿时，即称此织物具有拒水性或拒油性。织物具有一定的防水、防污、易去污或拒水拒油等功能，既可减少服装的洗涤次数，又能降低洗衣劳动强度和时间，对服装寿命、服装保洁和整体形象都是非常有益的。人类很早就能制造出防水服装抵御大自然的雨淋，譬如我国用桐油涂浸的油布可以做成雨伞、雨靴和衣服，另外一些衣着用品如油田工作服，家庭用的纺织品，汽车椅套布、部分军用织物以及其他特殊用途的纺织品都需具有一定的拒水拒油性。目前对拒水拒油纺织品的要求是既要具有出色的拒水拒油效果，又要有良好的耐久性。
（二）防水透湿纺织品
防水透湿织物是集防水、透湿、防风和保暖性能于一体的功能织物，要求织物在一定的水压下不被水润湿，但人体散发的汗液蒸汽却能通过织物扩散传递到外界，不在体表和织物之间积聚冷凝。防水透湿织物的生产一是采用微细合纤长丝进行高密度织造，并进行收缩处理，可达到一定的防水透气效果；二是涂层法，采用丙烯酸酯或聚氨酯作涂层剂，在织物表面涂覆一层防水透气的薄膜；三是将具有防水透湿功能的薄膜如聚四氟乙烯膜与织物复合。防水透湿织物可制造运动服、休闲服、雨衣、航海和水上作业服、消防服等，该类服装具有防雨、挡风、保暖、透湿、透气、轻便和舒适等功能，并能随着环境的改变而自动调节热量的散发[6]。
（三）亲水性纤维及纺织品
亲水性纤维是指具有吸收液相水分和气相水分性质的纤维。随着细旦、超细旦复合纤维和改性合成纤维的研究不断发展，使亲水性纤维的吸水速度、吸湿性以及轻量化、保湿性等性能不断提高。提高合成纤维的吸水、吸湿性能一直是功能纤维研究的重要内容之一。对疏水性纤维进行亲水改性方法一般有化学法和物理法两种，前者主要是用一般聚合物或者纤维与反应性物质反应制取吸水性纤维，后者则是对纤维进行物理处理，促进毛细现象，提高吸水性。高吸水性纤维目前主要用于运动服、内衣及毛巾、浴巾类纺织品。如日本的尤尼吉卡公司生产的亲水性纤维，其吸水除湿能力为棉纤维的1．6倍以上，用该纤维制成的纺织物表面总保持干燥的感觉。国内研制成功的高吸水聚酯纤维的保水率为20%，与棉花相似，吸湿率达到2%[6]。
（四）离子交换纤维及纺织品
离子交换纤维的应用范围和重要性日益扩大，已广泛用于水的软化、金属的精制回收、药品精制、疾病的诊断与治疗以及生物化学等领域。离子交换纤维是由具有离子交换基团的聚合物或共聚物经纺丝而成的纤维，也可通过对天然纤维和合成纤维进行化学改性或接枝共聚反应，使之带有—SO3H、—COO-等活性基团而具有离子交换性能。离子交换纤维具有交换速度快、再生能力强、流体阻力小、强度高和耐腐蚀等特点，它的实用价值在于它具有比粒状离子交换剂更大的比表面。离子交换纤维在湿法冶金、环境保护、化工生产、卫生保健、天然产物的分离提取等领域的应用前景广阔[8]。
（五）智能纤维及纺织品
目前利用智能纤维开发的智能纺织品主要有自动调色服装、自动调温服装、具有“知觉”的“智能T恤”及自适应防护服等。光致变色纤维和温感变色纤维可制成智能滑雪衫，茄克衫、短上衣、连衣裙和帽子等，它们能随着室内外光线的变化而改变颜色。这种服装由于具有良好的光、热变************和新颖性，深受消费者欢迎。具有自适应的调温服装能随人体和环境温度的变化而变化，能在不改变或较少改变穿载负荷的情况下保护身体。由塑料光纤和传导纤维编织而成的“智能T恤”，可以协助医务人员监测病人心跳、体温、血压、呼吸等生理指标，也可被监测人员用来了解和掌握运动员、宇航员、飞行员的身体情况，还可制成婴儿睡衣，监测婴儿呼吸，防止婴儿在睡眠时因窒息死亡。美国已研制出一种新型智能防护衣，它在划破之后会自动发出报警信号，可以更好地保障在放射性、有毒环境中工作人员的安全[4，10]。

主要参考文献
1 王菊生,孙铠. 染整工艺原理. 第一版. 北京：纺织工业出版社, 1982
2 肖长发、尹翠玉等. 化学纤维概论. 北京：中国纺织出版社,1997
3 吴人洁. 高性能与高功能纤维的发展[J]. 宇航材料工业. 1998,(6):1～6
4林秀玲.能纤维的发展[J].业纺织技术.004,(1):21～25
5 陈振洲. 新型功能纤维及其应用[J]. 北京纺织. 2004,25(1):36～38
6于海华. 功能性纤维[J]. 化工商情. 2001,(6):51～52
7 黄次沛. 磁性功能纤维[J]. 合成纤维. 2000,29(3):20～23
8 原思国、曾汉民. 离子交换功能纤维的研究、开发与进展[J]. 高科技纤维与应用. 1998,23(6): 8～15
9 陈枫. 功能纤维的发展概况[J]. 合成纤维工业. 2003,26(4):42～44
10 谷清雄. 功能纤维的现状和展望[J]. 合成纤维工业. 2001,24(2):25～28

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