功能纖維的新發(fā)展

功能纖維的新發(fā)展

最近，國(guó)外的納米纖維（nf）和碳納米管（cnt）的開(kāi)發(fā)仍在活躍，各種功能纖維新品種層出不窮，且投放市場(chǎng)。一些新型功能纖維和非織布產(chǎn)品相繼投放市場(chǎng)。日本的一些傳統(tǒng)功能纖維繼續(xù)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，并在中國(guó)制造?？v觀國(guó)外高功能纖維的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平,我國(guó)與國(guó)外尚有較大差距。1納米纖維和碳納米管1.1彈性聚酯納米長(zhǎng)絲的開(kāi)發(fā)最近,東麗開(kāi)發(fā)了NF長(zhǎng)絲的新技術(shù),用它可制造單絲直徑為1000～300nm級(jí)的高均一性超細(xì)纖維。這種700nm及比它更細(xì)的超細(xì)長(zhǎng)絲,在世界尚屬首次。目前已確立了500nm級(jí)聚酯納米長(zhǎng)絲的批量生產(chǎn)技術(shù),在三島工廠自2012年起開(kāi)始形成100t/a的生產(chǎn)體制。在NF短纖維方面,開(kāi)發(fā)過(guò)100nm以下的超細(xì)纖維,而在長(zhǎng)絲方面,帝人纖維的“ナノフロン”最細(xì)為700nm。東麗通過(guò)獨(dú)自開(kāi)發(fā)的噴絲板,不僅成功地開(kāi)發(fā)出納米長(zhǎng)絲,還通過(guò)精密復(fù)合紡絲技術(shù)可控制復(fù)合紡絲纖維的斷面形狀,從而可生產(chǎn)出異形斷面的NF。新開(kāi)發(fā)的NF,由于直徑細(xì)和風(fēng)度佳,與以往的纖維相比,因增加了表面積,可顯現(xiàn)出優(yōu)良的吸濕性和氣體吸附特性。其中圓形斷面纖維雖柔軟但剛性不足,可通過(guò)異形斷面絲可改善和提高其剛性。目前500nm級(jí)聚酯納米長(zhǎng)絲已經(jīng)大量生產(chǎn),而尼龍等其他材料及300nm的納米級(jí)纖維,早期就已確立批量生產(chǎn)技術(shù)。NF的用途除作為服裝外,可用于醫(yī)療用品、高性能和功能材料、汽車(chē)、生命科學(xué)等廣泛的領(lǐng)域。2012年的銷(xiāo)售目標(biāo)為1～2億元,將來(lái)可望成長(zhǎng)至數(shù)十億日元的規(guī)模。1.2高純度的cnf帝人和東京工業(yè)大學(xué)自2006年起就共同開(kāi)發(fā)導(dǎo)電性的CNF(碳納米纖維),而這次所開(kāi)發(fā)成功的CNF,其石墨結(jié)晶具有層狀的單一取向,纖維斷面呈橢圓形,纖維長(zhǎng)度達(dá)20μm以上,相當(dāng)于以往CNF的10倍以上,而電阻低30%～40%。它可采用熔紡設(shè)備制造,因此成本較低。其制造過(guò)程不使用一切催化劑,因此可生產(chǎn)高純度的CNF。用途有面向電動(dòng)汽車(chē)的鋰離子電池的二次電池、電容器等的電極材料、電極添加劑、樹(shù)脂添加劑、燃料電池?cái)U(kuò)散層以及樹(shù)脂基補(bǔ)強(qiáng)材料等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。帝人纖維公司開(kāi)發(fā)并銷(xiāo)售了一種具有涼爽感的脖套,其保水層采用高吸水和高吸濕纖維“ベルォアシス”,可以使頭部有冷感,并起保冷劑的作用,市場(chǎng)反映良好。其填料采用聚酯納米纖維“ナノフロント”,以進(jìn)一步提高其功能,商品名“清涼脖套”。由于在接觸脖子的部分(填料部分)采用了“ナノフロント”,具有良好的吸水、擴(kuò)散和接觸冷感,它可將“ベルォアシス”保有的水分進(jìn)行吸水與擴(kuò)散,從而發(fā)揮氣化熱的冷卻效果。該產(chǎn)品主要在夏天使用,今后將擴(kuò)大應(yīng)用于工廠和工地、以及護(hù)士等工作領(lǐng)域。每件售價(jià)為2000日元(含稅),顏色有藍(lán)和粉色兩種。1.3等離子體處理法該大學(xué)的平田孝道準(zhǔn)教授開(kāi)發(fā)了使用CNT的生物傳感器,其碳呈納米尺寸的筒狀分子,可從由血液的成份檢測(cè)出血糖值和過(guò)敏物質(zhì),而且通過(guò)改變CNT的處理方法就可使其感應(yīng)度提高至以往產(chǎn)品的100倍,可檢出0.01%～0.1%的濃度,測(cè)定所用的血液量?jī)H10～20μl,約為以往的1/10。今后將與企業(yè)等共同研究以實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。其原理是檢測(cè)作為血糖值指標(biāo)的葡萄糖和作為過(guò)敏起因物質(zhì)的組胺。在電極和電極間的橋渡位置的CNT表面上,只有被檢測(cè)的物質(zhì)附著于反應(yīng)部位上。一旦目的物附著于CNT表面上,其表面導(dǎo)電度就會(huì)惡化而使電阻值下降,由這種變化而檢測(cè)出目的物質(zhì)。附著于CNT反應(yīng)部位的清理不會(huì)危害基板,可選用更高效的等離子體處理法來(lái)提高感應(yīng)度。通過(guò)檢出物就可測(cè)出低到0.01%的濃度。接頭的大小是在17.5mm邊長(zhǎng)的4方內(nèi),電極間的距離為1μm。在電極上滴下CNT溶液,一旦干燥就可制得,因此容易大量生產(chǎn)。此外,利用可分解淀粉的消化酵素之一的淀粉酶來(lái)檢出甜味的味覺(jué)傳感器也在進(jìn)行研究。目標(biāo)是確立性能均一的制造技術(shù),并開(kāi)發(fā)一次就能檢出多種物質(zhì)的多項(xiàng)檢測(cè)接頭。1.4cnf與為炭黑及其復(fù)合材料電化學(xué)工業(yè)公司和三菱材料公司是與專銷(xiāo)售CNF制品及乙炔炭黑等的新公司“エムディーナテツソ”各出資50%而設(shè)立的。自2011年10月3日起開(kāi)始營(yíng)業(yè),到2012年3月的初年度銷(xiāo)售規(guī)模預(yù)計(jì)為4億日元。CNF與乙炔炭黑及其復(fù)合材料,隨著鋰離子二次電池、鋰離子電容器等的市場(chǎng)擴(kuò)大,預(yù)計(jì)其需求將急速增長(zhǎng)。特別是由于在正負(fù)極添加CNF后,可實(shí)現(xiàn)高壽命化和高功率化,因此作為關(guān)鍵材料而引人注目。另外,這兩公司除開(kāi)發(fā)CNF制造技術(shù)外,還共同開(kāi)發(fā)CNF與乙炔炭黑的復(fù)合化技術(shù)。CNF的制造設(shè)備設(shè)于電化學(xué)的青海工廠的中試廠,在那里進(jìn)行研發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)拓,而CNF與乙炔炭黑的復(fù)合化技術(shù),也應(yīng)用于電化學(xué)公司的中央研究所(東京都町田市)、大牟田工廠(福岡縣大牟田市)等,在該處推進(jìn)研究開(kāi)發(fā)。1.5可使用熱空氣和靜電氣作為產(chǎn)品的原料該大學(xué)開(kāi)發(fā)了被稱作“預(yù)紡絲(Forespinning)法”的利用離心力而制造NF的新方法。該技術(shù)不僅可采用含生物聚合物的有機(jī)高分子,還可制造300nm水平的納米金屬纖維,生產(chǎn)效率高。該技術(shù)不僅利用熱空氣和靜電壓,還應(yīng)用了離心力,目前該技術(shù)正在申請(qǐng)專利中。該技術(shù)所制得的NF和納米線,具有優(yōu)良的性能,可望用于飛機(jī)材料、濾材、人體組織、藥品載體和非織造布的廣闊用途。該技術(shù)現(xiàn)已由德克薩斯泛美大學(xué)許可轉(zhuǎn)讓至FibeRioTechnology公司,在“Cyclone(旋風(fēng))L-1000系列”工廠中,建成“Forcespinning(商標(biāo))”NF生產(chǎn)設(shè)備,并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。該設(shè)備可采用溶液或熔體紡絲法制備500nm以下纖度的產(chǎn)品。紡絲時(shí)其離心旋轉(zhuǎn)速度為2×104r/min,熔融溫度236℃,并配備了尺寸范圍廣的多紡位錠子。1.6靜電紡絲工藝參數(shù)韓國(guó)的綜合工程廠家TOPEC公司得到了信州大學(xué)的協(xié)助,開(kāi)發(fā)了新型的NF設(shè)備,并實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化。這種新開(kāi)發(fā)的NF是靜電紡絲法,但后半工程為噴絲頭方式。這種方式的特點(diǎn)是:(1)在高電壓(50kV)下可安全控制,(2)通過(guò)倒置的靜電紡絲法而實(shí)現(xiàn)高品質(zhì),(3)可進(jìn)行兩種以上聚合物的靜電紡絲,(4)具有小的空間設(shè)計(jì),容易進(jìn)行操作。制得的樣品尺寸如下:尺寸:幅寬1800mm,深度1800mm,高度1900mm。電氣方式:三相220V,9kW。空氣壓:0.5MPa。[控制方法]方案:手控系統(tǒng)控制:通過(guò)伺服電機(jī)控制最佳速度[關(guān)鍵指標(biāo)]產(chǎn)能:10～100mm/min,羅拉幅寬:600～800mm,適用的聚合物:聚氨酯(PU)、聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龍6、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚乙烯醇(PVA)和蠶絲。NF的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)獒t(yī)療、電氣電子、紡織等領(lǐng)域。其設(shè)備已在2011年5月的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用紡織品法蘭克福展覽會(huì)上展示過(guò),由伊藤忠Systex公司取得其全球銷(xiāo)售權(quán)。現(xiàn)正進(jìn)行大批量生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)發(fā),每臺(tái)設(shè)備的售價(jià)近2億日元。1.7納米物質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲捷克Liberec技術(shù)大學(xué)的UldrichJirsak開(kāi)發(fā)了由納米尺寸的無(wú)機(jī)化合物,涂覆數(shù)微米的超薄納米涂層的制法。一般的靜電紡絲法所制得的NF,已開(kāi)發(fā)出醫(yī)療、濾材等各種用途,而在某些用途存在超細(xì)結(jié)構(gòu)的物理性能不足的現(xiàn)象。因此,主要制成絲狀等納米材料,試用于各種紡織品狀。為了彌補(bǔ)其物性的不足,該公司開(kāi)發(fā)了以NF作為基層,表面涂覆超薄的納米物質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲。這樣便可彌補(bǔ)其強(qiáng)度等物性,而且其表面涂層可賦予必要的功能。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)絲,由于其具有表面摩擦阻力低的趨勢(shì),也有采用保護(hù)它的絲進(jìn)行卷繞。該制品適用于一般紡織品的加工。這樣的布狀制品具備一般的物性,同時(shí)在布狀表面上可看到細(xì)菌、人與動(dòng)物細(xì)胞的自然繁殖。利用該現(xiàn)象,可望應(yīng)用于洗滌產(chǎn)業(yè)、公共污水處理場(chǎng)等,還可望應(yīng)用于組織培養(yǎng)和外科手術(shù)方面。2新功能纖維產(chǎn)品層出不窮2.1服裝、運(yùn)動(dòng)服、充分發(fā)揮飲料和家具的可耐洗洗美國(guó)喬治亞大學(xué)開(kāi)發(fā)了可廉價(jià)提供永久無(wú)病毒紡織品的技術(shù),可用于醫(yī)用內(nèi)衣和服裝、口罩、貼身服裝、運(yùn)動(dòng)服、紙尿布和尿布、軍服、食品包裝、塑料家具、醫(yī)療和牙科器械、繃帶等,這些制品可耐洗滌。該技術(shù)可很簡(jiǎn)單地應(yīng)用于纖維、織物、濾材和塑料的制造過(guò)程,也可以在最終產(chǎn)品如運(yùn)動(dòng)衣、鞋、臥室、浴室和廚房用的紡織品中,賦予抗病毒性能,但未透露處理技術(shù)細(xì)節(jié)。2.2活性碳布檢測(cè)德國(guó)Chemviron公司的碳布部門(mén)正推進(jìn)其Zorflex100%活性碳布的商業(yè)化,現(xiàn)已被英國(guó)健康保護(hù)機(jī)構(gòu)(HPA)證實(shí)為抗病菌和殺病毒制品。現(xiàn)有兩種活性碳布:ZorflexVB和ZorflexVBPlus。測(cè)試結(jié)果表明,含有ZorflexVB的材料可捕獲高達(dá)99.54%的病毒,而且一旦抓獲后,ZorflexVB活性層即可殺死93%的病毒;而ZorflexVBPlus捕獲速率為99.88%,并在活性層內(nèi)的殺死病毒速率為98%。它們可應(yīng)用于呼吸口罩、醫(yī)用白袍、傷口敷料、病人的病服和病床等醫(yī)療領(lǐng)域,以及空調(diào)系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。2.3海水淡化傳感器采用的方法位于美國(guó)圣地亞哥的加州大學(xué)開(kāi)發(fā)出可穿著的網(wǎng)印電化學(xué)傳感器,它是專為檢測(cè)水中的污染物和爆炸物而設(shè)計(jì)的,這種傳感器被印到氯丁橡膠制的水下作業(yè)服的袖子上,這意味著潛水員無(wú)需攜帶供水下測(cè)定的手提分析儀。為了檢測(cè)海水中微量的重金屬污染物、硝基芳族爆炸物和有機(jī)污染物,傳感器中采用了酪氨酸酶,如果有害物超過(guò)了預(yù)定的水平,該傳感器就會(huì)顯示出來(lái),這樣潛水員或娛樂(lè)游泳運(yùn)動(dòng)員就可不斷地確定周邊的環(huán)境危害。該傳感器是采用銀和氯化銀系的墨汁印上去的,它可提供導(dǎo)電層,第二層采用碳系墨汁以及因在頂部的絕緣墨汁。酪氨酸酶與碳墨汁相混可檢測(cè)爆炸性TNT、重金屬和有機(jī)污染物。這些電化學(xué)傳感器靠使用電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng),并測(cè)量電流的輸出功率。在安全的情況下會(huì)顯示綠光,而當(dāng)檢測(cè)出有害苯酚(遍布工業(yè)有機(jī)污染物)時(shí),就會(huì)顯示出紅色LED燈以提醒潛泳者。2.4紡絲技術(shù)的應(yīng)用Smartfiber公司開(kāi)發(fā)了具有調(diào)熱功能的SmartcelClimate纖維,其中的相變材料(PCM)可提供高吸熱性(60J/g)。在高度結(jié)晶和耐撕裂的Smartcel功能纖維中,通過(guò)擁有專利的紡絲技術(shù)嵌入石蠟烴。根據(jù)所選擇的石蠟烴及所需的用途,可以調(diào)節(jié)吸熱或放熱溫度,使之在特定溫度周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的溫度。該公司還將提供其含有鋅的SmartcelSensitive和特有海藻皮膚保護(hù)效果的Seacell纖維新產(chǎn)品。2.5溫度調(diào)節(jié)帶的使用可使罪犯和醫(yī)務(wù)人員早期感染澳大利亞Monash大學(xué)和聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織(CSIRO)開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)改變顏色而可告誡感染的繃帶。它是為更快、更有效處理傷口而設(shè)計(jì)的,這些傷口包括腿潰瘍、褥瘡等,該繃帶中的纖維可隨溫度的改變和顏色的變化而有所應(yīng)答。該織物對(duì)<0.5℃的變化都是敏感的。因此它可通過(guò)經(jīng)標(biāo)定的曲線與纖維的顏色相匹配的關(guān)系,顯示出傷口的痊愈。溫度的變化可以顯示炎癥或暗示供血存在的問(wèn)題,這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致感染。這種繃帶將協(xié)助病人和醫(yī)務(wù)人員早期發(fā)覺(jué)異常,使他們得以在病癥變得嚴(yán)重前及時(shí)處理任何并發(fā)癥?，F(xiàn)科學(xué)家們已開(kāi)發(fā)出溫敏紡織品,下一步正在開(kāi)發(fā)的是把它轉(zhuǎn)為準(zhǔn)備好的繃帶,這樣醫(yī)務(wù)人員可采用電子設(shè)備測(cè)定傷口周?chē)臏囟取０l(fā)明者希望這種繃帶會(huì)明顯省錢(qián)。2.6作為復(fù)合纖維Syscom先進(jìn)材料公司開(kāi)發(fā)了一種采用可樂(lè)麗公司的Vectran纖維為芯材的導(dǎo)電金屬鞘纖維,主要用作屏蔽編帶的部件,或者作為裸線或需要用絕緣材料涂覆的纖維,這種復(fù)合纖維既柔軟而有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、耐久性好、并具有設(shè)定好的導(dǎo)電性。其商品名為“Liberator”,這種纖維可加工成類似紡織品并具有更均一的屏蔽電磁波干擾的EM/RFI作用,它可通過(guò)焊接或采用帶式連接器而被終止。3非織布的功能是新3.1亞玉米集孔徑技術(shù)旭化成纖維公司開(kāi)發(fā)了采用熔噴法制造的超細(xì)纖維非織造布精密濾材,其捕集孔徑相當(dāng)于以往的1/4,約為0.5μm,因此除可發(fā)揮亞微米領(lǐng)域的精密過(guò)濾外,還實(shí)現(xiàn)了低壓損和高壽命。除可用作抗蝕劑、顯像液、刻蝕液等各種有機(jī)溶劑的過(guò)濾外,還可用于化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)漿料等的粒子分級(jí)。3.2超吸水性纖維在紡織品中的應(yīng)用英國(guó)TechnicalAbsorbents(工業(yè)吸收劑)公司以超吸水樹(shù)脂(SAP)為基材,實(shí)現(xiàn)了超吸水纖維的市場(chǎng)化。目前該素材主要以衛(wèi)生用途為中心進(jìn)行銷(xiāo)售,現(xiàn)由于開(kāi)發(fā)了纖維狀材料,相繼開(kāi)發(fā)了冷感衣料、醫(yī)用紡織品、水封織物、電纜、帶材、油性濾材、食品包裝材料等廣泛的用途。特別是應(yīng)用于外傷治療等醫(yī)療用途是有希望的,此外還有望用于軍隊(duì)和警察的緊急治療素材。3.3生產(chǎn)非織造布的生產(chǎn)設(shè)備可樂(lè)麗公司采用高速加熱蒸汽噴射技術(shù),開(kāi)發(fā)出新一代得非織造布“フレクスタ”,原料選用該公司獨(dú)家生產(chǎn)的潛在卷曲纖維“ミクロクリンプ(Micro-Crimp)”與乙烯-乙烯醇共聚體(EVOH)纖維,靠蒸汽噴射技術(shù)利用高溫高壓蒸汽的噴吹使纖維在瞬間發(fā)生反應(yīng)而制成非織造布,現(xiàn)在岡山廠擁有1000t/a的生產(chǎn)裝置。這種成型方法,由于不存在水的問(wèn)題,非織造布的干燥時(shí)間可縮短,生產(chǎn)所需能耗約為以往方法的2/3左右。這種工藝是靠導(dǎo)入三菱麗陽(yáng)工程公司的技術(shù),并在成型與加工技術(shù)方面與可樂(lè)麗公司共同開(kāi)發(fā)而成功的。產(chǎn)品有多種類型,其中與積水化學(xué)工業(yè)公司共同開(kāi)發(fā)的屏障用材料片材“サーモバア(Thermo-Barier)”,具有強(qiáng)度高、風(fēng)度好、絕熱性和透光性佳的特點(diǎn),夏天具有阻擋日射的效果,而冬天可發(fā)揮室內(nèi)保溫和遮擋窗戶附近冷空氣的效果,可提高冷暖房的效率。此外,還有與道化工共同開(kāi)發(fā)的新型疊床用的“DK板”與發(fā)泡聚苯乙烯板所構(gòu)成床板,具有優(yōu)良的沖擊吸收性和緩沖性,又能保持一定剛性、輕量和高絕熱性。這種“DK板”中的上述纖維交點(diǎn)已自粘接,可維持板的結(jié)構(gòu),因此轉(zhuǎn)倒時(shí)可緩沖受到的沖擊,耐久性好。另外,該非織造布還可用于流體床板系統(tǒng),這是與七王工業(yè)公司合作開(kāi)發(fā)的,具有沖擊吸收性、吸音性、耐久性和隔熱性,由住商鐵鋼公司負(fù)責(zé)銷(xiāo)售。4紛紛為中國(guó)制造虛實(shí)纖維分離膜工廠4.1日本樹(shù)立了樹(shù)立中國(guó)特色社會(huì)主義膜制造企業(yè)該公司面向廢水處理的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜“スチヲポア-SADF”,在日本、中國(guó)、韓國(guó)等世界各地已取得3000件以上的銷(xiāo)售業(yè)績(jī),經(jīng)它處理后的水質(zhì)優(yōu)良、設(shè)備占有空間小和易于維護(hù)管理。在應(yīng)用該中空纖維的膜分離活性污泥法(MBR)方面,該公司是領(lǐng)先企業(yè)。2011年該公司與中國(guó)水處理膜生產(chǎn)廠家北京碧水源科技股份有限公司設(shè)立合資企業(yè),將共同生產(chǎn)PVDF中空纖維膜,三菱麗陽(yáng)出資51%,中方49%,在江蘇無(wú)錫市成立“無(wú)錫碧水源麗陽(yáng)膜科技公司”,計(jì)劃于2012年3月投產(chǎn)。三菱麗陽(yáng)在日本愛(ài)知縣的豐橋事業(yè)所也擁有中空纖維