小孔微微，作用非凡

申燕紅

微孔鉆探，始于圓盤

新型超細(xì)纖維突破傳統(tǒng)觀念，為紡織工業(yè)帶來更多更廣泛的用途，因此近年來世界紡織業(yè)界掀起了一股研發(fā)熱潮，發(fā)達(dá)國家競相開發(fā)相關(guān)技術(shù)。德國斯圖加特大學(xué)激光技術(shù)研究所（IFSW）為迅速占領(lǐng)這一領(lǐng)域制高點(diǎn)，與鄧肯多夫紡織化學(xué)和化學(xué)纖維研究所（ITCF）聯(lián)合創(chuàng)辦一研發(fā)項(xiàng)目，即利用高能量、超短脈沖激光束技術(shù)研發(fā)新型超細(xì)纖維的制造方法。

他們在厚度約為4mm的不銹鋼圓盤上，用綠色激光束鉆孔。激光束持續(xù)進(jìn)入金屬表面，產(chǎn)生大量細(xì)微孔洞。他們制作的噴絲孔徑僅為30μm～40μm，比頭發(fā)絲更細(xì)。噴絲頭用于生產(chǎn)超細(xì)纖維素纖維或超微細(xì)纖維。

超細(xì)纖維是由小于1dtex的聚合物制成。分特是纖維細(xì)度單位，表示纖維的粗細(xì)程度。1dtex，即一萬米纖維重量僅為1g。超細(xì)纖維是細(xì)度小于0.3dtex的纖維，這種纖維的直徑約為3μm。

研發(fā)這種新型超細(xì)纖維分為兩個階段。首先，將成纖聚合物與基質(zhì)聚合物一起紡絲，在成絲過程中產(chǎn)生機(jī)械穩(wěn)定性；然后，機(jī)制化合物從這些所謂的雙組分纖維中被化學(xué)分離，剩余物質(zhì)便成為這類新型超微纖維的雛形。

首創(chuàng)工藝 引出新品

該方法不適用于生產(chǎn)傳統(tǒng)的纖維素纖維，因?yàn)槔w維素不具有易溶性，僅能在濕紡中進(jìn)行紡絲。在此過程中，纖維素在離子性溶液中溶解并被擠出噴絲頭，然后在凝固浴中將纖維素沉淀為固體纖維。而纖維的細(xì)度是由噴絲頭中的孔徑?jīng)Q定的。若采用激光鉆孔噴絲頭噴嘴，則能發(fā)揮其優(yōu)勢，即改變纖維的細(xì)度和形狀?，F(xiàn)有的鉆孔技術(shù)，如微壓、機(jī)械孔鉆或火花熔蝕等技術(shù)均不具備這種微鉆孔的能力。

激光鉆孔工藝要求很高。激光束通過在IFSW專門開發(fā)的螺旋鉆機(jī)器人沿著圓形路徑移動，并在鉆孔過程中以500轉(zhuǎn)/s的速度下鉆。與之同時，鉆頭角度需不斷調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)高精度的鉆孔，確保重復(fù)進(jìn)行的能力和可變的鉆孔幾何形狀。要鉆出細(xì)微深孔是IFSW科學(xué)家面臨的主要挑戰(zhàn)，因?yàn)榧す馐枰┩负襁_(dá)4mm的不銹鋼板，同時，又不能在孔壁上留下不規(guī)則圖案，也不能在孔邊緣留凸起和紋路，否則就會影響纖維絲品質(zhì)。

在傳統(tǒng)濕紡絲過程中，紡絲原液在高壓下被擠壓穿過噴絲頭噴嘴。纖維素直接在噴絲頭后面的凝固浴中凝結(jié)成纖維。而這類纖維的生成是依靠復(fù)雜的干濕法過程，它提供了更多的可能性。在該過程中，首先需將絲液擠壓入噴嘴正后方的氣隙中。接下來的牽伸過程將使紡絲溶液中的鏈分子對齊。擠壓出的纖維絲隨即進(jìn)入凝固浴，并凝結(jié)成纖維絲。以此法獲取的纖維素纖維比傳統(tǒng)濕紡絲具有更高的強(qiáng)度。

激光鉆孔的厚壁不銹鋼噴嘴還能夠承受高達(dá)200帕的高壓。這一點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)在紡絲溶液中使用較高濃度的纖維素，使生產(chǎn)過程更加高效，纖維品質(zhì)更高。

新型工藝 新型用途

紡紗通道的形狀決定了紡紗處理過程。他們的目標(biāo)是創(chuàng)建新型放入漏斗形噴嘴，即具有清晰輪廓的幾何鉆孔，可縮小到最終所需的直徑。正是兩家研究機(jī)構(gòu)之間的技術(shù)交流，使這類研發(fā)有進(jìn)步的可能。與ITCF合作，IFSW直接得到了所需的幾何圖形和準(zhǔn)確性。

這一創(chuàng)新被看做具有遠(yuǎn)大前景的技術(shù)，原因是它使用了新材料新工藝。他們還首次使用了氮化硅研發(fā)的陶瓷噴絲頭，這種噴絲頭材料比不銹鋼更硬，并且盡管壁厚度減小，但可承受更高的壓力而不彎曲。鉆孔過程也更易控制，因?yàn)樘沾刹馁|(zhì)不存在因鉆孔溶解而產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，材料具有半透明性，監(jiān)控人員可更準(zhǔn)確觀察生產(chǎn)過程。

通過與ITCF合作，他們不僅實(shí)現(xiàn)了噴絲頭的優(yōu)化，研發(fā)出通過干濕紡絲工藝生產(chǎn)的具有全新特性的新型纖維素纖維。德國化學(xué)家約翰娜·桑切斯博士認(rèn)為，與傳統(tǒng)濕紡生產(chǎn)工藝相比，干濕紡絲法能顯著提升纖維的紡織力學(xué)性能。它不是傳統(tǒng)意義上的翻新，而是一種在常規(guī)基礎(chǔ)之上的新型研發(fā)技術(shù)。由于擠出的每根單纖維更細(xì)，卻具有更大的橫截面，這種新型超細(xì)纖維特別適合應(yīng)用于衛(wèi)生和醫(yī)藥領(lǐng)域。它具有更好的吸濕性和更柔軟的手感，屬于技術(shù)紡織工業(yè)最佳應(yīng)用材料，如精細(xì)過濾器芯等。一方面因?yàn)樗?xì)度高，另一方面又因牢固性超強(qiáng)，因而具有耐用性，適用范圍更為廣泛。

他們將繼續(xù)合作，利用激光技術(shù)研發(fā)出更多幾何形狀的纖維噴嘴，讓纖維擁有更多新的特性。這個由ITCF與IFSW共同開發(fā)的項(xiàng)目，還是跨學(xué)科交流的成功典范。毋庸置疑，合作帶來新品，這對紡織業(yè)界和消費(fèi)者都大有裨益，成功不言而喻。

（據(jù)美國《紡織世界》http：//www.textileworld.com/textile-world/features/2017/02/little-holes-with-a-big-impact/近期資料）