非織造保暖材料研究進(jìn)展*

，2 ，2 ，2

1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2. 東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620

隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，新型保暖材料不斷出現(xiàn)并替代了傳統(tǒng)保暖材料。這些新型保暖材料從纖維原料的研制到產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的開發(fā)，都在不斷地創(chuàng)新與完善。

新型保暖纖維如蓄熱調(diào)溫纖維采用物理或化學(xué)方法制得：先通過(guò)包覆在一定溫度范圍內(nèi)能發(fā)生相變的材料(PCM)，制成能隨外界溫度改變而發(fā)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(diào)溫纖維，所得纖維保暖隔熱效果十分出眾，能實(shí)現(xiàn)紡織品的蓄熱調(diào)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(dǎo)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(chǔ)存和吸收來(lái)自太陽(yáng)光及人體散發(fā)的熱量，并向人體輻射遠(yuǎn)紅外線，使人體體溫升高2～4 ℃；導(dǎo)電類保暖纖維在纖維中加入了光電熱轉(zhuǎn)變特性的無(wú)機(jī)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(xì)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(fā)展日新月異，它們已在保暖材料市場(chǎng)占據(jù)了主要地位。非織造保暖材料透氣性好、質(zhì)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(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)量高，已基本替代由傳統(tǒng)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(yīng)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(yīng)用于建筑類保溫材料及汽車內(nèi)飾保溫材料等[7]。

下文將根據(jù)不同非織造布的制造方法綜述非織造保暖材料的研究進(jìn)展。

1 針刺法

針刺法可賦予材料穩(wěn)定的三維立體空間結(jié)構(gòu)，使材料擁有較好的尺寸穩(wěn)定性和彈性，以及良好的蓬松性、壓縮回復(fù)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(guò)針刺法加工出非織造保暖絮片，產(chǎn)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(diǎn)。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(méi)有皮芯層，截面呈扁平狀，且邊緣有細(xì)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(yōu)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(qiáng)度高50%～80%、縱向拉伸強(qiáng)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(fā)了低比例羊毛/遠(yuǎn)紅外中空三維卷曲滌綸混合保暖絮片。其中，遠(yuǎn)紅外中空三維卷曲滌綸因纖維的中空結(jié)構(gòu)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(yuǎn)紅外中空三維卷曲滌綸(質(zhì)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(wěn)定性、蓬松性、壓縮性明顯更優(yōu)秀。

廖俠等[11]將質(zhì)量比為 7∶3的木棉纖維與中空三維卷曲滌綸經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、針刺加固，制得了一種輕質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量比為3∶7)保暖絮片和棉纖維/滌綸(質(zhì)量比為3∶7)保暖絮片，發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)絲和含有2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))竹炭成分的滌綸長(zhǎng)絲合成竹炭層，使用中空螺旋滌綸短纖和低熔點(diǎn)滌綸短纖合成聚酯(PET)層，再利用針刺法將竹炭層和PET層進(jìn)行復(fù)合制得保暖絮片。當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)滌綸短纖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，所得保暖絮片的最大斷裂強(qiáng)度超過(guò)了其他配比的保暖絮片，且低熔點(diǎn)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(nèi)層和外層，中間層采用滌綸針刺非織造材料，復(fù)合制成一種多層材料。所得多層材料的熱阻和蒸發(fā)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(wú)線性關(guān)系。內(nèi)層和外層對(duì)多層材料的熱阻影響較小，但對(duì)多層材料的蒸發(fā)阻力影響顯著。

2 針刺法+熱黏合法

熱黏合法的加工工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)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(jié)構(gòu)更穩(wěn)定且具有一定強(qiáng)力，同時(shí)保暖性能更優(yōu)良。

2.1 纖維混合

楊藝丹等[16]將羊絨、木棉纖維、遠(yuǎn)紅外滌綸、熱接合性復(fù)合纖維(ES纖維)等進(jìn)行混合，并采用針刺和熱風(fēng)黏合工藝制成保暖絮片，保暖效果好且兼具綠色環(huán)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(jīng)過(guò)熱風(fēng)加熱后，纖維外層低熔點(diǎn)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(jié)構(gòu)的固定。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同樣的工藝條件下，經(jīng)過(guò)熱風(fēng)黏合的針刺保暖絮片比只經(jīng)過(guò)針刺加固的保暖絮片，保暖率高5%～10%、壓縮回復(fù)率高3%～5%、斷裂強(qiáng)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(jīng)低密度預(yù)針刺工藝加固及熱風(fēng)黏合后，制成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且蓬松的復(fù)合絮片。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，復(fù)合絮片的透氣率超過(guò)3 000 mm/s，壓縮回復(fù)率大于80%，保暖性能優(yōu)秀。另外，由于蠶絲具有抗菌、抗過(guò)敏、親膚，以及促進(jìn)人體新陳代謝及血液循環(huán)的作用，產(chǎn)品非常適用于服用領(lǐng)域。

2.2 疊層保暖絮片

ZAKRIYA等[18]使用黃麻纖維(質(zhì)量分?jǐn)?shù)占50%～70%)和自制的中空聚酯纖維(HCP纖維，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占30%～50%)交叉鋪網(wǎng)，形成三明治結(jié)構(gòu)；再經(jīng)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(shí)皮層先熔化，在起到黏合作用的同時(shí)還保護(hù)了芯層的孔洞，增加了材料的尺寸穩(wěn)定性與蓬松度，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同等厚度下，常見隔熱材料的傳熱系數(shù)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(yōu)秀。

劉靜等[19]將PE/PP皮芯型復(fù)合纖維經(jīng)開松、梳理成網(wǎng)、熱烘、定型，制成熱風(fēng)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(xì)纖維非織造材料、海島型超細(xì)纖維非織造材料進(jìn)行疊層復(fù)合。橘瓣型超細(xì)纖維是用兩種在化學(xué)結(jié)構(gòu)上完全不同、彼此互不相溶的聚合物，通過(guò)共軛紡絲法制得的一種裂離型復(fù)合纖維[20]。海島型復(fù)合纖維是由一種聚合物以極細(xì)的形式(原纖，即“島”)包埋在另一種聚合物(基質(zhì)，即“?！?之中形成的。海島型復(fù)合纖維經(jīng)開松、梳理、成網(wǎng)后通過(guò)針刺加固形成非織造布，然后使用有機(jī)溶劑將“海”組分溶去，制成海島型超細(xì)纖維非織造材料[21-22]。在相同面密度的條件下，純熱風(fēng)非織造材料比復(fù)合了超細(xì)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(xì)纖維非織造材料復(fù)合的疊層保暖絮片較與海島型超細(xì)纖維非織造材料復(fù)合的疊層保暖絮片更具優(yōu)勢(shì)。

3 熔噴法

熔噴法生產(chǎn)的保暖材料產(chǎn)品具有纖維超細(xì)、孔徑小、比表面積大、結(jié)構(gòu)松軟、質(zhì)輕但不單薄，保暖性能好等特點(diǎn)。

Primaloft纖維是美國(guó)Albany公司采用熔噴法開發(fā)的一種超細(xì)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(xì)中空纖維纏繞在骨干上，形成如羽絨般的樹狀結(jié)構(gòu)。每根Primaloft纖維上都懸掛有無(wú)數(shù)的微氣囊，這賦予了纖維良好的透氣性，且快干、防風(fēng)、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(shí)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(nèi)衣等御寒材料，是美國(guó)軍隊(duì)專用的高科技保暖材料[23-24]。

Thinsulate是美國(guó)3M公司的品牌。Thinsulate保暖產(chǎn)品是以熔噴產(chǎn)品為主的一類保暖材料，是將經(jīng)高效開松的、高線密度的三維卷曲滌綸短纖，通過(guò)氣流引入到熔噴工藝的氣流牽伸場(chǎng)中，與熔噴超細(xì)纖維均勻混合后于收集裝置上形成熔噴復(fù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，同等厚度時(shí)，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(shí)，由于Thinsulate C型保暖材料的吸水量不到本身質(zhì)量的1%，因此，即便在潮濕的環(huán)境下也具有較好的隔熱能力，可用于普通外衣、手套等產(chǎn)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(zhǎng)絲加載復(fù)合技術(shù)，將熔噴超細(xì)纖維直接噴覆在絲徑25 μm左右的支撐長(zhǎng)絲上，制備具有鵝絨結(jié)構(gòu)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(diǎn)，被作為填充材料廣泛應(yīng)用于服裝保暖絮片領(lǐng)域；PAE是聚酰胺與聚醚以嵌段式結(jié)合而產(chǎn)生的一種彈性體。熔噴超細(xì)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(nèi)部的空氣，使熱量損失減少，保暖效果優(yōu)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(jié)構(gòu)，吸濕排汗性能優(yōu)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(xì)孔中擠出，受噴絲孔兩側(cè)高壓熱氣流的噴吹得到具有一定長(zhǎng)度的PP微細(xì)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(wǎng)，后經(jīng)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(xì)纖維直徑是一般纖維的1/10，且與傳統(tǒng)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(jié)語(yǔ)

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(fā)日益受到重視，這不但反映了市場(chǎng)需求的旺盛，還反映了高科技對(duì)紡織市場(chǎng)的推動(dòng)。未來(lái)，非織造保暖材料的發(fā)展趨勢(shì)：

(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(fā)熱纖維、超細(xì)纖維等轉(zhuǎn)變，利用新型保暖纖維自身的特性增強(qiáng)非織造保暖材料的保暖性能。

(2) 從單一結(jié)構(gòu)到復(fù)合結(jié)構(gòu)。單一結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)保暖材料將逐漸被復(fù)合結(jié)構(gòu)的非織造保暖材料替代，因?yàn)閮?yōu)化的復(fù)合結(jié)構(gòu)能使厚重的材料變得輕薄，且多種材料性能的互補(bǔ)能增強(qiáng)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(yīng)具備某些特定的、優(yōu)異的物理或化學(xué)性能，如保健和防護(hù)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(dá)到多功能的目的，滿足消費(fèi)者對(duì)保暖材料各方面的需求。

(4) 注重環(huán)保無(wú)污染、安全可靠。研發(fā)時(shí)，注重材料的可降解性、綠色安全性及環(huán)境保護(hù)性。