維綸纖維的特點(diǎn)及其應(yīng)用

文/姜家保（安徽皖維高新材料股份有限公司）

維綸纖維是當(dāng)前人工合成纖維中已知吸濕性最大的品類，素有“人工棉花”之稱，因其優(yōu)良的柔軟度、保暖性受到紡織服裝業(yè)的喜愛。但由于其在染色中著色性能較差，紡織過程中容易斷裂，織物易變形，且生產(chǎn)工藝繁瑣復(fù)雜，整個(gè)維綸纖維的行業(yè)生產(chǎn)體量較小[1]。

我國維綸纖維行業(yè)產(chǎn)區(qū)相對(duì)集中，主要分布在福建、安徽、重慶、湖南等省市。隨著維綸纖維生產(chǎn)技術(shù)的提高和新品種的深度研發(fā)，我國維綸纖維的產(chǎn)能與產(chǎn)量均達(dá)到全球第一，在工藝研究、產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備制造上取得了不俗的成就與突破，產(chǎn)品用途由之前的民用紡織產(chǎn)品逐步轉(zhuǎn)向高檔服裝制造、造紙、建材、建筑及水利工程等領(lǐng)域，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向水溶低溫與高強(qiáng)高模方向發(fā)展，其中的主流纖維品種為水溶性維綸纖維、阻燃維綸纖維和高強(qiáng)高模維綸纖維。

一、水溶性維綸纖維

1.水溶性維綸纖維的特點(diǎn)

在目前已知的維綸纖維應(yīng)用中，使用范圍最大、產(chǎn)量最高的是水溶性纖維。水溶性維綸纖維是通過石油乙烯以及電石乙炔的工藝加工提煉制造而成，由于其纖維的分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基，有極強(qiáng)的親水性，溶解溫度相對(duì)其他維綸纖維偏低。

生產(chǎn)維綸纖維的原料是聚乙烯醇（PVA），研究顯示，聚乙烯醇（PVA）是目前在人工合成大分子領(lǐng)域中少見的可降解材料，通過使用不同聚合度和醇解度的PVA原料，采用不同的工藝可以生產(chǎn)出在5～100℃水中溶解的維綸水溶性纖維，以滿足不同應(yīng)用的需要。水溶性維綸纖維具有類似棉花又能在水中完全溶解的獨(dú)特性能，在提倡環(huán)保理念的今天，逐步受到人們的認(rèn)可與重視。其不僅在紡織、服裝業(yè)大有作為，還可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)以及輕工業(yè)領(lǐng)域[2]，如造紙行業(yè)、電腦繡花行業(yè)、建材裝飾品行業(yè)以及其他纖維交織、混紡等領(lǐng)域，可使成品輕薄、透氣、吸濕。同時(shí)由于水溶性維綸纖維環(huán)保、無毒、可降解的環(huán)保型特點(diǎn)及生產(chǎn)成本低廉的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，使其在應(yīng)用中受到大眾的歡迎。

2.水溶性維綸纖維的應(yīng)用

水溶性維綸纖維應(yīng)用在紡織方面主要是利用纖維的水溶性特點(diǎn)來提高紡織紗線的支數(shù)和織造物的蓬松柔軟度。日本的可樂麗公司在1997年針對(duì)羊毛纖維混合，研發(fā)了水溶性纖維與羊毛纖維混紡的新技術(shù)，通過運(yùn)用較低品質(zhì)、較低支數(shù)的羊毛纖維與水溶性維綸纖維的混紡制成中等細(xì)度毛紗，再織造成布，最后通過工藝整理溶去該纖維，從而得到輕而薄的羊毛純毛面料[3]。國內(nèi)在中高端純羊毛織物開發(fā)上利用水溶性維綸纖維，紗線已由40～60支向80～100支甚至更高發(fā)展。無捻毛巾就是用純棉纖維紗線和水溶性維綸纖維合股紗線織造后，再經(jīng)熱水溶解出維綸纖維而成，該毛巾具有蓬松、柔軟、保暖、吸濕、透氣的特點(diǎn)，深受人們歡迎。利用不同溶解溫度的維綸纖維織造的織物，在經(jīng)過相應(yīng)溫度的水溶解之后，面料結(jié)構(gòu)輕便松散，截面內(nèi)的纖維根數(shù)也變少。因?yàn)檫@種工藝極大地降低了成本，并且在紡織過程中的技術(shù)難度較小，最后可以獲得高品質(zhì)面料，所以在紡織行業(yè)織物品質(zhì)升級(jí)方面獲得了越來越多的使用。

水溶性維綸纖維還運(yùn)用在非織造布領(lǐng)域的多個(gè)方面，達(dá)到安全、環(huán)保和節(jié)能效果。

在醫(yī)療行業(yè)中，運(yùn)用水溶性維綸纖維制作成醫(yī)療一次性手術(shù)衣、手術(shù)帽、術(shù)用紗布等用品在國際上推廣較快。水溶性維綸纖維的水溶性、易水解特點(diǎn)，解決了焚燒而造成環(huán)境污染的問題，很多國家在積極推廣使之取代焚燒類的一次性醫(yī)療用品。

用水溶性維綸纖維無紡布制作的一次性工作服是核工業(yè)檢修理想的用品，使用后經(jīng)水解濃縮后只留下很少的殘留廢物，可以較好地解決核工業(yè)的固廢處理問題。運(yùn)用20～40℃水溶性維綸纖維制作的無紡布，可以用彩色線繡制高檔繡花飾品，有效避免高溫水處理易掉色污染、影響品質(zhì)問題，既節(jié)能又保持色彩艷麗。

造紙行業(yè)使用水溶性纖維作為其主要粘合劑，此種工藝可以提高紙的強(qiáng)度及韌度。起初日本使用此技術(shù)將水溶性纖維運(yùn)用在造紙行業(yè)。用水溶性纖維制作的紙張，強(qiáng)度高于以往任何紙漿纖維，并且水溶性纖維所發(fā)揮的粘合功能，極大地提升了紙張的表面強(qiáng)度、耐力、耐斷裂和撕裂強(qiáng)度。近幾年國內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)在用水溶性纖維制作紙張和用造紙?jiān)O(shè)備制作水溶性纖維無紡布方面實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。

二、阻燃維綸纖維

1.阻燃維綸纖維的特點(diǎn)

阻燃纖維是運(yùn)用溶膠凝膠技術(shù)，將高分子阻燃劑轉(zhuǎn)換成納米級(jí)別的形態(tài)，通過特殊工藝加工，將納米級(jí)別的高分子阻燃劑依附在纖維的有機(jī)大分子中，該項(xiàng)技術(shù)是以我國“863”計(jì)劃中的課題為基礎(chǔ)研發(fā)出來的[4]。根據(jù)國家阻燃材料相關(guān)指標(biāo)要求，阻燃維綸纖維應(yīng)該達(dá)到阻燃劑含量20%以上、極限氧指數(shù)應(yīng)該29以上、纖維強(qiáng)度7.5cN/dtex、回潮率 6%左右、可染色(還原、活性)等[5]。這些指標(biāo)使得阻燃維綸纖維不僅具有纖維原有的物理特性，還增加了阻燃、無毒、不融溶、不滴落的特點(diǎn)。以其為原材料的產(chǎn)品在使用性能、安全性能等附加值上都有了很大提高，現(xiàn)在已經(jīng)大范圍運(yùn)用在紡織、工業(yè)、建材及軍事領(lǐng)域中。

新型阻燃纖維本身的特性決定它有阻燃、耐高溫的優(yōu)勢(shì)，所以無需再次添加額外的阻燃劑或者更改材料性質(zhì)。新型阻燃維綸纖維中，維氯綸具有代表性。隨著市場(chǎng)需求的不斷提升以及相關(guān)法規(guī)的不斷成熟，用新工藝開發(fā)生產(chǎn)的新型阻燃維綸纖維也會(huì)成為我國紡織行業(yè)的下一個(gè)市場(chǎng)熱點(diǎn)[6]。

2.阻燃維綸纖維的應(yīng)用

當(dāng)前紡織業(yè)對(duì)于織物的功能復(fù)合化越來越重視，運(yùn)用混紡交織技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多種功能的阻燃纖維的研發(fā)成為趨勢(shì)，在聚乙烯醇紡絲溶液中混配各種阻燃材料能夠生產(chǎn)出不同功能的阻燃纖維。比如，目前粉塵過濾材料最好的纖維制品是用阻燃纖維為原材料制成的除塵設(shè)備，發(fā)達(dá)國家的工業(yè)除塵過濾材料已經(jīng)廣泛采用該種纖維制作，但是我國由于技術(shù)尚未達(dá)到大批量生產(chǎn)的要求，當(dāng)前的使用率比較低，還有較大的開發(fā)空間；采用聚乙烯醇和氯乙烯接枝共聚工藝制成的維氯綸纖維，相對(duì)其他纖維有極其明顯的阻燃性與耐輻射性，同時(shí)耐磨性與回彈性及抗靜電性能優(yōu)良，手感柔軟，使用該纖維制成的布料，可以制作用于消防、醫(yī)院等場(chǎng)所的具有阻燃和防輻射的特殊防護(hù)服，同時(shí)該纖維也是一種先進(jìn)的復(fù)合材料使用的增強(qiáng)劑，可以應(yīng)用在航天器內(nèi)部高精度儀器的保護(hù)裝置中。

三、高強(qiáng)高模維綸纖維

1.高強(qiáng)高模維綸纖維的特點(diǎn)

高強(qiáng)維綸纖維是以超高分子質(zhì)量、高立構(gòu)規(guī)整度的PVA為原料，采用新型的特殊紡絲技術(shù)制備而成。目前高強(qiáng)高模維綸纖維的主要紡絲方法為濕法含硼凝膠紡絲、濕法凍膠紡絲、干濕法凍膠紡絲以及增塑熔融紡絲[7]，通過牽伸及負(fù)牽伸的合理配置獲得高強(qiáng)度，纖維擁有高強(qiáng)度、高模量與耐熱性，以及較好的延長(zhǎng)率。

高強(qiáng)高模維綸纖維醛縮化工藝處理后結(jié)晶度可以達(dá)到81%，成品的結(jié)晶度能達(dá)到71%，比普通纖維高出10%～15%；高強(qiáng)高模維綸纖維截面結(jié)構(gòu)規(guī)整致密，因其在凝固過程中皮層與芯層均勻收縮，成品纖維截面為圓形，中心結(jié)構(gòu)相對(duì)普通纖維更加致密，從而提升其高強(qiáng)度性能，單纖維強(qiáng)度達(dá)12cN/dtex，模量達(dá)300 cN/dtex以上；高強(qiáng)高模維綸在縮醛化后，通過采用聲速法測(cè)得的取向因子為0.9983，成品取向因子為0.9949，表現(xiàn)為比普通維綸更高的取向度[8]。

2.高強(qiáng)高模維綸纖維的應(yīng)用

高強(qiáng)高模維綸吸濕排汗、著裝舒適度高，與棉纖維混紡的織物可以提高織物的耐磨等級(jí)5倍左右，是部隊(duì)作訓(xùn)服較理想的應(yīng)用布料；在制作機(jī)械類作業(yè)工作服裝時(shí)，可根據(jù)具體工作場(chǎng)所和具體工作內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使工作服具有單向?qū)?、昆蟲驅(qū)避、抗油拒水、吸濕排汗、靜電防護(hù)等相應(yīng)功能；防熱性與抗曬性強(qiáng)，可以用于生產(chǎn)遮光窗簾、室外紡織物等產(chǎn)品，不會(huì)因陽光長(zhǎng)期照射出現(xiàn)老化、粉化現(xiàn)象。

高強(qiáng)高模維綸纖維也廣泛應(yīng)用于勞動(dòng)強(qiáng)度大的行業(yè)中，如利用其高強(qiáng)度高模量和耐酸堿耐日曬性能制作的繩纜，是船舶業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、采掘、建筑、伐木等行業(yè)中理想的安全用具；利用其良好的親水性能，應(yīng)用在水泥基材中有非常顯著的防裂增韌作用，可廣泛用于大體積水泥基材為主的大型水利工程、高等級(jí)路橋工程和海防工程中，顯著提高構(gòu)件的綜合性能。

此外，高強(qiáng)高模維綸還是傳統(tǒng)石棉材料的最優(yōu)代替材料，因?yàn)閭鹘y(tǒng)石棉材料具有致癌性，國家已經(jīng)出臺(tái)文件推薦了高強(qiáng)高模維綸纖維作為其代替品。

四、小結(jié)

相對(duì)于普通纖維，維綸纖維有卓越的物理性與化學(xué)性，在實(shí)際的工藝研發(fā)與生產(chǎn)制造中也有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前國際在紡織工業(yè)上的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，日本等國已經(jīng)在維綸纖維的研發(fā)上走在前面，我國在這方面雖然有著數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，但還需要在工藝研究與自主研發(fā)能力上迎頭趕上。

通過對(duì)維綸纖維的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，需要對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，加強(qiáng)產(chǎn)品創(chuàng)新與研發(fā)，通過產(chǎn)品的延伸來擴(kuò)張維綸纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。我國當(dāng)前已經(jīng)成為維綸纖維生產(chǎn)及使用大國，但是國內(nèi)企業(yè)的單個(gè)生產(chǎn)規(guī)模與國外相比體量較小，遠(yuǎn)達(dá)不到世界先進(jìn)水平，這也使得維綸纖維目前在市場(chǎng)運(yùn)用上還沒有達(dá)到應(yīng)有的競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)該大力加強(qiáng)行業(yè)協(xié)作，提高企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模。

隨著維綸纖維工藝與技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷拓展，這就要求維綸纖維企業(yè)在努力創(chuàng)新和變革中加快技術(shù)進(jìn)步，狠下功夫推陳出新來滿足市場(chǎng)新的需求。我國的維綸行業(yè)正進(jìn)入轉(zhuǎn)型期與調(diào)整期，現(xiàn)階段針對(duì)維綸纖維的應(yīng)用領(lǐng)域加大研究力度與加快研究速度是關(guān)鍵。國內(nèi)工業(yè)化維綸纖維生產(chǎn)還有不少品種是空白，如20℃及以下溫度溶解的水溶性纖維，無熔滴或舒適型的阻燃纖維，強(qiáng)度＞15cN/dtex、模量＞400cN/dtex的纖維或更高指標(biāo)纖維，ECC用纖維、直徑大于50～200μm的粗旦纖維等都是短板，需要潛心研究取長(zhǎng)補(bǔ)短填補(bǔ)工業(yè)化生產(chǎn)空白。同時(shí)國家應(yīng)加大對(duì)自主創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度，鼓勵(lì)與保護(hù)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果，促使我國維綸行業(yè)更上一層樓。