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对世界吸湿排汗聚酯纤维主要加工技术发展与前景分析
一、前言
近年来，随着人们生活品质的提高，功能性的纺织品备受广大消费者的青睐，采用吸湿排汗纤维与棉纤维为原料，开发具有吸湿排汗性能的针织内衣产品，可以很好的结合合成纤维疏水性强和棉纤维的保水性好的特点，具有巨大的开发前景。一些吸湿性好的纤维也是一种新型的功能性纤维，采用全新的纤维截面形状设计, 高异形度的四通道纤维断面结构及蓬松的纱线结构,使纱线增加了毛细管作用，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道，产生芯吸作用使其能够快速吸水、输水、扩散和挥发，从而保持人体皮肤的干爽。同时，由于聚酯纤维在湿润状态时也不会像棉纤维那样倒伏，所以始终能够保持织物与皮肤间的微气候状态，达到提高舒适性干爽性的目的。而在开发吸湿性纤维方面，美国杜邦、韩国和日本帝人公司起步较早，并取得了相应的专利。目前，台湾的一些化纤厂商也都相继开发出了各具特色的具有吸湿排汗功能的异形涤纶纤维。他们都是通过纤维截面异形化来增加毛细管作用，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道，产生芯吸作用而具有干爽导湿性能。芯吸作用愈大，导湿性能愈好。涤纶产品由于它的疏水特性而在对吸湿性或吸水性要求较高的领域中的应用受到了限制。对这一疏水性涤纶纤维赋予其吸湿性，可采用在聚合、纺丝阶段与亲水性组分共聚或共混的原丝改性方法，或对编织物进行化学加工和物理加工的后整理改性方法。通过改性了的涤纶纤维织物就会具备了天然纤维吸湿性好，穿着舒适的优点，也会彻底解决天然纤维因存在当人体排汗量较大时，衣服会紧贴身体，令人感觉湿冷的缺点。 二、吸湿排汗聚酯纤维发展演变过程 早在1982年初，日本帝人公司就开始了吸水性聚酯纤维的研究，研制的中空微多孑L纤维在1986年申请了专利；1986年美国杜邦公司首次推出名为“Coolmax”的吸湿排汗聚酯纤维，纤维外表具有4条排汗沟槽，可将汗水快速带出，散发空气中，制成的衣料洗后30 min几乎已完全干透，夏季穿着仍能保持皮肤干爽；1999年杜邦公司结合研发的低处理剂用量快干特性的专利技术，推出升级换代Coolmax Aim系列布料。自从杜邦公司推出吸湿排汗功能的Coolmax后，台湾省的许多纤维生产商依托自身的技术开发优势，相继研制、开发具有吸湿排汗性能的纤维。台湾省远东、华垄中兴、豪杰等主要纺织原料供应厂商，先后投入巨资开发具有吸湿排汗功能的相关产品，远纺开发研制成功的Topcool十字型截面吸湿排汗纤维，中兴纺织出品的十字断面Coolplus新型高科技功能性改性聚酯纤维，台湾豪杰股份集团研制开发并生产的Technofine吸湿排汗聚酯纤维，该纤维拥有W型特别断面结构，能大幅提升吸湿速干的功能。德国BASF公司申请了吸湿排汗纤维专利，该专利是利用改进喷丝孔和选用PET，PA双组分复合共纺的方法，使纤维吸湿排汗性能具有持久性。最近日本东洋纺公司还开发了呼吸的聚酯织物“Ekslive”，它是通过聚合法把一种“神秘粉末”（聚丙烯酸酯粉末），利用化学键接的方式连接到聚酯纤维上，通过吸湿排除热量，改善织物的饱和吸水性。它具有“活跃吸湿”、“活跃释放”“自干”的性能，在服装领域内创造出了一种舒适的微气象。日本Komatsu Serien公司通过蚕丝化合物接枝聚合改性得到吸水排汗聚酯纤维。此外，日本帝人公司还利用独特的化学方法。将一种高吸湿性物质的丝蛋白，涂在吸水性纤维上，研发出“吸湿性纤维”。此种纤维比吸水性纤维更具有吸汗快干的效果且有极佳的干爽感。日本帝人公司将此种纤维命名为“Wellkey·MA”纤维，其织物的吸汗快干特性，比普通聚酯纤维强l0倍。另外，丝胶朊是氨基酸，用它整理过的织物，贴身穿着时会被皮肤吸收，并有保护皮肤的效果。日本日经新闻曾介绍，丝胶朊对遗传过敏性皮炎有疗效，能抑制人体内有机物的氧化。Aerocool中文名为“艾丽酷”，是韩国晓星公司开发的一种具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维。参照“苜蓿草”的四叶子形吸湿排汗程序，利用纤维表面的细微沟槽和孔洞，将肌肤表层排出的湿气和汗水经由芯吸、扩散、传输的作用，瞬间排出体外，使肌肤保持干爽和清凉。韩国东国贸易株式会社利用纤维表面异型截面的毛细管现象以及比表面积大的特点，研发出I-COOL系列吸湿排汗纤维。目前杜邦的Colmax、台湾远纺的Topcol、台湾豪杰的Technofine、中兴纺织的Colplus等吸湿排汗纤维，都已有较大的产能，开发了系列的长丝和短纤产品，特别是台湾几家公司的产品功能价格极具竞争力，产品投入市场多年。相比而言，中国大陆吸湿排汗聚酯纤维开发无论在时间还是技术上都存在一定的差距，近年由于市场兴起“吸湿排汗”纤维开发和应用的热潮，加上后道织物产品开发对吸湿排汗纤维需求的增加，引起内地一些研究机构和纤维生产商的极大关注。目前市场上的吸湿排汗纤维有仪征化纤的“H”形截面Colbst纤维，顺德金纺集团与东华大学合作开发的Colnice异形截面涤纶纤维，泉州海天轻纺有限公司开发的Coldry五叶形截面聚酯纤维，江苏仪化宇辉公司（原仪征化纤涤纶五厂）生产的具有表面沟槽的异形吸湿排汗聚酯长丝”FCLS-75”等。还有仪征化纤股份有限公司聚酯短纤中心研制的CoolBST填补了国内差别化短纤的一项空白。该厂生产的CoolBST纤维产品采用全新的十字形的纤维截面形状设计，将毛细管原理成功地运用到纺织品表面结构，使其能够快速吸水、输水、扩散和挥发，从而保持人体皮肤的干爽。同时，由于聚酯纤维具有较高的湿屈服模量，在湿润状态时也不会像棉纤维那样倒伏，所以始终能够保持织物与皮肤间的微气候状态，达到提高舒适性的目的。因此，具有卓越的吸湿排汗性能。 三、吸湿排汗纤维理念 吸湿排汗纤维是利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、扩散、传输等作用，迅速迁移至织物的表面并发散，从而达到导湿快干的目的。可以说，毛细管效应是最常用也是最直观的一种方法，可以表现织物吸汗能力以及扩散能力。也有人将吸湿排汗纤维称谓“可呼吸纤维”。其实，吸湿排汗纤维是着眼于吸湿、排汗特性和衣服内的舒适性的功能纤维。关于吸湿、排汗性的赋予以前是以天然纤维和合成纤维的复合为主流，用途只在狭窄的范围内开展，现在则以中空截面纤维或异形截面纤维之类使纤维自身特殊化以及吸湿、排湿聚合物共混的加工方法为主流。 目前，市面上的吸湿排汗织物可采用如下技术得到：异形断面纤维、中空微多孔纤维、多层织物、亲水剂涂布以及对纤维进行表面改性等等。特别是中空微多孔吸水性纤维的开发意向已经逐渐在化纤界应运而生，化纤专家尝试以化学方法或物理方法将聚合物分子构造亲水化，或将纤维表面粗糙化、异形化和细孔化，使疏水性的合成纤维转变成亲水性的聚酯纤维，让汗气与汗液，可以通过衣料快速吸收水份，并进而向体外逸散，以达到清爽舒适感。 四、影响聚酯纤维吸湿性的主要因素 纤维的吸湿性受纤维微观结构，即纤维大分子的化学结构和结晶状态的影响；受纤维形态结构，即纤维内部微孔、缝隙和纤维间的毛细空隙的影响 。此外，也受环境温湿度条件的影响。 1.纤维中亲水性基团性质和数量 纤维结构中亲水基团是影响吸湿的主要因素。常见的亲水基团有羟基(一OH)，氨基(一NH )，酰胺基(一CONH )，羧基(一COOH)等。这些极性基结合水分子的能力的差异见下表1所示。纤维中游离的亲水基团越多，基团的极性越强，纤维的吸湿能力就越高。天然纤维无论是植物纤维或动物纤维中都含有较多的亲水基团，因而天然纤维吸湿率都比较高。而涤纶等合成纤维吸湿率相对较低，这是由其纤维大分子缺少亲水基团所造成的。 2.纤维中结晶区和无定型区的作用 纤维微观结构中结晶区和无定型区对纤维的吸湿性能也有较大影响。纤维中的大分子在结晶区中紧密地聚集而形成有规则的排列，在此结晶区内，水分子不容易渗人其中。因此，纤维的吸湿主要发生在无定型区。除了结晶度影响纤维的吸湿性以外，在同样结晶度的情况下，一般晶区越小，晶粒表面积越大，晶粒表面未键合的亲水基团也就越多，纤维的吸湿性也就越强。 3.纤维的表面和截面形状 纤维表面有微小凹凸或截面结构呈不规则形状的纤维吸水性好。这是因为纤维光滑完整的表面形状的改变，不仅使比表面积、水分子亲和力增大，而且利用微孔毛细吸水原理，使纤维间空隙保持的水分也增加。因此，异形纤维和表面凹凸化的纤维其吸湿率和保水率总是高于同组分的圆形截面、表面光滑的纤维。 4.环境温湿度 温度对聚酯纤维的平衡吸湿率影响程度较小，而环境的相对湿度对纤维的吸湿能力影响较大。总的来说，相对湿度增大，回潮率增大。 五、吸湿排汗聚酯纤维的主要加工技术方法 从文献报导看，主要是通过化学改性和物理改性的方法赋予涤纶纤维较高的吸水性、输水性，以提高涤纶织物穿着的舒适感。 1.物理改性方法 1.1多孔中空截面纤维 中空微孔纤维通常是指芯部有中孔，皮层有微孑L的差别化纤维，其中有部分微孔成为从表面到中空部分的贯穿孔。当涤纶织物与汗水接触时，在毛细效应作用下，一面从内侧贯穿孔将汗水输向中孔并沿中空部分分布，一面又通过外侧微孔向空气中蒸发，因而吸水迅速，保水率、输水率高、透气性好，较好地满足了穿着舒适性的要求。这种纤维的生产除了利用异形孔喷丝板直接纺丝或采用复合纺丝法纺制双组分皮芯纤维得到中孔外，其微孔结构的形成是向普通聚酯中添加成孔改性剂，使它均匀分布在聚合物中。经熔融纺丝后，于织物整理阶段 |
