复合纤维
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复合纤维(Composite Fiber/Composite Fibre)
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什么是复合纤维[1]
复合纤维是指由两种或两种以上高聚物，或具有不同分子量的同一高聚物经复合纺丝法制成的化学纤维。
复合纤维的发展概况[2]
随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，消费市场出现了对高感性化、高功能化纺织品的需求。为了解决这些需求，必须对传统的纤维制造进行变革，开发出高功能纤维、高感性纤维、智能纤维以及可降解纤维等，以提高纺织品的科技含量和人们的生活质量。复合纤维的开发则是实现纤维高感性化、高功能化的一个重要手段。它可以通过喷丝板形设计、聚合物的配选设计以及纺丝纤维的截面设计等多种方式，获得各种性能、风格的新型纺织材料。
复合纤维是指由两种或两种以上的高聚物或同种不同性能的聚合物，以一定的方式沿纤维轴向复合而成的纤维。这类纤维可集多种组分的优点于一身，如涤/锦复合纤维，它既具有锦纶耐磨性好、高强、易染、吸湿的优点，又具有涤纶弹性好、模量高、织物挺括等特点。可以说，复合纺丝法是一种日益重要和普遍应用的使化学纤维仿真并超过天然纤维的物理改性技术。
复合纤维的概念最早是在20世纪40年代由Aviseo公司的Sisson等提出的。而将复合纤维第一次商业化应用的则是美国杜邦公司，1959年，美国杜邦公司发明了聚丙烯腈复合纤维“OrlonSayelle”，至此，开始了复合纤维的工业化生产。1963年，杜邦公司又开发出聚酰胺/聚酯复合纤维“Cantrece”。受此影响，日本也开始了复合纤维的研制工作。1965年，日本钟纺公司研制出了并列型自卷曲复合纤维，自此以后，其他各种形式的并列型复合纤维不断涌现。20世纪60年代中期，日本东丽、钟纺、帝人、可乐丽等公司在双组分复合纤维的基础上发展了多层复合纤维，并发现利用这种纤维制成的织物在后整理时纤维内各个组分间发生分裂剥离，能形成更多更细的纤维。由此，织物性能发生了质的变化，其柔软性、悬垂性、光泽度甚至吸水陛、透气性都大大超过常规产品。1970年，东丽公司研制出了溶解型复合超细纤维，并成功开发了人造麂皮等迎合时装潮流的高档面料。与此同时，各种皮芯型、并列型复合导电纤维也研制成功并投入了工业化生产，从此揭开了复合纤维作为高性能纤维新品的帷幕。
20世纪80年代初期，由于超细纤维纺织品如高级仿丝绸、超高密织物、仿皮革制品等在日本、欧美市场屡获成功，在国际纺织品市场掀起一股“超细热”，从而进一步刺激了复合纺丝技术的发展。1995年全世界产量已达16.0万吨，1998年达17.5万吨，其中美国为4.5万吨，西欧为3.9万吨，日本6.0万吨，其他地区为3.1万吨。2001年底j世界复合纤维产量突破年产21万吨。
我国20世纪70年代就已开始了复合纤维的技术研究，并成功地研制了腈纶类并列型复合纤维。到20世纪80年代中期，已相继研制出涤／锦皮芯复合纤维、锦纶类并列型复合纤维、偏心皮芯型复合纤维、三角皮芯型复合纤维等产品。
20世纪90年代，我国复合纤维生产技术得到了很大的发展，剥离型复合超细纤维和海岛型复合超细纤维生产技术均已得到了很大的提高，生产的复合超细纤维平均单丝线密度在0.26～0.39dtex之间，该类产品的主要技术指标和剥离度已接近国际水平。近年来，随着复合纤维生产技术的进步，复合纤维设备的研制工作在我国也已取得了很大的进步。1998年中国纺织科学院化纤机械厂成功地研制出了可以生产超细纤维的复合纺丝机，该纺丝机现已陆续在全国推广。与此同时，国内许多企业采用引进或嫁接技术方式先后从国外引进了许多先进的技术和生产设备。目前，部分生产企业已能够生产0.04～0.13dtex的复合超细纤维。
复合纤维的分类及特点[2]
复合纤维目前已达数百个品种，根据组分的数目可分为双组分和多组分复合纤维。目前开发的多为双组分纤维(共轭纤维)。双组分纤维按横截面的形态又可分为四类：并列型、皮芯型、海岛型和原纤分散型。
(一)并列型复合纤维
并列型复合纤维是由不同性能或结构的聚合物并列排列并沿纤维轴向复合而成的纤维。各组分的比例可对称，也可不对称。这种纤维最重要的特征就是可利用各组分收缩性质的不同而产生类似羊毛的理想的螺旋形三维卷曲，由此可生产出永久性的、具有自卷曲性质的化学纤维。
目前开发的并列型复合纤维，主要是PBT/PET与CDP/PET等并列型复合纤维。PBT与PET都是聚酯类聚合物，大分子结构极为相似，两者有良好的相容性和黏合性，可制成并列型复合纤维而不发生剥离。并列复合后，由于两组分不对称分布，并且收缩率不同，在拉伸和热定型后产生三维卷曲，不必经变形加工，即可达到高弹性，这样就缩短了工艺流程，降低了成本，又避免了纤维在变形加工过程中的强力损失。PBT/PET复合纤维兼具PBT的高弹性和PET纤维的特点。该纤维不仅弹性好、．上色快、色泽鲜艳，而且手感柔软，柔中有刚，有优良的耐热性、耐氯性及耐碱性。不同线密度的复合长丝已在丝绸、针织、色织、线带、毛麻行业中得到应用，适宜制作各类连裤袜、紧身裤、弹力牛仔裤、游泳衣裤及各类中、高档运动服和风格别致的新型丝绸。
(二)皮芯型复合纤维
皮芯型复合纤维是由不同性能或结构的聚合物以一种组分包围另一种组分或相互间层层包覆并沿纤维轴向复合而成的。皮芯型复合纤维可分为同心圆型、偏心圆型、异形截面型等数种。这种纤维可利用各组分不同的性质而产生不同的形态和效果。如聚酰胺/聚酯皮芯复合纤维，主要以聚酰胺为皮，聚酯为芯，兼具锦纶和涤纶的优点。
该纤维弹性模量好，手感柔中有刚，由于充分发挥了锦纶易于上染的优点，因此具有优良的染色性，可以使用常压染色设备，操作较方便。该类复合纤维通常采用色谱较全、色泽鲜艳、染色牢度好的酸性染料和匀染性好的分散性染料染色。
聚酰胺/聚酯偏心复合长丝，由于两种高聚物的热收缩性不同，使纤维呈现三维空间卷曲，其卷曲性能介于锦纶高弹丝和涤纶低弹丝之间，可以不经加弹直接应用于针织行业。高支数的锦/涤偏心复合纤维织物手感柔软、富有弹性，又有较好的尺寸稳定性，产品轻盈、滑爽，可与真丝媲美，同时具有良好的透气、吸湿、抗皱、防污、耐磨性能，穿着舒适，具有明显的丝绸感。
聚酰胺/聚丙烯皮芯复合纤维，采用聚酰胺为皮、聚丙烯为芯的复合形式，可以保持锦纶回弹性好、耐磨性好、易染色等优点，克服丙纶染色困难、吸湿低、易老化等弱点，而且丙纶原料价格低廉，又是合成纤维中密度最小的一种。此外，通过复合纺丝，芯层聚丙烯母粒着色，从而省去染色工序，降低成本。
如果在皮层或芯层添加各种功能助剂如抗菌、芳香、抗紫外、光敏变色及导电物质等，则可制得各种功能性纤维。例如，以聚酯(抗静电聚酯或半消光聚酯)为一组分，以炭黑导电介质与高聚物为另一组分，采用复合纺丝技术制得皮芯型导电纤维。含炭黑高聚物可以作皮层，也可作芯层，且均具有良好的导电性能，现已用于防爆服、防尘服CuI为导电组分的皮芯型白色导电涤纶也已研制成功。
皮芯型复合纤维还可以采用低熔点(110～130℃)聚乙烯为皮，熔点(160～170℃)较高的聚丙烯作芯，制成用于生产非织造布的热黏纤维，即ES纤维。
(三)海岛型复合纤维
海岛型复合纤维也称多芯型复合纤维，是由一种聚合物作为母体(即海的组分)，另一种聚合物以细纤维(岛)形式分布于母体纤维中。其“岛”和“海”成分在纤维轴向上是连续、密集、均匀分布的，如图7—1所示。从整根纤维来看，它具有常规纤维的线密度。但是如果用溶剂把“海”成分去掉，则可以得到集束状的超细纤维束，用于制作合成皮革、擦布、超细过滤介质、人造动脉和其他的许多特殊应用；如果把“岛”成分溶解掉，则可以得到多孔中空纤维，再利用膨润作用便可使“海”成分微纤化。如日本可乐丽公司开发的PET长丝产品“K-21”，纤维的中空率可达40％以上，密度只有0.859/cm3，比聚丙烯的密度还小，用这种纤维制成的织物可以浮在水面上。
海岛纤维的岛组分一般采用聚酯(PET)或聚酰胺(PA)，与其复合的海组分可以用聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA6或PA66)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)以及丙烯酸酯共聚物或改性聚酯等。岛的数目从16、36、64到200甚至可以达到900或900以上。
- (四)原纤分散型复合纤维
原纤分散型复合纤维也称天星型或双成分纤维，是一种组分的高聚物以原纤的状态分散于另一组分中形成的。在这类纤维的横截面上，原纤的大小和分布位置都是随机的；原纤沿纤维的轴向呈不连续分布。
这些原纤的存在会增加纤维的模量，例如Allied Chemicals Ltd生产的双成分纤维“Source”，是将PET分散在PA熔体中，PET原纤的存在增加了纤维的模量，降低了纤维的吸湿回潮率和可染性能，提高了变形能力，并且赋予纤维独特的光泽和外观。用其制成的帘子线既能保持与橡胶的黏合力，又能改善轮胎的“平点”现象。
复合纤维的制造方法[2]
一般的熔纺复合纤维的生产工艺流程如下：
复合纤维的生产工艺流程基本上与常规纤维的生产工艺流程相似，但由于复合纤维是一种多组分的纤维，所以纺制复合纤维的组件不同于常规纤维。复合纺丝组件是制造复合纤维的关键部件，绝大多数复合纤维的截面形态都是通过复合纺丝组件来形成的。复合纺丝组件通常由过滤系统、分配板和喷丝板组成。一块或多块分配板组成分配系统，分配系统决定了复合纤维的复合状态。
复合纤维的用途[2]
复合纤维作为一种具有特殊风格和性能的纤维品种，已广泛应用于人们的生活、工业、医疗、光电通信等领域，成为一种不可缺少的纤维材料。
(一)服用
复合纤维织物正以其细致精巧的风格、柔软丰满的手感、良好的悬垂性、覆盖性、耐磨性、吸湿性、丝质感以及华丽的外观、独特的光泽迎合了人们对高档服饰的追求。可用作仿麂皮、普通桃皮绒、MOSS桃皮绒、人造羽绒等秋冬季流行服装，高尔夫夹克衫、网球服、棒球服、滑雪服等优质运动服，具有防雨透气、疏水疏油、抗菌防尘等功能的防护服，还可用作“呼吸性”泳衣、内衣、衬衫以及便携便贮存的压缩型服装。
(二)产业用
产业用纺织品是一个新兴的充满活力的领域，今后大有发展潜力。利用复合纺丝技术，可为高档人造革基布、高档人造麂皮基布、高级洁净布、衬垫材料、滑雪缩合膜材料、离子交换材料、遮阳伞、汽车彩色外罩、卫生用品(尿不湿、卫生巾等)、纸类(高强纸、超柔纸等)等产品提供优质的原料。
(三)生物用
生物功能纺织品的研制已成为21世纪纺织工业的突出主题之一。复合纤维由于其单位重量的比表面积特别大，可加工成任意形状、线密度，具有优良的持久性、机械强度等特点，可广泛用于生物工程、医疗的各个领域，如可为人造动脉、人造血细胞分离器、酶支持物、贝类及海藻抑制剂等生物制品提供原料。
