中空纤维的技术现状和发展展望

用于异性截面中空纤维 ，其设计和生产要求相关，常用 的孔形有多边形 、ｃ形 、圆弧形 、多点形等 ；后者则 是 中空纤维 能否形成 的关键 因素 ，包 括喷丝孔 的狭缝长 度 、两狭缝 尖端距离 、当量直径 、截面积 、长径 比等 特征尺寸数据。其中喷丝孔的狭缝长度和两狭缝尖端距
离尺 寸设计 尤其重 要 。
专 题 综 述
中 空 纤 维 的 技 术 现 状 和 发 展 展 望
衣 卫京 肖红 （ ． ， １ 西安工程科技 学院 ，西安 ７ ０ ４ ；２ 东华大 学 ，上海 ２ ０ ５ ） １０ ８ ． ００ １
１ 前 言
中空纤维是横截面沿轴向具有空腔的化学纤维的 简称 ，是一 种重 要的异形 纤维 【。 自然 界 中也存在 多种 】 １ 具有 中腔 的纤 维 如木 棉 、北 极 熊 毛 、兔毛 、棉 等 ，中
纤维应 用到引进生产 设备的过程 。初期 由于 纤维价格 昂
贵，生产设备简单 、效率低，产量很少。直到 ｌ９ 年 ９０ 仪化公司引进 日 本东洋纺年产４ ｔ ｋ的中空纤维制造设备
纤维等 ；纤维孔数从单孔发展到四孔、七孔、九孔等； 中空截面也从圆形发展到三角形、四边形、梅花形等； 同时 ，经过特 殊 纺 丝工 艺 或后 整理 得 到 的抗 菌 、远 红
作者简介 ：表卫京 （ ８ ～） １ ０ ，山东栖霞人 ．西安工程科技 学院在读研 ９ 究生，从事纺织材料研究。
合成 纤维 Ｓ Ｃ ２ ０ 增刊 １ Ｆ ０４ ５
专 题 综 述
表 ｌ部 分 国 内外主 要 的 中空 纤 维生 产厂 家 及 其 品种
复合纺 丝 。
维表面贯穿到中空部分的细孔 ，从而得到微孔 中空纤
红 外等功能 性 中空纤 维 等。 我 国中空纤 维生 产厂家 中 ，
仪化公司品种最多 ，并且该公司可以根据用户的需求 ， 生产各种长度、多孔、上硅油或不上硅油 、荧光增白、 香型 、抗菌、彩色、远红外等涤纶中空立体卷曲纤维。 而 国外如 日本 ， 中空纤维制 造技 术早 在上世 纪 ７ 年代 其 Ｏ 就相当发达 ，并开发出各种特种中空纤维 ：如用于地毯 的三角三孔 中空纤维、表面有微孔的中空纤维以及细旦
空的 结构 赋 予它 们 良好 的保 暖性 、质 轻 等特 定风 格和 性能 。 中空 纤维 的 出现 是仿 生 学应 用 的结 果 ，空腔提
纶短纤 ，用来制造中空聚酯絮棉 ，命名为埃斯阿波。杜 邦 、Ｅｓ ｎ 司也紧步后尘 先后纺 出 中空涤纶 。７ 年 ａｔ 公 ｍａ Ｏ
代初，日 本为提高产品的附加值以同其它国家竞争 ， 不 断发展差别化纤维 ，开发 出三维卷曲偏心中空涤纶 ［ ４ １ 。 此后，随着异形喷丝板的多样化，中空纤维截面发展到
维 内在 结构 差 异减 小 ，卷 曲和蓬 松性 能 下降 ；蒸汽拉 伸 则 以饱和 水蒸 汽 为介 质 ，是绝热 拉 伸 ，取 向一 次 完 成 ，比较而 言蒸 汽 拉 伸后 纤维 的 结 晶结 构更 加 明显和 稳 定。 拉 伸倍 率和 温度 的选择 都 要 同时 兼顾 初生 纤维 的拉 伸 性能 以及卷 曲 的释 放 。此 外拉 伸 点 分布也 是重 要工 艺 参 数 。
具有 圆形 、三角形 、四边 形等多种形状 ；并 随着碱易溶
供静止空气从而提高了纤维的保暖性 ，增加了单位体 积内的表面积 ，从而提高了纤维的蓬松性 ；中空纤维 对水 、气 、血液 等介 质 的吸 附 能 力 ， 以及 作 为复 合材
和水易溶复合纺丝技术的发展 ， 多孔 中空纤维得以迅速 发展，其孔数可至九孔 ，中空度也从低于 ３ ％不断扩大 ０
专 题 综 述
体现 ，拉伸中既要尽可能地拉开每根单纤维截面上的
应 力差 ，又要 使单 纤 维之 间 的 这种 差异 保持 在 同一 水 平 ，因此 中空纤 维一般 采用 一 次拉 伸工 艺 。拉 伸方式 、
拉伸温度和拉伸倍率是后纺拉伸 中的技术参数。按拉 伸介质有蒸汽拉伸和水浴拉 伸之分。水浴拉伸以加热 的油水 为介 质 ，纤 维在 拉 伸 中产 生二 次 取 向 ，导致纤
２ 中空纤维 的研发 历 史和典 型 品种
中空纤维最早 出现于 １６ 年杜邦的防污尼龙工业 中 ， ５ ９
３ 中空纤维 的加工技 术
中空纤维的 生产 主要有两 种方法 ：直接 熔融纺丝和
收 稿 日期 ： ０４０－０ ２ ０－２２
利用纤维内空隙纳污和利用光反射 、折射原理藏污 。 １６ 年 ，日 ９８ 本东洋纺公司采用异形喷丝板开发出中空涤
维。
３１直接 熔融纺丝【 ． ６】 ７
直 接熔融 纺丝 法 通过 中空喷 丝板来 获得 中空纤维 ，
３３ 关键工 艺技术 ［１ ． ６２ ￣Ｉ
经济合理 ，相关工艺技术比较成熟 ，许多关键工艺都能 控制 ， 目前国内大多数企业所采用。 为 在中空喷丝板中 装 入微孔导管 ，在纤维空 腔 中充入氮 气或空气可获得 高 中空度的充气中空纤维 ， 避免了生产过程中机械作用压 扃纤维导致 中空度下降，并使得纤维导热性比空气更 差， 大大提高了保暖性 ，该技术要点是气体流量需要精 确控 制 。 如果改变喷丝孔形状 ，则可以生产三角形 、 梅花形 等多种异形截面的中空纤维 ，提高纤维的比表面积，同 时通过特殊喷丝板可以获得３ ７ ～ 个孔的多孔中空纤维 ， 但 其 中空 率不 高 ，在 ３ ％ 以内 。 ０
至 ４ ％～ ０ ０ ５ ％。
料时和基体材料的结合能力 ，在一定程度上不仅提高
了纤维的刚度和硬挺度 ，而且还提高了纤维的抗弯性 能和耐磨性能。 中空纤维的品种极其丰富、发展迅速 ， 其原料从最 初 的涤 纶发 展到 锦 纶 、丙纶 、粘 胶 、维 纶 、聚砜 、碳
我国的中空纤维工业起步较晚，经历了从直接购买
３． ＿２环吹风非对称冷却 ３
复 合纺 丝是 指 采 用 具有 不 同溶 解性 能 的 聚合物 熔
体同时纺丝 ，成形后溶去其中一组分 ，使纤维具有轴
向空腔 的一 种 方 法 。 目前 主要 采 用 双组 分 复 合纺 丝 ， 并根 据溶 剂 的不 同 ，又可 采 用碱 易溶 和水 易溶 两种 方
３２ 复合纺丝【 】 ． Ｂ Ｉ ９
通过 直接熔融纺 丝获得 中空纤 维或三维 卷曲 中空纤 维 ，其技术 上的重点在 于喷丝板设 计 、环 吹风 非对称冷
却及后纺拉伸控制技术。除此外 ，如果要获得理想的中 空度 ，则必须合理安排设计相关工艺参数。
３． ． １喷丝板设计技 术 ３
喷丝板 的 没计包括 其形状 和结构 尺寸两方面 ，前者
，
来 的形状 ；可乐 丽公 司开 发 的 三 角 三 孔 中空 涤 纶 “ ｉｔｒｎ １”以及东丽和钟纺 开发的方 形四孔 中 Ｖ ｃｏｏ ￣ １
空 纤 维 都 是 作 为 地 毯 的 优 异 原 料 …】维能 代替腈纶制造 人造毛皮和 毛绒玩具 、毛
绒装饰品。而高旦数的涤纶三角中空短纤维可作为人造 裘皮的刚毛 ，用于制作中高档人造裘皮（ 仿兽皮）Ｉ 【。 ５ 】 ４６ 膜分离材 料 ． 微孔 中空纤维制成的膜具有选择透过性 ，可以使 气体 、液体混合物 中某些组分从 内腔 向外或从外向内 腔透过中空纤维壁 ，而同时对另一些组分具有截留作 用。现已广泛应用于气体分离、海水淡化 、血液透析 、 人工肾脏 、废水处理等工业领域 【】 Ｉ。 ６ 除以上应用外 ，微孔 中空纤维由于具有芯吸效应 ， 水分在中空部分很容易通过微孔向外散发 ，具有较好 的吸湿快干性，可作为吸湿面料 ；另外 中空纤维也应 用于服装衬里 、汽车内饰等高档非织造布、轻质织物 和 复 合材料 中。
外、阻燃 、 芳香 、ｌ离子改性等功能中空纤维也不断涌 ｊ Ｈ 现。 这些变化和发展拓宽了中空纤维的应用前景并刺激
试车成功，这一状况才得以改善 ，并迅速发展 。１９ ９３ 年生 产出 ３３ｄｅ 的三维 卷 曲 中空 涤纶 短纤 【，ｌ９ 年 ．３ｔｘ ５ ９７ 】 已具有两条产量为 １ｋ ａ ２ｔ 的三维卷曲中空涤纶生产线【 ／ ６ 】 。
环吹风非对称冷却是以均聚物通过直接熔融纺丝制取 的中空纤维形成三维卷曲和防Ｉ后纺拉伸性能恶化的技术 Ｅ 关键。环吹风非对称冷却工艺包括吹风速度、温度和湿 度及均匀性这 四个 方面 ，其 中吹 风速度对 纤维成形影 响 最大。提高风速将加强纤维截面的不对称结构从而获得 潜在卷 曲更好的初生纤维 ，但风速过大将引起丝条振 荡 、出丝不畅 、原丝预取向度 大 、拉 伸性能恶化 等 ， 因此要选取合适的风速以兼顾原丝的潜在卷曲和拉伸性 能；虽然降低环吹风温使得冷却条件加剧，但同时原丝 预取向增加、拉伸性能下降 ，因此风温也应适当； 环吹
的熔体粘度存在一定范围的差异 ，熔体在流经喷丝孔 时受 到 的剪 切 力不 同导 致 断 面上 内应 力 的差异 从而 产 生潜在 的卷曲，再经后纺拉 伸和松弛热定型可得Ｎ － 维卷 曲 中空纤 维 。
在复合纺 丝过程 中以压缩空气取 代易溶组分 ，也可 以生产 出具有较 大 中空度 的中空纤维 。 如果在形 成中空 的基 础上 ，纺 丝时 共混入特殊 的微 细孔形成 剂 ，后处理过程 中再溶解掉 ，可得到许 多由纤
风还应具有一定的湿度以减少纺丝过程 中的静电现象和丝
式。由于可以避免直接熔 融纺丝法生产时机械作用将
孔 压 扃导 致 中空 率 减少 的缺 点 ，并能 控制 不 同组 分的 比例 及 其在 断面 上 的分 布 ，因而通 过 该法 可获 得 中空 率达 ４％ 以上的 多孔 （目前可 做到九孔 ）大中空纤维 。 ０ 如果 采 用双组 分 并 列式 复 合纺 丝 ，且 纺 丝用两 种原 料
条扰动，并利于控制冷却条件 ；同时提高环吹风的均匀 性利于保汪纺丝稳定和后纺拉伸性能。
３＿ ＿３后纺拉伸 ３
三维 曲中空纤维 立 卷 对 伸的目 的并不 在 ： 于提高纤维的力 学性能， 而是使初生纤维内部的应力差和潜在卷曲得以