功能纤维的概念_分类及发展方向_戴福文

功能纤维的概念、分类及发展方向The Concept, Classifi cation and Development Directionof Functional Fiber文/戴福文摘要：提出功能纤维的概念、分类，综述已开发的功能纤维品种、技术措施，指出功能纤维的发展方向。

关键词：功能纤维；改性纤维；高性能纤维；分类；发展方向1 功能纤维的概念功能纤维(Functional fiber)是指除一般纤维所具有的物理机械性能以外，还具有某些特殊功能或某些应用性能的新型纤维[1-2]。

2 功能纤维的分类功能纤维分为三大类：第一类是对常规合成纤维改性，克服其固有缺点，也称差别化纤维；第二类是针对天然纤维和化学纤维原来没有的性能，通过化学和物理手段赋予其蓄热、导电、吸水、吸湿、抗菌、消臭、芳香、阻燃、紫外遮蔽等附加性能，也称功能性纤维；第三类为具有特殊性能，如高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、耐气候等优异性能，也称高性能纤维[3]。

2.1 差别化纤维(differential fiber)[4]2.1.1 异型纤维用异形喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的化学纤维。

异形纤维具有特殊的光泽、蓬松性、耐污性、抗起球性，可以改善纤维的弹性和覆盖性[4]。

2.1.2 超细纤维纤维直径在5μm或线密度在0.44dtex以下的纤维，具有质地柔软、光滑、抱合好、光泽柔和等特点，可制成具有山羊绒风格的织物或表面极为光滑或透气防水的超高密织物。

2.1.3 高收缩纤维沸水收缩率为35%～45%的纤维，常见的有高收缩型聚丙烯腈纤维（腈纶）和聚酯纤维（涤纶）两种。

2.1.4 抗起球纤维制成的织物受到摩擦时，不易出现纤维端伸出布面，形成绒毛或小球状凸起的纤维。

常见的抗起球腈纶纤维是运用物理改性方法，改变纤维的结构性能，使由于摩擦引起的毛、球很快脱落，达到抗起球的效果。

2.1.5 三维卷曲纤维螺旋形卷曲或者立体形卷曲的纤维，利用聚合物熔体挤出时产生湍流、内应力不匀的原理形成纤维径向不对称结构而达到卷曲效果，在长毛绒玩具上应用广泛。

2.1.6 吸湿排汗功能纤维为超细、多孔结构，将毛细孔原理应用到纺织物表面，截面为花瓣形状的五沟槽纤维具有虹吸功能，能够快速吸水、输水、扩散和挥发，达到排汗速干的功能。

2.1.7 色纺纤维由含有着色剂的纺丝原液或熔体纺制成的有色纤维。

2.1.8 仿真纤维模仿天然纤维而制造的化学纤维，包括仿丝纤维、仿毛纤维和仿麻纤维等。

2.2 功能性纤维[5]2.2.1 导光纤维通常以石英或高分子材料为原料制成，具有不同折射率的皮芯结构，主要由于皮层全反射作用而能传导光线的化学纤维。

2.2.2 导电纤维在标准状态 (20℃，65% 相对湿度)下电阻率小于105Ω·cm，一般包括金属纤维、碳纤维、复合导电纤维和高分子导电纤维。

2.2.3 光反射显色纤维模仿南美洲闪蛱蝶翅膀上的“鳞粉”特性，将数十层可透过空气的薄膜重叠，通过对光的散射、干涉和衍射作用，使纤维产生颜色。

2.2.4 变色纤维是一种具有特殊组成或结构的，在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。

光致变色纤维是将光致变色材料和高聚物共混通过溶液纺丝、共混纺丝或复合纺丝技术制得的纤维。

热致变色纤维通过在纤维中引入热致变色物质而制得。

2.2.5 自发光纤维也称蓄光纤维、夜光纤维。

是在合成纤维纺制过程中加入少量蓄光剂（最小平均颗粒约2μm~3μm）制成。

稀土夜光纤维是利用稀土发光材料制成的功能性环保新材料，以纺丝原料为基体，采用长余辉稀土铝酸盐发光材料，经特种纺丝制成夜光纤维。

夜光纤维吸收可见光10min，便能将光能蓄贮于纤维之中，在黑暗状态下持续发光10h以上。

2.2.6 芳香纤维通过微胶囊法、共混纺丝法、复合纺丝法将芳香剂包容在纤维中而制成能释放香味具有保健功能的纤维。

2.2.7 生物医学纤维用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的一类功能纤维。

它除了具有一定的物理—机械性能外，还必须具备生物相容性，有些用途还需要生物活性或者生物降解吸收性。

人工器官使用的生物医学纤维主要为中空纤维膜。

最早应用中空纤维膜的人工器官是人工肾，现在由中空纤维膜制成的人工肾、人工肝、人工肺、肝腹水超滤浓缩回输器和血液浓缩器已投入使用，人工胰腺也在研制中。

2.2.8 吸附纤维具有超吸附速率和吸附容量的纤维，包括高吸水（湿）纤维、吸油纤维、活性炭纤维和一些具有吸附毒性物质的纤维。

2.2.9 离子交换纤维在成纤高分子中引入某些活性基团而具有对离子交换或捕捉重金属离子的纤维。

2.2.10 保健功能纤维对人体健康具有防护和促进作用的一类功能纤维，包括抗菌纤维、防臭纤维、负离子纤维、远红外纤维、抗紫外线纤维和芳香纤维等。

2.2.11 远红外纤维能吸收远红外线并将吸收的太阳能转换成人体所需的热能的纤维。

通常由能吸收远红外线的陶瓷粉末与成纤高分子流体在喷丝前混合而制成，如氧化铝、碳化锆等，其粒径应为0.2μm左右。

2.2.12 负离子纤维在纤维的生产过程中，添加一种具有负离子释放功能的纳米级电气石粉末，使这些电气石粉末镶嵌在纤维的表面，通过这些电气石发射的电子，击中纤维周围的氧分子，使之成为带电荷的负氧离子，由该纤维所释放产生的负离子对改善空气质量、环境具有明显的作用。

2.2.13 阻燃纤维采用无机高分子阻燃剂在粘胶纤维等有机大分子中以纳米状态或以互穿网络状态存在。

2.2.14 陶瓷纤维以SiO2、Al2O3为主要成分的一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械振动等优点。

可用作工业窑炉的绝热和耐火材料、高温高压蒸汽管道的绝热材料、高温密封绝热材料、高温吸声材料、耐火建筑用材和防火材料、原子反应堆内衬材料等。

2.2.15 抗菌纤维混有抗菌剂或经抗菌表面处理的纤维，具有抑制或者杀灭细菌功能的纤维。

混入型是将含银、铜、锌离子的陶瓷粉等具有耐热性的无机抗菌剂，混入聚酯、聚酰胺或聚丙烯腈中进行纺丝而得；后处理型是将天然纤维用季铵化物或脂肪酰亚胺等有机抗菌剂浸渍处理制得。

2.2.16 防辐射纤维包括受高能辐射后不发生降解或交联并能保持一定力学性能的纤维以及指能抵抗造成人体伤害的射线辐射的纤维。

有抗紫外线纤维、防微波辐射纤维、防X射线纤维和防中子辐射纤维等。

如利用是聚丙烯和固体X射线屏蔽剂材料复合制成防X射线的纤维，将锂和硼的化合物粉末与聚乙烯树脂共聚后采用熔融皮芯复合纺丝工艺制成防中子辐射纤维。

2.3 高性能纤维[6]2.3.1 芳族聚胺纤维由酰胺键与芳基连接的芳族聚酰胺的线型分子构成的合成纤维，化学结构式为:[NH—AR—NH—CO—AR`——CO]p，如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维( 间位芳纶) 简称为芳纶1313 ，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（对位芳纶）简称为芳纶1414 。

2.3.2 碳纤维由碳元素构成的无机纤维。

纤维的碳含量大于90%。

一般分为普通型、高强型和高模型三大类。

由粘胶纤维、聚丙烯腈纤维和沥青纤维等有机纤维经炭化而得到。

高强型聚丙烯腈基碳纤维的强度为 3GPa～7 GPa，高模型聚丙烯腈基碳纤维的模量为300GPa～900 GPa，在惰性气体中耐热性优良，耐化学腐蚀性好，有导电性。

2.3.3 超高分子量聚乙烯纤维采用UHMWPE通过冻胶纺丝或者增塑熔融纺丝工艺制得的合成纤维。

其强度为29cN/dtex～39cN/dtex，模量为934cN/dtex～1246cNd/tex，最高使用温度100℃～110℃，具有优良的耐酸碱性、抗水解性。

2.3.4 聚对苯撑苯并双唑（PBO）纤维由芳族杂环类聚合物聚对苯撑苯并双唑的线型分子构成的合成纤维。

纤维强度为37c N/d t e x，模量为1764cNd/tex，分解温度650℃，极限氧指数68。

2.3.5 聚苯并咪唑(PBI）纤维由芳族杂环类聚合物聚苯并咪唑的线型分子构成的合成纤维。

强度为6.6cN/dtex，模量为147cNd/tex，可耐850℃高温，极限氧指数38～43。

2.3.6 聚苯硫醚(PPS)纤维商品名为Ryton，指由苯环和硫原子交替排列的聚苯硫醚的线型分子构成的合成纤维。

强度为1.8cN/dtex~2.6cN/dtex，模量为21.5cN/dtex~35.3 cN/dtex，熔点285℃，极限氧指数34~35，耐化学性仅次于聚四氟乙烯纤维。

2.3.7 聚酰亚胺纤维由含酰亚胺链节的线型分子构成的合成纤维，大分子链中至少有85%的酰亚胺链节。

醚类均聚纤维的强度为4cN/dtex～5cN/dtex，模量为10GPa～12GPa，在300℃经100h后强度保持率为50%～70%，极限氧指数44，耐射线好；酮类共聚纤维的强度3.8cN/dtex，模量35cN/dtex。

经改性的聚酰亚胺纤维的强度为17.6cN/dtex，模量为529cN/dtex～882cN/dtex，分解温度650℃，极限氧指数68。

2.3.8 聚酰胺酰亚胺纤维由含芳酰胺—酰亚胺链节的线型分子构成的合成纤维。

强度为4.4cN/dtex，模量为61.7cN/dtex，可耐350℃高温，极限氧指数30~33。

2.3.9 聚醚醚酮（PEEK)纤维含亚苯基醚醚酮链节的线型分子构成的合成纤维。

拉伸强度400 MPa～700MPa，模量3 GPa～6GPa，熔点334℃～343℃，长期使用温度250℃，极限氧指数35。

2.3.10 酚醛纤维由线型酚醛树脂经缩醛化或络合化学而制成的交联纤维。

强度为1.14cN/dtex～1.58cN/dtex，极限氧指数30～34，瞬时可耐2500℃高温，长期使用温度150℃~180℃。

绝热性好。

2.3.11 蜜胺纤维将三聚氰胺与甲醛缩聚，并溶于有机溶剂中通过湿纺和后处理而得。

强度为1.76cN/dtex，极限氧指数32，无熔点，不熔滴，连续使用温度180℃~200℃。

2.3.12 高强度聚乙烯醇纤维由聚乙烯醇树脂通过溶剂湿法冷却凝胶纺丝制成。

强度为15cN/dtex，耐碱性优良。

2.3.13 玻璃纤维以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米。

E-玻璃纤维的强度为 1722MPa，模量为654GPa。

绝缘性好，耐热性强，抗腐蚀性好，但性脆、耐磨性较差。

2.3.14 氧化铝纤维一种主要成分为氧化铝的多晶质无机纤维，主晶形可呈γ-，δ-，θ-，α-氧化铝，是最新型的超轻质高温绝热材料之一，采用高科技的“溶胶—凝胶”法，将可溶性铝、硅盐制成具有一定黏度的胶体溶液，溶液经高速离心甩丝成纤维坯体，然后经过脱水、干燥和中高温热处理析晶等工艺，转变成Al-Si氧化铝多晶纤维，其主晶相为主要为刚玉相和少量莫来石相，集晶体材料和纤维材料特性于一体，使用温度达1450℃～1600℃，熔点达1840℃，有较好的耐热稳定性，其导热率是普通耐火砖的1/6，容重只有其1/25，节能率达15%~45%。