吸湿排汗纤维开发与应用

　　随着人们生活水平的不断提高，人们对穿着舒适性的要求也在不断提高。如何能在不破坏涤纶纤维其他优良特性的基础上，改善涤纶的吸湿排汗特性？是目前诸多纤维研究者们和涤纶纤维生产厂家都在努力追求的目标。吸湿排汗纤维因为可调节衣服内气候，呈现出表面粗糙的风格，因而研究人员围绕要求肌肤周围的舒适性用途开展应用开发的课题研究。 　　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。 　　涤纶纤维作为合成纤维中的三大主力纤维之一，因其优良的物理和化学特性而被广泛应用于服装面料以及其它非服装领域。涤纶产品自问世以来，也曾以其悬垂性好、强度高而被下游用户当作主要纺织原料来织造各类纺织品。但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。 　　1、吸湿排汗机理 　　何谓“吸湿排汗”？此词是指使不亲水的织物同时具有吸水性和快干性，一般来说，无论是天然纤维或是合成纤维都很难兼具这两种性能，但是吸湿排汗加工技术则可以做到这一点。因此，对于几乎完全不吸水的聚酯纤维而言，吸湿排汗加工技术又赋予了它新的生命。也就是说，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为“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。 　　要知道，凡是具有吸湿排汗功能的纤维一般都具有高的比表面积，表面有众多的微孔或沟槽，截面一般设计为特殊的异形状，利用毛细管原理，使得纤维能够快速的吸水、输水、扩散和挥发，能迅速吸收皮肤表面湿气和汗水，并排放到外层蒸发。其织物比传统的布料吸水率少14倍，比其它功能性布料更干爽--比纯棉快干5倍，比尼龙快干2倍。因此，纤维结构体（织物、针织物、不织布）的吸水是由于纤维间隙中的毛细管作用所产生的现象，对衣服的舒适性和卫生性的产生起到很大作用，是实用上的重要性能。对于毛细管现象在平衡状态下，毛细管直径越小，达到水分平衡状态所需要的时间越长，因此，吸水速度也成为现实的问题。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。 　　2、吸湿排汗聚酯长丝的研制 　　吸湿排汗涤纶纤维的研究开发，主要是通过物理改性和化学改性两种方法得以实施。 　　物理改性： 　　可以通过改变喷丝板微孔的形状，纺制具有表面沟槽的异形纤维；或采用与含有亲水基团的聚合物共混和复合共纺的方法，研制生产具有吸湿排汗性能的纤维。根据所有的国内外相关资料报道：要获得具有吸湿排汗功能的异形纤维，其纤维的截面必须具有沟槽，为此利用纤维截面的沟槽，使织造时纤维和纤维之间形成通道，以达到吸湿排汗的效果。对纺制的纤维进行吸湿排汗性能比较后发现，研制的异形纤维吸湿排汗功能都有改善。 　　改变喷丝孔形状：改变喷丝孔形状对于提高纤维导湿性是简单、直观和行之有效的方法。导湿性提高主要是由于在异形纤维的纵向产生了许多沟槽，纤维通过这些沟槽的芯吸效应起到吸湿排汗的功效。通过比较各异形纤维可以发现，纤维的吸湿功能不仅与异形度有关，还与沟槽的深度、沟槽的形状有关。而不同异形截面的纤维在相同异形度时，导湿性能也不一样。带有较深且较窄沟槽的异形纤维导湿性能好。 　　目前，江苏省仪征化纤股份公司涤纶五厂所开发的“ＦＣＬＳ-75”的Ｙ形截面的ＦＤＹ丝就是利用该方法所制成的。该纤维拥有比一般纤维多出20％的截面，其吸水性和吸湿性可与天然纤维相媲美。同时，还保持了纤维原有的优良性质。 　　原料共混纺丝：采用含有亲水基团的聚合物与聚酯共混进行纺丝，同时采用特殊设计的异形喷丝板，研制生产吸湿排汗纤维。利用磺酸盐作为吸湿基团生产改性聚酯进行吸湿排汗纤维的生产。 　　双组分复合共纺：将聚酯和其它亲水性聚合物，用双螺杆进行复合共纺，研制具有皮芯复合形式的异形截面的新型吸湿排汗纤维，对其吸水性和外观进行改善。亲水性材料作为芯层，常规聚酯作为皮层，两种组分分别起亲水吸湿和导湿的作用。 　　化学改性： 　　可通过接枝共聚的方法，在大分子结构内引入亲水基团，从而增加纤维吸湿排汗性能。常采用引入羟基、酰胺基、羧基、氨基等。 　　3、具体开发实例 　　纤维截面形状的变化： 　　多孔中空截面纤维：由日本帝人公司开发销售的多孔中空截面聚酯纤维属于化纤表面到中空部分有许多贯通的细孔的聚酯中空纤维，其生产工艺是先与特殊的微孔形成剂共混，然后再将其溶出。该纤维以优良的吸湿排汗功能和表面粗糙的风格，用此纤维织造的织物深受消费市场所接受，同时也成为长久热销的新材料。 　　吸水性纤维：吸水性纤维中著名的品种有德国拜耳公司开发的材料，它是芯鞘二层结构。在芯部沿纤维轴方向并列许多细孔，鞘部中有许多导管使芯部与纤维表面相连接，被吸收的水份在芯部多孔质中被有选择地保留，纤维的表面则成为干燥的状态。此后，日本的钟纺、三菱人造丝等公司也相继开发了类似的吸水性产品。一般情况下，在聚酯纤维中可制作出直径0．01-3微米的大量微细孔，从而得到高吸水率品种。 　　纤维表面亲水性膜层的形成： 　　为了使纤维表面亲水化，通常使用亲水性高分子覆盖于表面，但要求在洗涤时该亲水性化合物不易脱落。尤其对涤纶纤维用的聚乙二醇的共熔结晶型聚酯是最出名的加工剂。 　　亲水加工剂苯二甲酸的苯环部分与其相连接的酯键部分和聚酯纤维有完全相同的结构。因此，在用这样结构的亲水加工剂处理之后，在进行加热时，具有相同结构的部分成为如同熔合的状态，经冷却后，进入聚酯纤维的结晶结构之中而形成共熔结晶。通过共熔结晶而获得耐久性，一般认为由聚乙二醇链段而获得亲水性。 　　等离子体处理与亲水性单体聚合：通过产官学的合作开发，对单面进行等离子体处理，开发出能够排放汗气的纤维。利用在大气中连续发生高密度等离子体的装置，仅对单面进行等离子体处理。在该表面上附加丙烯酸分子接枝共聚，可很好地吸收水份，而里面不沾水。也可以用于汗衫等轻薄衣服，即使反复洗涤效果长久保持，通过人们穿着试验结果表明，比棉汗衫的闷热性和粘糊感小。 　　与纤维素系纤维的复合：通过纤维素系纤维和聚酯纤维的优点相互结合所制成的纤维材料，有一些复合纤维已被开发出来了。例如，由日本东洋纺公司所开发的多层结构丝，控制由于大量出汗引起的粘糊感和凉感，纤维结构为最内层是疏水性长丝，中间层为亲水性短纤维，最外层用疏水性复丝包覆的三层结构复合丝。 　　其他：通过多层结构织物和针织物达到吸湿排汗性能的材料也被开发出来了。高度达到20米的杉树从根部吸收的水分能上升到树梢，这是由于导管巧妙地利用了毛细管现象所产生的效果。例如，根部附近的导管直径约25毫米，中间部分为10毫米，前端为1．5毫米这样一种毛细管直径由下到上逐渐变细的形态。运用这种原理的100％聚酯多层结构针织品已开发出来，靠近肌肤一侧用粗纤维形成粗网眼，外侧则配置细的纤维形成的细网眼，通过这种形式使汗水迅速向外部放出，这种多层结构聚酯纤维针织品日本东丽公司与帝人公司都在生产。 　　4、吸湿排汗纤维的用途 　　近年来，一般国际上的各个公司所用吸湿排汗纤维材料都是围绕聚酯、尼龙、聚丙烯等化纤展开，主要是通过聚合物改性来赋予纤维以功能，具有相同性质的功能纤维种类比较少。目前，国际上诸多公司针对运动用途的开拓却急剧增加，也不断有新企业加盟开发吸湿排汗纤维队伍中来，因此，预计未来竞争将十分激烈，特别是像日本的旭化成和富士纺织公司等围绕赋予聚氨酯弹力纤维和涤纶纤维以吸湿排汗性的制品也在不断开发出新品。 　　众所周知，聚酯织物有良好的强度和稳定性，其耐热、耐光、耐酸碱、耐氧化剂和耐磨等性能较好。但是，聚酯织物吸湿性差，其织物透过皮肤排泄的高热汗气的能力即透湿性差，容易在纤维上积累静电，从而影响了人们穿着的舒适性。 　　为了提高聚酯织物的吸湿性，减少表面静电，以提高穿着舒适性，研究人员开始通过对纺织原料聚酯纤维进行物理和化学两种方法进行改性，以获得具有吸湿排汗功能的异形断面纤维、中空微多孔纤维。 　　吸湿排汗纤维能够广泛应用于紧身衣裤、衬衣、女式外衣、运动服、西裤、衬里、装饰制品等领域。另外，装饰制品与其它用途相比，规模较小。 　　紧身衣裤： 　　日本东丽公司与旭化成公司认为一般应该将吸湿排汗纤维用在紧身衣裤上。其理由是，在对众多消费者对服饰要求的调查中发现，生活中有80％以上女性对紧身衣裤的闷热和出汗粘身感到非常不满，因此预料使用吸湿排汗纤维可以改善紧身衣裤的舒适性。关于穿着紧身衣裤时感到舒适性的原因有紧身衣裤和皮肤表面间水份及湿度之间的关系（衣服内气候）、紧身衣裤在和皮肤接触时的压力或肌肤接触感风格等等。由于日本属于高温湿度气候，追求解决这种气候条件下的舒适性对于紧身衣裤的要求起到很大的作用。 　　外衣： 　　女式外衣：吸湿排汗纤维织物将进入女性服装领域，该领域中，穿着舒适性也已经成为关键，吸湿排汗纤维已被大量采用。特别是女式外衣应用上对于附加弹性、清凉性、轻快性等时装性已成为材料开发的重点。从消费者的思维角度去考虑，他们对于易于实际感受到功能性，对所附加的功能易于了解的制品的要求在提高。 　　男式外衣：虽然吸湿排汗材料是从罩衫、衬衫、西装、衬衣等女式服装开始的，但是，目前应该逐渐推广在西服长裤、成套内衣、休闲短裤等男式服装领域上。 　　运动服：吸湿排汗纤维的用途中所见到的最突出的开发工作是在与运动有关的领域，围绕运动服竞赛服等大量的应用。在该领域中对其他材料不要求优良的功能性，而使之具有弹力，重量轻和高弹力等功能。可以说，近年来纺织服装行业的研究与开发人员，已经将关注的焦点集中在吸湿排汗性能上了，这些性能作为附加价值一直被突出强调。 　　过去，人们都喜欢用棉花做制造运动服的纺织原料，因为棉纤维本身就具有亲水基团，吸水能力优良，为此使下游纺织服装行业广泛将棉纤维应用于内衣、运动服、袜子等领域。但是，亲水基的棉制品虽然有在出汗时吸汗水的性质，可棉纤维的保水性也是非常强的，棉纤维在吸收入了汗水之后，一旦为汗水所饱和，干燥速度慢，从湿润状态到水分平衡所需时间非常长。此外，浸润水份的棉织物重量加重，对人体皮肤有粘粘糊糊的不快之感，因此衣服纤维贴在皮肤表面时，往往妨碍身体的活动。而吸湿排汗纤维原料制造出的织物就解决了棉纤维诱发出的实际问题，吸湿排汗纤维在出汗时不令纤维粘贴于皮肤表面，因此在运动服、竞赛服等用途上已经有被大量使用的趋势，运动服领域对该类纤维需求十分强劲，尤其在体育用品领域中，这一功能已被认定为规定的功能。