差别化纤维及其主要产品
文：黄兴山
化学纤维(简称化纤)通常包含粘胶纤维和合成纤维(简称合纤)两大类；粘胶纤维由纤维素纤维制成，而合纤目前主要以石化产品为原料制成，其主要品种有涤纶、腈纶、锦纶、丙纶及维纶等。近年来，我国化纤生产发展迅速，每年产量都上一个新台阶。1996年：375万吨； 1997年：460万吨；1998年：510万吨；1999年：600万吨，2000年：694.16万吨。除1997年年增长率稍低外，其他年份年增长率均在15％以上。从1998年起，我国化纤产量连续三年居世界首位。2000年我国化纤主要品种产量和同
增长百分数如下。
项目
粘胶纤维
合纤
化纤小计
其他化纤
化纤总计
涤纶短纤
涤纶长丝
腈纶
锦纶
丙纶
维纶
其他
小计
产量(万吨)
56.42
181.51
328.67
47.5
36.79
28.51
2.52
4.02
629.52
685.94
8.22
694.16
同比增长％
17.3
16.82
12.77
12.05
16.01
14.78
－0.67
14.81
16.3
从以上数据可以看出，涤纶在化纤中占有绝对优势，其短纤和长丝之和约510万吨，占化纤总产量的73.5％。粘胶纤维和其他合纤所占的份额较少，维纶则呈下降趋势。
由于我国国民经济各行各业的迅速发展，人民生活不断改善，化纤产量也连年大幅度地增长。但是，在数量上和品种上还不能完全满足需要，仍要大量进口。2000年进口了化纤160万吨，同比增长17.18％，相当于国内产量的23％。其品种、数量及同比增长百分数如下表所示。
项目
粘胶纤维
合纤
化纤总计
涤纶短纤
涤纶长丝
腈纶
锦纶
其他
小计
产量(万吨)
4.68
62.24
41.36
35.31
14.16
2.45
155.52
160.20
同比增长(％)
56.38
17.22
30.35
37.07
25.87
23.45
17.18
化纤主要是用于服饰、装饰和产业等三大领域。在服饰领域中，化纤可单独纺织或与天然纤维(如棉、
毛、麻等)混纺，或由不同品种的化纤混纺制成服饰所需的纺织品；在装饰领域中，化纤可制成建筑内的装饰纺织品，如地毯、窗帘及墙布等，还可制成交通工具(如飞机、汽车及轮船等)的座椅面料等，用于床垫、沙发的内衬材料和伞布等；在产业领域中，化纤还广泛应用于工农业生产、医疗卫生、航空航天、交通运输、信息电子、土木建筑及环境保护等各行各业中，如轮胎帘子布、输送带、胶管、蓬盖材料、泸布、帆布、绳索、网类及土工布等。目前，世界发达国家都在扩大化纤在装饰和产业领域中的应用，化纤应用的比例似乎成为一个国家发达程度的标志。1998年，世界化纤在服饰和产业等三大领域中应用的比例为 31：32：37，而我国则为65：20：15，用于服饰的比例显然偏大。我国应适应国民经济各行业发展的需要，扩大化纤在装饰和产业领域中使用的比例。预计到2010年，上述比例将变为50：25：25。
概念和概况
差别化纤维(differentialfiber)是化纤行业中使用的术语。它不是一个有严密定义的词，而是泛指不同于一般常规品种的化纤，泛指对常规化纤品种进行技术改造而创造出具有某一特性的化纤。差别化纤维在概念上有时与功能性纤维有区别，前者以改进服用性能为主，而后者突出有耐高温、耐腐蚀、高强度及高模量等特殊性能。但是，目前两者的区别逐渐模糊而变得密不可分，本文中将功能性纤维亦视作差别化纤维。
差别化纤维品种较多，目前有易染、有色、高吸湿、防水、高收缩、抗静电、抗起球起毛、抗菌、阻燃、远红外、防紫外、发光、异形、细旦、超细旦、复合、仿丝、仿毛及仿麻等品种，产品品种日新月异。
在早期发达国家，差别化纤维的耗量和品种都发展得很快。以日本为例，1978年，合纤的差别化率为19％，1982年即提高至40％，这表明市场对差别化纤维的数量和品种需求殷切；1998年，日本合纤的差
别化率达50％；世界合纤的差别化率早在1998年即接近30％，而目前也还只有30％，十余年来基本没有提高，从表面上看，差别化纤的发展似乎趋于缓慢，但实际上是品种更替更加频繁，产品的市场有效寿命缩短，开发新品的难度和风险更大。国外这几年已不再统计差别化纤维的产量，“差别化纤维”的称谓也在逐步转为“合纤新品种”。
我国合纤的差别化率还比较低，1998年为17.9％(其中涤纶为15％)，当年全国差别化合纤产量为82.1万吨，因不能满足市场需求，进口了53.5万吨。2000年，我国差别化率已提高至约20％，2005年预计可达到40％，但是，从世界上差别化纤维发展的历程来看，不应片面追求过高的差别化率，而更应注重市场需求和国内外新品开发。
制取差别化纤维的主要方法
差别化纤维可用化学改性和物理改性等方法制得，其要点如下。
化学改性法中的主要方法为共聚法，即在大分子基本结构中引进某些特殊基因，加以共聚，如在用精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)生产聚酯时，引入少量间苯二甲酸二甲酯磺酸钠(SIPM)，即可制得阳离子染料可染聚酯。
物理改性法中有共混法，即把某种特定的改性剂(或称添加剂)在纺丝前即混入聚合物熔体或溶液中，再进行纺丝，这样，改性剂即可均匀地混入纤维中。如抗菌纤维，就是将抗菌剂加入聚酯熔体中，然后经纺丝制得。此外改变纤维的宏观结构，也是物理改性的重要方法，如将两种性质不同的聚合物熔体或其溶液经过特殊的分配装置，使纺得的每根纤维都含有这两种成分，此即复合纤维；还可将纤维微孔化，截面异形化，表面粗糙化等。
差别化纤维主要品种
以下差别化纤维主要品种采用的是化学改性法或物理改性法，有的则是兼用两种方法。因为涤纶在化纤中占的比重最大，所以其差别化纤维的品种也是最多的。
阳离子染料易染聚酯(ECDP)在生产聚酯时，除原料PTA和EG外，若加入少量3，5－间苯二甲酸二甲酯磺酸钠(SIPM)作为第三单体共聚，使经改性的分子链中增加了可作为阳离子染料染座的磺酸基团，即可得阳离子染料可染聚酯(CDP)。但在常压沸染条件下，只发生环染，染料难以进入纤维内部，若要得到较好的染色效果，不得不采用高温高压的方法。后来人们加入少量的第四单体——聚乙二醇，即能获得可在常压条件下易染的阳离子染料易染聚酯(ECDP)，而且其纤维手感柔软，性能优越，但耐热稳定性大为下降，在180℃熨烫温度下，强力损失最高在30％以上。在进一步研究中，有研究人员把1，4－丁二醇部分地代替EG加入，使所产纤维在耐热稳定性方面大有改善。
阻燃纤维由纤维制品引起的火灾已成为社会中重大灾害之一。近年来火灾事故调查表明，由室内装饰品及纺织品引起的火灾占首位。为此，世界各国都制定了有关织物阻燃的法律法规，并公布实施。我国也制定了阻燃防护服国家标准，规定冶金、林业化工、石油、消防等部门从业人员应使用阻燃防护服，其人数将超过600万人，再加上装饰领域内用的阻燃纤维，我国目前约需93万吨/年。阻燃涤纶可用共聚、共混及皮芯型复合纺丝等方法制得，后两种方法制得的纤维具有永久性的阻燃性能，但成本较高。要求所用阻燃剂有较好的阻燃性能，无毒，耐久性好，在聚合和纺丝过程中不分解，无副反应，和聚合物相容性好，对聚酯可纺性和所产纤维性能无不良影响。世界上已有47家工厂生产167个品种的阻燃剂。国内有关单位也正在开发含磷、硫、氮、硅和卤素的阻燃剂。上述皮芯型复合纤维以阻燃聚酯为芯，以普通聚酯为皮，具有更为完善的阻燃效果。
抗菌纤维人们在穿着服装时，皮肤表面的汗液，皮脂及油垢等等代谢物会粘附在纤维上，它们与皮肤上的常在菌在外来微生物的作用下将产生低级脂肪酸和挥发性化合物而散发恶臭，导致纤维的保温性和透气性下降。若在纤维中引入抗菌剂，就可抑制细菌的繁殖。目前有两大类抗菌剂，一类为日本各大企业开发的纳米级含银沸石抗菌材料，所制抗菌纤维对人体安全无害，耐久性好，但其颗粒大小和聚集状态会对纺丝产生重大影响，而且其抗菌效率只有70％～80％；天津石化化纤厂最近开发的纳米级抗菌涤纶短纤维就是这类品种。另一类为上海合纤所开发的有机抗菌剂，所制得的AMF系列抗菌纤维，对人体无害，对革兰氏阴、阳性菌有广谱的抗菌效果，抗菌率
大于90％。特别是与聚合物相容性好，不会对纺丝(包括细旦纺丝)产生不利影响。现正在涤纶、丙纶中广泛使用，成功地制作内衣和床上用品等。这类抗菌剂为国内首创，其抗菌率达到国际先进水平。
远红外纤维在纺织过程中渗入少量陶瓷粉(主要为钛、锡、锆、铝的氧化物和碳化锆等)于聚合物中，即以共混法可制得远红外纤维。这些添加剂在吸收了人体或外界的热能幅射(红外幅射)后，通过分子的能级跃迁释放出波长范围在2.5μm～30μm的远红外线，而其中俗称生育波长、与生物成长密切相关的4μm～14μm波长范围的远红外线，可引起人体表面细胞分子的共振，从而激活人体表面细胞和促进人体皮肤表面微血管的血液循环，达到保暖、保健、促进新陈代谢的功效。其效果明显与否，主要体现在金属氧化物的选择和配比上，因为不同的金属氧化物，远红外辐射的波长也不同。其制备的关键技术在于颗粒的细度、添加剂的选择和它在聚合物中的分散性。
防紫外纤维近年来，由于大气臭氧层遭到严重破坏，太阳紫外线对地球的幅射呈逐步递增的态势。为了减轻紫外线对人体的伤害，化纤业开发了防紫外纤维。此纤维制成的服饰，一般为夏季用的衣物，如衬衫、登山服、遮阳帽等，它可有效地减少阳光中的紫外线(波长为200nm～400nm)对人体皮肤的伤害，防止皮炎和皮肤癌的产生，还会降低幅射所造成的升温，使穿着不仅感到舒适，而且凉爽宜人。我们目前还沿用澳大利亚/新西兰的标准和分类方法，防紫外纺织品的UPF值应大于15。所用的防紫外剂一般由两种材料组成：一种为苯酮、苯酚类芬香族化合物，它们能吸收紫外光，以它们为主；一种为金属氧化物 (如氧化锌、二氧化钛等)及硫酸钡等，它们兼有吸收和反射的作用。由于特定的物质只能吸收一定波长范围的紫外线，所以防紫外剂要由多种材料组成。与远红外纤维一样，其关键技术也是防紫外剂的选择、颗粒细度和它在聚合物中的分散性。
抗静电纤维在较干燥的环境中，涤纶织物有静电现象，不仅易吸尘，而且常粘结皮肤，穿着不适，在特定场合下，织物的静电还可能引起火灾。为此，开发了抗静电纤维。此纤维用两种方法制备：一种以导电材料与聚合物共混纺丝，一种采用复合纺丝技术，复合纤维中某一组分因渗入导电材料而带有抗静电性能，通常采用的导电材料为无机金属化合物或碳黑等。此外，抗静电剂也可用有机物金属盐，如含有金属盐的聚醚酯型抗静电剂PEEM。据称，用在抗静电剂与聚酯共混制得抗静电纤维的抗静电性能优良、持久，优于不含金属盐的聚醚酯型抗静电剂制得的抗静电纤维。
亲水性纤维天然纤维如棉、毛、麻等均为亲水性纤维，而合纤中的涤纶、腈纶及丙纶则为疏水性纤维。在相对温度为65％时，棉的平衡吸温率为6％～9％，而涤纶只有0.4％～0.7％。涤纶内衣贴身穿着时有刺痒感，出汗时则有闷热感，而纯棉内衣贴身穿着时却很舒适。涤纶等合纤的吸湿率所以很低，是由这些合纤大分子的化学结构所决定的，如涤纶大分子由苯环，亚甲基和酯基(－COO－)所组成，对水分子都没有强的吸引力，只是倚*物质所固有的表面张力使纤维表面或内部微孔表面对水的少量吸附。增强涤纶的亲水性可采用两种方法，一种是通过共聚法，向纤维内部引入亲水性基因，如聚乙二醇，另一种方法是改变纤维的截面形状，制成三叶型、C型、L型等，使纤维内部具有微孔型结构，增大比表面积，利用微孔毛细管作用吸水。也可用涤纶细旦丝与亲水的纤维素纤维混纺，制得亲水性优异的纺织品。
发光纤维全称为蓄光式自发光纤维。以涤纶、丙纶或锦纶的聚合物与发光剂共混制成。它能吸光——蓄能——发光，在吸收自然光30min 后，可持续发光8h～12h。发光剂为磷中加锶等成分，或是磷化锌中渗有铜和一些专利材料，或是硒土系列化学品。发光纤维广泛用于服饰及装饰领域中，用于制作服装面料，剧院地毯、飞机内织物，捕鱼行业中的带、绳索以及救生器材等。
细旦纤维涤纶虽较天然纤维性能优越，但在手感、外观及服用性能方面仍存在许多不足，于是细旦、超细旦涤纶便应运而生。目前世界各国对细旦丝尚未规范定义，通常把单线纤度小于1.1dtex(dtex为纤度单位，纤维长度为10000m时，重量为1g，称为1dtex)称为细旦纤维，小于 0.33dtex称为超细旦纤维。由于纤维变细，提高了织物蓬松性和覆盖性，其织物表面许多微细纤维形成微细凹凸结构，增加了细绒感，常用于仿麂皮，人造革及仿真丝等制品。再则由于细旦纤维毛细管的芯吸作用，大大改善了织物的透湿性，可制作防水透气织物。早在60年代中期，即可用常规纺丝法稳定生产 0.4dtex～1.1dtex涤纶长丝；到了70年代，用剥离法和海岛法两种复合纺丝法制得了0.1dtex的超细旦丝。目前最细的超细旦丝已达
0.001dtex。此外，超细旦织物具有优良的清洁功能和过泸性能，是高效清洁布和新型过泸材料的重要原料。最近国内外又开发了多孔超细旦丝，使织物具有更优良的手感和悬垂性，外观华丽，其相应的技术和设备尚在开发和完善中。
三异纤维三异纤维指的是异纤度、异收缩和异截面纤维，目前主要以聚酯为原料。“异纤度”为采用纤度不同的单丝组成复丝，其中较粗的作芯丝，可提供足够的弹力，刚度、弹性及挺括性，较细的纤维作为皮层，提供柔软的手感和蓬松性；“异收缩”就是用收缩率不同的单纤制成纱线，经过后处理后，达到织物结构紧密、而纱线中收缩率低的单丝有松弛、蓬松、浮凸的效果；“异截面”就是采用圆形、三角形、三叶形、五叶形或六角形等各种截面形状的丝制成复丝，可使纱线内部稳定蓬松，外观先泽柔和。三异纤维可通过复合纺丝或混纤复合技术制得。它在纯化纤仿毛产品中应用广泛，而且十分成功。目前三异纤维的材料主要是涤纶。
混纤复合丝生产此丝的混纤复合加工技术的技术含量更高。目前市场上热销的产品示例如下：①异收缩混纤丝，由细旦丝与高收缩丝混纤并经网络加工制成，由于两种丝在染整时热缩率不同，丝条形成螺旋形卷曲，即以一根高收缩丝为主轴，细旦丝蓬松卷曲呈藤绕树状(相当于碧绉纱)。②间断网络丝，即两根并列的复丝网络和不网络(又称脱网)段是间断的，两者反映在织物上的光泽效果就不一样，其规律可人为指定。③并列网络丝，是将两段不同性能、不同原料、不同色别的复丝迸合，然后网络，从而获得特殊效果和不同色别的网络丝。④用涤纶中取向丝(MOY)或予取向丝(POY)为原料，经拉伸和假捻两道加工，在拉伸段由于拉伸率不同而产生丝条的粗细节，经假捻段丝条变形达到粗细外观又有膨松的性能，从而生产出具有粗细节的加弹丝。混纤复合加工技术是一项正在掀起的新技术，它将成为纺织新面料开发中最重要的技术之一。
现在国内外在开发差别化纤方面一个重要趋势是要使差别化纤维具有多种功能，如国外近几年开发的阻燃纤维，除具有阻燃功能外，还兼有抗静电、抗起球、抗菌和防霉等功能。
日本帝人公司生产的抗污水和防油的阻燃涤纶，东洋纺公司生产的抗起球阻燃涤纶，都是为了适应石油、化工、消防和煤炭部门的特殊要求。在国内，某纺织厂曾用阻燃涤纶纤维与导电纤维交织，以制取具有抗静电性能的阻燃织物。可以预计，在国内市场上，必将出现具有各种功能的差别化纤维，以便为各行各业更好地服务。
差别化纤维发展的条件
从上述差别化纤维主要品种的介绍可以看出，很多差别化纤维的生产与新品开发，离不开化工(特别是精细化工)产品的支持。在采用共聚法及共混法生产差别化纤维时，化工产品更是不可缺少的先决条件。上述部分差别化纤维所需改性剂可概括如下：
差别化纤维名称
所需改性剂
阳离子染料易染聚酯(ECDP)
3，5－间苯二甲酸二甲酯磺酸钠(SIPM)，聚乙二醇1，4－丁二醇
阻燃纤维
含磷、硫、氧、砖和卤素的阻燃剂
抗菌纤维
纳米级含银沸石的抗菌剂，AMF系列抗菌纤维的有机抗菌剂
远红外纤维
陶瓷粉(主要为钛、锡、锆、铝的氧化物和碳化锆等)
防紫外纤维
氧化锌、二氧化钛、碳酸钡、苯酮、苯酚类芳香族化合物
抗静电纤维
无机金属化合物，碳黑、含金属盐的聚醚酯型抗静电剂PEEM
亲水性纤维
聚乙二醇
发光纤维
磷、锶、碳化锌、铜、硒土系列化合物等
从差别化纤维发展的要求来看，提供有关改性剂的化工行业似应做到以下几点：
(1)如改性剂为无机物时，要充分运用当前蓬勃兴起的纳米技术，提供纳米级材料，使这些材料与聚合物易于混合，在其中分散不会在纺丝时堵塞喷丝孔。
(2)尽可能开发、生产有机物制成的改性剂，因为它可能与聚合物相容性好，AMF系列抗菌纤维所用的抗菌剂就是一个明显例证。
(3)在开发生产改性剂时，厂商应力求技术创新，降低成本。如贵州纳米材料研究中心用新技术生产了10nm～30nm的氧化锌，纯度达 99.7％，成本较低，每吨可降低6元～7元。大连合成纤维研究所用高浓度三氧化硫发烟硫酸生产ECDP所需的SIPM，较原生产方法成本降低了30％。
随着化工行业、差别化纤维生产厂商和有关科研单位、大专院校紧密合作，将大力促进差别化纤维事业的蓬勃发展。
