第六節 其他類型粘膠纖維

一、粘膠強力纖維

1.粘膠強力纖維的生產工藝特點

（1）纖維素漿粕：采用α-纖維素含量高的漿粕，要求纖維素的平均聚合度高而相對分子質量分布均勻。

（2）粘膠制備工藝：堿纖維素必須進行較強的壓榨，以降低游離堿的含量。堿纖維素的老成要緩慢而均勻，黃化時CS₂用量比普通粘膠纖維稍多。要求纖維素黃原酸酯的酯化度較高，分布較均勻。

（3）粘膠變性劑：在粘膠中加入變性劑以延緩纖維素黃原酸酯的再生速度，同時加入表面活性劑，以提高可紡性并防止噴絲頭堵塞。

（4）成形條件：凝固浴中ZnSO₄的含量與普通粘膠纖維相比明顯提高，H₂SO₄和Na₂SO₄的含量較低。粘膠細流在一浴中凝固，在二浴中分解并進行高度拉伸，以提高纖維的斷裂強度。紡絲速度較低，并采用噴絲頭負拉伸成形和多級后拉伸。由于粘膠黏度高，成形時粘膠先經預熱并在管中成形。

（5）后處理：粘膠強力纖維的后處理不需漂白和脫硫，但需進行加捻，油劑品種的選擇與普通粘膠纖維亦不同。

2.粘膠變性劑的作用機理

粘膠強力纖維在工藝上的最大特點是在粘膠中加入變性劑。粘膠變性劑一般可分為：含氮化合物、無氮化合物、乙氧基含氮化合物、乙氧基無氮化合物和其他化合物，較普遍采用的是胺類、脂肪胺聚氧乙烯醚和聚氧乙烯衍生物。

關于變性劑作用機理的說法較多，但一般認為，由于鋅的作用使纖維素黃酸鈉轉化為較穩定的纖維素黃酸鋅，變性劑的存在將影響這種轉化的速率和轉化量，變性劑與鋅和副產物三硫代碳酸鈉相互作用，結果在凝膠絲條的外表形成一層薄膜，這層薄膜延緩了反應離子從初生凝膠絲內部向外部酸浴或相反的方向擴散，結果使中和作用減慢，形成全皮層的結構。

3.粘膠強力纖維的生產設備特點

粘膠強力纖維在使用時對外觀沒有什么特殊要求，不需要漂白和脫硫，后處理工序大為簡化。一般只需用熱水洗去絲條上的凝固浴液及機械雜質，再經上油、烘干、初捻后即為成品，故粘膠強力纖維紡絲機一般為連續式紡絲機。

連續式粘膠強力纖維的紡絲機主要有：籠條轉鼓式、納爾生式、雙面式強力絲紡絲機三種型式。

二、波里諾西克纖維——富強纖維

1.定義

波里諾西克纖維在我國稱為富強纖維，在日本稱為虎木棉，國際波里諾西克協會（AIP）規定凡符合下列指標的纖維才能稱為波里諾西克纖維。

（1）未處理纖維潤濕時，于0.44dN/tex負荷下延伸度在4%以下；在20℃、經質量分數為5%的NaOH溶液處理后，纖維潤濕時，于0.44dN/tex負荷下延伸度在8%以下。

（2）用質量分數為5%的NaOH溶液處理后，纖維潤濕時的斷裂強度在1.76dN/tex以上。

（3）打結強度在0.40dN/tex以上。

（4）纖維素聚合度在450以上。

2.富強纖維的生產工藝特點

（1）原液制備特點：富強纖維在原液制備中要求保持較高的聚合度，并盡量保持天然纖維中的原纖結構。為此要求：

①采用聚合度在650以上、純度較高的漿粕，取消老成工序，以獲得高聚合度的粘膠。

②為使聚合度高的纖維素溶解良好，黃化時二硫化碳用量一般控制在45%～55%，黃原酸酯的酯化度在70以上，所得粘膠的熟成度較低（NH₄Cl值較高），即粘膠較嫩。

③為盡量保持纖維素分子間的天然原纖結構，防止纖維素分子間羥基結合被破壞，粘膠中NaOH的含量要低，粘膠熟成時間盡量短。

④由于粘膠的落球黏度高達300s左右，故需采用快速脫泡裝置，同時需要相應增加過濾面積。

（2）紡絲成形工藝特點：

①采用低酸、低鹽、低速的紡絲工藝。因為凝固浴的酸濃度越低，纖維素黃原酸酯的分解速度越緩慢，容易促進纖維素分子的結晶化。同理，硫酸鈉的濃度也不宜太高。少量的硫酸鋅存在，可使絲束有較大的塑性，故可改善紡絲可紡性。若凝固浴的酸濃度過高，將生成微細結構，原纖結構遭到破壞，導致纖維的濕強度下降。浴溫過高，會加快纖維素黃原酸酯的再生速度，使纖維脆弱。紡絲速度不能過高，否則容易形成膠塊。

②采用較大的噴絲頭負拉伸。由于成形緩慢，靠近噴絲頭處的絲條經不起拉伸，故一般采用30%～40%的負拉伸。然后，采用多級拉伸，絲束經多級拉伸后，常呈堿性，在此條件下予以松弛，高度取向的分子略有回縮，可以改善纖維的彎曲性能。

3.富強纖維的結構與性能

富強纖維的橫截面為圓形的全芯結構，有原纖結構，結晶度高。富強纖維的干、濕強度可與棉纖維媲美，大大高于普通粘膠短纖維；耐堿性能好，能夠像棉纖維一樣經受光處理；形態穩定，具有較高的彈性回復率和較低的水中溶脹度，耐穿、耐洗、耐褶皺。

三、高濕模量纖維

1.高濕模量纖維的生產工藝特點

粘膠短纖維的濕模量低，富強纖維克服了這一不足，但富強纖維的鉤接強度較低，脆性較大，紡絲速度較低，生產效率低，工藝也比較復雜，生產成本高。為克服富強纖維的上述缺點，在參照粘膠強力纖維生產工藝特點的基礎上，生產出另一類濕模量可與棉纖維相當、鉤接強度優良的變化型高濕模量纖維，即高濕模量纖維（HWM）。

高濕模量纖維生產中所用粘膠是加入多種變性劑的高堿化粘膠，在高鋅凝固浴內紡絲成形。

2.高濕模量纖維的結構與性能

高濕模量纖維的平均聚合度介于普通粘膠纖維與富強纖維之間，為450～550；橫截面為圓形或近似圓形，屬皮芯結構；成品纖維結晶度在41%左右，晶體長度80～95nm，晶區厚度10～70nm，纖維取向度70%～80%，羥基可及度約60%。

由于高濕模量纖維的結構特點，它的性能介于普通纖維和富強纖維之間。它的濕強度雖不如富強纖維，但鉤接強度比富強纖維高，易于進行紡織加工。它同時還保持了粘膠纖維吸濕性好及易染色的優點。

四、改性及功能粘膠纖維

1.高吸水性粘膠纖維

高吸水性粘膠短纖維主要用于醫療衛生方面，如制作藥棉、抹布、繃帶、嬰兒尿布、止血紗布等。它可以通過化學改性和物理改性的方法得到。

（1）化學改性：粘膠纖維大分子鏈本身具有大量的羥基，對水分子有很大的吸引力，只是受到大分子鏈的緊密度和堆積狀態的限制。當對纖維素進行醚化處理，在纖維素分子鏈上引入醚鍵，盡管它與羥基的相互吸引力小，但是醚基使大分子鏈之間相互作用力減小，使大分子鏈堆砌密度下降，從而改善了纖維的吸水性。在分子鏈上接枝一些吸水性長鏈聚合物也是一種有效的方法，一般的接枝單體有丙烯酸、丙烯酰胺等吸水性物質。另外，共混紡絲法也是一種重要的方法，將纖維素與一種性質完全不同的聚合物混合進行紡絲，不容易產生結晶，結構疏松，水分子容易滲透進去。如果引入親水性聚合物也可以和水分子產生作用，不但吸水量大，而且保水性好。如已實現工業化的高吸水性聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等混合紡絲得到的改性粘膠纖維，保水量約為170%。

（2）物理改性：即通過改變成形條件和不同的物理方法生產高吸水性粘膠纖維，主要是使纖維含有很大的內表面和外表面，如中空纖維、扁平纖維和充氣纖維，它們的吸水性很好，保水量達到120%～300%。主要方法是通過特殊的噴絲頭或在粘膠中添加碳酸鈉、碳酸氫鈉，絲條進入凝固浴后，碳酸鈉或碳酸氫鈉與酸發生反應，二氧化碳氣體在剛形成的纖維內產生，使纖維產生空心結構，具有更大的表面，故它們的吸水性和保水性好。

2.阻燃粘膠纖維

阻燃粘膠纖維廣泛用于交通工具和賓館的裝飾材料、特殊用途工作服以及兒童和老年人的被褥等。生產阻燃纖維素纖維可采用施加阻燃劑的方法，大致有以下三種。

（1）后處理法：在紡絲成形的初生纖維中施加阻燃劑，使纖維表面具有阻燃性能。此法操作簡單，成本低，但洗滌時阻燃劑容易脫落，缺乏耐久性。

（2）化學反應法：將阻燃劑與纖維素纖維接枝共聚，阻燃劑與纖維素大分子鏈發生化學反應。此種方法可使阻燃劑長期、穩定地存在于纖維表面，阻燃效果耐久。此法工藝方便，生產成本低，但是，接枝反應會產生大量的均聚物，從而導致纖維各項力學性能明顯下降。也可通過酯化、羥化等其他反應賦予纖維阻燃性能，如用烷基取代的磷酸二酰氯與粘膠纖維進行酯化反應，當含磷量占纖維的2%時，其阻燃性良好。

（3）共混法：在紡絲原液中加入阻燃劑進行紡絲，使纖維具有永久的阻燃功效，此法目前使用較多。因為在紡絲時，溶液凝固形成的纖維把阻燃劑包住，成纖后阻燃劑的殘留率一般可達90%左右。此法在手感、耐洗滌性、耐光性、力學性能、皮膚接觸毒性等方面均較優越。

但是，共混法對阻燃劑的要求較高。粘膠纖維用添加型阻燃劑，除一般要求外，還要求在溶液中的分散性好，穩定性好，耐酸、耐堿，凝固浴中流失量低，在纖維中滲入率較高（殘留量高），對紡絲、凝固及成形沒有不利的影響。因此，通常采用相對分子質量較高的疏水性線型含磷化合物為添加型阻燃劑。在粘膠中摻混溴、磷等鹵素化合物后進行紡絲，可得到阻燃粘膠纖維。

3.中空粘膠纖維和充氣中空粘膠纖維

纖維素中空纖維膜與人體的相容性好，生理安全，被廣泛用作血漿分離膜、人工腎透析器。目前，生產纖維素中空纖維膜的方法有粘膠法、銅氨法和溶劑法。中空粘膠纖維是采用特殊噴絲頭紡制的。在粘膠中添加一定的致孔劑使中空纖維壁上形成大量微孔進而形成中空纖維。目前，用銅氨法及新溶劑法紡制這類中空纖維較多，而用粘膠法紡制的較少。

充氣中空粘膠纖維的紡制是在粘膠中加入碳酸鈉或碳酸氫鈉，它們在紡絲時受硫酸作用分解出大量的CO₂氣體而形成充氣中空纖維，它的保暖性、吸濕性和蓬松性好，在民用紡織品等方面有廣泛的用途。

4.導電粘膠纖維

導電纖維一般是指電阻率在10⁸Ω·cm（20℃，45%相對濕度）以下的纖維，而普通粘膠纖維一般不能導電。導電粘膠纖維的制造方法有：

（1）在粘膠中添加能導電的炭黑或聚醚，然后紡絲得到導電粘膠纖維。

（2）將粘膠纖維進行碳化，得到導電粘膠碳纖維。

（3）將粘膠纖維進行改性，然后在粘膠纖維上鍍金屬，如離子噴鍍、化學沉積和真空沉積等方法，從而得到導電粘膠纖維；還可以對粘膠纖維進行導電性處理，如在纖維表面聚合一種導電性高分子材料聚吡咯或聚苯胺，也可以把導電微粒黏附在纖維表面，從而得到能導電的復合纖維。

目前，導電纖維已應用于許多領域，如地毯、防爆無塵工作服、造紙用毛毯、通信電纜和屏蔽線等，特別是用于制作電磁波防護服。現代社會充滿電磁波，如電腦、空調機、手機、遙控器等都會產生大量的電磁波，對人體造成較大傷害，所以在當前開發防電磁波織物具有廣闊的應用前景。

5.蓄熱保溫纖維和調溫纖維

20世紀80年代中期，日本尤尼吉卡公司與泰薩特公司合作，將太陽能集熱裝置中使用的碳化鋯用于纖維，研制出可將太陽光中2μm以下的光線吸收并轉換為熱能的陽光蓄熱保溫纖維，用于制作運動衣和游泳衣。

調溫纖維的制造方法有：

（1）介質溶解析出調溫纖維：將CO₂等溶解在溶劑中，填充到纖維中空部分，然后封閉中空，溫度下降，液體固化，氣體在其中溶解度下降，從而使纖維有效體積增大，纖維絕熱性能提高。

（2）相變調溫纖維：將帶結晶水的無機鹽或PEG充填到粘膠纖維的中空部分，如SrCl₂·6H₂O，無機鹽結晶時放熱升溫，結晶熔融時吸熱降溫。該類纖維可以制作飛行服、消防服、運動服等。

6.抗菌防臭、消臭粘膠纖維

抗菌與消臭同屬于衛生功能的范疇，但抗菌和消臭不同。抗菌用于日常生活是通過抑制織物上的細菌繁殖而達到防臭的目的；消臭則是消除環境中已經生成的臭氣。用于纖維和織物抗菌防臭的抗菌劑有多種，主要有以下幾類：一是金屬及其鹽類，如Ag、Cu、Zn、Cd、Zr等；二是有機季銨鹽類，如聚氧乙烯三甲基氯化銨；三是芳香族鹵素化合物，如2，4，4-三氯-2-羥基二苯醚；四是有機酚類和有機氮化合物，如吡啶、吡喹等化合物；五是天然物質，如氨基葡萄糖苷、殼聚糖等。這些抗菌劑的抗菌機理主要是：

（1）菌體蛋白變性或沉淀，高濃度的酚類和金屬鹽及醛類都屬于這種抗菌機理。

（2）妨礙菌體代謝的某些環節，如通過氧化劑的氧化作用、金屬鹽類—SH基的結合破壞菌體的代謝。

（3）破壞菌體的細胞膜，如季銨化合物吸附于細菌表面，改變其細胞壁的通透性，使胞質內容物漏出而使細菌死亡。

（4）影響細菌代謝，使細菌壞死。

消臭纖維是利用消臭劑與惡臭產生物理化學反應，從而達到消臭效果。臭氣的化學成分有硫化氫、甲基硫醇、醛類化合物、胺類和吲哚糞臭素等。這些臭氣成分通過消臭劑的作用，能使惡臭物質氧化分解以及發生絡合反應或硫化反應，從而消臭。消臭的方法一般有：感覺消臭法、化學消臭法、物理消臭法、生物消臭法等。

由于粘膠纖維生產過程中采用了大量的化學物質，如酸、堿等，目前抗菌防臭、消臭粘膠纖維的生產一般只能采用天然物質，如對氨基葡萄糖苷、殼聚糖等進行改性，得到抗菌防臭、消臭纖維。也可以采用共混的方法及對粘膠纖維織物和粘膠纖維進行后整理的方法，如添加活性炭的粘膠纖維可用于制作防護服、工業廢氣的吸附材料，同時具有消臭作用。

隨著人們追求個性化、高級化、多樣化生活意識的增強，普通粘膠纖維已經不能滿足人們的生活需要。粘膠纖維經過改性及特殊加工，可以具有某些特殊的風格和功能，從而越來越多地進入人們的生活，同時也為粘膠纖維工業帶來了較大的經濟效益。可以相信，在粘膠纖維的改性研究方面，隨著研究的不斷深入，一定會有越來越多的粘膠纖維功能化新品種實現工業化并走向市場。