新型纤维原料及其在非织造布中的应用

1. 引言

非织造技术以其工艺流程短、劳动生产率高、原料来源丰富、产品用途广的固有特点，在短短几十年中获得了迅速的发展，其原料也从最初的利用纺织下脚料为主发展为各种性能优良、功能特异的高性能纤维。目前由于各种新型纤维原料的应用，非织造产品向着更加高效、高性能、安全、健康、人性化和生态化的趋势发展。以下将对几种代表性纤维及其在非织造布中的应用作分类介绍。2. 高效方向

向高效方向发展的非织造布所应用的纤维中具有代表性的是铜氨纤维和醋酯纤维等。

2.1 铜氨纤维

铜氨纤维是氢氧化铜与浓氨水反应生成的铜氨络合物(铜氨溶液)再与纤维素反应，溶解成为纤维素铜氨化合物，纤维素铜氨化合物在某些试剂的作用下可被分解，同时发生纤维素再生作用，生产出铜氨纤维。该纤维由于生产过程无污染，且需劳动力较少，受到广泛推崇，但生产效率低且成本高。

目前用在非织造布领域主要可做微电子工业擦布，产品具有无静电和不掉屑等优点。

2.2 醋酯纤维

醋酯纤维素是木浆或棉浆与乙酸酐发生反应，纤维素上的羟基被酯基取代之后得到的产物。经用溶剂溶解后，可用常规溶纺工艺生产醋酸纤维素纤维；添加增塑剂后，也可用常规熔纺工艺生产。

由于醋酸纤维素纤维的生产成本较高，因此主要被用来制作香烟过滤嘴和高档服装面料。用在非织造布领域可做医用纱布，产品具有不粘连和不刺激伤口等优点。

2.3 Tencel纤维

Tencel纤维是采用溶剂法生产的一种新型纤维素纤维，主要生产地在西欧和美国。Tencel纤维的生产工艺流程短，从投入浆粕到纤维卷曲、切断整个工艺流

程约需3 h左右，而普通粘胶纤维的生产约需24 h。Tencel纤维生产中所使用的氧化胺溶剂对人体完全无害，并可完全回收(99．5％以上)，生产无副产物，不污染环境。Tencel纤维与普通粘胶纤维相比，不仅具有良好的吸湿性、舒适性、光泽和生物可降解性，而且具有较高的干湿断裂强度(湿强度比干强度低15％)、勾结强度、初始模量以及较低的伸长。

Tencel纤维可用湿法成网、水刺和针刺非织造方法进行生产，产品用于产业用纺织品、医用织物和个人卫生用品。利用其原纤化倾向，用湿法成网制得的Tencel非织造布作香烟过滤嘴，满足市场对超低焦油含量香烟的需要，并可用于特殊过滤材料。用针刺和水刺法生产的Tencel非织造布，其产品有人造羚羊皮、医用止血球、医用纱布、尿布、抹布等。

2.4 高强纤维

2.4.1 碳纤维

碳纤维具有密度小、强度大、耐热、耐化学品及耐腐蚀性好等特点，在航空航天、国防军工、体育器材及产业用方面有很好的应用，但生产过程很复杂，对原料等各方面要求都很高，生产成本较高。碳纤维具有导电性，制成的织物具有一一定的电磁屏蔽性，但也使其在某些方面的应用受到限制。

2.4.2 芳纶（对位和间位）

芳纶即芳香族聚酰胺纤维，全球总生产能力达5．6万t／a，主要产品有美国杜邦公司的Key—lar、日本帝人．Twaron公司的Twaron纤维、法国Rhodia Kermel 公司的Kermel纤维。中国已建和在建生产能力近2 000 t／a。这些纤维的短丝纤度为1．7～ll dtex，长度从38～63 mm不等。芳纶的强度比钢材高数倍，产品用途日益扩大，可用于国防、军工及民用领域。制造耐热、防水材料及密封垫、汽车刹车片、填密料、热气体过滤材料以及防护服等。目前我国所用的芳纶多数是从美国杜邦公司或13本帝人公司进口。

2.5 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维

UHMWPE纤维是一种新型特种纤维，通过特殊的纺丝方法制得。该纤维具有良好的力学性能、耐冲击性能、耐光性，优良的耐化学腐蚀性，耐疲劳和耐摩擦性等。UHMWPE纤维的密度特别小，只有0．97 kg／m3 ，所以其比强度和比模量特别大，在相同质量的材料中具有最高的强度，是一种性能极佳的高级轻质复合材

料。UHMWPE纤维最早是由荷兰DMS公司于1990年开始工业化生产，目前年产量达2 600 t。随后美国的Honeywell公司和日本的东洋纺等公司也开始研究开发并工业化生产UHMWPE纤维。

UHMWPE纤维通过针织、编织以及针刺和水刺非织造布的工艺加工，可以制成防割手套、各种类型的防弹服、高强过滤材料、复合材料基布及人体器官的修补材料等。

2.6耐火耐热纤维

2.6.1 PBO纤维

PBO纤维是目前所发现的有机纤维中性能最好的一种，其物理机械性能超过芳纶、碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维，耐热性也比对位芳纶高100℃，是一种高强耐热的高性能纤维，主要应用于桥梁缆索、耐热衬垫材料、航空航天等方面。

2.6.2 陶瓷纤维

陶瓷纤维具有高强度、高模量、耐高温、绝缘性好和成本低等特点，在冶金、化工、船舶、航空航天、汽车、环保、军工等领域都有广泛的用途。

2.6.3聚四氟乙烯纤维

该纤维是迄今为止最耐腐蚀的纤维、摩擦系数低、不粘着、不吸水；其极限氧指数为95％，是目前化纤中难燃性最好的。针刺法聚四氟乙烯纤维与玻璃纤维复合非织造布可用作过滤材料，其非织造产品及复合产品还可广泛用在汽车、建筑、航天等工业领域的各个方面。

2.6.4 第二代聚乙烯醇纤维（可乐纶）

该纤维为日本可乐丽公司以高聚合度聚乙烯醇(PVA)为原料，采用新型的溶剂湿式冷却凝胶纺丝工艺经超倍拉伸而制得，是PVA纤维的升级换代产品。不同工艺可生产不同性能的可乐纶，如水溶性型、高强力型、容易原纤化型等，可用水刺法生产覆盖材料和增强材料。

3. 安全卫生方向

向安全卫生方向发展的非织造布所应用的纤维中具有代表性的是抗菌纤维、新型耐高温阻燃纤维素纤维和抗静电纤维等。

3.1 抗菌纤维

抗菌纤维的抗菌加工方法可分为共混纺丝、复合纺丝和后处理技术三种。最常用的是利用金属银和铜盐作为抗菌添加剂，其抗菌机理是破坏细菌细胞膜的代谢功能，导致细菌死亡。纤维的抗菌效果取决于抗菌剂的抗菌能力。

纤维有广谱抗菌效果、抗菌率高、耐久性好，非织造布已成功用于卫生材料、过滤材料、湿巾、包装材料等领域。

3.2 新型耐高温纤维素纤维

该纤维是一种新型耐高温阻燃粘胶纤维，是由纤维素和硅酸盐组成的纤维。与其他阻燃纤维相比较，该纤维不产生有毒气体，如HC1和卤素气体。该纤维在高温火焰下不变形、不熔融，因而防止了火焰扩散。

用其生产的非织造布可用于汽车装饰材料以及耐高温过滤材料、滤网和滤袋。在产品中加人25％～30％的芳纶，不仅阻燃，而且耐磨，同时也避开采用芳纶耐高温滤料价格高、玻璃纤维滤网更换和滤袋加工时工作环境差的问题。用该纤维通过水刺工艺制作的防护服面料质地柔软、轻便舒适、穿着不起毛起球、透气吸汗，且在高温下使用不熔融，不会造成熔滴伤人，用其加工内衣和外衣均可。

3.3 抗静电纤维

抗静电纤维是从上世纪6O年代开始发展起来的，最早的制造方法是在表面涂覆碳黑制造出抗静电纤维。目前的技术仍然是利用添加各种具有抗静电效果的材料，经由混炼、混合或其他后加工处理方式，进而达到抗静电的效果。

含抗静电纤维的非织造布可做防尘服和室内装饰材料，制成的床罩、窗帘、装饰布不仅保持原有化纤织物的鲜艳色泽，并且不易沾污，在干燥地区不产生积聚电荷情况。产业用抗静电纤维滤尘袋已广泛用于冶金工业，以解决环保问题，滤布则用于化学工业，可提高过滤效果，延长过滤周期。

4. 健康方向

向健康方向发展的非织造布所应用的纤维中具有代表性的是甲壳质及其衍生物纤维、海藻纤维、蚕丝纤维和负离子纤维等。

4.1 甲壳质纤维

甲壳素纤维和甲壳胺纤维是甲壳素经溶液纺丝制得的纤维，是继纤维素纤维

之后的又一种天然高聚物纤维。甲素是一种无色、无毒、无味、耐晒、耐热、耐腐蚀、不怕虫蛀的结晶或无定形物，系由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻类的细胞壁中提炼出来的一种天然生物高聚物。甲壳胺又称脱乙酰甲壳素或壳聚糖，是甲壳素最主要的衍生物，是甲壳素经浓碱处理后脱去乙酰基的产物，其外观为白色或灰白色，且具有金属光泽。甲壳胺具有极好的水合能力，吸湿、保湿性能比甲壳素好。甲壳胺通过螯合、离子交换作用吸收许多重金属离子、蛋白质、氨基酸、染料，其分子中的氨基能和细菌细胞壁表面阴离子结合，阻碍其生物合成而起到抗菌作用。

甲壳素和甲壳胺纤维对人体的免疫抗原性小，且具有消炎、止痛及促进伤口愈合等生物活性，因而在手术缝合线、医用敷料、人工皮肤、硬组织修复材料、人工肾膜、抗菌材料、保健内衣面料等方面得到广泛应用。还可制成各种有保健作用的床上用品以及家庭装饰材料、汽车装饰材料等法国和13本的有关公司合作开发了甲壳素非织造布用作人造皮肤，在临床上获得了应用。其缺点是纤维生产成本过高，产品普及受到限制。

4.2 海藻纤维

海藻纤维通常可由海藻酸钠经湿法纺丝制得。海藻纤维的干强接近粘胶纤维，但湿强很低，不适宜用作传统纺织材料。海藻纤维无毒，保湿和吸收性能良好，并能促进伤口愈合。

用其制成的非织造布被广泛用作伤口敷料、创可贴、医用纱布等，也可用作空气的过滤材料，还可用作药物的载体，用于控制药物的释放。

4.3 蚕丝纤维

蚕丝是熟蚕结茧时分泌丝液凝固而成的连续长纤维，系由两根呈三角形或半椭圆形的丝素外包丝胶组成。蚕丝纤维横截面呈椭圆形，为蛋白质纤维，其主要组成部分是丝胶和丝素。

蚕丝纤维透气性好，吸湿性极佳，含有对人体极具营养价值的l8种氨基酸，应用在临床医疗中可制成人造血管。蚕丝纤维用在非织造布中可制成医用敷料，用于烧伤创面覆面，有助于创面愈合，也称为“人工皮肤”；还可用作美容用的面膜产品等。

4.4 负离子纤维

负离子功能纤维的生产方法主要有共混法和共聚法。共混法是采用负离子母粒——奇冰石(主要成分是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁等环状结构的硅酸盐物质)与普通聚酯切片混合均匀后通过螺杆挤出进行纺丝；共聚法是在聚合过程中加入负离子添加剂，制成负离子切片后纺丝。负离子可以调节中枢神经系统的兴奋和抑制状态，可改善大脑皮层的功能；增加氧气吸收量和二氧化碳排出量，可促进机体的新陈代谢，加速组织的氧化还原过程，增加机体的免疫力。

含负离子纤维的非织造布主要应用在服装、家居布艺，医疗卫生、人体保健、室内装饰用品以及建筑行业等。在服装上可以生产内衣服装的衬垫，由于产生负离子而起到对人体的保健作用；在医疗卫生上可以防止手术的交叉感染；在室内装饰上可以生产室内装饰的壁纸以及地毯等。由于负离子纤维对人体的特殊保健功效，以及我国非织造布行业的迅速发展，可以预测负离子纤维在非织造领域的应用将越来越广泛。

5.人性化方向

向人性化方向发展的非织造布所应用的纤维中具有代表性的是竹纤维、芳香除臭纤维、异型纤维、磁性纤维、亲水性纤维、超吸水性纤维和自发光纤维等。

5.1 竹纤维

竹纤维是以竹子为原料，通过复杂的工艺处理，把竹内纤维素提取出来，再经纺丝等工序制造而成。

竹纤维含有多种人体必需的氨基酸，具有很好的天然抗菌、防震、防蛀和防紫外线的功能。该纤维制成的织物吸湿性和透气性良好，具有滑爽、丝绒般手感、抗菌、防紫外线等特殊功能。在非织造布领域可用于医用卫生材料、家居装饰材料、食品包装袋等方面。随着人们生活水平的提高，竹纤维在非织造布领域的应用和开发必将越来越多。

5.2 芳香除臭纤维

芳香纤维是将香料或芳香微胶囊均匀地混入聚合物切片中直接纺丝或将香料置于芯层，通过制取皮芯型、中空型复合纤维而制得使纤维具有久洗不褪的天然芬芳，用这种纤维织出的内衣可使香味散布在人体各个部位，给人以畅悦的穿着感觉。

采用干法成网和针刺、水刺或热粘合固结成非织造布，该纤维可生产出各种床上用品、室内装饰材料等。

5.3 异型纤维

5.3.1 超细纤维

我国一般把单丝线密度小于0．1 dtex的纤维称为超细纤维。目前剥离型复合纤维如桔瓣型、中空型、多层型超细旦丝线密度为0．1 dtex，而海岛型复合纤维超细旦丝线密度只有0．1—0．O1 dtex，目前日本已能生产线密度为0．0001 dtex超细旦纤维。纤维线密度变小后，柔软蓬松，手感舒适，由于其芯吸效应，还能导湿导汗。该纤维可生产高档合成革基布、医用非织造布、高级擦布及人造麂皮等。

5.3.2 三异纤维

三异纤维是指由异线密度、异形截面和异收缩单丝组成的聚合物纤维。三异纤维追求的是仿真效果，而新合纤的应用则完全摆脱了仿真的束缚，达到了超真的境界，在风格、质感、触感上给人以一种全新的冲击和感受。

5.3.3纳米纤维

纳米纤维是以适当的纺丝加工工艺将直径加工到纳米级的纤维，单一成分使用或与其他纤维混合使用；或将具有功能性的粒子加工到纳米级，在纤维纺丝时分散到纤维中，使纤维具有独特功能，再单一成分使用或与其他纤维混合使用。其特性有抗紫外线、抗菌消臭、远红外屏蔽、远红外辐射、导电等。

采用干法、纺粘法和熔喷法等成网，用水刺、针刺或热粘合等方法加固制成的各种形式的非织造制品可应用于不同领域，如过滤材料、防辐射功能性防护服、医疗卫生用手术衣、手巾和床单，以及如护腰、护膝、护腕等各种远红外保健品，还有农业用抗紫外线的遮阳布与保持水土的地膜等。

5.4磁性纤维

使纤维带上磁性成为磁性纤维，制成非织造产品，形成影响人体生理活动的外磁场源，可达到抗病保健作用。磁性纤维最大特点是轻、柔软、吸湿透气、永久保持磁性及耐洗涤，具有增强人体血液中离子活性、净化血液、扩张血管、加速血液循环、改善细胞新陈代谢等作用，对高血压、冠心病、神经衰弱、关节炎、颈和腰痛疾病等患者有辅助医疗保健作用。磁性纤维可用熔纺工艺加工成非织造

产品。磁性纤维生产的高性能非织造医疗保健品的各项技术指标较理想，具有治病、防病的保健功能。

5.5 亲水性纤维

亲水性纤维用特殊生产技术生产，有良好的梳理性，卓越的亲水性，可防止生产中出现泡沫。主要用于水刺非织造布、热粘合亲水非织造布。

5.6 超吸水性纤维

超吸水性纤维是以腈纶为原料，在纤维表层部分经碱性水解制得的。该纤维能够吸入自重100倍的水，其吸水量是棉的300倍以上。由于纤维表面积大，吸水速度也很快，一般10 s即可达到平衡吸水量的70％左右。该纤维一旦吸水凝胶化后，即使对其稍稍加点压力水也不会出来，具有很好的保水性能，同时具有良好的纺织加工性。

在非织造布行业，利用其优异的超吸水性，与其他合成纤维(或天然纤维)混合，用干法成网、针刺或热粘合固结，可制成用于医用敷料、成人失禁及护理用品等医疗卫生材料和集装箱、窗玻璃上的水露吸收材料等。利用该纤维吸水后仅在纤维的直径方向上膨胀(大约膨胀12倍)而长度不发生变化的特殊性能，还可制成用于建筑、土木工程用树脂埋设管的接头防漏用非织造布，其性能非常好。

5.7自发光纤维

自发光纤维是在合成纤维纺制过程中加入少量蓄光剂(主要成分为氧化铝和一些稀土元素)制成。产品经自然光或日光灯管照射10～20 min后，可在黑暗处持续发光8～10 h，发出的光色多为淡黄、绿、黄等颜色。在发光过程中光的发出、吸收可永久进行。

自发光纤维也同样可应用于非织造布行业，可以用其制成各种缝编和针刺产品，应用于特殊部门或特殊部位，如各种安全标识、警示标识等，以满足特殊情况的要求。

6. 生态方向

6.1聚乳酸纤维

聚乳酸(PLA)也称聚丙交酯，是一种可完全生物降解的聚酯类高分子材料。

聚乳酸是由乳酸缩聚制得。乳酸有两种生产工艺，一种是以石油为原料的合成法，另一种是发酵法。发酵法以其生产成本远远低于合成法，再加上原料来源广泛，原料的利用率和转化率高而为各生产厂所采用。发酵法是以含淀粉的小麦、黑麦、稻谷、玉米、红薯、土豆以及含葡萄糖的农作物为原料。

聚乳酸可以通过干纺和熔纺制成长丝、短丝、单丝、扁丝，并进一步加工成机织物、针织物及非织造产品。由于熔纺不需要溶剂和溶剂回收处理装置，成本低，对环境无污染，所以目前各国的研究开发主要放在熔纺上。熔纺的纺丝温度210～240oC；纺丝速度2 000～3 000 m／min，最高可达5 000 in／min；纤维纤度3～18dpf(服用、地毯用)；纤维的熔点175oC；复丝强度4．0～4．9cN／dtex，单丝强度6．2cN／dtex；伸长20％～35％；沸水收缩率8％～15％；吸湿率0．4％～0．6％。纤维的性能介于聚酯纤维和聚酰胺纤维之间。

聚乳酸可以直接用纺粘法和熔喷法制成非织造布，也可以通过热粘合、针刺等方法制成非织造布，用于卫生巾、尿布、医疗卫生用材料、地毯等产品。聚乳酸纤维生物降解可以通过堆肥降解、土地埋人降解、活性污泥中降解、海水浸渍降解以及通过共聚进行降解。

6.2 大豆蛋白纤维

大豆蛋白纤维的主要原料是大豆粕，原料数量大且可再生，其废弃物可完全降解。现与社会消费的需求还存在相当大的距离，该纤维的非织造产品在市场上都处于供不应求的状态。

6.3 水溶性纤维

水溶性聚乙烯醇(PVA)纤维是一种很有价值的功能性差别化纤维。水溶性PVA 纤维不仅具有理想的水溶温度、强度和伸度，有良好的耐酸、耐碱、耐干热性能，而且溶于水后无味、无毒，水溶液呈无色透明状，在较短的时间内能自然分解，对环境不产生任何污染，是百分之百的绿色环保产品。目前国内外制造水溶性纤维的方法有湿法纺丝，干法纺丝，熔融、半熔融纺丝，硼酸凝胶纺丝，冷冻胶纺丝等方法。水溶性纤维非织造布主要作为服装行业绣花的骨架材料，可单独在其上面绣花，也可与其他服装面料衬在一起使用，加工完后只要在热水中处理掉非织造布，即可保留绣制的花型。水溶性纤维非织造布还可以用在医疗卫生领域。

7.其他纤维

7.1 Richce（丽赛纤维）

Richcel(丽赛)纤维是采用日本东洋纺专有技术及原料体系生产的波里诺(Polynosic)纤维，是一种具有优异综合性能的再生纤维素纤维。其原料源自日本进口的天然针叶树精制木浆，资源可再生，废弃后可自然降解，安全环保。Richcel(丽赛)纤维具有断裂强度高、干湿强度比佳、初始模量大、断裂伸长适中及吸湿性好等特点。其织物柔软、极富弹性，手感滑糯，形态、尺寸稳定性好，染色鲜艳等特点。

7.2 Carbacell纤维

Carbacell纤维是纤维素氨基甲酸酯纤维，不用有毒的二硫化碳，而用无毒的尿素与纤维素在碱性溶液中反应，形成可溶性的纤维素氨基甲酸酯，然后纺丝、再生凝固得到新的一种再生纤维素纤维。这种纤维的结构和粘胶及Lyocell纤维均不同。其截面是椭圆形，和Lyocell纤维相比，它不但具有很多的微孔结构，没有明显的皮芯结构特征，结晶度36~47，而且无定形区的取向度低，不容易原纤化的内表面，所以该产品有较高的吸水性及上染率好的优点。由于CC纤维具有以上良好的性能，因此，其应用前景广阔。该纤维在卫生巾、纸尿裤等卫生用品及医疗方面具有潜在的市场，还可广泛应用于无纺布的生产。

7.3蜘蛛丝

蜘蛛丝是目前世界上最坚韧且具有弹性的纤维之一。蜘蛛丝具有高强、高模和韧性好的特点，其超级伸长能力使它断裂时需要吸收更多的能量，对外界的冲击力、破碎力有很大的消力和阻碍作用，适合作防弹衣、头盔，以及火箭与汽车的气囊等。另外，蜘蛛丝的强度高、弹性好、初始模量大、断裂功大等，也适合作降落伞绸、缆绳等。除了在航空、航天和弹道保护工业上的应用之外，蜘蛛丝纤维良好的可生物降解性、生物相容性也使其具有较高的医疗用途，如适合作高强力的手术线、人造肌健和韧带、假肢、对组织的修复，神经外科及眼科手术中的可降解超细伤口缝合线等。由于蜘蛛丝是一种高性能的绿色生物材料，一旦生产成本降低，就可望用于建筑、农业、医疗卫生、航天航空、军事、民用服装等方面。

结论

在非织造布的产品开发中不断应用新的纤维材料，既可解决非织造布行业技术问题，也可利用新材料改善产品性能、增强产品功能，提高产品附加值，大大降低成本，因此在非织造布工业里使用新型纤维材料有广阔的前景。