纳米技术材料NanofrontTM

崛川直幹等 著 刘辅庭 摘译

纳米技术材料NanofrontTM

崛川直幹等 著 刘辅庭 摘译

纤维的结构控制技术正在从直径数十微米至十数微米级的超细纤维开始向应用复合纺丝技术的数微米级纤维以及最近应用特殊复合纺丝技术的纳米级纤维的截面结构设计发展。控制纳米级纤维结构有两方面的意义:一是为提高如力学强度和耐热性等宏观性能而提出纤维微结构的新概念和模型;二是纳米级结构可赋予纤维高性能或原功能的突破性提升。本文介绍帝人纤维公司开发的创新的海岛截面的共轭纺丝技术及其成功开发的可批量生产的高强度聚酯纳米长丝NanofrontTM、各种功能性材料及其今后的发展。

制造细而强度大的纤维是合成纤维诞生至今合成纤维制造商一直追逐的课题，期间开发了各种技术。20世纪90年代微米纤维实现了商品化生产;近期纳米材料开发活跃。但是在开发出纳米纤维后，出现了在批量生产时纤维强度降低的问题，或者是只能生产短纤维，难以实现长丝的商品化生产。

1 Nanofront纺丝技术及其特征

用海岛截面共轭纺丝技术纺制一般微纤维时，一根纤维中的岛组分(溶剂处理后成为单丝)有数十个，而Nanofront是经复杂的喷嘴流路设计，形成多岛的海岛截面，并采用聚合物分离技术，使纤维内部的岛部分完全分离，一根纤维中约有1 000个岛。图1和图2是采用新海岛裂纤技术制得的纳米纤维截面状态。

采用新海岛裂纤技术制得纤维的单丝直径为700 nm，且纤维直径几无偏差，成功地实现了高强度聚酯纳米长丝的工业化生产。Nanofront的物理性能见表1。

表1 Nanofront物理性能

图1 采用新海岛裂纤技术所制纤维示意

图2 高倍拉伸丝的截面

2 Nanofront加工技术和特征

Nanofront在碱减量前的线密度为56 dtex/10 f，与一般的聚酯长丝基本一样，因此纤维加工时的工艺和构件开发并无特殊的限制。

与其他纤维交织后，只对海组分减量，对其他材料和岛组分无影响。成功开发的纤维具有纳米级效果(比表面积增大、致密空隙、柔软和分离)。图3是工业化生产的功能性材料的横截面照片。

图3 用Nanofront和一般聚酯纤维制成的功能性纺织品横截面照片

3 Nanofront产品开发实例

3.1 提高运动负荷的裤子

应用Nanofront纤维的织物，因其具有较高的摩擦阻力(图4)，穿着时衣服压力适当，运动时配合肌肉动作而伸缩的皮肤活动会受到抑制，从而开发了以增加肌肉活动量为目的的商品。

为评价使用效果，对使用Nanofront的裤子和使用一般聚酯纤维的市售加压裤进行穿着试验。由肌肉电压和衣服压力测定结果可知，Nanofront裤在衣服压力较低状态下亦能增加肌肉活动量，见图5。

图4 摩擦阻力试验结果

图5 穿着时的肌肉电压和衣服压力的关系

为评价穿着Nanofront裤增加肌肉活动量的长期效果，又对14名男士进行了约一个月的穿裤试验。试验结果是:穿裤前体重72.32 kg±3.30 kg，4 w后减少到71.38 kg±3.11 kg，显著降低(P<0.05);按体重和体脂肪率计算的体脂肪量开始时为15.50 kg±1.57 kg，4周后减少到 14.49 kg±1.52 kg，显著减少(P<0.05);腰围开始时为85.75 cm±2.41 cm，4周后为84.98 cm±2.30 cm，显著减少(P<0.01);活动量开始时为7 467.92步±551.76步，4周后为7 789.62±596.28步，无明显差异，说明活动量无变化。试验数据示于图6。根据试验结果，可对Nanofront在运动服和医疗用品方面的用途进行开发。

图6 Nanofront裤长期穿着试验结果

3.2 内衣

纤维的柔软度与其线密度的4次方成反比。由于 Nanofront很细，仅为普通聚酯纤维(直径15 μm)的20万分之一，因此可以其柔软的风格适用于开发对肌肤摩擦损伤极小的功能性产品。

衣服与肌肤摩擦，若皮肤的表面角质层受伤，则肌肤的屏蔽功能降低，表皮水分蒸散量(TEWL，Transepiedermarl Water Loss)增加;若皮肤发生炎症，则真皮的毛细血管增加血红蛋白，产生红斑。

图7 肌肤摩擦后表皮水分蒸散量和红斑指数的变化

根据图7比较试验结果，可以看出Nanofront的表皮水分蒸散量和红斑指数的变化量最小，刺激性低，可适用于制作内衣和护肤用品。

3.3 研磨布和擦布

Nanofront具有纤维直径均匀，强度高和机织、针织结构自由度大等特征，可用于制作产业用研磨布和擦布。

4 今后计划

从2008年7月24日起，帝人纤维公司已可月产Nanofront 25 t。今后将发挥 Nanofront不易滑动、肌肤触感柔软、易擦拭、非透明和舒适感的特点开发相应的产品，计划达到月产100 t的目标。当前产销的Nanofront其纤维直径为700 nm，今后将生产直径更小的纤维，利用功能性聚合物开发纳米长丝。

资料来源:纤维学会志(日)，2009，65(9):35-38.