小孔微微，作用非凡

申燕红

微孔钻探，始于圆盘

新型超细纤维突破传统观念，为纺织工业带来更多更广泛的用途，因此近年来世界纺织业界掀起了一股研发热潮，发达国家竞相开发相关技术。德国斯图加特大学激光技术研究所（IFSW）为迅速占领这一领域制高点，与邓肯多夫纺织化学和化学纤维研究所（ITCF）联合创办一研发项目，即利用高能量、超短脉冲激光束技术研发新型超细纤维的制造方法。

他们在厚度约为4mm的不锈钢圆盘上，用绿色激光束钻孔。激光束持续进入金属表面，产生大量细微孔洞。他们制作的喷丝孔径仅为30μm～40μm，比头发丝更细。喷丝头用于生产超细纤维素纤维或超微细纤维。

超细纤维是由小于1dtex的聚合物制成。分特是纤维细度单位，表示纤维的粗细程度。1dtex，即一万米纤维重量仅为1g。超细纤维是细度小于0.3dtex的纤维，这种纤维的直径约为3μm。

研发这种新型超细纤维分为两个阶段。首先，将成纤聚合物与基质聚合物一起纺丝，在成丝过程中产生机械稳定性；然后，机制化合物从这些所谓的双组分纤维中被化学分离，剩余物质便成为这类新型超微纤维的雏形。

首创工艺 引出新品

该方法不适用于生产传统的纤维素纤维，因为纤维素不具有易溶性，仅能在湿纺中进行纺丝。在此过程中，纤维素在离子性溶液中溶解并被挤出喷丝头，然后在凝固浴中将纤维素沉淀为固体纤维。而纤维的细度是由喷丝头中的孔径决定的。若采用激光钻孔喷丝头喷嘴，则能发挥其优势，即改变纤维的细度和形状。现有的钻孔技术，如微压、机械孔钻或火花熔蚀等技术均不具备这种微钻孔的能力。

激光钻孔工艺要求很高。激光束通过在IFSW专门开发的螺旋钻机器人沿着圆形路径移动，并在钻孔过程中以500转/s的速度下钻。与之同时，钻头角度需不断调整，以此实现高精度的钻孔，确保重复进行的能力和可变的钻孔几何形状。要钻出细微深孔是IFSW科学家面临的主要挑战，因为激光束需要穿透厚达4mm的不锈钢板，同时，又不能在孔壁上留下不规则图案，也不能在孔边缘留凸起和纹路，否则就会影响纤维丝品质。

在传统湿纺丝过程中，纺丝原液在高压下被挤压穿过喷丝头喷嘴。纤维素直接在喷丝头后面的凝固浴中凝结成纤维。而这类纤维的生成是依靠复杂的干湿法过程，它提供了更多的可能性。在该过程中，首先需将丝液挤压入喷嘴正后方的气隙中。接下来的牵伸过程将使纺丝溶液中的链分子对齐。挤压出的纤维丝随即进入凝固浴，并凝结成纤维丝。以此法获取的纤维素纤维比传统湿纺丝具有更高的强度。

激光钻孔的厚壁不锈钢喷嘴还能够承受高达200帕的高压。这一点可以实现在纺丝溶液中使用较高浓度的纤维素，使生产过程更加高效，纤维品质更高。

新型工艺 新型用途

纺纱通道的形状决定了纺纱处理过程。他们的目标是创建新型放入漏斗形喷嘴，即具有清晰轮廓的几何钻孔，可缩小到最终所需的直径。正是两家研究机构之间的技术交流，使这类研发有进步的可能。与ITCF合作，IFSW直接得到了所需的几何图形和准确性。

这一创新被看做具有远大前景的技术，原因是它使用了新材料新工艺。他们还首次使用了氮化硅研发的陶瓷喷丝头，这种喷丝头材料比不锈钢更硬，并且尽管壁厚度减小，但可承受更高的压力而不弯曲。钻孔过程也更易控制，因为陶瓷材质不存在因钻孔溶解而产生负面影响。此外，材料具有半透明性，监控人员可更准确观察生产过程。

通过与ITCF合作，他们不仅实现了喷丝头的优化，研发出通过干湿纺丝工艺生产的具有全新特性的新型纤维素纤维。德国化学家约翰娜·桑切斯博士认为，与传统湿纺生产工艺相比，干湿纺丝法能显著提升纤维的纺织力学性能。它不是传统意义上的翻新，而是一种在常规基础之上的新型研发技术。由于挤出的每根单纤维更细，却具有更大的横截面，这种新型超细纤维特别适合应用于卫生和医药领域。它具有更好的吸湿性和更柔软的手感，属于技术纺织工业最佳应用材料，如精细过滤器芯等。一方面因为它精细度高，另一方面又因牢固性超强，因而具有耐用性，适用范围更为广泛。

他们将继续合作，利用激光技术研发出更多几何形状的纤维喷嘴，让纤维拥有更多新的特性。这个由ITCF与IFSW共同开发的项目，还是跨学科交流的成功典范。毋庸置疑，合作帶来新品，这对纺织业界和消费者都大有裨益，成功不言而喻。

（据美国《纺织世界》http：//www.textileworld.com/textile-world/features/2017/02/little-holes-with-a-big-impact/近期资料）