高性能多功能纤维

1. 功能纤维材料

研究人员可根据功能纤维的特性，将其分为四大类：

（1）物理功能。

包含。

①电气功能，主要有防静电、导电、电磁波屏蔽、光电和信息记忆等；

②热功能、耐高温、绝热、阻燃、热敏性、蓄热性、耐低温性；

③ 光学功能，如光电导性、光折变性、光干涉性、光耐候性、偏振性和光吸收性等；

④ 物理形态功能包括形状截面形状、超精细特征和表面微加工。

（2）化学作用。

具有光降解性、光交联性、消除臭味性和催化活性。

（3）物料分离功能。

例如分离功能有中空分离、微孔分离、超滤、微滤、纳滤和反渗透等；吸附与交换功能有离子交换、高吸水、选择性吸附等。

（4）生物适应功能。

保健功能包括保护、抗菌等、人工透析、生物吸收性和生物相容性。

1.1 功能纤维

在模拟仿生学及其技术的基础上开发了超真实纤维、高感知纤维和具有特殊功能（如抗静电、隔膜、保健、光、热、电等功能）的纤维。

主要有：

（1）Corterra纤维是PTT聚合物纤维，被称为“弹性纤维的未来”。它具有舒适、柔软、蓬松、易染色、色彩鲜艳、耐用等特点。主要用于厚重或衬衫面料、针织内衣等。

（2）聚酯纤维的疏水性比棉、羊毛好，能将人体的湿气吸到织物表面，再排出。美国杜邦公司生产的CoolMax产品，吸水性好，穿着舒适，厂家多用它制作军装、运动服。

（3）厂家在纺丝液中掺杂抗菌剂制成抗菌纤维，其中最好的是纳米级、含银沸石纤维，具有耐热、广谱、持久、安全可靠、不产生耐药性等特点，主要用于内衣、卫生材料、床上用品等。

（4）抗静电纤维，通过改性合成纤维或在聚合物中添加抗静电剂。另一种选择是使用具有抗静电性能的第三单体。制造商在纺织品中使用这些产品。它们包括地毯清洁、窗帘和医疗工作服。它们还能防止污垢和粘附。

（5）一些熔融的合成纤维、陶瓷粉末和远红外纤维可以促进血液循环。它们增加血液和氧气的供应，加速新陈代谢，改善身体机能。医疗和保健专业人士使用它。

（6）抗紫外线纤维，采用紫外线屏蔽剂经熔融纺丝制成的抗紫外线纤维，能阻挡92%以上的紫外线，还能屏蔽部分热辐射，用于制作夏季防晒衫、T恤衫、雨伞等。

1.2 环保纤维

主要有：

（1）天然彩色棉及羊毛、兔毛等。

（2）大麻纤维，包括亚麻、苎麻、黄麻等大麻纤维，是一种天然绿色纤维，具有抗菌、保健作用，抗紫外线、抗静电等功效。

（3）Tencel 纤维是一种真正的“环保”纤维。它由木浆制成。它是一种碳水化合物。它可生物降解，不会产生废物或副产品。它完全可回收利用。

（4）聚乳酸（PLA）纤维又称聚丙二醇。它是一种线性聚酯聚合物。我们使用玉米、大米、小麦、土豆粉和有机废物，发酵形成乳酸。然后我们将其聚合并纺丝。结果是织物具有弹性、吸湿性和透气性。它可以防热和防紫外线。废物自然降解为二氧化碳和水，是一种绿色环保纤维。它主要用于内衣、外衣、医用纺织品和工业材料。

 

（5）甲壳素纤维，由虾、蟹、昆虫的壳等纤维制成。具有良好的吸湿性、透气性和杀菌防臭性。主要用于医疗卫生行业。

（6）其他如牛奶纤维、大豆纤维、竹纤维、木纤维等。

1.3 智能纤维

智能纤维是一种新技术，它利用功能纤维材料，结合材料科学、微电子学和控制论等先进技术，还利用计算机科学、人工智能和神经网络等技术，使纺织品的纤维大分子链具有智能特性，智能纤维纺织系统集传感、驱动、处理等功能于一体，可以像生物材料一样自我感知、自我诊断、自我适应和自我修复。

主要有：

（1）光敏光纤。

它指的是光导致纤维颜色和导电性发生可逆变化。这些变化主要发生在光致变色、热致变色和光导纤维中。光导纤维的一个著名用途是光纤传感器。这是最先进的光纤传感器类型。光导纤维和衣服上的变色染料可以自动改变颜色。降落伞中的光纤传感器可以检测到其应力的变化。

（2）导电玻璃纤维。

用户不喜欢该重写。这次做出不同的选择。该材料用于隐形材料的研发。它包括 B-2 隐形轰炸机的表面。它使用导电玻璃纤维复合材料。

（3）形状记忆纤维。

目前最常见的研究应用是镍钛合金记忆纤维，英国的防护服就采用了镍钛合金，目的是为了避免高温烫伤。

（4）智能调温纤维。智能调温纤维中含有低温相变物质，在一定温度下吸收或释放热量，使纺织品能够智能地调节温度，是一种可以自我调节的新型材料。专家称，这是继防水透气面料之后最重要的舒适性纺织品。智能纤维是一种神奇的材料。

主要用于

①服装领域包括​​：智能航天服装，变色服装，蓄热调温服装，智能保健服装，智能军装，自清洁自修复服装，智能消防服装，音乐服装。

②装饰领域，光致变色纤维、热致变色纤维，用于室内装饰领域，如床罩、灯罩、浴罩，以及窗帘、壁纸等；

③新兴产业的兴起催生了智能纤维，它们具有奇特的特性。

④培育新产业。智能纤维的独特性能催生了新产业。新医疗用品、新传感器、能将机械能转化为机械能的新热机，还有新分离膜、人造肌肉等。

1.4 高性能纤维

该纤维有芳香族、碳素族和无机族，是超级纤维。而且具有高强度、高模量、耐高温等特点。是高性能纤维。一般指强度大于17.6cN/dtex，模量440cN/dtex以上的纤维。是化学纤维。而且具有独特的结构、性能和用途。还具有特殊的功能。例如耐腐蚀性强、耐磨性低、耐高温、阻燃、耐高压、高强度高模量、高弹性、高效过滤、各种医用功能等。工业、国防、航天、医药等用到该类纤维的量大。环保、先进科学技术等也大量使用。

主要有：

（1）耐腐蚀纤维。

即含氟纤维，如：PTFE、FEP、Kynar、Halar等。PTFE耐高低温（-200~260℃），短期使用温度可达300℃。

（2）耐高温纤维。

有聚间苯二甲酰亚胺纤维（Nomex），可在10℃下使用220年；聚酰亚胺、聚苯磺酰胺、聚酰胺酰亚胺（PAI）纤维可在280℃下长期使用；杂环聚合物有聚苯并咪唑（PBI）和聚苯亚甲基苯并恶唑（PBO）纤维，可在300-350℃下工作。PBO强度高、模量高，且具有阻燃性，其性能超过凯夫拉纤维，被人们誉为‘21世纪新兴纤维’。

（3）阻燃纤维。

主要有酚醛纤维、芳香族聚酰胺表面化学处理纤维、金属螯合纤维、聚丙烯腈预氧化纤维等等。

（4）高强度、高模量纤维。

有三种顶级高科技纤维：凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维和碳纤维。凯夫拉纤维是一种高强度、高模量、耐热的聚合物。超高分子量聚乙烯的分子量超过 1.5 万。超高分子量聚乙烯的强度是钢丝绳的 15 倍，是化学纤维中最强的。它“轻如纸，硬如钢”。芳香族聚酰胺共聚物纤维 (HM-50)、杂环聚酰胺纤维和碳纤维 (Carfonfiber)。工业界已用碳纤维生产出纤维素、聚丙烯腈和沥青纤维。此外，还有石墨纤维 (M40) 和碳化硅纤维。

（5）功能纤维。

中空纤维透光膜（B-9、B-10、PRISM等）、活性碳纤维（KF）、超细纤维垫、吸油纤维垫（Tafnel）、光纤、导电纤维等等。

（6）弹性纤维。

有聚酯型、聚醚型聚氨酯纤维（Spandex）、聚丙烯酸酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维（Fiber-L）等。

（7）芳纶纤维（芳香族聚酰胺纤维）。

它是一种特殊的纤维，具有高强度和高模量。它可以耐高温。它有很多优点。它超强、轻便、耐酸碱。它还具有绝缘和抗老化性能。它还可以持续很长时间。组织在国防、军事和复合材料中使用它。它用于防弹产品、建筑材料、防护服和电子产品。他们称它为“全能纤维”。

（8）蜘蛛丝是一种高性能天然纤维。

在显微镜下，它透明而坚硬，横截面呈圆形，抗拉强度高达97.9 cN/dtex，无可比拟，强度高，弹性好，初始模量高，性能优于蚕丝等纤维。

（9）无机纤维，主要是碳、氧化铝、碳化硅纤维。

此外，高强度玻璃......

1.5 阻燃纤维

我们知道，大多数纤维都是易燃的，我们可以通过阻燃技术使它们具有阻燃性，包括物理改性、化学改性和整理等。物理改性是阻燃剂不与纤维发生反应，只是分散在基材上，达到阻燃的目的，但需要大量添加才能发挥阻燃作用，对基材的性能影响很大，但价格低廉，适用性强，应用广泛。化学改性是反应性与纤维聚合物发生反应，形成纤维的结构单元或功能团。

化学改性稳定、低毒、对纤维性能影响小，且持久无损耗。具体方法可采用共聚、共混、接枝共聚、阻燃剂吸附、纤维表面卤化法及后处理改性等达到阻燃的目的。主要品种有阻燃聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、粘胶纤维等。也有附加功能的复合纤维，具有阻燃、抗静电、导电、吸湿等功能，还具有保健功能。如经阻燃剂改性的聚丙烯腈氧化纤维（PANOF），其氧指数（OI）为55～62，燃烧时不熔融或产生熔融滴落，在900℃的火焰中燃烧3分钟以上，直至碳化，且保持不变。还有本质阻燃纤维，它不燃，热稳定性高。主要有聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA）、聚间苯二甲酰对苯二胺纤维（MPIA）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯并咪唑（PBI）、聚对苯二甲酰苯双恶唑纤维（PBO）、石墨化碳纤维、酚醛树脂（Kynol）、聚四氟乙烯（PTFE）、三聚氰胺甲醛收缩纤维（MF）等。

1.6 其他功能纤维

1.6.1 膜分离功能纤维

根据作用机理可分为反渗透、超滤、微滤、透析、电渗析等膜。离子交换纤维、吸附树脂纤维、螯合树脂及纤维、氧化还原树脂及纤维、强吸收性纤维等。

研究人员可以根据膜的化学成分将其分为：

纤维素

乙烯基聚合物及其共聚物

聚酰胺

聚酯纤维

芳香杂环聚合物

聚砜

离子聚合物

无机物

复合膜表面活性剂。

主要应用领域为医疗保健、水净化和废水处理。此外，还可用于食品和生物制品、气体分离和石化产品。

1.6.2医疗保健功能纤维

纤维有很多种类型，包括：

高吸水纤维

医用缝合线

骨胶原纤维

壳聚糖纤维

放射性纤维

食用纤维

人造纤维

人造血管

医用及水果保鲜纤维

抗菌防臭纤维

防臭除臭纤维

芳香纤维

麻醉纤维

一些纤维可用于制造人造器官。它们包括：

人工肾血液透析器

人工肝透析膜

肝脏及腹水超滤装置

血液浓缩器

人工肺

混合型人工器官

人工胰腺

医用纤维复合材料主要有：

人工骨骼和关节

骨移植材料

人造心脏

医用粘合剂

1.6.3 离子交换和螯合纤维

离子交换螯合纤维（IEFandCLF）是指纤维状有机材料，具有交换离子、吸附物质、螯合配体等作用，还具有反应催化作用。

它主要用于：

极性气体分子的吸附和过滤。

净化工业废水、丰富微量元素。

制备高纯水。

湿法冶金和聚合物催化剂。

提取稀土元素和天然产物。

生物化工工程与医用纺织品。

1.6.4 高强度、高模量聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈纤维、活性碳纤维等。

高强高模聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈纤维主要用于绳索和电缆、防弹材料及复合材料的增强材料。

活性碳纤维（ACF）具有高表面积和多孔结构。它反应性很强。因此，它能吸附各种物质。它具有很强的吸附能力。

许多领域都使用ACF，例如：

净水

脱色

除臭

脱氯

溶剂回收

空气净化

许多工业部门都与之相关。

其他包括离子交换和螯合纤维、中空纤维和无机纤维​​。

2 功能纤维研究成果

功能纤维研究需求旺盛，包括超仿真、低温染色、吸湿快干、高熔点纤维等，是差别化功能纤维的重点品种。针对作战、特种防护、智能纺织品等特殊需求，阻燃纤维、导电纤维、抗菌纤维、高耐磨纤维等也是重要品种。目前最有前景的新型功能纤维及面料有8种。

① 能提供动力的服装。

南卡罗来纳大学的研发团队正在将棉质 T 恤开发成电源。它们可能是未来服装的超级高密度双层电容器。你可以为手机和笔记本电脑充电。它们具有稳定的高性能电容器。经过数千次充电循环后，它们的性能仍可达 95%。

②降温高吸水织物及服装。

英国超吸水纤维 (SAF) 制造商 TechnicalAbsorbents Ltd 展示了一种纤维。这种纤维可以让穿着厚夹克的人在极端高温下保持凉爽。它可减少热应激和疲劳，在多次洗涤后仍能提高舒适度和性能。制造商已将这种纤维制成服装，可在高温下使穿着者降温 6°C。目前，英国林肯郡消防局已将其用作消防服的衬里。

③防静电、耐磨服装及屏幕擦布。

日本TAYCA利用其吸收电磁波的导电纤维，开发出清洁布、手套、家电（触摸屏、显示器、保护板等）的外套和裙子等民生领域的应用。这种家电用导电纤维可以自由控制导电范围。其极薄的导电聚合物薄膜包裹着纤维。它保持了纤维原有的柔软度和风格。它还具有很强的耐磨性、耐热性和防潮性。此外，您还可以根据需要对其进行染色。

④能促进生物器官再生的织物。

德国德累斯顿工业大学研究了纺织机械和高性能材料。他们用超纯 100% 壳聚糖纺出了一种纺织片。这种材料来自水生几丁质甲壳类动物。它坚固耐用，质量上乘。外科医生已将这种壳聚糖纤维用于外科缝合线。研究人员还可以将其用于再生医学。

⑤固沙绿化纤维。

日本东丽公司与中国防沙治沙学会签署了一项协议，内容是利用聚乳酸（PLA）纤维“ェコヂィア”进行防沙治沙和绿化。他们将在北京郊区的100英亩沙地上测试该公司的PLA防沙移动材料。这种可降解纤维还可以减少二氧化碳排放。

⑥电加热无纺布：

Norafin 制作了一种导电无纺布。您可以将其用作加热元件或电极。

该产品优于以前的流体加热器。它重量轻、易于使用且经济实惠。以前的导电织物和碳纤维加热纺织品生产成本高。它们还容易断裂、短路，并且缺乏柔软度。

相比之下，这种导电纤维无纺布加热体垂感柔软，容易吸收树脂，与电源接触良好，可在低于48V的区域加热，加热速度快，加热效果均匀。

即可获得快速、均匀的效果。

⑦柔性电子器件。

北卡罗来纳州立大学的纺织工程师制作了一种导电纳米涂层。你可以将它涂在棉、无纺布和聚丙烯纺织品上。这样可以制作出轻质柔软的织物。它可以增强太阳能电池、传感器和微电子产品。

⑧耐热纳米纤维无纺布电池隔膜。

帝人技术株式会社开发了一种可大规模生产的无纺布。它采用芳族聚酰胺纳米纤维，直径为 100nm。该织物具有出色的耐热性和尺寸稳定性。它可以在 300 ℃ 下保持其形状。它还具有良好的抗氧化性。我们现在正在努力将其用作市场上锂离子电池隔膜的核心。这些隔膜应该使锂离子电池 (LIB) 更安全、更强大。它们用于电动汽车和储能。它们还应该提高它们的能量密度。与传统电池隔膜相比，它们还应该降低高容量和高能量密度下发生火灾和危险的风险。

3结论

功能纤维是新材料的关键，源于材料、信息、机械、生物等技术的突破，注重功能创新、强化、复合，具有轻量化、多功能化、智能化、超高性能、高性价比、低碳化、产业拉动性强、环保等特点，可以颠覆和革新传统产业，是新一代纤维材料。功能纤维是一种特殊材料，是工业和农业领域开发出来的。未来，我们将以聚合物分子为重点，研发功能性聚合物纤维，同时研究结构设计、复合材料、纳米技术等，最后整合新型成纤技术和工艺，同时加快产学研用合作，满足科技为王时代的需求，不断开发新产品，使纤维更加强大，扩大用途，推动纤维产业发展，注重先进纤维的发展，服务于国民经济、国防和高科技发展趋势。先进功能纤维市场规模超过50亿美元，年增长率超过20%，增长潜力巨大。

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