第六节 其他类型粘胶纤维
一、粘胶强力纤维
1.粘胶强力纤维的生产工艺特点
（1）纤维素浆粕：采用α-纤维素含量高的浆粕，要求纤维素的平均聚合度高而相对分子质量分布均匀。
（2）粘胶制备工艺：碱纤维素必须进行较强的压榨，以降低游离碱的含量。碱纤维素的老成要缓慢而均匀，黄化时CS2用量比普通粘胶纤维稍多。要求纤维素黄原酸酯的酯化度较高，分布较均匀。
（3）粘胶变性剂：在粘胶中加入变性剂以延缓纤维素黄原酸酯的再生速度，同时加入表面活性剂，以提高可纺性并防止喷丝头堵塞。
（4）成形条件：凝固浴中ZnSO4的含量与普通粘胶纤维相比明显提高，H2SO4和Na2SO4的含量较低。粘胶细流在一浴中凝固，在二浴中分解并进行高度拉伸，以提高纤维的断裂强度。纺丝速度较低，并采用喷丝头负拉伸成形和多级后拉伸。由于粘胶黏度高，成形时粘胶先经预热并在管中成形。
（5）后处理：粘胶强力纤维的后处理不需漂白和脱硫，但需进行加捻，油剂品种的选择与普通粘胶纤维亦不同。
2.粘胶变性剂的作用机理
粘胶强力纤维在工艺上的最大特点是在粘胶中加入变性剂。粘胶变性剂一般可分为：含氮化合物、无氮化合物、乙氧基含氮化合物、乙氧基无氮化合物和其他化合物，较普遍采用的是胺类、脂肪胺聚氧乙烯醚和聚氧乙烯衍生物。
关于变性剂作用机理的说法较多，但一般认为，由于锌的作用使纤维素黄酸钠转化为较稳定的纤维素黄酸锌，变性剂的存在将影响这种转化的速率和转化量，变性剂与锌和副产物三硫代碳酸钠相互作用，结果在凝胶丝条的外表形成一层薄膜，这层薄膜延缓了反应离子从初生凝胶丝内部向外部酸浴或相反的方向扩散，结果使中和作用减慢，形成全皮层的结构。
3.粘胶强力纤维的生产设备特点
粘胶强力纤维在使用时对外观没有什么特殊要求，不需要漂白和脱硫，后处理工序大为简化。一般只需用热水洗去丝条上的凝固浴液及机械杂质，再经上油、烘干、初捻后即为成品，故粘胶强力纤维纺丝机一般为连续式纺丝机。
连续式粘胶强力纤维的纺丝机主要有：笼条转鼓式、纳尔生式、双面式强力丝纺丝机三种型式。
二、波里诺西克纤维——富强纤维
1.定义
波里诺西克纤维在我国称为富强纤维，在日本称为虎木棉，国际波里诺西克协会（AIP）规定凡符合下列指标的纤维才能称为波里诺西克纤维。
（1）未处理纤维润湿时，于0.44dN/tex负荷下延伸度在4%以下；在20℃、经质量分数为5%的NaOH溶液处理后，纤维润湿时，于0.44dN/tex负荷下延伸度在8%以下。
（2）用质量分数为5%的NaOH溶液处理后，纤维润湿时的断裂强度在1.76dN/tex以上。
（3）打结强度在0.40dN/tex以上。
（4）纤维素聚合度在450以上。
2.富强纤维的生产工艺特点
（1）原液制备特点：富强纤维在原液制备中要求保持较高的聚合度，并尽量保持天然纤维中的原纤结构。为此要求：
①采用聚合度在650以上、纯度较高的浆粕，取消老成工序，以获得高聚合度的粘胶。
②为使聚合度高的纤维素溶解良好，黄化时二硫化碳用量一般控制在45%～55%，黄原酸酯的酯化度在70以上，所得粘胶的熟成度较低（NH4Cl值较高），即粘胶较嫩。
③为尽量保持纤维素分子间的天然原纤结构，防止纤维素分子间羟基结合被破坏，粘胶中NaOH的含量要低，粘胶熟成时间尽量短。
④由于粘胶的落球黏度高达300s左右，故需采用快速脱泡装置，同时需要相应增加过滤面积。
（2）纺丝成形工艺特点：
①采用低酸、低盐、低速的纺丝工艺。因为凝固浴的酸浓度越低，纤维素黄原酸酯的分解速度越缓慢，容易促进纤维素分子的结晶化。同理，硫酸钠的浓度也不宜太高。少量的硫酸锌存在，可使丝束有较大的塑性，故可改善纺丝可纺性。若凝固浴的酸浓度过高，将生成微细结构，原纤结构遭到破坏，导致纤维的湿强度下降。浴温过高，会加快纤维素黄原酸酯的再生速度，使纤维脆弱。纺丝速度不能过高，否则容易形成胶块。
②采用较大的喷丝头负拉伸。由于成形缓慢，靠近喷丝头处的丝条经不起拉伸，故一般采用30%～40%的负拉伸。然后，采用多级拉伸，丝束经多级拉伸后，常呈碱性，在此条件下予以松弛，高度取向的分子略有回缩，可以改善纤维的弯曲性能。
3.富强纤维的结构与性能
富强纤维的横截面为圆形的全芯结构，有原纤结构，结晶度高。富强纤维的干、湿强度可与棉纤维媲美，大大高于普通粘胶短纤维；耐碱性能好，能够像棉纤维一样经受光处理；形态稳定，具有较高的弹性回复率和较低的水中溶胀度，耐穿、耐洗、耐褶皱。
三、高湿模量纤维
1.高湿模量纤维的生产工艺特点
粘胶短纤维的湿模量低，富强纤维克服了这一不足，但富强纤维的钩接强度较低，脆性较大，纺丝速度较低，生产效率低，工艺也比较复杂，生产成本高。为克服富强纤维的上述缺点，在参照粘胶强力纤维生产工艺特点的基础上，生产出另一类湿模量可与棉纤维相当、钩接强度优良的变化型高湿模量纤维，即高湿模量纤维（HWM）。
高湿模量纤维生产中所用粘胶是加入多种变性剂的高碱化粘胶，在高锌凝固浴内纺丝成形。
2.高湿模量纤维的结构与性能
高湿模量纤维的平均聚合度介于普通粘胶纤维与富强纤维之间，为450～550；横截面为圆形或近似圆形，属皮芯结构；成品纤维结晶度在41%左右，晶体长度80～95nm，晶区厚度10～70nm，纤维取向度70%～80%，羟基可及度约60%。
由于高湿模量纤维的结构特点，它的性能介于普通纤维和富强纤维之间。它的湿强度虽不如富强纤维，但钩接强度比富强纤维高，易于进行纺织加工。它同时还保持了粘胶纤维吸湿性好及易染色的优点。
四、改性及功能粘胶纤维
1.高吸水性粘胶纤维
高吸水性粘胶短纤维主要用于医疗卫生方面，如制作药棉、抹布、绷带、婴儿尿布、止血纱布等。它可以通过化学改性和物理改性的方法得到。
（1）化学改性：粘胶纤维大分子链本身具有大量的羟基，对水分子有很大的吸引力，只是受到大分子链的紧密度和堆积状态的限制。当对纤维素进行醚化处理，在纤维素分子链上引入醚键，尽管它与羟基的相互吸引力小，但是醚基使大分子链之间相互作用力减小，使大分子链堆砌密度下降，从而改善了纤维的吸水性。在分子链上接枝一些吸水性长链聚合物也是一种有效的方法，一般的接枝单体有丙烯酸、丙烯酰胺等吸水性物质。另外，共混纺丝法也是一种重要的方法，将纤维素与一种性质完全不同的聚合物混合进行纺丝，不容易产生结晶，结构疏松，水分子容易渗透进去。如果引入亲水性聚合物也可以和水分子产生作用，不但吸水量大，而且保水性好。如已实现工业化的高吸水性聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等混合纺丝得到的改性粘胶纤维，保水量约为170%。
（2）物理改性：即通过改变成形条件和不同的物理方法生产高吸水性粘胶纤维，主要是使纤维含有很大的内表面和外表面，如中空纤维、扁平纤维和充气纤维，它们的吸水性很好，保水量达到120%～300%。主要方法是通过特殊的喷丝头或在粘胶中添加碳酸钠、碳酸氢钠，丝条进入凝固浴后，碳酸钠或碳酸氢钠与酸发生反应，二氧化碳气体在刚形成的纤维内产生，使纤维产生空心结构，具有更大的表面，故它们的吸水性和保水性好。
2.阻燃粘胶纤维
阻燃粘胶纤维广泛用于交通工具和宾馆的装饰材料、特殊用途工作服以及儿童和老年人的被褥等。生产阻燃纤维素纤维可采用施加阻燃剂的方法，大致有以下三种。
（1）后处理法：在纺丝成形的初生纤维中施加阻燃剂，使纤维表面具有阻燃性能。此法操作简单，成本低，但洗涤时阻燃剂容易脱落，缺乏耐久性。
（2）化学反应法：将阻燃剂与纤维素纤维接枝共聚，阻燃剂与纤维素大分子链发生化学反应。此种方法可使阻燃剂长期、稳定地存在于纤维表面，阻燃效果耐久。此法工艺方便，生产成本低，但是，接枝反应会产生大量的均聚物，从而导致纤维各项力学性能明显下降。也可通过酯化、羟化等其他反应赋予纤维阻燃性能，如用烷基取代的磷酸二酰氯与粘胶纤维进行酯化反应，当含磷量占纤维的2%时，其阻燃性良好。
（3）共混法：在纺丝原液中加入阻燃剂进行纺丝，使纤维具有永久的阻燃功效，此法目前使用较多。因为在纺丝时，溶液凝固形成的纤维把阻燃剂包住，成纤后阻燃剂的残留率一般可达90%左右。此法在手感、耐洗涤性、耐光性、力学性能、皮肤接触毒性等方面均较优越。
但是，共混法对阻燃剂的要求较高。粘胶纤维用添加型阻燃剂，除一般要求外，还要求在溶液中的分散性好，稳定性好，耐酸、耐碱，凝固浴中流失量低，在纤维中渗入率较高（残留量高），对纺丝、凝固及成形没有不利的影响。因此，通常采用相对分子质量较高的疏水性线型含磷化合物为添加型阻燃剂。在粘胶中掺混溴、磷等卤素化合物后进行纺丝，可得到阻燃粘胶纤维。
3.中空粘胶纤维和充气中空粘胶纤维
纤维素中空纤维膜与人体的相容性好，生理安全，被广泛用作血浆分离膜、人工肾透析器。目前，生产纤维素中空纤维膜的方法有粘胶法、铜氨法和溶剂法。中空粘胶纤维是采用特殊喷丝头纺制的。在粘胶中添加一定的致孔剂使中空纤维壁上形成大量微孔进而形成中空纤维。目前，用铜氨法及新溶剂法纺制这类中空纤维较多，而用粘胶法纺制的较少。
充气中空粘胶纤维的纺制是在粘胶中加入碳酸钠或碳酸氢钠，它们在纺丝时受硫酸作用分解出大量的CO2气体而形成充气中空纤维，它的保暖性、吸湿性和蓬松性好，在民用纺织品等方面有广泛的用途。
4.导电粘胶纤维
导电纤维一般是指电阻率在108Ω·cm（20℃，45%相对湿度）以下的纤维，而普通粘胶纤维一般不能导电。导电粘胶纤维的制造方法有：
（1）在粘胶中添加能导电的炭黑或聚醚，然后纺丝得到导电粘胶纤维。
（2）将粘胶纤维进行碳化，得到导电粘胶碳纤维。
（3）将粘胶纤维进行改性，然后在粘胶纤维上镀金属，如离子喷镀、化学沉积和真空沉积等方法，从而得到导电粘胶纤维；还可以对粘胶纤维进行导电性处理，如在纤维表面聚合一种导电性高分子材料聚吡咯或聚苯胺，也可以把导电微粒黏附在纤维表面，从而得到能导电的复合纤维。
目前，导电纤维已应用于许多领域，如地毯、防爆无尘工作服、造纸用毛毯、通信电缆和屏蔽线等，特别是用于制作电磁波防护服。现代社会充满电磁波，如电脑、空调机、手机、遥控器等都会产生大量的电磁波，对人体造成较大伤害，所以在当前开发防电磁波织物具有广阔的应用前景。
5.蓄热保温纤维和调温纤维
20世纪80年代中期，日本尤尼吉卡公司与泰萨特公司合作，将太阳能集热装置中使用的碳化锆用于纤维，研制出可将太阳光中2μm以下的光线吸收并转换为热能的阳光蓄热保温纤维，用于制作运动衣和游泳衣。
调温纤维的制造方法有：
（1）介质溶解析出调温纤维：将CO2等溶解在溶剂中，填充到纤维中空部分，然后封闭中空，温度下降，液体固化，气体在其中溶解度下降，从而使纤维有效体积增大，纤维绝热性能提高。
（2）相变调温纤维：将带结晶水的无机盐或PEG充填到粘胶纤维的中空部分，如SrCl2·6H2O，无机盐结晶时放热升温，结晶熔融时吸热降温。该类纤维可以制作飞行服、消防服、运动服等。
6.抗菌防臭、消臭粘胶纤维
抗菌与消臭同属于卫生功能的范畴，但抗菌和消臭不同。抗菌用于日常生活是通过抑制织物上的细菌繁殖而达到防臭的目的；消臭则是消除环境中已经生成的臭气。用于纤维和织物抗菌防臭的抗菌剂有多种，主要有以下几类：一是金属及其盐类，如Ag、Cu、Zn、Cd、Zr等；二是有机季铵盐类，如聚氧乙烯三甲基氯化铵；三是芳香族卤素化合物，如2，4，4-三氯-2-羟基二苯醚；四是有机酚类和有机氮化合物，如吡啶、吡喹等化合物；五是天然物质，如氨基葡萄糖苷、壳聚糖等。这些抗菌剂的抗菌机理主要是：
（1）菌体蛋白变性或沉淀，高浓度的酚类和金属盐及醛类都属于这种抗菌机理。
（2）妨碍菌体代谢的某些环节，如通过氧化剂的氧化作用、金属盐类—SH基的结合破坏菌体的代谢。
（3）破坏菌体的细胞膜，如季铵化合物吸附于细菌表面，改变其细胞壁的通透性，使胞质内容物漏出而使细菌死亡。
（4）影响细菌代谢，使细菌坏死。
消臭纤维是利用消臭剂与恶臭产生物理化学反应，从而达到消臭效果。臭气的化学成分有硫化氢、甲基硫醇、醛类化合物、胺类和吲哚粪臭素等。这些臭气成分通过消臭剂的作用，能使恶臭物质氧化分解以及发生络合反应或硫化反应，从而消臭。消臭的方法一般有：感觉消臭法、化学消臭法、物理消臭法、生物消臭法等。
由于粘胶纤维生产过程中采用了大量的化学物质，如酸、碱等，目前抗菌防臭、消臭粘胶纤维的生产一般只能采用天然物质，如对氨基葡萄糖苷、壳聚糖等进行改性，得到抗菌防臭、消臭纤维。也可以采用共混的方法及对粘胶纤维织物和粘胶纤维进行后整理的方法，如添加活性炭的粘胶纤维可用于制作防护服、工业废气的吸附材料，同时具有消臭作用。
随着人们追求个性化、高级化、多样化生活意识的增强，普通粘胶纤维已经不能满足人们的生活需要。粘胶纤维经过改性及特殊加工，可以具有某些特殊的风格和功能，从而越来越多地进入人们的生活，同时也为粘胶纤维工业带来了较大的经济效益。可以相信，在粘胶纤维的改性研究方面，随着研究的不断深入，一定会有越来越多的粘胶纤维功能化新品种实现工业化并走向市场。