機能性纖維與高性能纖維之原理及其應用產品介紹

 

刊登日期:2015/7/5
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「機能」(Function) 一詞源自日本,最早用來強調新素材產出的新機能,經常是先有相關纖維機能技術,再尋找新機能性的應用範圍。機能性涵蓋範圍極廣;包含抗起毛毬、富彈性、免熨燙、抗靜電、抗菌及消臭、吸溼排汗、抗紫外線、遠紅外線、抗電磁波、防蚊、維他命保溼、負離子等,產品包羅萬象。
 
圖一為機能性與功能性素材的應用範圍。較易判別的素材機能,往往是與消費者直接接觸的相關機能,應用領域包含人的本身以及人的生活環境,範圍包含舒適、健康、休閒、運動、安全、醫療、生理、防護等等。明顯有別於強調以高性能為目標的產業用紡織品。


圖一、機能性與高性能纖維的應用
 
從產品的演進不難觀察出,機能多源於纖維原料階段所賦予的特性,而非來自終端產品,且技術工程深度高。要創造材料的機能技術層面,大致可從三個方向著手:①素材本身的特性;②纖維外觀形狀;③纖維內部構造。人體對舒適性的要求不外乎科技創新感或類似天然素材手感。另外則是基於生理層面上的需求;如吸溼、吸水、高透溼、高防水性、吸溼快乾、保水、防水、蓄熱保溫、抗菌防臭等。
 
高性能紡織品多應用於各類產業上,例如各類補強用高強力纖維,多用於複合材料、混凝土中;其他特殊性能,包括耐熱及耐火纖維、醫療用纖維、絕緣纖維、吸附用纖維、導電纖維等,功能大多源於纖維使用之材質特性。
 
纖維市場與機能性纖維的製作原理 
根據2013年第十九屆中國國際化纖會議資料指出,全球纖維需求量呈現成長趨勢,除聚酯(Polyester; PET)纖維需求比例持續擴增外,各類纖維需求比例皆下降,聚酯纖維需求比例從1990年已佔全球纖維需求量的25%,推估至2020年將佔全球纖維需求量的60%,從2010~2020年的PET需求量來看,成長約65%;至於天然纖維棉的全球纖維需求量持續下降,從顛峰期的53%,至2013年下降至29%後,逐漸持平。其他種類纖維需求量則從22%逐年下降至15%,呈現小幅下滑的趨勢,顯示聚酯纖維已成為纖維市場的主流。
 
以聚酯纖維賦予的機能性為例, 聚酯纖維的機能性可從原料改質著手。另外一種賦予機能方式則是在聚酯粒紡絲時,添加能產生遠紅外線之陶瓷材料。至於其他可產生遠紅外線之材料,尚有活性碳、竹碳、椰碳、咖啡碳、可可碳等。
 
除了添加陶瓷材料外,也可添加相轉移材料(Phase Change Material; PCM)於黏液嫘縈(Viscose)和聚丙烯腈(Acrylic)纖維中,使布料具有吸熱及放熱之特殊功能,以獲得極佳的保暖效果。主要代表產品為Outlast®纖維。
 
高性能纖維的製作原理 
KynolTM Novoloid纖維 
KynolTM Novoloid纖維是一種酚醛樹脂纖維,是第一個具有三維交聯結構的纖維,以分子量為300~2,000(g/mol)的熱塑性線型聚酚醛樹脂(Novolac型)為原料,熔融紡絲後,在酸和甲醛存在下進行交聯反應而製得。具有下列優異性能:①化學性質穩定;②L.O.I.值約30~34;③高溫下不熔融,也不燃燒,即使碳化成玻璃狀結構也不收縮,碳化過程無可燃性氣體和有毒氣體產生;④隔熱性和電氣絕緣性;⑤良好的保濕性(6%);⑥質地柔軟,穿著與使用舒適,無僵硬感。當然也有產品應用上的缺點,例如纖維強度較低(1.3~1.8 g/den)、纖維染色性差、在陽光下易變色等。
 
Torcon®纖維 
聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide; PPS)纖維是日本Toray公司花了10年功夫,直到1998年才正式開發出的一種以聚硫化物高分子製成之纖維,商品命名為Torcon®,其結構中至少含有85%的硫鍵,直接結合在兩個芳香族環之中。Toray公司生產的Torcon®纖維……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。
 
作者: 張孝全、蕭凱仁、林榮呈、陳中屏/工研院材化所 
★本文節錄自「工業材料雜誌343期」,更多資料請見下方附檔。

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