Coolplus纖維研究現狀及結構分析

嚴　瑛

(陜西工業職業技術學院，陜西咸陽 712000)

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Coolplus纖維研究現狀及結構分析

嚴瑛

(陜西工業職業技術學院，陜西咸陽 712000)

摘要：Coolplus是臺灣中興紡織有限公司研發的新型纖維，該文介紹了Coolplus纖維研究現狀、結構分析、物理機械性能測試及吸濕導汗機理研究。利用Coolplus纖維開發熱濕舒適性面料，既順應了紡織品功能性發展的趨勢，又可以提高產品的附加值。

關鍵詞：Coolplus纖維，吸濕排汗，結構分析，研究現狀

具有吸濕快、放濕快、蒸發快的功能性面料有著廣闊的發展前景。具有優異熱濕舒適性的紡織品是未來消費市場的一大趨勢。

Coolplus纖維是臺灣中興紡織公司研制開發的一種具有良好吸濕排汗功能的差別化聚酯纖維，中文名“酷帛絲”，其纖維呈“十”字形橫截面，縱向表面具有細微溝槽和孔洞，可將肌膚表層排出的濕氣與汗水經由芯吸、擴散、傳輸的作用，瞬間排出體外，使肌膚保持干爽與清涼。利用Coolplus纖維開發熱濕舒適性面料既順應了紡織品功能性發展的趨勢，又可以提高產品的附加值。

1吸濕排汗功能產品介紹

據資料報道，開發具有吸濕排汗功能的產品，通常采用物理改性、化學改性或者是兩者的結合，一般有以下一些方法[1]：(1)在聚合物原料合成時，采用共聚手段向成纖聚合物大分子中引入羧基、酰胺基、羥基、氨基等親水性基團；(2)在紡絲時，通過改變噴絲板孔型及紡絲工藝條件等方法制成異形纖維、中空微多孔纖維、超細纖維；(3)與親水性聚合物共混紡絲；(4)與吸濕性聚合物復合紡絲；(5)利用低溫等離子體表面處理技術對纖維表面進行改性處理，如表面刻蝕使纖維表面粗糙化、等離子體聚合使聚合物表面活化產生自由基并發生移植，從而使纖維表面改性。不僅增加滌綸等合成纖維及織物的表面吸濕性，也可使吸濕性高的棉織物表面產生排水效果；(6)將吸濕性物質固定于纖維表面，提高纖維的吸濕性；(7)運用生物酶分解等多種技術方法的組合來提高纖維及織物的吸濕排汗性等。

日本、美國和我國臺灣省先后投入巨資開發具有吸濕排汗功能的相關產品，其開發研究水平處于領先地位。近年來我國內地也有一些廠家在此方面進行了開發研究，并且取得了新的進展。

(1)美國杜邦公司用于生產Coolmax織物的四溝道(Tefra-channel)聚酯纖維，具有優良的芯吸能力，將疏水性合成纖維制成高導濕纖維，將高度出汗皮膚上的汗液用芯吸導到織物表面蒸發冷卻。實驗證明，在30min后濕度去除百分率：棉為52%，四溝道聚酯纖維為95%。這種纖維應用于運動服裝、軍用輕薄保暖內衣特別有效，不僅能保持皮膚干爽和舒適，而且具有優良的防寒保暖作用。

(2)泉州海天集團生產的Cooldry纖維，它將自然界的毛細管原理成功地引入到紡織品開發，能將肌膚表面的汗水和濕氣迅速吸收、傳輸至織物的表面并散發掉。同時，高異形度的纖維斷面結構及蓬松的紗線結構，使織物的透氣性大大增加，可以保持織物與肌膚間干爽的狀態，達到快速吸濕排汗、提高舒適性的目的，是運動、休閑、家居服飾的理想選擇。

(3)江蘇鹽城化纖集團有限公司開發出的167DT、334DTINY三異型涼爽纖維系列。該纖維以異截面、異纖度、異收縮的良好空間結構，使織成的面料透氣性好、導濕性強且能消除靜電和抗起毛起球。該纖維特別適合在制服面料中運用。

(4) 廣東順德金紡集團開發的導濕干爽型滌綸長絲Coolnice，通過改變纖維截面形狀使單纖之間的空隙增大，由于其比表面積的增大及毛細管效應使導濕性能大大提高，采用該纖維生產的織物導濕性能、水分擴散性能極佳，與棉等吸濕性好的纖維搭配，采用合理的組織結構，制成的服裝穿著干爽、清涼、舒適，適用于針織運動服裝、機織襯衫、男女夏季服裝面料、滌綸絲襪等。現已開發出系列長絲產品投放市場[1-2]。

(5)我國臺灣省中興紡織公司開發的具有良好吸濕排汗功能的新型纖維Coolplus。它是利用纖維表面的四條細微溝槽產生“毛細現象”將肌膚表面排出的濕氣與汗水經芯吸、擴散、傳輸，使水滴通過織物瞬間排出體外蒸發，讓肌膚充分感受干爽和清涼。其濕氣擴散能力較棉高12%～74%，干燥效率較棉高11%～47%。

類似的吸濕排汗纖維還有遠紡的Topcool、豪杰的Technofine、中國石化儀征化纖股份有限公司成功開發的Coolbst纖維等等。

2Coolplus纖維的研究現狀

Coolplus纖維是普通聚酯纖維經過必要的改性而制成的，由臺灣中興紡織有限公司開發生產。由于其優良的吸濕排汗性能，自問世以來，被國內外的一些廠家紛紛采用，廣泛應用于針織內衣、T恤衫、襯衫、運動服等領域中。現廣泛地被美、歐、日等名牌運動服飾所采用，并受到消費者的喜愛。

目前，相繼出現了Coolplus系列產品，有CoolplusII(吸濕排汗抗起毛球纖維)、Coolplus Skintect(吸濕排汗抗紫外線纖維)、Coolplus Freshplus(吸濕排汗抗菌防臭纖維)、Coolplus Whiteplus(吸濕排汗超白纖維)、Coolplus Micro(吸濕排汗細旦纖維)、Coolplus CD(吸濕排汗變色調纖維)、Coolplus Black(吸濕排汗纖維)以及Coolplus XO(吸濕排汗異型異纖度纖維)等等，這些都是在Coolplus纖維吸濕導汗性能的基礎上又增加了其它一些優良的性能。

山東紡織科學研究院、山東濱州華潤紡織有限公司以及青島的幾家公司在Coolplus纖維的加工工藝方面、Coolplus針織紗線開發方面、Coolplus纖維吸濕速干性能及產品開發方面做了不同程度的研究；山東真情集團對Coolplus棉織物染色工藝進行了探討。

Coolplus纖維吸濕導汗機理研究：Coolplus纖維截面呈“十”字形，使纖維表面有四條溝槽，這樣纖維束之間的毛細管數量就相應地增加了，毛細效應也比較明顯；同時纖維的表面積增加，使液態水的傳導面積和蒸發面積增大，有利于水汽(氣)的傳輸，如圖1所示；再加上纖維表面有許多微孔，這就更加有利于汗液的傳導與蒸發。正是由于Coolplus纖維結構上的這些特點，使得其具有優良的吸濕排汗性能[3]。

圖1　Coolplus纖維導濕快干示意圖

3Coolplus纖維性能測試

Coolplus纖維是一種具有良好吸濕排汗功能的新型聚酯纖維，它可以純紡，也可與棉、毛、絲、麻及各類化纖混紡或交織；可梭織也可針織。Coolplus纖維，它采用了全新的纖維截面形狀設計，將毛細管原理成功地運用到紡織品表面結構中，使纖維能夠快速吸水、擴散和揮發，從而保持人體皮膚的干爽。同時，由于聚酯纖維具有較高的濕屈服模量，在濕潤狀態時也不會像海綿纖維那樣倒伏，所以始終能夠保持織物與皮膚間的微氣候狀態，達到提高舒適性的目的[4]。

紡織纖維的結構、性能等是紡織工藝理論分析、設備設計和紡織工藝設計的理論基礎，紡紗、織造、針織等工藝參數設計、紡織機器設備的工藝參數設計、適用的紡織產品的結構設計和原料選配等，都需要以纖維性能為基礎。纖維的結構性能與紡紗工藝、織造工藝、染整工藝及紡織產品的質量和實用性能關系密切，全面了解纖維的物理化學性能，對于優化紡、織、染各道工序的工藝設計以及新產品的開發都具有重大的現實意義。

3.1Coolplus纖維物理機械性能測試與分析

在進行纖維性能研究時，首先應該對其物理機械性能進行測試與分析。所測試的Coolplus纖維的物理機械性能指標如表1所示。

表1　Coolplus纖維物理機械性能

我們將所測試的Coolplus纖維的物理機械性能與其他一些纖維的性能進行了對比分析，具體比較結果見表2。

表2　Coolplus纖維與其它纖維性能對比

續表2

性能Coolplus滌綸棉大豆干態斷裂伸長率/%32.1625～303～1015～21濕態斷裂強度/cN·tex-134.254～5826～4839～52濕態斷裂伸長率/%36.3125～3012～1416～24摩擦系數0.19—0.220.235相對密度/g·cm-31.381.381.541.27回潮率/%0.490.4～0.57.67.45質量比電阻/Ω·g·cm-23.40×1071013～1014105～1071.995×109

從表1、表2我們可以得到以下一些結論：

(1)Coolplus纖維長度為38mm，屬于棉型化學短纖維。

(2)一般情況下，纖維的回潮率越大，大分子之間結合力越弱，結晶區越松散，則纖維的強度降低、伸長率增大。在Coolplus纖維強力的實際測試中，我們發現，它的干、濕態斷裂強度基本相同，均低于普通滌綸，干、濕態斷裂伸長率均高于滌綸，這說明Coolplus纖維經過滌綸改性之后，其吸濕能力得到了改善，但是在回潮率的測試中發現Coolplus纖維的回潮率并沒有增加很多，只是位于普通滌綸回潮率范圍的上限，這可能與實驗過程中的操作誤差等有關。

(3)Coolplus纖維之間的摩擦系數較小，這與它的截面形狀有關，“十”字截面使纖維表面呈四個凸肋，這樣纖維之間的接觸面積就減小了，摩擦系數相對來說減小，纖維的卷曲數較大，這與普通滌綸相比較提高了纖維的可紡性，增加了纖維之間的抱和力。普通滌綸纖維表面平整，抱和性能很差，短纖維在生產時都經過卷曲工序，以增加纖維的抱和性。

(4)Coolplus纖維的比電阻較小，這說明其抗靜電性能較好。普通滌綸比電阻較大，容易產生和積聚靜電，而且易吸附灰塵，Coolplus纖維大大改善了滌綸的靜電性能[5]。

3.2Coolplus纖維結構分析

Coolplus纖維是一種改性聚酯纖維，只有我們全方位地了解了它的各方面的性能，才能更好的將它應用于實踐當中去。

對纖維的結構分析，就是要根據各種纖維的外觀形態特征和內在性質的差異，從物理方法和化學方法兩個方面進行。物理方法有：熔點法、熱分析法、顯微鏡觀察法、折射率法、紅外分光光度法等?；瘜W方法有：燃燒法、熱失重分析法、溶解法、著色法等。本文對Coolplus纖維的結構進行分析時，采用物理方法——顯微鏡分析法和紅外光譜法對纖維的形態結構和纖維內部分子結構進行分析。

3.2.1顯微鏡分析

利用光學顯微技術分析纖維結構是最普遍采用的方法之一，可用來觀察纖維的縱向表面形態和橫截面特征，這也可以用來作為鑒別纖維的依據。這種方法還可用來確定織物是純紡還是混紡，以及混紡織物是由哪幾種纖維構成。

顯微鏡分析試驗參照《FZ/T01057.3-1999紡織纖維鑒別試驗方法 顯微鏡觀察法》執行。用DMB5型數碼顯微鏡對Coolplus纖維進行橫、縱向的觀察，得到Coolplus纖維的橫截面與縱向形態如圖2、圖3所示。

圖2　Coolplus纖維橫截面結構

圖3　Coolplus纖維縱向形態結構

Coolplus纖維截面呈“十”字形，表面有細微溝槽，由于在纖維中增加了特殊的聚合體，經NaOH精煉，聚合體溶解，在纖維表面形成許多細微孔洞，這些細微溝槽與孔洞可將肌膚表層排出的濕氣與汗水經由芯吸、擴散、傳輸的作用，瞬間排出體外，使肌膚保持干爽與清涼。

由于是“十”字形截面，故其抗彎性能優于其他圓形截面纖維，因而增加了纖維間的抱合力，使織物蓬松、透氣性好，且光澤柔和，消除了圓形截面纖維織物的蠟狀感，手感舒適；“十”字形截面因有四個凸肋，與皮膚的接觸面比圓形減少1/2，從而減少了濕感，增加了涼爽感，穿著更加舒適；Coolplus纖維吸水性較其他纖維高，因其纖維表面的縱向溝槽和無數微孔通過毛細管作用吸收汗液，汗液吸收的速度和擴散的速度比棉快，相對來說使皮膚表面保持干爽，使人感覺涼爽、清新又不寒冷[6]。

這種纖維生產時，除了利用異形孔噴絲板直接紡絲或改變纖維紡絲工藝條件外，微孔結構的形成是向普通聚酯中添加成孔改性劑，使它均勻分布在聚合物中，經熔融紡絲后，在整理階段再用堿將其溶解出來，纖維上就留下了許多微孔。由于微孔結構很小，我們所使用的顯微鏡不能清楚地看到纖維表面的微坑。

3.2.2紅外光譜分析

我們主要是通過紅外光譜圖來分析Coolplus纖維的化學組成成分。

在可見光一端波長大于760μm的光稱為紅外光。當用連續波長的紅外光照射物質時，此物質的分子就會選擇性吸收一定波長的紅外光，被吸收的光能量變成分子的振動能和轉動能。如果將透視過物質的光用色散元件進行色散，并連續記錄不同波長的透光率，就可以得到一張紅外吸收光譜圖。

紅外光譜圖表示的是某物質吸收紅外光的強弱同紅外光波長或波數間的關系?？v坐標表示對紅外光的吸收強度，以透光率表示，而橫坐標則表示入射紅外光的波長或波數。根據試樣的紅外吸收光譜進行定性和定量的分析的方法，稱為紅外分光光度法(或稱紅外吸收光譜法)。

利用紅外光譜法分析物質的化學組成，主要是根據吸收光譜中吸收峰的位置和形狀來推斷未知物的結構，并按照特征吸收峰的強度來測定混合物中各組分的含量。它還可以用于研究聚合機理，進行聚合物和單體混合物的分析，高聚物結晶度、支化度的測定等。因此，紅外光譜法在紡織上是一種極重要的測試技術。

使用此方法對纖維進行結構分析時一般有兩種制片方法，分別是溴化鉀法和薄膜法，溴化鉀制片方法主要用于纖維素纖維、蛋白質纖維及難溶的合成纖維，薄膜法則主要用于錦綸、聚氯乙烯纖維、二醋脂纖維、三醋脂纖維。根據纖維的不用選用不同的制片方法，由于Coolplus纖維屬于合成纖維，所以選用溴化鉀制片法。

紅外光譜分析試驗方法參照《FZ/T01057.8-1999紡織纖維鑒別試驗方法 紅外吸收光譜鑒別方法》執行，用美國NICOLET公司生產的型號為AVATAR 360 FT-IR的紅外線光譜儀(波數范圍4000cm-1～400cm-1)做了Coolplus纖維的紅外波譜圖，如圖4所示。

圖4　Coolplus纖維紅外光譜圖

從Coolplus纖維的紅外光譜圖可知Coolplus纖維分子內化合物的特征吸收峰為：3432.91cm-1、2923.99cm-1、1711.05cm-1、1500cm-1、1600cm-1、1412.31cm-1、1087.53cm-1、800cm-1、725.38cm-1。

在3432.91cm-1處是O-H鍵伸縮振動吸收峰，2923.99cm-1處是飽和C-H鍵伸縮振動吸收峰，1711.05cm-1處是C=O鍵吸收峰，1500cm-1、1600cm-1兩處為苯環骨架振動吸收峰，1412.31cm-1處是CH2基剪式振動，1087.53cm-1處是C-O-C鍵伸縮振動，800cm-1左右吸收帶處判斷苯環為對位取代苯環，725.83cm-1處CH2彎曲振動，并判斷亞甲基數少于4個。綜上所述，Coolplus纖維分子結構的化合物組成符合聚酯纖維(聚對苯二甲酸乙二酯)的化學組成，因此可以確定纖維進行的只是物理改性而沒有引入新的官能團[7]。

滌綸的主要吸收譜帶為：3040cm-1、2358cm-1、2208cm-1、2079cm-1、1957cm-1、1724cm-1、1242cm-1、1124cm-1、1090cm-1、870cm-1、725cm-1。其中滌綸的酯基的特征譜帶是1724cm-1，由此可推斷出Coolplus纖維酯基的特征譜帶為1711.05cm-1。

參考文獻

[1] 龍英妮.消費新走向：干爽舒適面料[J].紡織導報，2003(1)：9-11.

[2] 葛明橋，呂仕元，等.紡織科技前沿[M].北京：中國紡織出版社，2004：3-14.

[3] 張會青. CoolplusⅡ纖維性能及其織物干爽舒適性分析[J].中國纖檢，2003(11)：23-24.

[4] 周衛東.新型吸濕排汗纖維的開發與應用[J].合成纖維工業，2002(6)：37-39.

[5] 姚海偉. Coolplus纖維織物吸濕性能測試研究[J].成都紡織高等?？茖W校學報，2015(3)：101-104.

[6] 姚穆，施楣梧.織物濕傳導理論與實際的研究[J].西北紡織工學院學報，1990(2)：57-59.

[7] 劉茜.吸濕排汗纖維的開發及應用[J].廣西紡織科技，2003，32(3)：38-41.

The Research Status and Structure Analysis of Coolplus Fiber

YAN Ying

(Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，Shaanxi，China)

Abstract：Coolplus fiber is a new fiber developed by Taiwan Zhongxing textile company limited. The research status，structure analysis，physical and mechanical properties of Coolplus fiber and the mechanism of moisture absorption and sweat were introduced in this paper. Applying Coolplus fiber to develop heat-moisture comfortable fabrics not only conforms to the need of functional textile products but also increases textile products’ additional value.

Key words：Coolplus fiber，moisture absorption，structure analysis，research status

中圖分類號：TS 101.92