小孔微微，作用非凡

申燕紅

微孔鉆探，始于圓盤

新型超細纖維突破傳統觀念，為紡織工業帶來更多更廣泛的用途，因此近年來世界紡織業界掀起了一股研發熱潮，發達國家競相開發相關技術。德國斯圖加特大學激光技術研究所（IFSW）為迅速占領這一領域制高點，與鄧肯多夫紡織化學和化學纖維研究所（ITCF）聯合創辦一研發項目，即利用高能量、超短脈沖激光束技術研發新型超細纖維的制造方法。

他們在厚度約為4mm的不銹鋼圓盤上，用綠色激光束鉆孔。激光束持續進入金屬表面，產生大量細微孔洞。他們制作的噴絲孔徑僅為30μm～40μm，比頭發絲更細。噴絲頭用于生產超細纖維素纖維或超微細纖維。

超細纖維是由小于1dtex的聚合物制成。分特是纖維細度單位，表示纖維的粗細程度。1dtex，即一萬米纖維重量僅為1g。超細纖維是細度小于0.3dtex的纖維，這種纖維的直徑約為3μm。

研發這種新型超細纖維分為兩個階段。首先，將成纖聚合物與基質聚合物一起紡絲，在成絲過程中產生機械穩定性；然后，機制化合物從這些所謂的雙組分纖維中被化學分離，剩余物質便成為這類新型超微纖維的雛形。

首創工藝 引出新品

該方法不適用于生產傳統的纖維素纖維，因為纖維素不具有易溶性，僅能在濕紡中進行紡絲。在此過程中，纖維素在離子性溶液中溶解并被擠出噴絲頭，然后在凝固浴中將纖維素沉淀為固體纖維。而纖維的細度是由噴絲頭中的孔徑決定的。若采用激光鉆孔噴絲頭噴嘴，則能發揮其優勢，即改變纖維的細度和形狀。現有的鉆孔技術，如微壓、機械孔鉆或火花熔蝕等技術均不具備這種微鉆孔的能力。

激光鉆孔工藝要求很高。激光束通過在IFSW專門開發的螺旋鉆機器人沿著圓形路徑移動，并在鉆孔過程中以500轉/s的速度下鉆。與之同時，鉆頭角度需不斷調整，以此實現高精度的鉆孔，確保重復進行的能力和可變的鉆孔幾何形狀。要鉆出細微深孔是IFSW科學家面臨的主要挑戰，因為激光束需要穿透厚達4mm的不銹鋼板，同時，又不能在孔壁上留下不規則圖案，也不能在孔邊緣留凸起和紋路，否則就會影響纖維絲品質。

在傳統濕紡絲過程中，紡絲原液在高壓下被擠壓穿過噴絲頭噴嘴。纖維素直接在噴絲頭后面的凝固浴中凝結成纖維。而這類纖維的生成是依靠復雜的干濕法過程，它提供了更多的可能性。在該過程中，首先需將絲液擠壓入噴嘴正后方的氣隙中。接下來的牽伸過程將使紡絲溶液中的鏈分子對齊。擠壓出的纖維絲隨即進入凝固浴，并凝結成纖維絲。以此法獲取的纖維素纖維比傳統濕紡絲具有更高的強度。

激光鉆孔的厚壁不銹鋼噴嘴還能夠承受高達200帕的高壓。這一點可以實現在紡絲溶液中使用較高濃度的纖維素，使生產過程更加高效，纖維品質更高。

新型工藝 新型用途

紡紗通道的形狀決定了紡紗處理過程。他們的目標是創建新型放入漏斗形噴嘴，即具有清晰輪廓的幾何鉆孔，可縮小到最終所需的直徑。正是兩家研究機構之間的技術交流，使這類研發有進步的可能。與ITCF合作，IFSW直接得到了所需的幾何圖形和準確性。

這一創新被看做具有遠大前景的技術，原因是它使用了新材料新工藝。他們還首次使用了氮化硅研發的陶瓷噴絲頭，這種噴絲頭材料比不銹鋼更硬，并且盡管壁厚度減小，但可承受更高的壓力而不彎曲。鉆孔過程也更易控制，因為陶瓷材質不存在因鉆孔溶解而產生負面影響。此外，材料具有半透明性，監控人員可更準確觀察生產過程。

通過與ITCF合作，他們不僅實現了噴絲頭的優化，研發出通過干濕紡絲工藝生產的具有全新特性的新型纖維素纖維。德國化學家約翰娜·桑切斯博士認為，與傳統濕紡生產工藝相比，干濕紡絲法能顯著提升纖維的紡織力學性能。它不是傳統意義上的翻新，而是一種在常規基礎之上的新型研發技術。由于擠出的每根單纖維更細，卻具有更大的橫截面，這種新型超細纖維特別適合應用于衛生和醫藥領域。它具有更好的吸濕性和更柔軟的手感，屬于技術紡織工業最佳應用材料，如精細過濾器芯等。一方面因為它精細度高，另一方面又因牢固性超強，因而具有耐用性，適用范圍更為廣泛。

他們將繼續合作，利用激光技術研發出更多幾何形狀的纖維噴嘴，讓纖維擁有更多新的特性。這個由ITCF與IFSW共同開發的項目，還是跨學科交流的成功典范。毋庸置疑，合作帶來新品，這對紡織業界和消費者都大有裨益，成功不言而喻。

（據美國《紡織世界》http：//www.textileworld.com/textile-world/features/2017/02/little-holes-with-a-big-impact/近期資料）