一段時間以來，日本KURARAY公司的開發(fā)目標(biāo)之一是使用PET制作“輕量”織物。時至今日，通過使用相對較重的材料按照熔紡工藝生產(chǎn)類似于PET的輕量織物，已經(jīng)嘗試過多種方法：應(yīng)用特定的噴絲板形成中空截面，應(yīng)用特殊的噴絲板形成超過3個分支的多葉橫截面，兩種類型聚合物共軛形成皮芯結(jié)構(gòu)，然后去除芯層以形成中空結(jié)構(gòu)等，生產(chǎn)輕質(zhì)材料對長絲而言，上述方法結(jié)合下述方式被廣泛應(yīng)用：變形紗加工，通過假捻、假編變形法或者空變形工藝形成卷曲制備膨體紗，這種紗線中有許多空氣間隙；混合并加熱兩種或多種具有不同收縮率的紗線，以便在長絲中形成空氣間隙。 最近，在舒適性紡織品領(lǐng)域，輕質(zhì)織物尤其從節(jié)能角度來看，用于運(yùn)動織物以及汽車內(nèi)飾材料的需求呈上升趨勢。為了迎合這種需求，KURARAY公司開發(fā)出新型K-21輕量聚酯纖維材料，它具有多孔中空結(jié)構(gòu)和高的中空比。研制K-21時使用的是一種新型水溶性EXCEVAL。聚酯通過與EXCEVAL共軛熔紡技術(shù)，再用水溶去EXCEVAL，形成了多孔中空纖維。 新型輕量纖維的開發(fā)概念瞄準(zhǔn)輕量和高耐久中空結(jié)構(gòu)：它應(yīng)當(dāng)具有較大的中空度以達(dá)到0.85克/立方厘米的特定密度。對PET而言，這意味著其中空比要超過40%；它應(yīng)具有類似蜂窩狀的多孔中空結(jié)構(gòu)，從而使其不易被壓碎。另外，它還應(yīng)該是PET基以易于上染，變形加工和處理。 熔融紡絲工藝是制備中空纖維的最直接方式。但是無論對多孔還是高于30%中空比的要求，該法都存在一些難度。對于具有1~3孔的中空纖維常用此法，但是也存在弱點(diǎn)，經(jīng)過變形，加捻以及機(jī)、針織加工后，纖維側(cè)面應(yīng)力的作用，使最初形成的中空孔受到較大的破壞。為解決此問題，可以選擇海島復(fù)合，經(jīng)過變形、加捻以及機(jī)、針織加工后，特定體積的海島聚合物仍然保留下來。對K-21產(chǎn)品而言，PET為海、EXCEVAL為島，兩者間存在特定重量比。它可以進(jìn)行假捻或者其它的變形加工，并且如果其截面形狀發(fā)生變化，那么EXCEVAL島的形狀也發(fā)生變化但是并不會消失。通過加捻以及機(jī)、針織加工，K-21產(chǎn)生一定應(yīng)力，EXCEVAL島仍然保留下來，在最終染色加工時EXCEVAL才被溶解掉形成了最初設(shè)計(jì)的中空比的 特殊多孔結(jié)構(gòu)。 K-21是由于PET和EXCEVAL組成的海島狀結(jié)構(gòu)。EXCEVAL可以用于熔融紡絲工藝，但是它對于熱不穩(wěn)定且在熔融條件下形成凝膠狀。EXCEVAL熔點(diǎn)為210攝氏度，而PET的熔點(diǎn)為240~260攝氏度。研究初期，KURARAY公司認(rèn)為使用兩種熔點(diǎn)及熔體粘度完全不同的聚合物-其中之一為EXCEVAL，要建立一種穩(wěn)定的復(fù)合熔紡工藝難度較大。隨著紡絲裝備以及條件的逐步改善，特別是復(fù)合熔紡技術(shù)長期以來的不斷發(fā)展，工藝逐步建立起來。 海島結(jié)構(gòu)中EXCEVAL重量比，也就是最終階段的中空比，根據(jù)用途的不同可以設(shè)定為30%~70%不等，島的數(shù)量可以設(shè)定為1~600。蜂窩狀結(jié)構(gòu)，也就是說多孔中空結(jié)構(gòu)對于防止其后的印染、縫紉加工及消費(fèi)觸摸過程中的擠壓是非常有效的。 還有一個形成中空結(jié)構(gòu)的方法，即利用堿溶性樹脂。這種皮芯符合纖維是用上面提及的樹脂為芯，用PA6包覆，當(dāng)這種皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維采用堿溶液處理時，纖維內(nèi)部的樹脂通過PA6皮層溶解掉，由此形成中空孔?；蛟S是由于PET不發(fā)生溶脹，在聚酯皮層的情況下，每根長絲都必須有一通道以便溶解的芯層聚合物能夠通過其導(dǎo)向外表面。這些通道會隨著堿的減少而變成狹縫，并且所形成的中空孔很容易地從狹縫處壓碎。 K-21品種是第一個在沒有纖維表面通道的情況下，芯聚合物溶解后能貫通聚酯皮層的纖維。KURARAY公司只在以EXCEVAL為芯層的纖維中發(fā)現(xiàn)了這種獨(dú)特的現(xiàn)象。因?yàn)镋XCEVAL具有類似于PVA上漿劑的性能，因此EXCEVAL在染色前就已經(jīng)溶解并被去掉了。它在通常條件下就能容易地去除。EXCEVAL移去之后，K-21就變成了100%的聚酯纖維了。 K-21的性能 密度 在中空比40%的情況下，盡管是100%PET，K-21與PP相比仍然是具有較低的密度。K-21能夠浮在水面上。 優(yōu)缺點(diǎn) K-21有許多優(yōu)點(diǎn)，其中最主要的是其輕量結(jié)構(gòu)，由于其特殊結(jié)構(gòu)，也有一些缺點(diǎn)。 K-21的優(yōu)點(diǎn)：輕量，保暖，可以分散染色，變形性好，手感好，EXCEVAL可以生物降解；缺點(diǎn)：織物強(qiáng)力低，難染深色澤，易于原纖化及形成折痕。 EXCEVAL是一個新型的水溶性聚合物，它是在PVA以及EVAL中經(jīng)過初步濃縮而成的。它可以用作水相溶液或者溶性樹脂膜。目前有3種型號，其中EXCEVAL CP-4104級被應(yīng)用與熔融紡絲以制備K-21，其優(yōu)點(diǎn)及性能如下： EXCEVAL CP-4104的優(yōu)點(diǎn)，具有熱定型模塑性，可水溶，高生物降解性，缺點(diǎn)：密度1.26克/立方厘米，比熱1.68X1000J焦耳/公斤，熔點(diǎn)210攝氏度。 EXCEVAL具有水可溶性并可以熱定型。KERARAY公司已經(jīng)達(dá)到初步意圖：具有蜂窩狀的多孔中空聚酯纖維，在最終階段應(yīng)用PET與EXCEVAL具有較高繁榮生物降解性，EXCEVAL可以很容易地被微生物降解掉，因此，K-21不僅僅是輕量材料而且對環(huán)境友善。 K-21是應(yīng)用EXCEVAL開發(fā)出來的第一種功能材料，大批量生產(chǎn)開始于2001年9月份。K-21纖維比PP輕，因此可以浮于水面上。由于對空氣的密封性能使其有保濕性。K-21以聚酯為基礎(chǔ)，因此纖維易于處理。K-21纖維可以應(yīng)用于如下多種領(lǐng)域：用于人體舒適性；運(yùn)動裝，工裝，節(jié)省能源，汽車內(nèi)飾紡織品。目前，KURARAY公司正對應(yīng)用EXCEVAL所研發(fā)的第二種和第三種功能材料進(jìn)行研究。