異形纖維最初由美國杜邦公司于50年代初推出三角形截面，繼而，德國又研制出五角形截面。60年代初，美國又研制出保暖性好的中空纖維。日本從60年代開始研制異形纖維。隨之，英國、意大利和前蘇聯(lián)等國家也相繼研制該類產(chǎn)品。由于異形纖維的制造以及紡織加工技術(shù)比較簡單，且投資少，見效快，因此發(fā)展也比較快。我國異形纖維的研制是在70年代中期。在噴絲板制造方面改進(jìn)了加工技術(shù)，提高了板的可紡性。在紡絲方面，已有了成熟、完整的工藝。在紡織產(chǎn)品方面主要是以仿各種天然纖維為主。

二、異形纖維的特點(diǎn)與性能

1、異形纖維的特點(diǎn)

⑴ 相同線密度的同類纖維，異形纖維截面直徑大于圓形纖維（見表1）。

⑵相同線密度的同類纖維，異形纖維的剛度也大于圓形纖維（見表1）。

表1異形纖維直徑與剛度

⑶ 異形纖維有較大的表面系數(shù)，而表面系數(shù)=纖維截面周邊長/纖維旦數(shù)（1旦=1.1dtex）。表面系數(shù)大，纖維間空隙率大，因而紗線織物的蓬松度高。

纖維異形化后，其表面積及實(shí)際占有空間將大大增加。這就給它的性能帶來了一系列的變化。衡量異形化程度的指標(biāo)，可用異形度及中空度表示。

異形度=（1－異形截面內(nèi)接圓半徑/異形截面外接圓半徑）×100

中空度=（纖維空腔面積/纖維截面積）×100

外形為正方形的纖維其異形度為16，等邊三角形為20.8。如需要纖維間呈毛細(xì)管效應(yīng)，以具有吸濕導(dǎo)濕性，則異形度必須大于60，中空度越大，保溫效果越好，但強(qiáng)度相對降低。異形度越大，噴絲板加工難度也越大，紡絲及后加工也較困難，最終產(chǎn)品成本也將加大。

2、異形纖維的性能

異形截面纖維具有特殊的光澤、膨松性、耐污性，并具有抗起球性，能改善纖維的回彈性和覆蓋性能。

2.1 抗折皺及抗抽絲性

    異形纖維的彈性模量比圓形截面要高，因此抗變形能力較強(qiáng)，抗折皺效果好。就像同等長度、重量的工字鋼要比圓鋼抗彎性好。

2.2 抗靜電及吸濕性

    纖維異形化后，其表面積和空隙增加，織物的回潮率增加，且截面越復(fù)雜，回潮率越高。如六葉形尼龍長絲回潮率可達(dá)5.2%，而圓形截面織物只有4.8%。由于異形纖維吸濕性增加，因而抗靜電效果有所改善。

2.3   抗起球性

由于一些合成纖維原料易起毛起球，其織物在使用過程中，一些纖維形成卷纏的小球附著在織物表面，降低了織物的使用價值。而異形纖維因抱合力大，小毛絲不易滑露出來，因此起球現(xiàn)象大大減少。抗起球性能與截面的異形度有關(guān)，異形度越大，抗起球性越好。如同樣的扁平合成纖維，在相同的線密度情況下，扁平度越大的抗起球性能也越好。

2.4   染色性能

    由于異形纖維的表面積增大，染色速率可獲提高。但是，它也使對光線的反射增大，因此從視覺效應(yīng)來說，在相同染料吸著量的情況下，得色顯得稍淺。所以要從外觀上得到同樣深度的染色物，在染異形纖維時必須比圓形截面纖維多用染料10%-20%。然而得色的鮮艷度以異形纖維的較高。

2.5   光澤效應(yīng)

纖維光澤與纖維截面形態(tài)有較大的關(guān)系，當(dāng)一束平行光照射于不同截面形態(tài)的纖維表面時，會發(fā)生不同的光澤效應(yīng)。例如，三角形截面，光照射在其上時，可在纖維內(nèi)部的棱邊上透射出去，這樣在產(chǎn)生全反射的棱邊處光澤就弱，而其他棱邊外的光澤就強(qiáng)。當(dāng)入射角改變時，產(chǎn)生全反射的棱邊也會改變，從而產(chǎn)生“閃光”效應(yīng)。另外，由于三角形的棱鏡作用，使光線射出來時產(chǎn)生色散效應(yīng)，給人以特殊感覺。因此異形纖維改變了圓形纖維的“極光”。特別是中空型的異形纖維，由于它的反射層相應(yīng)減薄，同時又存在內(nèi)反射。表層反射和內(nèi)反射的綜合，可加強(qiáng)反射光的強(qiáng)度，所以中空型的三角形纖維，它的光澤效應(yīng)更好。再如，在普通腈綸纖維、異形腈綸纖維和真絲織物的對比光澤度實(shí)驗(yàn)中，蠶絲的對比光澤度最大，異形腈綸纖維比圓形纖維的對比光澤度大，接近蠶絲的光澤。

2.6 抗污性

由于異形纖維對光的反射作用較強(qiáng)，透光率低，使污?？瓷先ポ^小，所以有感覺上的抗污性能。再加上表面積又比較大，制成織物后，反映在人們的視覺上，織物的覆蓋性能比較好，不容易被沾污。如下為四種滌綸纖維試樣，在截面為圓形和三角形時的覆蓋性能和被沾污性能（見表2）。

表2  不同截面滌綸纖維的覆蓋性能和被沾污性能

三：異形纖維截面形狀與品種

1、 異形纖維截面形狀

    由于使用異形噴絲孔板的不同，生產(chǎn)的異形纖維截面也不一樣，一般異形纖維截面形狀有三角形、扁平形、十字形、三葉形、多葉形、Y形、H形、矩形、菱形、五角形、六角形、中空及多中空形等等異形纖維。

2、 國際市場上部分異形纖維的品種

    其實(shí)，早在1953年美國杜邦公司首先提出用膨化粘著法紡制異形纖維的技術(shù)。隨后又提出了制造三角形截面纖維的技術(shù)；提出了四角截面絲的專利申請。經(jīng)過將近50周年的發(fā)展，異形纖維已成為國際市場上差別化纖維的重要銷售品種之一，更是諸多生產(chǎn)廠家對市場前景看好的產(chǎn)品之一，因此，國際市場上異形纖維的品種有很多，而表3為國際市場上部分聚酯類異形纖維的品種。

表3   國際市場上聚酯類異形纖維的品種

四：異形纖維的制法

1、 異形噴絲孔法

    紡絲液從噴絲板擠出的一剎那，是纖維截面成型的關(guān)鍵。因此，將噴絲孔按所要求的截面進(jìn)行加工，紡絲液從異形孔中噴出后，逐漸凝固成異形。將噴絲孔加工成與所要求的纖維截面形狀相似的紡絲方法。這也是最普通的使用的方法。

2、 膨化粘著法

    紡絲液被擠壓離開噴絲孔的瞬間，由于壓力突然降低，會發(fā)生膨化，而此時的紡絲液尚未凝固，因而相鄰部分就會粘接，纖維截面隨之改變。中空、多孔纖維常用此法加工。目前，這種方法也得到了國際異形纖維生產(chǎn)廠家的廣泛的應(yīng)用。

3、 復(fù)合纖維分離法

    將兩種或兩種以上的成纖高聚物制成可分離型復(fù)合纖維以后，在后加工過程中通過機(jī)械剝離各組分或者用溶劑溶掉某組分而獲得異形纖維的方法。

4、 軋制法

    類似冶金工業(yè)中的軋鋼。紡絲熔體經(jīng)噴絲孔擠出后，趁尚未完全固化時，用特殊熱輥擠壓成型。

5、 孔形（徑）變化法

    用兩塊重疊的噴絲板，每塊噴絲板上噴絲孔形狀各異，但中心線基本吻合。在紡絲過程中，2塊板相對移動或旋轉(zhuǎn)，因而紡出的纖維的截面和外形也相應(yīng)變化。

五：異形纖維的紡絲工藝

1、 異形纖維的紡絲

用溶體法生產(chǎn)異形纖維時，紡絲流體從噴絲孔擠出后，在空氣浴中冷卻、細(xì)化、成形。

1.1   紡絲液性質(zhì)對纖維異形度的影響

    異形截面與圓形截面相比，由于前者的比表面大，體系的能量較高，而表面張力具有使細(xì)流表面曲率平均化的傾向，表面張力越大成形后的纖維異形度越小。熔體的粘度對成形過程中的絲條截面形狀也有很大的影響，粘度越大對細(xì)流以及絲條偏離噴絲孔形狀的阻力越大，因此成形過程中使細(xì)流及絲條粘度增加的各種因素都可以使纖維的異形度增加。

    如表4所示，由于高分子量聚酯的熔體粘度高，盡管在較高的紡絲溫度下進(jìn)行紡絲，所得纖維的異形度仍很高。

表4   不同特性粘度聚酯對纖維異形度的影響

1.2 紡絲工藝條件對纖維異形度和性能的影響

1.2.1紡絲溫度的影響

紡絲溫度對纖維異形度的影響，如表5所示。從表中可以看出，纖維異形度隨紡絲溫度的升高而降低。這時由于雖然熔體松弛時間隨溫度的升高而下降，使熔體出噴絲孔后的膨化現(xiàn)象減小，另外熔體的表面張力亦隨溫度的升高而減小；但是紡絲溫度對熔體的粘度也有很大的影響，隨溫度的升高，熔體粘度迅速下降，這樣減小了擠出細(xì)流偏離噴絲孔形狀的阻力。通過實(shí)踐表明，溫度對后者的影響要大于前者，使纖維異形度隨溫度的升高而下降。

表5    紡絲溫度對纖維異形度的影響

另外，紡絲溫度的變化對卷繞絲的性能也有很大的影響，見表6所示。隨著熔體溫度的升高，熔體細(xì)流的凝固長度增加，軸向速度梯度減小，使卷繞絲的預(yù)取向度降低，表現(xiàn)為纖維的干熱收縮值減小，自然拉伸比增大。

1.2.2 熔體壓力的影響

熔體壓力對纖維異形度的影響，如表6所示。從表中可以看出，在相同的紡絲溫度下，隨熔體壓力的提高，纖維異形度降低。高壓低溫下紡絲可以得到與低壓高溫下紡絲相近的異形度。

表6   熔體壓力對纖維異形度的影響

1.2.3 噴絲頭預(yù)拉伸倍數(shù)的影響

⑴ 當(dāng)噴絲板的熔體噴出速度一定，改變紡絲速度時，噴絲頭預(yù)拉伸倍數(shù)雖然變化不大，但對纖維的剩余拉伸比影響較大，如表7所示。紡絲速度從1000m/min增加到2000m/min，噴絲頭預(yù)拉伸倍數(shù)由139倍增到278倍，剩余拉伸比由3.75倍降至2.5倍，而對纖維異形度影響不大。

表7  熔體噴出速度和紡絲速度對纖維異形度和后拉伸倍數(shù)的影響

    ⑵當(dāng)紡絲速度一定，改變?nèi)垠w噴出速度時，雖然噴絲頭預(yù)拉伸倍數(shù)變化很大，但對纖維的剩余拉伸比影響較小，如表7所示。熔體噴出速度由2.2m/min升至17.5m/min，噴絲頭預(yù)拉伸倍數(shù)由364倍降至46倍，纖維剩余拉伸比基本不變，而纖維異形度變化很大，由20%增至35%  。

    纖維的剩余拉伸比主要取決于纖維成形中形變區(qū)的軸向速度梯度。隨著紡速的增加，速度梯度增加，大分子的預(yù)取向度明顯增加，以致剩余拉伸比下降，這種形變對纖維的異形度影響不大。纖維異形度對成形中溫度的變化較為敏感，當(dāng)熔體噴出速度較快時，細(xì)流能加速進(jìn)入到纖維成形的低溫區(qū)，使絲條粘度迅速增加，松弛時間延長，這樣有利于纖維異形度的增加。而噴出速度的增加主要使成形中處于流動區(qū)的細(xì)流速度梯度減小，因此對纖維的剩余拉伸倍數(shù)影響不大。

1.2.4 冷卻條件的影響

    卷繞絲的異形度隨著熔體細(xì)流冷卻條件的加劇，如冷卻風(fēng)速的增加，風(fēng)溫的降低以及吹風(fēng)點(diǎn)距噴絲板距離的縮短而增大。

⑴冷卻位置的影響

    由表8可以看到，隨著吹風(fēng)點(diǎn)距噴絲板距離的縮短，纖維異形度增大。在吹風(fēng)裝置距噴絲板120mm以后，吹風(fēng)點(diǎn)位置的變化對纖維異形度的影響趨于緩和，而且異形度的不勻率有所增大。距噴絲板80mm時，異形度為60%左右，可紡性較好。

表8   環(huán)形吹風(fēng)位置對纖維異形度的影響

    采用低風(fēng)壓環(huán)形吹風(fēng)裝置進(jìn)行吹風(fēng)點(diǎn)高度試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，吹風(fēng)高度與噴絲板距離過分縮短時，如在70mm以內(nèi)，在風(fēng)速0.25~0.49m/s，風(fēng)溫28~40℃的范圍內(nèi)，不管怎樣變化冷卻條件，卷繞絲異形度都將減小。這是因?yàn)榇藭r在噴絲板與環(huán)形吹風(fēng)頂部之間形成了一個穩(wěn)定的高溫空氣介質(zhì)區(qū)域，使熔體的流動處于因表面張力所導(dǎo)致的截面形狀變化階段的時間延長，導(dǎo)致在此區(qū)域內(nèi)，隨著環(huán)形吹風(fēng)裝置距噴絲板距離的縮短，纖維異形度下降。另外，冷卻位置對卷繞絲的干熱收縮率、自然拉伸比也有很大的影響，見表9所示。

    在一定范圍內(nèi)，隨著環(huán)形吹風(fēng)裝置距噴絲板距離的縮短，熔體細(xì)流的凝固加快，凝固長度縮短，形變區(qū)的軸向速度梯度增大，纖維預(yù)取向度增加，宏觀表現(xiàn)為干熱收縮值增加（對卷繞絲的預(yù)取向度，還可以通過X-光衍射法、雙折射法以及聲速法等方法進(jìn)行測定，但是考慮到異形纖維不僅存在芯皮層差異，還存在纖維橫截面上不同部位預(yù)取向度的差異，因此采用熱機(jī)械曲線的測定能綜合地反映出卷繞絲預(yù)取向情況），自然拉伸比下降。當(dāng)然距離過分短時也會由于在噴絲板和環(huán)形吹風(fēng)之間出現(xiàn)穩(wěn)定的高溫區(qū)域，反而使纖維預(yù)取向度降低。

表9  熔體溫度和冷卻位置對卷繞絲性能的影響

注釋：卷繞絲在100℃停留15min的收縮值。

⑵冷卻風(fēng)速的影響

    由表10可以看出，隨著冷卻風(fēng)速的增加，纖維異形度增大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)冷卻氣流控制在0.3m/s，風(fēng)溫28℃時，纖維異形度可達(dá)55~60%，可紡性較好。

表10   環(huán)形吹風(fēng)風(fēng)速對纖維異形度的影響

注釋：本試驗(yàn)紡制的是3.3dtex三葉形聚酯短纖維。

    通過改變環(huán)形吹風(fēng)高度、紡絲溫度等，雖然可以控制纖維異形度，但受到的局限性較大，而且不如冷卻氣流流速的影響更加顯著。）

    采用熔體膨化粘著法紡制異形纖維時，對冷卻成形條件要求的更加嚴(yán)格。例如，紡制中空形和豆形纖維，可以采用幾個間距較小的同心圓弧形組成的噴絲孔和兩個圓孔組成的噴絲孔，熔體噴出后相互粘結(jié)形成中空絲和豆形絲。此時如果冷卻太快，也就是說冷卻風(fēng)速＞0.7m/s時，中空絲由于狹縫端口不相遇，形成開口絲；豆形絲因兩個圓孔碰不上而形成兩根圓形絲。如果冷卻太慢，也就是說冷卻風(fēng)速＜0.2m/s 時，則會使中空絲形成圓形截面而無中空；豆形將會成為扁平絲。

六：結(jié)束語

隨著人民生活水平的不斷提高，紡織行業(yè)對異形纖維的需求更加迫切，目前，國內(nèi)紡織用的異形纖維大部分都是依賴于進(jìn)口。對于未來，異形纖維因具有很多優(yōu)良特性和風(fēng)格，故其用途日漸廣泛，無論是在服裝與地毯方面，還是在非織造布方面，都有著非常廣泛的用途，甚至還涉及到了工業(yè)與衛(wèi)生等領(lǐng)域。