一段時間以來，日本KURARAY公司的開發(fā)目標之一是使用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：應用特定的噴絲板形成中空截面，應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構，然后去除芯層以形成中空結構等，生產(chǎn)輕質材料對長絲而言，上述方法結合下述方式被廣泛應用：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，在舒適性紡織品領域，輕質織物尤其從節(jié)能角度來看，用于運動織物以及汽車內(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，它具有多孔中空結構和高的中空比。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，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)概念瞄準輕量和高耐久中空結構：它應當具有較大的中空度以達到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%；它應具有類似蜂窩狀的多孔中空結構，從而使其不易被壓碎。另外，它還應該是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，經(jīng)過變形，加捻以及機、針織加工后，纖維側面應力的作用，使最初形成的中空孔受到較大的破壞。為解決此問題，可以選擇海島復合，經(jīng)過變形、加捻以及機、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、針織加工，K-21產(chǎn)生一定應力，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計的中空比的 特殊多孔結構。 K-21是由于PET和EXCEVAL組成的海島狀結構。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熔點為210攝氏度，而PET的熔點為240~260攝氏度。研究初期，KURARAY公司認為使用兩種熔點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，特別是復合熔紡技術長期以來的不斷發(fā)展，工藝逐步建立起來。 海島結構中EXCEVAL重量比，也就是最終階段的中空比，根據(jù)用途的不同可以設定為30%~70%不等，島的數(shù)量可以設定為1~600。蜂窩狀結構，也就是說多孔中空結構對于防止其后的印染、縫紉加工及消費觸摸過程中的擠壓是非常有效的。 還有一個形成中空結構的方法，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，當這種皮芯結構復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。或許是由于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)了這種獨特的現(xiàn)象。因為EXCEVAL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 K-21有許多優(yōu)點，其中最主要的是其輕量結構，由于其特殊結構，也有一些缺點。 K-21的優(yōu)點：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：織物強力低，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級被應用與熔融紡絲以制備K-21，其優(yōu)點及性能如下： EXCEVAL CP-4104的優(yōu)點，具有熱定型模塑性，可水溶，高生物降解性，缺點：密度1.26克/立方厘米，比熱1.68X1000J焦耳/公斤，熔點210攝氏度。 EXCEVAL具有水可溶性并可以熱定型。KERARAY公司已經(jīng)達到初步意圖：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，因此纖維易于處理。K-21纖維可以應用于如下多種領域：用于人體舒適性；運動裝，工裝，節(jié)省能源，汽車內(nèi)飾紡織品。目前，KURARAY公司正對應用EXCEVAL所研發(fā)的第二種和第三種功能材料進行研究。