异机能面多层织物的发展与应用

-1-異機能面多層織物的發展與應用AnAppliedTechnologyandDevelopmentofMultilayerFabricofDifferentFunctions紡織產業綜合研究所雲林分部林于棟林峰標蔡弼丞吳世昌李美惠前言研究探討有關於多層織物的各種應用面的出發點，始於多層塗佈貼合加工技術應用於能源電池中，因要做多層次的塗佈作，所以轉個角度，在紡織產業綜合研究所的基本素材“紡織品“上有什麼東西可以去模擬，或是此技術除了太陽能電池外，對於智慧型的終製品能有那些啟發，於是最優先想到的就是，利用多層織物，多層織物本身有好幾層的組織，所以才叫作多層織物，而織物本身有足夠的空間，而且一片多層織物，其各層間都有著相當多的未來性，以最簡單的例子，多層織物我選擇孔洞很大，而一面用較粗單尼數的纖維做外層，最內層以細丹尼數梢密的經緯向條數，中間有彈性層保持中段支撐度，這些功能可以作什麼呢？想一想，真的很多產品因應而生，甚至有取代某些現有產品的可能性。異機能面多層織物之應用技術經濟部工業局九十八年度紡織領域專案計畫共有八大計畫：1.產業用紡織品產值倍增計畫2.高質化紡織產業開發與輔導計畫-2-3.紡織聚落產業產值成長計畫4.高質化時尚設計產業推動計畫5.高質化鞋品袋包箱開發輔導計畫6.高質化運動休閒產業開發輔導計畫7.運動休閒科技化服務業創新實驗計畫8.紡織相關產業技術與設計人才培訓計畫上述第二項“高質化紡織產業開發與輔導計畫”又分成三大主軸(創新與科技高質化紡織產業開發與輔導、服務與傳承高質化紡織產業開發與輔導、人文與生活高質化紡織品開發與輔導)，其中“服務與傳承高質化紡織產業開發與輔導”有兩個體系，“異機能面多層織物研發”就是其中的體系之一。-3-什麼是“異機能面多層織物”？依字面上解釋，異機能面（DifferentFunctions）就是讓物體具有相異性機能的表面，單看字面上的字義就能了解，而“多層織物”就有兩種以上不同的解釋，第一（Mulitiplecloth），這個名詞的解釋是一種或多種織物利用貼合或各式各樣的加工方式架構成一組很多層次的複合體織物，例如鞋墊，利用上層針織緯編織物或經編織物（佳積布、天鵝絨、PK布、萊克布…等），貼上一層發泡材（EVA、SBR、Nuprene、…等）如左圖示。因發泡材本身雖具有彈性度佳的特性，但以微觀而言，絕大部份的發泡材本身透氣度並不理想，甚至可以說是不透氣材質，不管做在什麼產品，只要與人體有所接觸，務必要有另一層介質相隔，而透氣性之改善往往使用兩種方式，一種是沖孔，也就是在發泡材質上用沖床沖出氣體受到壓迫時能達到排出或吸入之最理想化的孔徑（如下圖左）。而另一種讓發泡材面布發泡材-4-透氣的方法就是壓出立體紋路凸點（如下圖右），以ASTMD737來測試其透氣程度皆很難超過5%(39cm3/cm2/SEC)，嚴格來說對於長時間運動、流汗、處於潮溼環境來說，這些加工方式都是有很大的改善空間。在此我們可以先來探究一下密閉的足部空間之所以產生惡臭的原因：1.黴菌：腳臭的發生在於黴菌的滋長，此類黴菌在溫潤及悶熱的環境下，就不斷地滋長，滋長的速度越快，惡臭的現象就越嚴重。2.汗酸中NH4﹢的存在：NH4﹢在密閉或悶熱的狀況下，在極為短暫的時間內就會產生惡臭。3.鞋墊材質的影響：材質的物理構造是決定發生腳臭與否的重要因素，同時材質的化學構造亦不能忽視，如橡膠製品的鞋墊發生腳臭的機會必大於EVA材質的鞋墊。4.鞋子面料的影響：合成皮發生腳臭的機率大於真皮料，這是由於合成皮透氣(呼吸)性差之故。沖孔立體壓紋-5-5.不正確的使用鞋墊：鞋墊如同衣服一樣，必須在一定的期限內以清水洗滌或以日光消毒，否則就會有徽菌的滋長而發生腳臭。6.汗酸中的乳酸物(Lactateinhumcin’ssweat)由上面幾個原因可以協助我們更容易地明白腳臭發生的原因。也就是說透氣性、通風性絕對是避免惡臭或消除惡臭主要解決方法的思考方向。所以在工業局九十八年度高質化的計畫案中“異機能面多層織物體系”因應而推出多層織物（MultilayerFabric），依字面翻譯，這是一種織物，而於織造的過程中織出多層次的組織而複合成為一種織物，現今使用最為廣範的莫屬鞋材所使用的所謂“三明治網布”（AirMesh）或名三層針織網布(SpacerFabrics)，如圖，現今較為普遍的三明治網布除了用在鞋面用布外，椅背、背包後墊或胸罩也都有看見這種織物應用於其中，只是目前市售產品中，尚無附予機能性功能，其原因有幾項。第一，因為三層針織網布的網孔很大，在作表面處理時面感較差，印花時較細微處不易處理。底層面層MultilayerFabricMultilayerFabric-6-第二，第二，其中層Mono紗孔隙大，膠體、樹脂或助劑容易滯流在裡面，使得織物中層塞孔或滲膠。第三，第三，在底層用紗偏向於工業用紗，普遍使用75或150丹尼爾PET或70~210丹尼爾尼龍纖維，密度也較為粗糙（當然組織可以做修改），與人體直接接觸的話，是嫌手感太粗，所以除了圓編罩杯專用三明治外，其餘的三層針織網布幾乎沒有為直接接觸人體表面做設計。所以多層織物加入異面機能性的加工，是值得思考應用的有趣織物。終製產品分析多層織物中三層針織網布是一個高透氣性的織物，以ASTMD737來測試其透氣程度，大約介於40%~85%(314~667cm3/cm2/SEC)，以紡織品三大產品主軸：衣著用布、家飾用布及產業用布，其實只要是強調高透氣度需求者，多層織物幾乎都能派上用場，例如：女用內衣罩杯、沙發或汽車椅墊、鞋面鞋墊、護腕、護膝、護肘、護踝、三角巾…等都可以，目前除了護具用品外，幾乎都已經有廠商生產相關產品。多層織物衣著用布家飾用布產業用布-7-而以多層織物的優異透氣性來進行量產終製品有那些改進的空間呢？首先第一考量的就是成本，第二是其強度（撕裂強度或斷裂強度），第三就是容易加工（織造、染整、塗佈、貼合、裁剪…等），第四是美觀，第五是所謂機能性。機能性的附加在探討“紡織品機能性加工技術”之前，要先知道機能附加是有分前段機能性附予以及後段機能性加工兩大類。由原料端到織造端我們可以視為前段機能性加工，染整、塗佈貼合與終製加工等屬後段機能性加工。在前段機能性加工製造技術主要有以下幾種：1、化學改質的紡絲技術，2、共混紡絲技術，3、複合紡絲技術。化學改質紡絲技術是獲取機能性化學纖維材料的重要手段之一，它包括基質改性和表面改性兩方面。通過基質改性可使紡絲聚合物與功能組分共聚生成機能性的共聚體，然後再經紡絲製成機能性的化學纖維材料；而表面改性則是通過對化學纖維材料進行化學處理，使製成的化學纖維表面反應基上接枝功能基團，最後再製成所需功能的化學纖維材料，目前化學纖維化學改質紡絲技術已得到了不斷的發展和廣泛的應用。與化學改質紡絲技術相對應，共混紡絲技術是一種物理改質的紡絲方法，目前也是開發機能性化學纖維材料的最熱門技術。該技術主要在紡絲聚合物原液或-8-熔體中添加所需的功能劑和分散劑，然後均勻混合紡絲製成所需機能性的化學纖維材料。該紡絲技術不會改變紡絲工藝，通常一般只需在常規的紡絲裝置中增添一台混煉設備即可生產，所添加的功能劑主要為有機和無機材料。通過複合紡絲技術製造的機能性化學纖維，一般來說，所用的複合聚合物材料（組成分）一部分為機能性聚合物，另一部分為普通的聚合物。複合紡絲技術現已在機能性化學纖維的開發中得到了不斷完善，目前已開發的機能性化學纖維，其複合形式各種各樣，已不再是簡單的芯鞘複合型、並列複合型等，而是出現了鑲嵌結構、中空微孔結構、不完全包芯結構，從而進一步的推動了機能性化學纖維材料開發和應用。以各種纖維的加工技術可大致上分成三種機能性纖維：一、高強度能纖維（碳纖維、芳香族聚醯胺纖維、超細纖維、抗靜電纖維和導電纖維），二、衛生保健功能性纖維（抗菌纖維、芳香纖維、遠紅外線纖維、抗紫外線纖維、羅布麻、麥飯石纖維），三、綠色環保型纖維（Lyocell纖維、甲殼素纖維、聚乳酸纖維PAL、天然彩色棉、彩色羊毛和彩色兔毛、麻類纖維）。碳纖維質輕於鋁而強力高於鋼，它的比重是鐵的1/4，強力是鐵的10倍，除了有高超的強力外，其化學性能非常穩定，耐腐蝕性高，同時耐高溫和低溫、耐輻射、消臭。碳纖維可以使用在各種不同的領域，由於製造成本高，大量用於航空器材、運動器械、建築工程的結構材料。美國伊利諾伊大學發明了一種廉價-9-碳纖維，有高強力的韌性，同時有很強勁的吸附能力，能過濾有毒的氣體和有害的生物，可用於製造防毒衣、面罩、手套和防護性服裝等。芳香族聚醯胺纖維是一種高強、高模量、高性能材料，耐高溫、耐酸鹼、阻燃和具有高韌性，可做耐高溫的過濾材料和耐高壓的絕緣材料，而且可以加工成各種防護服，防彈衣、飛行服、消防服、賽車服、降落傘等。超細纖維起初是為仿製皮革製品、真絲而研究開發仿製的細纖度纖維，纖維細度在1.11-2.22dtex左右,隨著紡絲成型技術的提高，可紡製出更細的纖維（0.111-0.222dtex）。日本如今採用高新技術，已能紡製成0.001dtex的超微細纖維。纖維越細就越柔軟，用超細纖維可以製做用於高級時裝、運動服、休閒服的仿真絲織物、仿麂皮；由超細纖維織制的高密織物，由於外層表面形成超細凹凸的結構，能使水滴像在荷葉上來回滾動一樣而達到拒水功能，但同時還具有透氣透濕功能。針對化纖織物易起靜電問題，人們研製出抗靜電纖維和導電纖維。抗靜電纖維主要是採用抗靜電劑與合纖的高聚物共混、複合紡絲的方法製得的。其抗靜電效果顯著、耐久，具有實用性。但一般抗靜電劑都是親水性聚合物，對濕度依賴性很大，在相對濕度較低的環境下，抗靜電性能就急劇下降。抗靜電纖維主要用於解決一般服裝的靜電問題。-10-目前已實現工業化的有日本開發的奈米級含銀沸石的無機抗菌纖維。大陸有上海合纖所開發的有機AMF系列抗菌纖維，AMF纖維有廣譜抗菌效果，抗菌率高，耐久性好，已成功用於內衣、寢具用品、衛生材料、鞋襪、過濾材料等。芳香纖維不僅給人帶來香味，而且有醫療保健的功能，一種是採用膠囊塗層法將裝有香料的微膠囊粘附在纖維上，衣物穿著摩擦時，膠囊破裂散發出香味；另一種是用複合聚合法在纖維抽絲時將香料注入纖維中，形成包芯絲，纖維香味持久性長，用芳香纖維製成的服裝和室內裝飾品，給人帶來愉快的享受和調節精神的作用。遠紅外線纖維是將陶瓷粉未與合纖溶液在噴絲前溶融製成，基質材料可用聚酯、尼龍、聚丙烯、PU等。含有陶瓷粉的纖維能吸收太陽能，轉換成人體所需要的熱能，促進血液循環，改善人體的肌能，增強體質。將紫外線遮罩劑，經過熔融紡絲製成抗紫外線纖維，基質有合纖或人纖，這種纖維的織物對紫外線的遮罩率在95%以上，適合夏季製作襯衣、沙灘裝、T恤衫、遮陽散遮陽帽等。羅布麻為天然野生植物，具有止咳、平喘和降血壓的功能，對治療冠心病、高血壓，高血脂均有一定的療效，因而織物具有神奇的藥用價值，其治療作用和保健功效已通過中華醫學會專家論證，被用於製作服裝、保健品和床上用品。羅布麻主要產在我國新疆地區，目前日本、韓國是最大的羅布麻消費地區。-11-麥飯石是一種天然的藥物礦石，含有多種對人體有益的微量無素，當前中國是麥飯石原料的主要產地，用麥飯石原料經高科技處理後製成的纖維，能補充人體微量元素，產生人體能吸收的遠紅外線，啟動人體細胞，改善和促進血液循環。目前麥飯石纖維，可用於製作襯衣、內衣、保健品、床上用品和部分家用紡織品。眾所周知Lyocell是一種綠色的再生纖維，原料來自於大自然，又是一種不經化學反應的人造纖維，使用的溶劑可全部回收，對環境不會造成污染，廢棄後可以在自然條件下分解。乾、濕強力接近合成纖維，手感滑爽，穿著舒適、透氣性能好，所以有很好的發展前景。甲殼素纖維的原料來源於蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物。該纖維具有良好的吸附性，粘結性、殺菌性和透氣性等優良性能。用甲殼素纖維製成的紡織品，可以防治皮膚病，並能殺菌、防臭、吸汗保濕、穿著也十分舒適。用甲殼素纖維製成的醫用敷料，可以使肉芽新生，促進傷口癒合，臨床上具有鎮痛、止血的功效，甲殼素纖維廢棄物可自然分解，對環境不會造成污染，屬