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2022-06-01製造出跟蠶絲一樣輕柔的纖維!人造纖維的演進與發展 630 期

Author 作者 朱政崑/中國文化大學紡織工程學系助理教授,專長為紡織工程、織造工程、纖維複合材料與應用、高性能紡織材料。

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►現代纖維可分為天然纖維與人造纖維。天然纖維是指能直接從動物、植物、礦物獲得的纖維材料,而人造纖維則可以再被細分為再生纖維、半合成纖維、人造合成纖維、無機纖維。
► 由於天然蠶絲的產量較少,因此替代材料也逐漸被研發,如「嫘縈」為最早的人造纖維,具有質地輕柔、光滑、涼爽、吸濕性佳等優點。
► 20 世紀後人們逐漸重視布料的機能性,例如奈米纖維絲就具有如同蓮花效應般的疏水與自潔效果,能應用於多功能用途的機能性紡織品。

「絲」是一種由某些昆蟲或蜘蛛生產出來的動物纖維,在西元前3 世紀中葉之前被人們發現。對動物而言,絲能作為繭和網的材料;對人類來說,由於絲的纖維特性具有吸濕、保暖、安全等優點,可用於製作精美的織物,但缺點為易皺、受陽光照射會變黃,用蠶絲編製而成的紡織品則稱為「帛」。

天然與人造纖維有哪些不同?

其實英文中的「silk、fiber、filament」全部都可以代表纖維⸺也就是絲,而現代纖維又可以被區分為兩大種類:天然纖維與人造纖維。天然纖維是指任何能夠直接從動物、植物、礦物來源獲得的纖維狀原材料,如棉纖維、亞麻、黃麻等屬於纖維素纖維;蠶絲、羊毛與其他動物身上的動物類毛髮則屬於蛋白質纖維;最特殊的是由礦物而來的纖維,如石綿、矽類石英等。而人造纖維則可以被分為以下四類:

1. 再生纖維:原料大多來自天然材料,如材料源自於木材、竹子等植物的稱為纖維素基;來源為毛髮的稱為蛋白質基;原料來自海藻及蝦蟹殼稱為甲殼素(chitin)纖維;來源為聚乳酸(polylactic acid)纖維的則被稱作澱粉基等。這些天然材料經溶解後再凝固製作成纖維,它的主要成分還是與原材料為相同的種類,如嫘縈(viscose, rayon)、天絲、海藻酸納等。

2. 半合成纖維:原料也與再生纖維材料的三大類相同,大多以化學合成的方法模擬天然材料的去氧核醣核酸(DNA),再合成最終產物。但兩者間的分子結構卻不同於原來的構造,例如屬於纖維素的醋酸酯纖維。
3. 合成纖維:占目前全世界紡織纖維用量超過六成,原料大多來自石油提煉出的有機物質,以高溫或藥劑溶解成液體,然後聚合成各個高分子單體,再將這些長鏈狀聚合物從類似蓮蓬頭構造的紡絲口(nozzle 或spinneret,圖一)中擠壓出、凝固後成為纖維,最後依據特定的直徑需求,加以延伸、捲取收線以得到能織成布的絲。一般大眾所知道的合成纖維材料以聚酯(polyester, PET)纖維、可製成尼龍(nylon)的聚醯胺(polyamide, PA)纖維、聚丙烯(polypropylene, PP)纖維,以及亞克力纖維(acrylic fiber)的原料聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)纖維等四種為主。

圖一:不同色彩的人造纖維,以高溫熔融後抽絲。(文化大學紡織所與朱政崑提供)

 

4. 無機纖維:屬於無機物單獨或混合其他物質製成的材料。只要是以無機化學成分為主製成的無機纖維類材料,不論其他的組成成分是否為無機纖維,也都會被歸類在無機纖維材料。此類材料大多使用於耐高溫或耐高強力為主的科技應用、產業用途,無法以衣著或裝飾等方式大眾化。

替代蠶絲的再生纖維

仔細看蠶絲製品,會發現它具有一閃一閃的光澤,而這些光澤就來自它的外表—三稜鏡般的纖維形狀。……【更多內容請閱讀科學月刊第630期】