化学纤维技术的沿革□王德诚 化纤产业结构随着时代的变化，从重、厚、长、大产业演变成为轻、薄、短、小
化纤产业结构随着时代的变化，从重、厚、长、大产业演变成为轻、薄、短、小的产业。化纤模仿棉、丝、羊毛等天然纤维，以代替为目的，从纤维素纤维（粘胶人造丝）的开发开始，其后为醋酸纤维，继而开发了聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈三大常规合纤。其后的技术开发过程，一方面是常规化纤生产工程中的革新化、高质量化，并赋予高功能；另一方面在特殊化纤生产中予以高性能化和高功能化。这类纤维追求天然纤维的功能，但不仅是代替，而是由于这类纤维的诞生适应了新的用途和市场开拓。 迄今为止，作为常规纤维的聚酰胺、聚酯多用于产业资材用途，而高性能、高功
迄今为止，作为常规纤维的聚酰胺、聚酯多用于产业资材用途，而高性能、高功能纤维的开发，不但用于产业资材，对其他用途也产生很大的影响。 以下简述几种可称作化纤技术革新的划时代技术。
以下简述几种可称作化纤技术革新的划时代技术。 １.高速纺丝技术
１.高速纺丝技术 通过常规纤维的工艺合理化提高生产效率，其最大技术开发为对聚酯、聚酰胺等
通过常规纤维的工艺合理化提高生产效率，其最大技术开发为对聚酯、聚酰胺等进行的熔融纺丝高速化。 纺丝速度的高速化，省去了牵伸工序，用纺丝工艺一步法可以经济地生产纤维。
纺丝速度的高速化，省去了牵伸工序，用纺丝工艺一步法可以经济地生产纤维。 为了追求包括卷绕装置在内的工艺技术，采用了６０００米／分钟以上的高速纺
为了追求包括卷绕装置在内的工艺技术，采用了６０００米／分钟以上的高速纺丝，正式生产始于１９８８年。 纺丝速度的高速化是增加产量、工艺合理化和降低成本的有效方法。在最近十年
纺丝速度的高速化是增加产量、工艺合理化和降低成本的有效方法。在最近十年中，由于技术革新使从聚合到纺丝和变形丝的高速化、大容量化等方面都产生了很大变化。从生产合理化的观点进行工序省略化和简单化的进展显著。 轮胎帘子线用骨架纤维材料要求强度、模量、尺寸稳定性、耐疲劳性等高质量，
轮胎帘子线用骨架纤维材料要求强度、模量、尺寸稳定性、耐疲劳性等高质量，为了达到以上质量要求，目前的帘子线是将低结晶度、低取向度的未牵伸丝以高倍率牵伸实现高强力，即一般尽可能采用低速度，但高速纺丝技术的应用打破了这种常规。将在高纺速、高张力下纺出的高取向未牵伸丝（ＰＯＹ）进一步进行牵伸，从而得到高强力、尺寸稳定性及耐疲劳性良好的轮胎帘子线，但比服用纺丝速度低。帘子线采用的纺速为２０００～３０００米／分，充分进入了高速纺丝领域。目前的帘子线几乎都采用这种高速纺丝进行生产。用高速纺丝生产的聚酯纤维补强的子午线轮胎的性能，尤其在均一性、耐久性等方面良好。 ２.超细纤维的开发
２.超细纤维的开发 天然纤维最细为真丝１旦尼尔（１．１ｄｔｅｘ）。对纤维极限细度的追求是开
天然纤维最细为真丝１旦尼尔（１．１ｄｔｅｘ）。对纤维极限细度的追求是开发未满１旦尼尔的超细纤维。这一纺丝技术的开发，实现了以微量４克重的聚合体生产出长度能够到达月球距离的超细纤维。当时，技术开发先行，并未对纤维用途作出预测。 １９７０年东丽公司用约０．１旦尼尔（０．１１ｄｔｅｘ）的超细纤维开发并
１９７０年东丽公司用约０．１旦尼尔（０．１１ｄｔｅｘ）的超细纤维开发并上市的人造麂布“受克赛奴”引人注目，之后打开了擦眼镜布等揩布以及仿真丝织物和膨松性织物等新合纤开发的道路，即进行常规纤维高附加值化技术开发。 对超细纤维的生产，开发了长丝和短纤维型等各种制造方法。
对超细纤维的生产，开发了长丝和短纤维型等各种制造方法。长丝型的制造方法有直接纺丝法和海岛型、剥离型及多层型等复合纺丝法（共轭）。直接纺丝法可做到０．１～０．２旦尼尔（０．１１～０．２２ｄｔｅｘ），但由于纺丝稳定性、后加工处理困难等原因而多用复合纺丝法。 作为典型超细纤维纺丝方法的海岛型纺丝法，纤度为０．１旦尼尔（０．１１ｄ
作为典型超细纤维纺丝方法的海岛型纺丝法，纤度为０．１旦尼尔（０．１１ｄｔｅｘ），最近可做到０．０１旦尼尔（０．０１１ｄｔｅｘ）的超细纤维。 剥离型纤维是将不相溶聚酰胺和聚酯组合纺丝制造超细纤维的技术，用机械剥离
剥离型纤维是将不相溶聚酰胺和聚酯组合纺丝制造超细纤维的技术，用机械剥离或用化学品分离皆可，也有溶解一方纤维的。 混合型超细纤维是把不相溶的两组分以溶融状态混合，并尽可能将必要的成分做
混合型超细纤维是把不相溶的两组分以溶融状态混合，并尽可能将必要的成分做成均匀而且在纤维的轴方向连续呈分散状态的纺丝技术。用这种方法可做到００００１旦尼尔（００００１１ｄｔｅｘ）的超细纤维。超细纤维还潜在着进一步用途开发的可能性。 ３.高功能性纤维的开发
３.高功能性纤维的开发 随着人类生活的高度化发展，化学纤维所起的作用已从单是代替天然纤维沿变到
随着人类生活的高度化发展，化学纤维所起的作用已从单是代替天然纤维沿变到希望赋予新的高功能。从高附加值的观点来看，对使纤维保持本来的力学特性并赋予聚酯、聚酰胺等纤维表面新功能的研究进行得非常广泛，特别是一直在进行具有防静电、透湿防水、亲水性、拒水性、粘合性、染色性等功能的纤维的开发。 常规纤维的功能已达到实用水平，并正在进行以更高水平为目的的研究开发。目
常规纤维的功能已达到实用水平，并正在进行以更高水平为目的的研究开发。目前正在开发自身具有高功能的纤维。例如具有机械、化学、电子、光及热功能的纤维等，但实用化的纤维品种为数较少。目前这一领域的研究正在不懈地进行着，在２１世纪获取开发结果的可能性很大。 ４．高性能纤维的开发
４．高性能纤维的开发 高速纺丝技术、超细纤维的开发是关于聚酯纤维和聚酰胺纤维的技术开发。另一
高速纺丝技术、超细纤维的开发是关于聚酯纤维和聚酰胺纤维的技术开发。另一方面，从高性能化的观点要求纤维极限强度的挑战研究也一直在继续。 高性能纤维开发的历史背景是从第二次世界大战后的美苏军备、宇宙有关材料的
高性能纤维开发的历史背景是从第二次世界大战后的美苏军备、宇宙有关材料的开发竞争开始，估计其意图在于开发耐热性好、轻量而性能高的各种部件。 所谓高性能纤维定义为强度２０ｇ／ｄ（１７．７ＣＮ／ｄｔｅｘ，２．５Ｇｐ
所谓高性能纤维定义为强度２０ｇ／ｄ（１７．７ＣＮ／ｄｔｅｘ，２．５Ｇｐａ）、模量５００ｇ／ｄ（４４１．５ＣＮ／ｄｔｅｘ，５５Ｇｐａ）以上的纤维。 现在的纤维强度比理论强度低得多，这是由于使构成纤维的分子完全定向和使微
现在的纤维强度比理论强度低得多，这是由于使构成纤维的分子完全定向和使微细结构中不易得到无缺陷的纤维所致。因此以原有的纺丝方法很难得到高强度、高模量的纤维，所以高性能纤维的纤维强度最多是占理论量的１０％左右。 高强度纤维的开发，应对纤维的化学结构，用所谓高分子的分子设计和新的纺丝
高强度纤维的开发，应对纤维的化学结构，用所谓高分子的分子设计和新的纺丝方法进行高次结构控制。１９６０年杜邦在研究中发现了芳香族聚酰胺中有代表性的芳纶ＰＰＴＡ在硫酸中形成向相液晶，从而成功地开发了采用液晶纺丝的凯芙拉制得了具有高强度、高模量的纤维，这种纤维是化学结构与高次结构控制的组合产物。以液晶纺丝方法制得的高强度、高模量纤维的开发是划时代的发明。 ７０年代后半期，ＤＳＭ公司将已有典型的常规高分子聚乙烯溶解在特殊的溶剂
７０年代后半期，ＤＳＭ公司将已有典型的常规高分子聚乙烯溶解在特殊的溶剂中，用凝胶纺丝使分子链由以往的折叠式结构形成伸断结构，从而开发出具有高强度、高模量的聚乙烯纤维，可以说这是高次结构控制的典型实例。其后，是利用高分子的分子设计和高次结构控制，例如，采用对位芳纶共聚体的超过程牵伸，形成热液晶的多芳基熔融纺丝技术，并开发了多种高强度纤维。其中，被称为２０世纪最后的特种纤维聚苯并唑（ＰＢＯ）纤维为液晶纺丝所制造，作为具有极高根模量和强度及高耐热性和防火性的纤维，最近已引起注意。 如此开发了多种高性能纤维，模量相当接近理论值，强度远比常规纤维高，但比
如此开发了多种高性能纤维，模量相当接近理论值，强度远比常规纤维高，但比理论强度还低很多，连１０％的水平也没有达到。追求极限强度将是面向２１世纪继续挑战的永远课题。 在刚直性高分子中，对位芳纶以杜邦的凯芙拉、阿克苏的特瓦纶著名；共聚体芳
在刚直性高分子中，对位芳纶以杜邦的凯芙拉、阿克苏的特瓦纶著名；共聚体芳纶以帝人的特科诺拉著名；另外，作为多芳基纤维有可乐丽塞拉尼斯的贝克特朗已实用化；聚苯并唑纤维有东洋纺的ＰＢＯ纤维赛纶。 折曲性聚合体实用化的有联合信号的斯贝克特拉、东洋纺的大尼马。无机纤维当
折曲性聚合体实用化的有联合信号的斯贝克特拉、东洋纺的大尼马。无机纤维当以碳纤维居上，如东丽的特莱卡、三菱人造丝的培罗菲尔、东邦人造丝的贝斯法依特。氧化铝纤维有杜邦的纤维ＦＰ。碳化硅纤维有日本碳化的尼卡隆和宇部兴产的蒂拉诺纤维熟为人知。作为金属纤维，有钢丝纤维用于子午线轮胎骨架材料的东京制钢的钢丝帘子线、ＢＳ贝卡鲁特等均已批量生产。另外，金属纤维中还开发有硼纤维。 由于金属纤维比重大，比强度低，对要求轻量比不利，而且，钢丝纤维生锈也是
由于金属纤维比重大，比强度低，对要求轻量比不利，而且，钢丝纤维生锈也是个问题。 如上所述，由于有机系和无机系高性能纤维的开发，使其代替了金属、钢筋、钢
如上所述，由于有机系和无机系高性能纤维的开发，使其代替了金属、钢筋、钢丝纤维和玻璃纤维，能够在要求轻量化的用途中展开。特别是作为树脂、橡胶、水泥等各种基质的增强用纤维极为有用，而被列入尖端复合材料（Ａ．Ｃ．Ｍ）的行列。 在特别要求轻量化的航空、宇宙、运输、体育、建筑、土木、电气等有关应用领
在特别要求轻量化的航空、宇宙、运输、体育、建筑、土木、电气等有关应用领域中，期待着２１世纪能取得较大结果，可以说高性能纤维将在其中起很大作用。印刷线路板常使用将环氧树脂用玻璃纤维增强的复合材料，并正在研究用具有高强度、高模量的高性能纤维的代表产品对位芳纶作为环氧树脂的增强纤维。这种产品由对位芳纶纤维非织造布与耐热环氧树脂复合材料组成，与历来玻璃纤维增强的印刷线路板比较，可用激光穿孔，所以可作高密度实装的轻量、小型、多层印刷线路板，用作要用使用性能良好的手提电话和ＰＨＳ用的搭载印刷线路板，在这方面可以期待对对位芳纶将有相当数量的需求。对面向２１世纪期待更加发展的情报、通讯等有关领域，特别是对硬件的发展无疑更寄与很大希望，因此，对位芳纶将会有更大用途。 另外，对地震破坏的公路铁路桥墩、建筑物混凝土柱子的补强和修复，通常采用
另外，对地震破坏的公路铁路桥墩、建筑物混凝土柱子的补强和修复，通常采用铁板，现在可使用高性能碳纤维和对位芳纶纤维，充分发挥了轻量和施工方面的优越性，其成果令人注目，可期待产业纤维在这方面创出更大的市场。 用芳纶补强树脂棒材料代替钢筋已在许多土木建筑领域得到试行和研究，将来可
用芳纶补强树脂棒材料代替钢筋已在许多土木建筑领域得到试行和研究，将来可能会发展到更多的领域。 如此，在以前未考虑过的用途中，使用了凌驾于聚酯和聚酰胺纤维之上的高强度、
如此，在以前未考虑过的用途中，使用了凌驾于聚酯和聚酰胺纤维之上的高强度、高模量的特种纤维，并形成了新的作用及新的市场。预计在２１世纪，这些特种纤维将广泛应用于各个领域，所起作用将进一步增大。 但是高性能纤维虽具有高强度、高模量，可是因低压缩强度，低疲劳性，表面不
但是高性能纤维虽具有高强度、高模量，可是因低压缩强度，低疲劳性，表面不活性，它与基体的粘合性不一定良好。 综上所述，开发的高性能、高功能等多种多样的纤维，可作单独纤维或复合纤维，
综上所述，开发的高性能、高功能等多种多样的纤维，可作单独纤维或复合纤维，再进一步进行改性、改良，并在使用方法上下功夫，进而与树脂、橡胶、金属、水泥、陶瓷等各种基体组合，作为复合材料使用，这将对各种产业领域产生影响。 纤维产业的全球化进展显著，特别是对亚洲的关注高涨，对产业用纤维的应用开
纤维产业的全球化进展显著，特别是对亚洲的关注高涨，对产业用纤维的应用开发也必将随着亚洲产业发展其基本设施而得到发展。