磁性功能纤维

　　一、前言
　　磁性材料及其应用早在古代已被开发。当前磁性材料的种类规格繁多，用量极大，在仪器、仪表、电子、宇航等诸多工业和家、牧、渔业及医疗、保健、医药、环境保护和生物技术等各个领域都有广泛应用，其作用越来越大，也更为人们所重视。
　　由于化学、物理结构、粒度大小以及磁行业的不同，根据材料的感应磁场随外加磁场变化同步与否，其方向是否相同，磁化率以及矫顽力的大小等等，磁性能不同其功效也不同。所以，不同的磁性材料，做成各种制品后有不同的用途。所过来，根据应用的需要也可将磁性材料加工成不同形状，诸如块状、薄膜状、颗粒状、粉状、纤维状等加以使用。
　　人体细胞是具有一定磁性的微型体，人体有生物磁场。因此外磁场影响人体的生理活动，通过神经、体液系统，发生电荷、电位、分子结构、生化和生理功能的变化，可以调整人体的机体功能和提高抗病能力，具有医疗保健作用。
　　磁性纤维是纤维状的磁性材料。它可以分为磁性纺织纤维和非纺织纤维。磁性非纺织纤维早在十几年前已有报导，如磁性合金纤维用于制造磁性复合材料、磁性涂层材料，磁性木质纤维素纤维用于制磁性纸等。用它们做成的磁制品可在磁记录、记忆、电磁转换、屏蔽、防护、医疗和生物技术、分离纯化等诸多方面对面予以应用。对于纺织工业来说需要的是磁性纺织纤维。它应是一种兼具纺织纤维特性和磁性的材料。它具有其他纺织纤维所没有的磁性，又具有一些以往其它磁性材料所没有的物理形态(直径几微米到几十微米，长度一般大于10毫米，长径比一般在500以上)及性能，诸如柔软、有弹性等，还可通过纺织加工做成纱线、织物或加工制成非织造布及各种形状的制品。
　　二、磁性纤维的制备方法
　　磁性纤维根据基体纤维的材质可分为金属(或合金)磁性纤维、有机磁性纤维(基体为有机纤维)和无机磁性纤维(基体为无机纤维)。金属磁性纤维的机械性质与对应的基体纤维大致相同。无机磁性纤维的机械性能与对应的基体纤维相仿或稍低一些。有机磁性纤维的机械性能如强度等一般比对应基体纤维低，其差异随制备方法不同和纤维中磁性微粒的含量不同而不同。
　　从文献和专利报导可知，磁性纤维(包括纺织纤维和非纺织纤维)的制备大致有两种途径：一是通过直接成形制备磁性纤维，二是通过基体纤维的化学、物理改性制备。
　　1、磁性纤维的直接成形法
　　磁性纤维直接成形可应用于制备金属或合金磁性纤维以及各种磁性有机纤维。从纤维成形和加工的方法又可分为以下三种。
　　(1)金属纤维传统制造法
　　磁性金属纤维或磁性合金纤维的制备起步较早。它们一般是通过类似制造金属纤维某些制造方法，诸如拉伸法、熔融挤出法、射流冷却法、熔融萃出法、切削法、结晶法等方法制备的。从70年代后期开始，金属磁性纤维大多用于制备复合材料，也有用于制磁性涂料。
　　(2)有机金属络合物分解法
　　这是制备金属或合金磁性纤维的方法之一。将金属铁、钴等在旋转金属原子反应器中，在高真空中加热使金属原子逸出与低温的甲苯等反应成为甲苯的零价金属络合物，如二甲苯铁［0］的甲苯溶液。然后将置于低温和氮气保护下的二甲苯铁［0］的甲苯溶液流过一置于外加磁场中的加热管道，使二甲苯铁［0］分解，并导致形成含磁铁纤维的淤浆。这种方法制成的磁性金属纤维的直径可控制在0.1～100μm，纤维的长径比可介于100～10000倍，将这种含磁性金属纤维的淤将经球磨和适当处理后可涂在聚酯薄膜上，制成磁记录材料。
　　(3)共混纺丝法
　　用这种方法可以制备大多数磁性有机纤维。通常将粒径小于1微米的磁性物质微粒混入成纤聚合物的溶体或纺丝原液中，经熔纺或湿纺制成磁性纤维。所得磁性纤维的强度主要取决于加入的磁性微粒的量和粒径。
　　共混纺丝法的优点是混入纤维的磁粉可以是硬磁材料，也可以是软磁材料，可以采用熔纺也可在某些湿纺或干纺场合下应用，甚至可制备磁性复合纤维或异形纤维。缺点是混入磁粉的量通常在18%以下，如下述磁性聚酰胺，当混入的磁粉为13%时，磁性聚酰胺纤维的强度只有原聚酰胺纤维的50%左右。另外当在喷丝头处外加强磁场时，一则使纺丝设备复杂，二则可能会造成磁污染。
　　2、以纤维为基体的化学、物理改性法
　　这种方法适用于制备磁性有机纤维和磁性无机纤维。根据基体纤维的特点，又可采用下述不同的具体方法。
　　(1)腔内填充法
　　据报导，该方法主要用于磁性木质纤维素纤维的制备。因为木材纤维有胞腔，胞腔间的壁上又有通道，所以可通过物理方法将磁粉微粒填入木材纤维的胞腔中制成磁性纤维，用于制造磁性纸等。原则上，具有类似结构特征的纤维都可以用该方法制成相应的磁性纤维。
　　(2)表面涂层法
　　以适当方法将磁性物质涂布在各种纤维表面制成磁性纤维。例如，1987年日本森木琢郎等的专利报导就是用表面沉积涂布法制成磁性钛酸钾纤维。方法是将亚铁盐水溶液与碱溶液在适当条件下先后加入钛酸钾纤维分散在水介质的体系中，经水解和空气氧化，生成的磁性氧化铁沉积在纤维表面，制得暗褐色磁性钛酸钾纤维，用于制造磁性复合材料。
　　(3)定位合成法
　　利用某些纤维中可进行阳离子交换的基团，使亚铁离子与其发生交换，然后再经过水解和氧化，转化为具磁性的γ-Fe₂O₃或Fe₃O₄(统称铁氧体)而沉积在纤维的无定形区中，所生成的磁性物质(微粒)在纤维中所处位置受制于原来纤维中能进行阳离子交换基团的位置，故而称为定位合成法。由于磁性微粒是在空间很小的无定形区中形成，其尺寸通常很小，一般在2～60mm之间。通常纤维表层形成的铁氧体较多。由于生成的铁氧体的尺寸小，故能表现出超顺磁性。
　　如果基体纤维无阳离子交换基团，则可以借助纤维化学变性的各种方法，首先将阳离子交换基团引入基体纤维，然后再使用定位合成法。但这样做的结果使磁性纤维的强度下降较多。对于某些纤维甚至会低到只有基体纤维强度的百分之五十到六十。因为纤维经历了化学变性和定位合成两次处理，每一次处理都会引起强度下降。
　　三、前景
　　磁性纤维，尤以磁性纺织纤维的起步较晚。近十年来，有关磁性纺织纤维的报导也寥寥无几，它们尚未形成规模生产，在市场上也看不到磁性纺织纤维的产品。所以无论是它们的制造方法还是它们的实际应用都有很广阔的开发空间。