摘要：

　　有机磁性纤维是一种功能纤维，其纺织产品具有一定的磁疗作用。本文详细描述了当前有机磁性纤维的制备技术及其定性检测方法。

　　关键词：有机磁性纤维；定性方法；定量方法；磁保健

　　随着人们生活水平的提高，人们对于自身的健康越来越重视，与此同时，纺织产品的医疗保健作用也引起人们的广泛重视，各种有益于身体健康的医疗保健纤维应运而生，有机磁性纤维便是其中的一种功能纤维。

　　磁性材料及其应用早在古代已被开发，根据需要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。磁性纤维是一种纤维状的磁性材料，可细分为磁性纺织纤维和非纺织纤维。纺织工业需要的是磁性纺织纤维，它是一种兼具纺织纤维特性和磁性的材料，它的出现，彻底改变了长期应用硬磁材料缝合到服装中生产产品的历史[1]。

　　用磁治病，在我国历史悠久。人体细胞是具有一定磁性的微型体，人体自身也具有生物磁场。施加于人体的磁场如果始终保持在理想平衡状态，酶的特性就可以有效地激活，促进人体新陈代谢，提高人体免疫功能，达到医疗保健作用[2-3]。目前，市场上常见的磁保健织物的磁场强度虽然相对较弱，但是由于产品贴近人体，最大限度地减小了两者间的距离，以至达到零距离接触，所以可使磁保健作用得到最大的发挥。

　　1有机磁性纤维的制备技术

　　磁性纺织纤维根据基体纤维的材质不同可分为金属(或合金)磁性纤维、有机磁性纤维(基体为有机高分子)和无机磁性纤维(基体为无机材料)。有机磁性纤维是指以有机高分子为基体进行物理、化学的改性而制的，在人们日常生活中应用较多，其制备方法因其基体的不同而不同。目前，常用的制备方法有共混纺丝法、腔内填充法、原位复合法、静电纺丝法、表面涂层法等。

　　1.1共混纺丝法

　　共混纺丝法是制备有机磁性纤维的常用方法，它是将粒径小于1微米的磁性物质微粒或纳米磁粉混入成纤聚合物的熔体或纺丝原液中，经熔纺或溶液纺纺成磁性纤维。磁性纤维的性能主要取决于加入的磁性微粒的量和粒径。

　　它最大的优势在于既可以混入硬磁粉粒也可以混入软磁粉粒，熔融和溶液纺丝场合下都可应用，且可制备磁性复合纤维或异形截面纤维，但缺点是混入磁粉的量通常较低，使其磁性能受到影响，而且纤维本身的物理机械性能也会受到影响。

　　共混法是开发应用较早的一种方法。1994年日本专利[4]公开了一种在共混纺丝法的基础上制备芯-鞘型(皮芯型)和三层并列型(三明治型)两种磁性复合纤维的方法，前者芯层具有磁性，后者中间层具有磁性。日本专利[5]公开报道用1%～5%粒径小于1μm的天然或永磁性物质组成分散体系的成纤聚合物熔体通过置于外磁场中的喷丝头高速熔纺制成磁性纤维。陈明南等[6]通过纳米磁粉的化学加工法和物理加工法，并采用共混纺丝法制备了磁性粘胶纤维，通过试验可知，磁粉加入量以4%～8%左右为宜，过多则不利于纺丝进行，过少则达不到磁疗的作用。

　　齐鲁等[7-8]将一定量的聚合物、磁粉、抗菌剂和改性剂均匀混合后，在180℃～270℃温度下经双螺杆挤出、造粒制得纺丝母料，经纺丝制出卷绕丝；再将其于65℃～95℃温度下拉伸2~4倍制得具有皮芯结构的磁性聚丙烯纤维。测试结果表明，该种纤维的磁性能在1G～15G，微波反射衰减2dB～10dB等。它具有磁性保健功能、远红外线发射性能，而且还具有一定的屏蔽微波和X射线的防护功能。

　　1.2腔内填充法

　　该方法主要用于磁性天然纤维素纤维的制备。由于纤维中含有胞腔，因此可通过物理方式将磁性微粒填充到纤维内部。具体过程是：将超细磁性微粒和纤维先后悬浮分散在水介质中，通过剧烈搅拌使大部分磁性微粒填充至纤维胞腔，小部分吸附在纤维表面的磁性物质可经充分水洗去除，最后加入适量的助留剂协助磁性颗粒稳定地滞留在纤维胞腔内。该方法制得的磁性纤维其表面清洁，纤维强力损失少，可用于制备磁性纸。

　　S.Zakaria等[9]利用腔内填充法成功制备出了磁性纤维素纤维，并以聚乙烯亚胺(PEI)为助留剂提高了细胞腔填充度，最大填充度达23.5%(相对于绝对干浆)，并分析了PEI的分子量、浆的干燥背景、渗透时间等对填充度的影响。于钢等[10]采用腔内填充法制备了以锰锌铁氧体为填充物的磁性纸用纤维，通过扫描电镜-能谱仪和X射线衍射仪测试表明，此方法所得纤维的细胞壁和细胞腔中都含有填充物，而且细胞壁和细胞腔内的填充物含量相近。

　　1.3原位复合法

　　利用某些纤维中可进行阳离子交换的基团与亚铁离子发生交换，再经过一定处理使其转化为具有磁性的三氧化二铁或四氧化三铁(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)在纤维中所处位置因和进行阳离子交换基团的位置一致，故称为原位复合法。由于磁性微粒是在空间很小的无定形区中形成，所以尺寸通常很小，故能表现出超顺磁性[1]。

　　R.H.Marchessault等[11]研究了铁氧体原位复合制成磁性纤维素纤维的方法，通过亚铁离子与羧甲基纤维素钠进行离子交换，在碱性条件下形成氢氧化亚铁，再进行氧化，使纤维含有10 nm级的铁氧体(Fe3O4)粒子。唐爱民[12]以纤维素纤维为模板，采用原位复合方法制备磁性纳米复合纤维，并探讨了Fe2+浓度、反应温度、熟化时间、复合次数对复合反应的影响。黄次沛等[1]将粘胶轮胎帘子线经羧乙基化和磺乙基化后以原位合成法引入铁氧体，制成磁性粘胶丝。李海峰等[13]分别采用原位复合法和腔内填充法将Fe3O4磁性粒子成功地引入木浆纤维内腔中，制备出磁性纤维。X射线衍射仪和扫描电镜测试表明，内腔填充法纸张的磁性比原位复合法纸张高，原因可认为是磁性纳米粒子拥有超顺磁性。

　　1.4静电纺丝法

　　静电纺丝制得的纤维膜具有孔隙率高、纤维精细程度高、比表面积大、均一性好等优点，在与磁性纳米纤维的复合上具有得天独厚的优势。目前，通过静电纺丝技术制备有机磁性纳米纤维主要有：通过在聚合物溶液中加入磁性纳米粉体，直接采用该溶液进行静电纺丝制备复合磁性纳米纤维；通过溶胶-凝胶法与静电纺丝技术相结合制得前驱体复合纳米纤维，再煅烧制得有机磁性纳米纤维；以静电纺丝技术制备的有机纤维为模板，利用金属盐溶胶对其进行涂覆，再煅烧制得磁性纳米纤维；利用静电纺丝与化学或者原子沉积等技术相结合，制备不同形貌和组成的磁性纳米纤维等。

　　何婷婷等[14]采用化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子，选用曲拉通X-100为分散剂，利用静电纺丝法制备PAN/Fe3O4磁性纳米复合材料。X射线衍射仪(XRD)验证了Fe3O4在复合纳米纤维中的存在。通过磁性试验分析了纳米复合材料的磁性性能，结果表明，所制备PAN/Fe3O4磁性纳米纤维成型良好，且PAN/Fe3O4磁性颗粒在纤维中分散均匀，其与PAN是物理复合，具有一定磁性，磁性大小可由磁性颗粒的加入量进行控制。

　　郭远征等[15]以PVP的乙酸溶液为助溶剂，采用静电纺丝法制备BaFe12O19/PVP复合纤维，并对其进行了磁性方面的研究。范立佳[16]通过溶胶-凝胶法与静电纺丝技术相结合，以聚乙烯吡咯烷酮和无机盐为原料，制备了PVP/无机盐复合纤维，经高温焙烧得到ZnFe2O4、NiFe2O4、BaFe12O9、BaFe12O19铁氧体纳米纤维，并研究了相关的一些性能与应用。李响等[17]采用静电纺丝法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/Fe3O4复合纳米纤维，并探讨了复合纤维的结构及性能。

　　1.5表面涂层法

　　表面涂层法就是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，操作相对比较简单，但由于只涂覆在表面，所以耐久性差，影响其使用寿命。这种方法用于无机磁性纤维制备的研究较多，但它同样适用于有机磁性纤维的制备。黄小忠等[18]利用表面涂层技术把铁氧体涂敷在碳纤维表面，制得具有连续磁性涂层的碳纤维。

　　2有机磁性纤维产品的测试方法

　　磁性纤维产品的磁性强度一般用磁通量或磁感应强度来表示。虽然这些纤维制品的磁性属于弱磁,但可用仪器进行测试。目前，市场上已经涌现出大量的磁保健制品，但是由于国家、行业产品标准的制定往往滞后于产品的开发，所以对于磁性功能纤维的定性、定量检测的方法尚无统一的规定，市场上功能纺织品的标注也相当混乱，长此以往，势必不利于产业的健康发展和市场的规范，更不能有效地保护消费者的合法权益。

　　2.1电磁感应法——磁通计法

　　磁感应强度是表征环境中磁场强度大小的物理量。磁性织物的磁性很弱，多用于贴身衣物的制作，人体与织物紧密贴合，织物表面和人体表面相当于两个完全平行的曲面，因为对人体产生磁保健功效的主要是垂直于织物的法向磁场分量，所以可以使用磁性织物表面磁感应强度的法向分量作为磁性织物磁性测量的目标量。因此，磁通计测量法可作为磁保健织物的定性测试。由于磁性织物的磁性很弱，故通常在测试之前需进行必要的充磁处理，如NS式充磁法。这种方法较为方便，几乎适用于全部的磁性纤维产品。

　　于高杰[19]采用CH-1600型高精度特斯拉计对市场上几种有代表性的有机磁性织物进行了测试研究。结果表明，磁性织物作为一种特殊的磁体，磁性强弱可用织物表面磁感应强度值表示；磁性织物的表面磁感应强度值很低，一般在0.03mT左右，测量仪器的分辨力要在1×10-3mT以上；织物表面磁感应强度分布不均匀，具有区域性，织物表面磁力线相互交织成网状，当运动时，便会对人体相应组织及穴位产生复合交变式磁保健作用。目前，我国已制定了磁性织物测试标准FZ/T 01116—2012，但仅描述了织物的磁属性问题。

　　2.2电镜-能谱联合测试法

　　目前，市场常见的有机磁性功能纤维的制备采用比较多的方法是共混直接纺丝法，该方法制得的纤维内部与表面分布有磁性微粒，故可以在扫描电镜下观察其表观结构进行初步的判别，然后再结合能谱测试仪进行磁性纤维元素定性分析，从其是否含有磁性元素进一步区分磁性纤维与非磁性纤维。能谱仪能够测出除氢、氦之外的其他元素，故可用于磁性纤维磁性元素的检测。目前，常见的磁性纤维所含有的磁性元素主要有铁、钴、镍、硅、铬等。

　　如图1所示，它是一种磁性丙纶纤维，由于磁性微粒的加入，使得磁性纤维表面具有较多的粒状物，这也使得它与普通丙纶纤维(图2)有较大的区别。表1为两种纤维的表面元素分析测试结果。

　　从表1可以得出，磁性纤维所含的磁性元素主要是Fe元素，而普通的丙纶纤维除氢外全部是C元素，没有磁性元素。因此，可以运用此方法进行磁性纤维的检测。

　　电镜-能谱联合测试法在运用上有一定的局限性。通过大量的试验测试可知，天然纤维由于生长环境的影响，其自身含有许多的杂质，对能谱测试结果会造成一定的干扰；化学纤维由于其加工方式与天然纤维的不同，使其含杂率很低，故能谱仪测试法准确率较高；含有这些磁性元素的纤维并不一定都具有磁性，故这种测试方法只适用于已知是磁性纤维的前提下，用来进一步判断其含有的磁性元素，或用于磁性混纺织物的磁性纤维含量测试分析。由于磁性纤维具有一定的磁性，对电镜设备具有一定的干扰，在测试前需进行消磁处理。

　　3结束语

　　虽然磁性功能纤维的研究与应用技术日趋成熟，但当前的磁性功能纺织品还存在许多不完善的地方和亟待解决的问题，为促进磁功能保健纺织品的快速发展，尚需在以下几个方面寻求突破：(1)建立标准的测试方法和评价机制，使检测规范化。(2)研究新型的磁性材料和添加技术，促进磁疗功能保健纺织品材料发展。(3)进一步研究磁性混纺织物快捷、方便的定量分析方法。

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　　(作者单位：潘军强、姚金波，天津工业大学；赵贺春、于坤，天津市纺织纤维检验所)