竹纤维的性能和应用

薛孝川

(广东省化学纤维研究所,广东广州510245)

摘　要:介绍了绿色环保竹纤维的原材料、组成成分、结构性能、产品的生产和应用,以及竹纤维优良的物理机械性能、吸湿性能、环保性能,含竹纤维织物具有透气性好、强力较高、穿着舒适等特点。开发竹纤维产品具有十分重要的意义。

关键词:竹纤维;组成;性能;生产;应用

1 概述

随着社会的发展和生活水平的不断提高,人们可持续发展和保健意识的不断增强,彩棉、天丝、莫代尔、大豆蛋白纤维、甲壳素纤维等各种绿色纤维相继问世。以竹材为原料的生态环保竹纤维的开发成功亦引起人们广泛关注。利用竹纤维开发生产的绿色纺织品受到人们的普遍青睐。竹纤维的原料是竹子,它是一种速生材,一年即可生长成型,2～5年成熟后可砍伐使用。在不同环境下生长的竹子多达1500余种,主要种植在山地、坡地。我国有竹林近500亿m,产量1.3亿t,是世界上竹资源最丰富的国家。竹子的种类繁多,但其基本组织结构大体相同,由表皮组织、管束组织、基本组织及髓腔等几个部分组成。竹纤维表面光滑,横截面接近圆形,纵向呈多条较浅的沟槽。竹纤维按加工方法分为竹原纤维和竹浆粕纤维两种。竹原纤维是通过物理机械的方法将竹子脱青、反复压轧后,采用部分脱胶工艺进行脱胶得到的纤维。竹浆粕纤维是用传统加工粘胶纤维的化学方法先制成竹浆粕,再经湿法纺丝加工成竹浆粕纤维,目前用于纺织加工的竹纤维一般指竹浆粕纤维。

2 竹纤维的性能

竹纤维平均长度随品种而异,多在1.5～2.0mm之间,有细胞壁相对较厚和相对较薄两种基本结构,竹纤维沿竹的轴向排列比环向排列多,且沿径向从内层到外层逐渐增多。竹节部分纤维少分布不规则且空隙较多。

竹材的化学成分主要包括50%～70%的纤维素、15%～30%的戊聚糖和20%～25%的木质

素,还包含一定量的蛋白质、淀粉、蜡、脂肪、果胶等可抽提物以及灰份。不同种类、规格竹子的化学成分有一些差别,竹材不同部位的化学成分也有差异,如竹子外层的纤维素多于内层而木质素少于内层等。

竹纤维的主要性能如表1所示。竹纤维由于分子结构的特点,其细度、白度与普通粘胶纤维接近,结晶度较普通粘胶纤维高,强力较好,染色吸收、渗透性强,韧性、耐磨性较高,手感柔软、滑爽。竹纤维的形态结构有明显凹槽孔隙,这些凹槽孔隙能够产生毛细管效应,使得竹纤维具有优良的吸湿、放湿性能,吸湿后有利于分子链间或结构单元间的相对滑移。竹纤维的干强大于湿强,伸长率在干、湿状态下相差较大,弹性回复率较好,且湿态弹性回复率较干态大,因而具有一定的抗皱性能。竹纤维的不足之处是耐酸、耐碱性较差,由于竹纤维中纤维素分子对酸的稳定性较差,在高温下酸对纤维有较强的破坏作用,此外由于竹纤维多孔隙的结构,又使其在碱中的膨润和溶解作用较为强烈,因而竹浆粕纤维对酸碱的耐受能力均较低。

表1.竹纤维得主要性能指标

竹纤维和其它纤维的性能对比如表2所示

论从结构上还是性能上都既有很多相似之处,又有不少各自的特点。竹纤维和粘胶纤维都有良好的吸湿性,但其吸湿机理有所不同。粘胶纤维良好的吸湿性得益于纤维较低的结晶度,而竹纤维是由于纤维内孔隙多,在毛细管效应的作用下,水分子容易进入使得纤维吸放湿能力突出。由于竹纤维结晶度高于粘胶纤维因而强力比粘胶纤维高。一般纤维素纤维在细菌和霉菌这些微生物的分泌物酶作用下,易发生水解生成较简单的糖,导致纤维的强度受到严重损失。而竹纤维中存在天然抗菌的“竹醌”组分,赋予纤维天然抗菌、抑菌、防臭和抗紫外线的特性,其天然抗菌、抑菌、抗紫外线作用在经反复洗涤、日晒后,仍能保持其固有的特点,且不同于在后处理中加入抗菌、抗紫外线等整理剂的织物,不会对人体皮肤造成任何过敏性不良反应,是真正的保健产品。因此相对于棉、粘胶纤维,竹纤维具有天然抗菌性能和优良的吸湿性、舒适性、透气性、染色性、可生物降解性以及尺寸稳定性。

表2竹纤维和其它纤维的性能对比

3 竹纤维的加工生产

秋山宣人等人较早提出了从竹材生产竹纤维的方法。近年来国内外许多粘胶纤维的生产和研究单位在研究开发竹纤维及其产品方面取得了显著成效并已逐步形成工业化生产目前我国的竹纤维开发已步入世界前列。竹纤维加工方法分为竹原纤维和竹浆粕纤维两种工艺。竹原纤维是通过物理机械的方法将竹子脱青、反复压轧、碾平、梳理后,采用部分脱胶工艺,除去糖份、脂肪然后再进行不完全脱胶,制成竹原纤维,实现竹纤维的单纤化。得到的纤维不添加化学试剂,纤维直径0.04～0.5mm,长度10～200mm。四川阆中棉纺织厂、湖南株洲雪松麻业有限公司都进行过竹原纤维的开发生产。陈奎元提出了这种竹纤维生产方法的工艺。用竹子的青篾/黄篾为原料,经70～150℃、0.5～3h热处理,使竹质松散后,撕裂制成竹麻,也可不经加热处理直接撅裂制成竹麻。竹麻用0.5%～2%的硫酸水溶液浸泡1～3h进行酸处理,再用0.5%～2%的氢氧化钠水溶液浸泡1～3h进行碱处理,达到脱胶、脱硫、脱木质、脱糖质、脱半纤维素的目的,再将竹短纤维打散、打软、去掉杂质;用5%～10%的漂白粉水溶液浸泡竹麻5～30min进行清洗漂白,达到70%～80%的纯白色;将漂白后的竹麻在乳化油中常温浸泡10～30min,取出烘干,再乳化油;将浸油油后的竹麻在温度25～40℃的环境中,自然发酵5～10天。用梳切机将发酵后的竹纤维经梳理剪切,按成品规格梳理切短,用纤维成条机梳理成条,包装入库。文献提到得到的竹纤维可做纺织材料,但没有提供该竹纤维的物理性能及可纺性能。

竹浆粕纤维采用粘胶纺丝的生产方法。将竹子切片风干后,用化学方法将竹片经水解、硫酸盐蒸煮、多段漂白工艺制成满足纤维生产要求的竹纤维浆粕,将甲种纤维素含量从35%左右提高到93%以上,然后用碱和二硫化碳处理竹浆粕,使其溶解在氢氧化物溶液中制成粘胶溶液,用湿纺工艺纺丝制成竹浆粕纤维。

竹浆粕纤维生产的主要工艺流程如下:

竹材→蒸煮→三段漂白→浸渍→压榨粉碎→老成→黄化→后溶解→脱泡过滤→纺丝→牵伸集束→精炼→烘干打包

河北吉藁化纤有限公司在2000年就试产出第一批1.67dtex×38mm的竹纤维,现已建有较成熟的竹浆粕纤维生产线。申请的专利提出了较完整的竹纤维生产工艺。主要工艺条件列于表3。

目前我国市场上主要有1.67dtex×38mm1.33dtex×38mm、2.22dtex×51mm、2.78dtx×51mm等规格竹浆粕纤维品种供应。如河北藁的“天竹纤维”,上海化纤浆粕总厂的“竹纤粘胶丝”,山东潍坊海龙的“竹素纤维”,均有一定的生产规模。

4 竹纤维的应用

目前,竹原纤维已应用于建筑材料、汽车制造、环境保护等领域,主要代替木材和玻璃纤维。由于竹纤维具有优良的吸湿性和透气性,而其在纺织纤维领域也开始得到越来越多的开发和应用,但还需进一步完善加工工艺,提高纤维的可纺性能。

竹纤维受到市场的追捧,不仅是由于其具良好的透气性、吸水性、较强的耐磨性、良好染色性,更重要的是它具有其它纤维无可比拟的优越性,是绿色生态纺织材料,被业内专家称为“会呼吸”的生态产品。竹纤维服装手感柔软、滑爽,色泽亮丽,穿用舒适,有良好的吸湿性,给人以凉而不冰、滑而不粘、雅而不俗的感觉。

纤维天然含有竹蜜和果胶等成分,与皮肤的亲和力好,对皮肤健康有益,没有刺激感,具有很好的保健功能。

竹纤维既可以纯纺,也可以与棉、麻、丝、毛、粘胶、莫代尔、天丝及各种合成纤维混纺或者交织,可生产针织、机织、提花等各种风格面料。竹纤维产品应用广泛,服用方面主要用于内衣、贴身T恤衫、衬衣、袜子等;还可用于床上用品、装饰用品、洗浴用品、非织造布等。

利用我国资源丰富的竹类资源,开发绿色竹纤维及其纺织品,不仅有利于开阔竹材的应用领域,提高我国竹材的利用价值,而且有利于竹资源深层次开发、纺织工业的结构调整和产业升级。

5 结语

竹纤维集天然纤维与人造纤维的优点于一身,具有独特的服用性能和保健性能,是安全、舒适、健康的纺织原料。目前对于竹纤维及其产品还有许多性能与机理有待进一步研究与探讨,竹原纤维的加工性能、服用性能还有待提高,竹浆粕纤维

工业化生产中,也有一些技术难点有待解决。竹纤维织物加工性等方面的研究也还不够深入。加强竹纤维的开发和应用研究,将拓展竹纤维及其产品的使用范围,不仅满足人们环保和健康的要求,而且具有显著的社会效益和经济效益。

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