蓮纖維性能的研究及應(yīng)用

陳麗華,高維全

（1.重慶出入境檢驗檢疫局,重慶 400020;2.重慶市纖維織品檢驗所,重慶 401121）

蓮纖維性能的研究及應(yīng)用

陳麗華1,高維全2

（1.重慶出入境檢驗檢疫局,重慶 400020;2.重慶市纖維織品檢驗所,重慶 401121）

文章綜合分析了蓮纖維的外觀形態(tài)、成分、力學(xué)性質(zhì)和物理性能,并總結(jié)了其開發(fā)應(yīng)用情況,為蓮纖維的進(jìn)一步研究和產(chǎn)品開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

蓮纖維;性能;應(yīng)用

蓮纖維是荷葉柄管狀分子的離體次生壁,通過物理或化學(xué)的方法從荷葉莖稈中分離出來的一種新型天然纖維。蓮纖維具有良好的吸濕、排汗、防臭、透氣和抗霉殺菌功能,含有多種對人體健康有益的微量元素。蓮纖維的制取方法目前主要有物理制取法、生物加工法、化學(xué)加工法和生物化學(xué)聯(lián)合加工法。

1 蓮纖維的形態(tài)與成分

1.1 蓮纖維的形態(tài)

通過電子掃描顯微鏡對蓮纖維的縱向、橫截面和單絲進(jìn)行形態(tài)觀察,形態(tài)結(jié)構(gòu)測試圖見圖1～圖3。

從圖1、圖2、圖3看,蓮纖維的縱向形態(tài)表現(xiàn)為由一組單絲纖維締合盤繞形成的螺旋狀復(fù)絲結(jié)構(gòu),一般由6～10根單絲組成,此外,縱向有細(xì)橫紋,橫紋間距為3～5μm,且沿纖維軸向每隔10～20μm有結(jié)點;蓮纖維的橫截面是由具有近似橢圓、卵圓形、半月形的截面形態(tài)的獨立單纖維構(gòu)成,且單纖維之間存在一定的空隙,因而其紡織制品具有優(yōu)良的吸濕透氣性和染色性能;單絲蓮纖維縱向表面比較光滑,單絲纖維直徑約4μm,有些纖維單絲之間有橫向的連結(jié)存在,類似于精干麻中靠果膠物質(zhì)連接起來的工藝?yán)w維,這種外觀形態(tài)有利于提高纖維之間的抱合力,對紡成紗線的強力起到促進(jìn)作用。

1.2 蓮纖維的成分

蓮纖維的成分含量采用紅外光譜法和化學(xué)分析進(jìn)行測試,測試結(jié)果見圖4和表1。

圖4 蓮纖維的紅外光譜圖

從圖4蓮纖維的紅外光譜圖看,在3354.4 cm-1處的強峰屬于O-H或N-H的伸縮振動,2921.2 cm-1處相對較強的峰屬于CH-和CH2-的伸縮振動吸收峰,1736.2 cm-1處的峰屬于果膠中的甲酯和羧酸基或者半纖維素中乙酰基團(tuán)中的C-O伸縮振動,1646.3 cm-1處的吸收峰屬于木質(zhì)素中的含氧基團(tuán),1249.9 cm-1處的吸收峰為半乳聚糖和半纖維素中的C-O振動,1052.4 cm-1處的最強峰屬于多糖類纖維素中的C-O伸縮振動。這些特征吸收峰表明了蓮纖維的主要成分為纖維素。

從表1中化學(xué)方法測試的數(shù)據(jù)看,維管束、原蓮纖維和脫膠精制蓮纖維含有多種不同的化學(xué)成分,主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分,纖維素含量近50%。經(jīng)過脫膠精制后的蓮纖維纖維素含量可達(dá)70%以上,與黃麻、苧麻和亞麻的組成成分相似。

2 蓮纖維的力學(xué)性質(zhì)

2.1 纖維的拉伸性能

蓮纖維拉伸斷裂性能測試,采用單根纖維在萬能強力機上,夾距10 mm,預(yù)加張力0.1 cN,拉伸速度10 mm/min進(jìn)行測試,測得的一次拉伸斷裂性能曲線圖見圖5,蓮纖維的初始模量、斷裂強力和斷裂伸長率與其他纖維的比較見表2。

圖5 蓮纖維的拉伸曲線

從圖5可以看出,蓮纖維屬于高強低伸型纖維,拉伸斷裂時屬于脆斷,這種力學(xué)性能一定程度上影響了蓮纖維織物的彈性和柔軟度。蓮纖維與其他纖維力學(xué)性能的比較見表2。

表2 蓮纖維與其他纖維力學(xué)性能的比較

從表2可以看出,蓮纖維的初始模量比羊毛、蠶絲和棉的初始模量要高,與苧麻接近;斷裂強度要優(yōu)于羊毛,與棉、蠶絲接近,僅次于苧麻;斷裂伸長率與苧麻相近,比棉、羊毛和蠶絲小。因此,蓮纖維織物的風(fēng)格與麻織物相似,具有粗獷、強力高等特點。

2.2 纖維的摩擦性能

蓮纖維的靜、動摩擦因數(shù)的測試,在 Y151型纖維摩擦系數(shù)測定儀上采用絞盤法,標(biāo)準(zhǔn)張力夾質(zhì)量為200 m g進(jìn)行測試。蓮纖維的靜、動摩擦因數(shù)與常見纖維比較見表3。

表3 常見纖維的靜動摩擦因數(shù)

從表3可以看出,蓮纖維的動、靜摩擦因數(shù)較大,且靜動摩擦因數(shù)差值也較大,所以蓮纖維的手感屬于澀糙的一類。

3 蓮纖維的物理性能

3.1 纖維的密度

蓮纖維的真密度采用密度梯度管法和比重瓶法兩種方法進(jìn)行測定,測定結(jié)果與常見纖維的密度比較見表4。

表4 幾種常見纖維的密度 （單位：g/cm3）

從表4可以看出,蓮纖維的密度遠(yuǎn)比棉、苧麻及羊毛的密度小,與蠶絲、腈綸接近,這是由蓮纖維的特殊結(jié)構(gòu)所決定的。蓮纖維密度較小,質(zhì)量輕。

3.2 纖維的細(xì)度

蓮纖維的線密度及與常見纖維的比較見表5。

從表5可以看出,蓮纖維的線密度與棉纖維接近,遠(yuǎn)小于苧麻、蠶絲,屬于比較細(xì)的一類纖維,有利于織造比較輕薄的織物。

3.3 纖維的吸濕性能及回潮率

纖維的吸濕性能不但會影響加工工藝,而且還直接影響織物的穿著舒適性。因此,是纖維性能的一項重要物理指標(biāo)。研究表明蓮纖維具有較好的吸、放濕性能,其吸濕回潮率和放濕回潮率均高于棉纖維和亞麻纖維;蓮纖維的吸濕速率較亞麻和棉纖維高,放濕速率略高于棉纖維和亞麻;蓮纖維回潮率為12.32%,與苧麻接近,比棉、蠶絲大,比羊毛、粘膠要小。蓮纖維具有較好的吸濕性。

表5 幾種常見纖維的線密度 （單位：dtex）

3.4 纖維的熱學(xué)性能

王建剛,袁小紅,甘應(yīng)進(jìn)等采用熱重分析（TG）和差示掃描量熱分析（DSC）對蓮纖維的熱學(xué)性能進(jìn)行分析研究,結(jié)果表明隨著溫度升高蓮纖維的TG曲線有兩個失重階,在160℃左右開始熱分解,主失重溫度約為260℃;DSC曲線呈現(xiàn)出雙熔融峰,第一個熔融峰出現(xiàn)在324.7℃,第二個較低的熔融峰出現(xiàn)在377.7℃;蓮纖維在沸水和干熱空氣中的收縮率分別為0.36%和0.3%,極限氧指數(shù)為17%～19%,燃燒特征與棉、麻纖維類似。

4 蓮纖維的應(yīng)用及前景

蓮纖維具有良好的吸濕、排汗、防臭、透氣和抗霉殺菌功能,其制品深受消費者的青睞,各國專業(yè)人士十分重視其性能研究和產(chǎn)品開發(fā),使其得以推廣和應(yīng)用。目前主要開發(fā)應(yīng)用于：

（1）紡織領(lǐng)域：混紡紗線;紡織品用于生產(chǎn)高檔襯衫、T恤、西服等;家用紡織品用于窗簾、椅墊、手工藝品等。

（2）運動領(lǐng)域：用于生產(chǎn)乒乓球網(wǎng)、運動服等。

（3）醫(yī)學(xué)衛(wèi)生領(lǐng)域：手術(shù)縫合線、醫(yī)用紗布、止血帶、尿布、衛(wèi)生巾、餐巾紙等。

隨著研究的深入和產(chǎn)品的開發(fā),蓮纖維的應(yīng)用范圍將會更加廣泛。

[1] 劉迪,韓光亭,黃建成,等.新型天然纖維—蓮纖維結(jié)構(gòu)與組成初探[J].青島大學(xué)學(xué)報（工程技術(shù)版）,2009,24（1）：47—51.

[2] 劉迪.蓮纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成初探[D].青島：青島大學(xué),2008.

[3] 陳東生,甘應(yīng)進(jìn).蓮纖維及其制備方法與制品：中國,200610140888.4[P].2008—04—23.

[4] 甘應(yīng)進(jìn),袁小紅,王建剛,等.蓮纖維微觀結(jié)構(gòu)[J].紡織學(xué)報.2009,30（11）：14—18.

[5] 張宏偉,李永蘭,李楠,等.蓮纖維的脫膠及其性能[J].紡織學(xué)報,2009,30（6）：66—71.

[6] 陳東升,甘應(yīng)進(jìn),王建剛,等.蓮纖維的力學(xué)性能[J].紡織學(xué)報,2009,30（3）：18—21.

[7] 劉迪.蓮纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成初探[D].青島：青島大學(xué),2008.

[8] 韓學(xué)政.棉/藕絲混紡紗的開發(fā)[J].上海紡織科技,2005,33（11）：37 —38.

[9] 王培紅,寇修茂,蔣秀風(fēng).棉藕絲混紡系列產(chǎn)品的開發(fā)[J].棉紡織技術(shù),2005,33（6）：357—358.

[10] 于麗紅,唐淑娟.特種植物纖維的開發(fā)及應(yīng)用[J].山東紡織科技,2005,（6）：54—56.

[11] 王建剛,袁小紅,甘應(yīng)進(jìn),等.蓮纖維的熱學(xué)性能[J].紡織學(xué)報,2010,31（2）：7—9.

[12] 王建剛,倪海燕,袁小紅,等.蓮纖維的吸濕性能.[J].紡織學(xué)報,2009,30（9）：11—14.

Study on Lotus Fibre Propertiesand Application

CH EN L i-hua1,GAO W ei-quan2
（1.Chongqing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Chongqing 400020,China;2.Chongqing Institute of Fibre and Fabric Inspection,Chongqing 401121,China）

The exterior form,composition,mechanical and physical p roperties of lotus fibre were generalized.The app lication in development was summarized to p rovide theoretical foundation for further research and p roduct development.

lotus fibre;p roperty;app lication

TS102.2+3

A

1009-3028（2010）06-0054-03

2010-10-09

陳麗華（1984—）,女,山東德州人,助理工程師。

表1 幾種纖維組成成分 （單位：%）

注：維管束：蓮葉柄經(jīng)腐爛發(fā)酵后除去外皮后的纖維狀物質(zhì);原蓮纖維：從蓮葉柄中抽取出來,未經(jīng)過處理的纖維;精制蓮纖維：原蓮纖維經(jīng)過堿脫膠處理的纖維。

纖維 回潮率 纖維素 半纖維素 木質(zhì)素 果膠 水溶物 脂蠟質(zhì) 灰分維管束 12.81 45.21 29.38 17.98 1.09 3.70 1.64 2.72原蓮纖維 14.98 44.96 24.13 16.73 9.87 2.16 2.15 -精制蓮纖維 5.25 70.34 8.25 13.85 0.69 2.94 1.93 -黃麻 - 64～67 16～19 11～15 1.1～1.3 - 0.3～0.7 0.6～1.7苧麻 - 65～75 14～16 0.8～1.5 4～5 4～8 0.5～1.0 2～5亞麻 - 70～80 12～15 2.5～5.0 1.4～5.7 - 1.2～1.8 0.8～1.3