竹纖維結(jié)構(gòu)性能與產(chǎn)品開發(fā)分析

劉橙樺　蔣劍平　胡玉平

【摘 要】近年來，隨著人們環(huán)保和保健意識的不斷增強(qiáng)，綠色生態(tài)紡織品越來越受到人們的青睞，以竹材為原材料的竹纖維紡織品便以其獨特的性能開始受人們的普遍關(guān)注。本文首先對竹纖維及其產(chǎn)品進(jìn)行簡要的闡述，然后重點對竹纖維的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對竹纖維的產(chǎn)品開發(fā)以及當(dāng)前開發(fā)還存在的難點問題進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】竹纖維;結(jié)構(gòu)性能;產(chǎn)品開發(fā)

中圖分類號： TS102 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）35-0030-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.013

0 引言

當(dāng)前，與其它制造業(yè)一樣，紡織業(yè)的環(huán)保問題也日益突出，而開發(fā)竹纖維產(chǎn)品，不僅能夠滿足人們環(huán)保和健康的要求，同時對開發(fā)我國的竹資源、推動國家的林業(yè)產(chǎn)業(yè)和紡織工業(yè)的升級也具有深遠(yuǎn)的意義。

1 竹纖維及其產(chǎn)品概述

1.1 竹纖維概述

竹纖維是近幾十年發(fā)展起來的以竹子為原料的一種新型環(huán)保材料，它的化學(xué)成份除了含有大量的纖維素以外，半纖維素和木質(zhì)素的成份占比也較高。而從竹纖維的種類來看，一般可分為竹原纖維和竹漿纖維兩種，總體來說，竹原纖維的環(huán)保功能優(yōu)于竹漿纖維，那么，如何判斷竹纖維的種類呢？這就要參照纖維生產(chǎn)加工所消耗的毛竹產(chǎn)地、竹齡及加工方式。從毛竹的選村來看，竹原纖維采用的原料是三至四年的新竹，而竹漿纖維的選擇材范圍不受限制;從加工技術(shù)層面來看，竹原纖維采用的是過物理、機(jī)械的方法，而竹漿纖維是采用化學(xué)的方法;從生產(chǎn)工藝流程來看，竹原纖維首先要用中藥將毛竹進(jìn)行浸泡和蒸煮，然后將竹材料中的木質(zhì)素、聚戊糖、果膠質(zhì)等其它成份清除掉，然后進(jìn)入給油生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將對制成的竹纖維束進(jìn)行分絲、梳纖處理，而竹漿纖維的生產(chǎn)流程相對簡化，首先是提取竹纖維中的竹漿，然后將它氫氧化鈉溶液攪拌在一起，讓其在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生凝固，其最后成形的產(chǎn)品可稱為維再生竹纖維。

1.2 竹纖維產(chǎn)品概述

由于竹纖維具有天然環(huán)保、柔軟光澤的優(yōu)勢，所以，這一材料在日本研發(fā)成功以后，迅速得到世界很多國家的重視。經(jīng)過十多年以來的技術(shù)研究與市場應(yīng)用，我國在竹纖維的產(chǎn)品品種開發(fā)方面已領(lǐng)先于世界，多種竹纖維面料為相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)加提供了充足的原料。竹纖維既能單一材料獨自紡織，還能與棉麻等傳統(tǒng)紡織材料進(jìn)行混合紡織;既可以采用機(jī)器加工也可以采用針織方式，其所生產(chǎn)的產(chǎn)品豐富多彩，品種繁多，目前面世的竹纖維產(chǎn)品種類包括以下五大系列：家紡系列、服裝系列、衛(wèi)浴系列、醫(yī)護(hù)用品、坐墊系列。

2 竹纖維的結(jié)構(gòu)與性能分析

2.1 竹纖維的結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 竹纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)

從橫截面形態(tài)形態(tài)來看，竹原纖維呈不規(guī)則橢圓狀，兩端尖細(xì)，中間呈空心狀，這種表征使得竹原纖維更具抱合力，對纖維的成紗有很強(qiáng)的輔助作用，而竹漿纖維橫截面為不規(guī)則鋸齒形，鋸齒形表面呈彎曲狀;從縱截面形態(tài)形態(tài)來看，竹原纖維的縱向表面有明顯的竹節(jié)，有的壁層上有裂痕，而竹漿纖維的縱面雖然較為平直，但可以看到有有明顯凹槽，這此凹槽形成的孔隙有利于水分的吸收，吸濕放濕性也得到了增強(qiáng)?？傮w來看，雖然竹原纖維比竹漿纖維的顏色更白，但外觀差別不大，都具有外觀光澤、粗硬的形態(tài)特征，而且表面都具有吸水和透氣的孔隙，因此，也提升了它可紡性能。

2.1.2 竹纖維的微觀結(jié)構(gòu)

通過對竹纖維超微切片，可以看到竹材中纖維微觀結(jié)構(gòu)，從竹纖維內(nèi)部構(gòu)成來看，約六成至七成的組織是由細(xì)胞組成，而其細(xì)胞壁又分為二種，一種是厚細(xì)胞壁，這種細(xì)胞壁內(nèi)部包括二個寬層，其主要結(jié)構(gòu)狀態(tài)是內(nèi)部窄，中問部分相對較寬，而且孔隙不多，孔隙口也不大。另一種細(xì)胞壁的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)的層次則較多，尤其是窄層就有四至五層之多，而且窄層的木質(zhì)素密度則也高，與此相對照的是，寬層的木質(zhì)素密度比窄層差別很大。

從竹纖維的橫斷面來看，內(nèi)部分布著寬窄不一的層次，共同構(gòu)成同心層的狀態(tài)。具體來說，主要層次包括初生層、次生層和中腔。與其它纖維相比，竹纖維的次生層要薄得多，微纖的傾斜角也更小，寬層與窄層的木質(zhì)素密度高低不一。

2.2 竹纖維的性能分析

2.2.1 竹纖維的物理機(jī)械性能

纖維紡織品是否具有結(jié)實耐用的特征，關(guān)鍵是看纖維的物理機(jī)械性能，如果纖維的斷裂強(qiáng)度高、斷裂伸長率大，從這些拉伸性的數(shù)據(jù)指標(biāo)中可以分析纖維的結(jié)實程度。具體來說，竹纖維有關(guān)物理機(jī)械性能如下：

由于竹纖維有水的作用下會發(fā)生溶脹反應(yīng)，所以，竹纖維的濕強(qiáng)相對低于干強(qiáng)，在這種狀態(tài)下，竹纖維的分子鏈間或結(jié)構(gòu)單元間的阻力就相對較小，從而增強(qiáng)了竹纖維的滑動性。當(dāng)然，竹原纖維與竹漿纖維的濕強(qiáng)并不相同，竹原纖維由于是物理手段碾平而成，它的濕強(qiáng)相對更高。另外，竹纖維在干燥與濕潤兩種不同的狀態(tài)下，伸長率、斷裂比功也存在差異，吸水性強(qiáng)的竹纖維，濕態(tài)彈性回復(fù)率、彈性回復(fù)率的數(shù)值相對較大，再加上斷裂功及斷裂比功較大，這大大增強(qiáng)了竹纖維的耐用性能和抗皺性能。

2.2.2 竹纖維的抑菌保健性能

竹子的適應(yīng)性強(qiáng)，山坡、田地以及房前屋后都可種植生長，而且竹子內(nèi)含微量元素豐富，具有天然的抑菌、抗菌功能，在其繁殖、生長期間，可以始終保持旺盛的生命力，各種蛀蟲都會在被竹子的微量元素的作用下得到滅殺。隨著竹纖維生產(chǎn)加工工藝水平的成熟，已不再采用單一的、傳統(tǒng)的硫酸鹽法制漿技術(shù)，而是將這種技術(shù)融合到了竹漿粕變性生產(chǎn)工藝之中，這種以苛性鈉法制漿技術(shù)為主體的加工方式，使得加工后的竹纖維依然保留竹纖維那種天然的抗菌抑菌性能，細(xì)菌、真菌癬菌在竹纖維結(jié)構(gòu)中都難以存活。另外，竹纖維還具有天然的保健功能，竹子全身都是寶，從竹葉、竹茹到竹簧、竹瀝，都是中醫(yī)良藥，在中藥配伍中，常采用這幾種材料作為藥引，具有良好的成清熱化痰、利尿止嘔之治療功效。

2.2.3 竹纖維的防紫外線性能

紫外線隨著太陽的輻射而穿透大氣層到達(dá)地球，波長不一的紫外線，對人體皮膚的傷害程度也不一樣，通常情況下，雖然有部分紫外線被大氣上層的臭氧層所遮擋，但是對于波長為0.32，0.40um或0.28，0.32um的紫外線則可以直接穿透大氣層而進(jìn)入地球表面。隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，大氣污染程度日益嚴(yán)重，以致于臭氧層不斷遭到破壞，這大大增強(qiáng)了紫外線的輻射強(qiáng)度，對人體健康提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這種情況下，研制具有防紫外線功能的面料就成了大勢所趨。而竹纖維的面世，在一定程度上可以化解這一問題，經(jīng)多家研究機(jī)構(gòu)檢測，竹纖維中含有大量的葉綠素銅鈉元素，而這種元素對紫外線具有化解與吸引功能，所以，與傳統(tǒng)的棉纖維相比，竹纖維防紫外線穿透的能力強(qiáng)，其防紫外線性能是傳統(tǒng)面料的400多倍。

2.2.4 竹纖維的環(huán)保性能

竹子的成熟期早、生長快，二到三的就可成材，加工成竹纖維面料后，可以為紡織生產(chǎn)提供源源不斷的生產(chǎn)原材料，從而節(jié)省木材的使用量，縮減木材砍伐數(shù)量，有利于森林資源的綜合保護(hù)。另一方面，竹纖維的可生物降解性強(qiáng)，通過燃燒、土地填埋等簡單的方法就可將竹纖維分解成二氧化碳和水，分解后，竹纖維所含的微量元素還可以培養(yǎng)土質(zhì)，增強(qiáng)土地肥力。

3 竹纖維的產(chǎn)品開發(fā)

竹纖維的環(huán)保、抑菌、保健等優(yōu)勢，已被越來越多的商家所青睞，竹纖維的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用也越來越廣泛。目前，纖維產(chǎn)品開發(fā)大致可分為以下三類：一是純竹纖維產(chǎn)品;二是竹纖維與真絲混紡產(chǎn)品;三是竹纖維與真絲混紡產(chǎn)品。

3.1 純竹纖維產(chǎn)品

通常情況下，純竹纖維紗線的粗細(xì)從167，833dtex（12N，60N），非常適合紡織，而且利用竹原纖維制作的布面料具有吸濕透氣性好、殺菌抗菌能力強(qiáng)的特點，經(jīng)過染色以后，面料顏色光澤亮麗。目前，國內(nèi)有很多生產(chǎn)廠家利用純竹纖維生產(chǎn)內(nèi)衣、毛巾、口罩、、衛(wèi)生巾、床單、被套等產(chǎn)品。

3.2 竹纖維與真絲混紡產(chǎn)品

長期以來，真絲面料產(chǎn)品存在難以保養(yǎng)的難題，比如不能機(jī)洗、容易起皺等，而將竹纖維和真絲混紡，混紡紗線的細(xì)度可達(dá)83dtex（120N），制成紗線后，真絲面料的吸水性能以及透氣性能得到很大改觀，竹纖維與真絲混紡產(chǎn)品既具有真絲布衫的柔軟性，又具有竹纖維的透氣吸濕性能和懸垂性能。

3.3 棉、竹纖維混紡產(chǎn)品

與棉纖維素相比，竹纖維的內(nèi)在結(jié)構(gòu)為多環(huán)型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以，竹纖維與棉纖維混紡以后的產(chǎn)品，既具有竹纖維的抑菌殺菌功能，以具有棉纖維的透氣性能，因此得到了商家和消費者的認(rèn)可，被人稱為竹絲。棉纖維與竹纖維的混紡產(chǎn)品穿著涼爽、舒適，而且保健抑菌，符合當(dāng)今服裝消費崇尚綠色、環(huán)保的潮流。棉竹混紡的紗線可以開發(fā)超薄針織織物，其織物紋路清晰，手感柔軟又有獨特的回彈性能，是制作夏季服裝的理想材料。

4 竹纖維產(chǎn)品開發(fā)的難點探討

竹纖維產(chǎn)品開發(fā)是近幾十年才起步發(fā)展，由于生產(chǎn)加工技術(shù)還不夠成熟，很多竹纖維產(chǎn)品也還比較單一，竹纖維的性能開發(fā)以及環(huán)保治理問題還有等于進(jìn)一步研究探索。

首先，由于竹纖維比較蓬松，強(qiáng)力低，抱合力較小，斷裂伸長率較大，且容易產(chǎn)生靜電，這給竹纖維的紡紗業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)。在紡紗階段，還需要對清花、梳棉、并條、粗紗、細(xì)紗和絡(luò)筒各個工序的溫濕度、設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)進(jìn)行分析。其次，在加工工藝上，纖維中的木質(zhì)素含量很高，而采用化學(xué)脫膠方法，不僅耗時長、成本高，而且對水源的污染程度大。再次，在織造過程中，還存在竹纖維生紗線脆斷的難題。從當(dāng)前服裝生產(chǎn)情況來看，縮水性問題、懸垂性問題也一直是竹纖維產(chǎn)品開發(fā)的難點問題。

5 結(jié)束語

不管是竹原纖維還是竹原纖維，不但具有天然纖維和化學(xué)纖維許多的優(yōu)點，還具有天然的抗菌防臭功能、良好的染色性、良好的手感和光澤，快速的吸濕和放濕性能，使竹纖維產(chǎn)品開發(fā)具有強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。通過對竹原纖維和竹漿纖維材料及其產(chǎn)品特點的分析，發(fā)現(xiàn)竹原纖維強(qiáng)伸度變異系數(shù)小，伸長率大，纖維韌性、耐磨性、可紡性較好，但生產(chǎn)過程還在一定的技術(shù)難度和環(huán)境污染問題。

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