牛角瓜纖維及其應(yīng)用研究進(jìn)展

文/成廣明 丁心華 陸敏杰 張瀟 翁娟娟

現(xiàn)代化社會人們對天然、原生態(tài)纖維為原料的服裝及生活用床上用品的需求和使用量不斷擴(kuò)大。但受制于耕地、水資源等因素，棉等傳統(tǒng)的天然纖維，難以持續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)量，于是人們在積極尋找新型的天然纖維，牛角瓜纖維就是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型天然植物纖維。牛角瓜果實(shí)狀如牛角，故名牛角瓜，廣泛分布于亞洲和非洲的熱帶亞熱帶地區(qū)，果實(shí)脫籽后取其種子的冠毛纖維，經(jīng)加工處理得到牛角瓜纖維。牛角瓜纖維可用于紡織生產(chǎn)，替代棉麻等纖維。它織成的面料具有很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。本文從牛角瓜纖維的化學(xué)組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)、研究進(jìn)展等方面介紹這種新型天然纖維。

1 牛角瓜纖維的化學(xué)組成和形態(tài)結(jié)構(gòu)

1.1 化學(xué)組成

牛角瓜纖維的主要組成物質(zhì)是纖維素、木質(zhì)素、灰分等。組成為：纖維素65%左右，木質(zhì)素15%左右，灰分為2%左右，還有半纖維素、果膠、蠟質(zhì)等，α-纖維素為49%左右。

1.2 形態(tài)結(jié)構(gòu)

牛角瓜纖維呈淡黃色。用電子顯微鏡觀察，牛角瓜纖維表面光滑，無轉(zhuǎn)曲，呈圓柱形。橫向截面為圓形或橢圓形的大中空管壁。管壁厚度僅0.6μm～1.2μm，直徑達(dá)20.0μm～28.0μm，腔寬壁厚的比值約為26， 中空度達(dá)80%～90%[1-3]。纖維結(jié)晶度為37.67%。經(jīng)測量，牛角瓜纖維長度20.0mm～40.5mm。纖維細(xì)度15.0μm～22.0μm，接近羊絨細(xì)度[2-3]。相對密度0.38g/cm3，單纖維相對密度是棉的0.4倍左右，回潮率12.8%，含水率為11.2%，斷裂強(qiáng)度為3.92cN/dtex，斷裂伸長2.9%。

2 牛角瓜纖維的性能特點(diǎn)

由于牛角瓜纖維具有獨(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了牛角瓜纖維具有其他天然纖維所不具備或明顯優(yōu)于其他天然纖維的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，適合用作性能特殊的紡織材料，比如中空度較高，保暖性好，適合于制作保暖面料或絮用填充料；相對密度小，可作為紡織輕質(zhì)材料；表面光滑，細(xì)度細(xì)，接近羊絨細(xì)度，可紡制高檔紡織品；淡黃色，可不染色，能做綠色有機(jī)產(chǎn)品，環(huán)保；回潮率和含水率較棉纖維高，吸濕性好，適合于制作吸濕保暖性紡織面料；耐酸性好，常溫下稀酸對其沒有影響，能自然降解，可作為環(huán)保材料；具有一定的抗菌效能。

以上優(yōu)點(diǎn)使牛角瓜纖維具有巨大的開發(fā)潛力和廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)牛角瓜纖維存在強(qiáng)度低、斷裂伸長低、無轉(zhuǎn)曲等，導(dǎo)致纖維扭曲剛性大、易脆斷和抱合力差等不利于紡紗，影響了牛角瓜纖維在紡織方面的應(yīng)用。

3 牛角瓜纖維的應(yīng)用及研究進(jìn)展

根據(jù)牛角瓜纖維不同的性能特點(diǎn)，人們通過使用各種方法包括物理和化學(xué)方法，在紡紗和織物面料上的應(yīng)用進(jìn)行探索和研究。

3.1 紗線

人們將牛角瓜纖維進(jìn)行純紡試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由于其強(qiáng)度低、扭曲剛性大、易脆斷和抱合力差導(dǎo)致成條困難，無法順利紡紗。為實(shí)現(xiàn)順利紡紗，人們經(jīng)過多次試驗(yàn)分析研究，通過采用其他抱合力好、強(qiáng)度高的纖維與牛角瓜纖維進(jìn)行混紡的途徑，來抵消牛角瓜纖維的缺點(diǎn)，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，改善纖維強(qiáng)力和抱合力，紡制成多種混紡紗線。人們選擇棉花（細(xì)絨棉或長絨棉）與牛角瓜纖維進(jìn)行不同比例的混紡。結(jié)果表明：隨著牛角瓜纖維含量的增加，混紡紗強(qiáng)力和條干均變差；隨著牛角瓜纖維含量的降低，紗線質(zhì)量有所提高[3-4]。為進(jìn)一步改善紗線條干均勻度，增加強(qiáng)力，提高可紡性，提高紡紗的效率，人們在牛角瓜纖維/棉混紡的基礎(chǔ)上加入滌綸試紡，結(jié)果混紡紗條干均勻度和強(qiáng)度得到顯著提高，紗線質(zhì)量明顯提高，紡紗效率也得以提升。

3.2 針織面料

牛角瓜纖維完全適用于針織面料的生產(chǎn)。利用牛角瓜纖維具有抗菌性能，用牛角瓜纖維/棉混紡紗，織成針織面料，可生產(chǎn)出具有抗菌作用的針織品包括內(nèi)衣、內(nèi)褲、襪子毛巾以及床上用品等中高檔針織產(chǎn)品。滿足人們對抗菌、保健服飾織物的需求，應(yīng)用前景十分看好。

3.3 保暖內(nèi)衣面料

利用牛角瓜纖維的空腔大、壁薄的性能特點(diǎn)，通過牛角瓜纖維/棉/滌混紡，開發(fā)出保暖性好，斷裂強(qiáng)度和舒適度高的保暖內(nèi)衣面料，可生產(chǎn)吸濕排汗及保暖性能好、舒適度高的保暖內(nèi)衣等服裝織物，滿足了人們的需求。

4 展望

隨著對牛角瓜纖維廣泛深入的研究，人們越來越認(rèn)識到以牛角瓜纖維為原料，在紡織加工成具有綠色環(huán)?？咕鼭癖Ｅ裙δ苄苑椏椢锂a(chǎn)品上的潛力和前景，對牛角瓜纖維的研究和開發(fā)必將受到業(yè)界的廣泛關(guān)注和重視。然而，牛角瓜纖維本身存在強(qiáng)度低、無轉(zhuǎn)曲、易脆斷和抱合力差等不利于紡紗的缺點(diǎn)。如何更加科學(xué)地選擇性能及可紡性均較優(yōu)的纖維品種與其混紡，通過與不同纖維不同比例的混紡試驗(yàn)，克服其自身的缺點(diǎn)和不足，找出綜合性能最佳的配方，再輔之工藝和設(shè)備等方面的研究提高，必將能開發(fā)出更多具有綠色環(huán)?？咕鼭癖Ｅ孢m度好等不同功能性紡織面料和產(chǎn)品，滿足人們的需求，將是當(dāng)今牛角瓜纖維研究的主要方向。