玉米皮纖維的形態結構分析

N.V.Karche，S.R.Gampawar，P.Sondankar，N.N.Kamble

Jawaharlal Darda工程技術學院(印度)

現如今，對于許多產品而言，僅滿足技術和經濟上的要求是遠遠不夠的，產品是否具有可持續性也非常重要。這種可持續必要性促使研究人員嘗試開發創新性產品，這可以從大量的將農業剩余物作為紡織生產原料的技術研究論文中獲知。玉米是禾本科草本植物，是玉米屬的一種。這種作物的農業廢棄物在成為紡織行業的替代纖維方面具有巨大潛力。近年來，人們將重點放在森林保護與尋找合理利用農林業廢棄物的方法上。造成這一趨勢的原因是木質纖維產品的消費迅速增長，而法律允許砍伐的木材資源在不斷減少。這可能會導致非法伐木活動頻繁出現。此外，使用來自農林業廢棄物的纖維素纖維具有諸多優勢，如：環境友好，可回收利用，原料成本低甚至免費等。據統計，全球每年采用農作物生產的木質纖維素纖維的產量約為40億t(60%來自農業，40%來自林業)。與其他主要大宗商品相比，全球鋼鐵年產量僅為7億t，而塑料年產量僅為1億t。這些數據表明，纖維素纖維的利用機會很大。

玉米皮纖維也被考慮用作漿粕和造紙的原料、紡織纖維以及復合材料的填料或結構增強材料。

纖維素材料的特性受諸多因素的影響，如原料類型、品種、氣候、收割方法、植物成熟度、提取工藝以及分析時采用的試驗程序條件等。這些因素的引入增加了試驗結果的多樣性，因此建議估計平均值的置信區間，而非僅給出測試平均值，因為置信區間數據可提供一個包含該屬性最可能的真實平均值的范圍。

基于表1給出的玉米皮纖維的規格與力學性能，本文對其進行進一步的形態和性能分析。

表1 玉米皮纖維規格與力學性能

采用JEOL JSM-6510 LV型掃描電子顯微鏡(SEM)，設置電子束加速電壓為10 kV，在真空模式下觀察玉米皮纖維的微觀形貌。為制備可供觀察的試樣，將纖維切割成縱向和橫向斷面，并用導電膠固定在SEM的樣品臺上。

不同長度與不同截面位置處玉米皮纖維的SEM圖如圖1所示。

圖1 不同長度與截面位置處玉米皮纖維的SEM圖

1 伸長率

采用SEM觀察玉米皮纖維的形態。玉米皮纖維的縱向截面形態如圖1 a)～圖1 d)所示。由圖1a)可看出，在纖維近軸表面上存在一些肋狀纖維，其周圍存在大量微纖。由于纖維軸向表面存在著大量微纖[圖1 d)]，當沿著纖維軸向方向施加作用力時，玉米皮纖維間的摩擦接觸面積大，因此，玉米皮纖維的伸長率比香蕉假莖纖維、菠蘿纖維和劍麻纖維更高。

2 強度

玉米皮纖維表面含有蠟、木質素、果膠和半纖維素等其他物質，這些物質會形成較厚的層，以保護纖維基質層內的物質[圖1 e)]。玉米皮纖維較大的比表面積和密實的纖維排列，導致纖維具有較高的強度。

3 橫截面特性

由圖1 g)可觀察到，玉米皮纖維的橫截面形狀不規則，表面也不均勻。其表面存在大量微纖和雜質[圖1 c)]，這使得玉米皮纖維表面粗糙，有助于提高纖維力學和聲學性能。

4 吸濕性

由于材料的剛性主要取決于其結晶度，當纖維結晶度提高時，剛性也隨之提高。玉米皮纖維本質上是無定形的，其無定形區與結晶區之比大于1(約為68∶32)。由纖維形態結構分析可知，玉米皮纖維具有中空內腔，如圖1 h)所示，借助Image軟件可計算得其內腔平均直徑為1.2 μm。

5 拉伸性能

使用Oswaldo Filizola AME-5kN型萬能試驗機，采用500 N壓力元件，根據ASTM C1557-03標準測試玉米皮纖維的拉伸性能。使用Dynaview Standard/Proversion 2.6.7軟件進行數據采集。

測試纖維的拉伸性能有助于確定纖維是否可以用作增強復合材料。對于玉米皮纖維而言，其無定區與結晶區的比值大于1，因此當沿纖維長度方向施加應力時，纖維將伸長，從而表現出拉伸行為特征。玉米皮纖維的拉伸斷裂應力高于棕櫚纖維和椰殼纖維，但比劍麻纖維低得多。

6 結語

通過掃描電子顯微鏡分析玉米皮纖維的形態結構，結果表明，由于微纖、蠟、果膠等物質的存在，玉米皮纖維表面較粗糙；纖維的無定形區賦予其突出的伸長率、拉伸性能和強度；纖維內含中空腔，可以吸收水分，纖維的橫截面形狀也非常不規則。未來，玉米皮纖維有望成為紡織工業中其他天然纖維材料的替代品。

吳雯雯 譯 于俊榮 校