竹纤维的性质及应用

竹纤维的性质及应用140925121马志广摘要：竹子是结构材料和纤维材料的理想原料。用竹纤维代替木纤维可用于制造经济墙板。此外，由于竹纤维是目前惟一的凉爽型纤维且具有绿色、环保等优良特性，现已是纺纤维制衣研究与利用的热点。为此，综述了竹纤维的结构与性能、竹纤维的制备、竹纤维的的应用户指出了目前竹纤维研究中存在的问题，并对其应用前景进行了展望。关键词:竹材;竹纤维;性能;应用1.竹材的形态与化学成分竹子是多年生禾本植物,外观为圆柱形,杆高1～20m,中空有节,竹类胞主要有纤维细胞、薄壁细胞、导管、石细胞、表皮细胞等,竹浆纤维细胞约占细胞总面积的60%～70%。竹茎杆皮层组织紧密,相对密度为0.8左右。它的纤维细长,呈纺锤状,两端尖锐,平均长度1.5～2.5mm,宽度为12～16μm,壁厚约5μm。它的化学成分主要是纤维素43%、木质素23%、树脂6%、多缩戊糖29%。2.竹纤维的结构与性能2.1竹纤维的化学成分竹纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素。另含有少量灰分等其他物质。在我国,竹子的主要产地为甘肃、四川、广东、广西、福建和湖南,由于产地的不同,竹纤维的化学成分含量也有所差异。纤维素是竹纤维最主要的成分,但竹纤维中纤维素的含量明显低于棉、麻纤维,一般国产竹子的纤维素含量大体在44%～53%之间;半纤维素是复合聚糖”,为无定形物质,因此聚合度较低,吸湿易润胀,是纤维之间、微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”,其中聚戊糖的含量约为17%～26%;木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键联结而成的芳香族高分子化合物,位于胞间层和微细纤维之间,其含量一般23%～34%,是产生竹纤维颜色的主要因素;果胶质的主要成分是果胶酸的衍生物,广泛存在于自然界的植物体中。灰分是由各种无机盐组成的,竹纤维中灰分的主要构成成分是SiO2。2.2竹纤维的结构单根竹纤维细长,两端尖,呈纺锤状,纤维内壁较平滑,胞壁甚厚,胞腔小。竹纤维的纤维纵向表面光滑、均一,有多条较浅的沟槽,在接近椭圆形的横截面上布满了椭圆形的空隙,呈梅花形排列,高度中空,毛细管效应非常强,而变沿则呈不规则的锯齿形。3.竹纤维生产加工按加工方法的不同,用于纺织原料的竹纤维可分为原生竹纤维和再生竹纤维2种。3.1原生竹纤维用物理、机械的方法将竹子反复轧压后,采用脱胶工艺进行部分脱胶,部分脱胶后的竹纤维的余胶将竹子纤维一根一根相互连接起来,从而制成需要的竹纤维。这种纤维不是单纤维,而是束纤维,其细度一般为20～50tex,硬丝、并丝很多,含水量达13%。由于胶未脱尽,它的色泽偏黄,在干燥的状态下,粉尘较大,潮湿时强度又非常低。因此,在加工前必须进行烘干和上油处理,以增加纤维的柔软度和强度。3.2再生竹纤维把竹子切片、风干后,采用化学方法将竹片精制成符合纤维生产要求的浆粕,经溶解、纺丝而成。该纤维消除了原生竹纤维刚性大、硬挺的缺点,染色比较容易,强力较好,韧性、耐磨性较高,可纺性能优良,但环保作用和保健性能不如原生竹纤维再生竹纤维的生产方法主要有溶剂纺丝和粘胶纤维丝法。溶剂纺丝法一般采用干喷、湿纺工艺,纺丝原液的制备常采用N甲基吗啉氧化物、二甲基亚砜/聚甲醛作溶剂。由于溶剂纺丝法的生产工艺条件苛刻,对浆粕品质要求较高,溶剂回收难,最终产品成本高,从而限制了其应用。采用溶剂法纺丝制备竹纤维到目前为止尚未见商业化生产报导。粘胶纺丝法首先用硫酸盐蒸煮、多段漂白工艺制备竹纤维浆粕,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,用湿喷湿纺工艺纺丝制成竹纤维。其工艺流程如下:制浆工艺流程:风干竹片※水预水解※蒸煮※疏解※筛选※氯化※碱处理※第1次漂白※第二次漂白※酸处理※除砂※抄浆※烘干※竹浆粕成品。纺丝工艺流程:竹浆粕※切粕※制胶※头道过滤※二道过滤※脱泡※计量※纺丝※塑化※切断※水洗※脱硫※水洗※上油※干燥※成品。4.竹纤维的性能竹纤维的卓越性能主要包括绿色环保性、天然抗菌性及优异的吸湿性和染色性等。4.1绿色环保性由于竹子自身具有抗菌性,所以在生长期内不必使用任何农药,不产生任何污染,确保了竹纤维资源生态无毒性,尤其是原生竹纤维,它完全是采用物理方法制成的,在原料的提取和生产过程中,全部实施绿色生产,是100%的绿色纤维,因此原生竹纤维制品也同样是绿色产品。同时竹纤维及其制品具有优良的生物可降解性,可完全分解,回归自然,对自然环境不会产生严重的破坏。4.2天然抗菌性竹纤维制品不仅具有许多天然产品的优点,而且还有独特的杀菌性能。如果在生产过程中采用特殊工艺技术处理,就能保持竹纤维的抗菌性不被破坏,让抗菌物质始终结合在大分上。经有关部门检测,竹纤维产品抗菌率高达71%,而同样数量的细菌通过显微镜观察,在棉纤维和木纤维制品中能生存繁衍,在竹纤维制品中则无法长时间生存,并会在短时间内减少,甚至消失,竹纤维的天然抗菌性赋予了竹纤维制品优异的服用性,不会对皮肤造成任何过敏性反应,与在后处理过程中加入抗菌剂的纤维织物有很大不同。4.3优异的吸湿性竹纤维的最大特点是横截面上布满空隙,呈高度天然中空,这使得竹纤维及其制品的吸湿、放湿、导湿性能极佳,是会呼吸的纤维,竹纤维在标准状态下的回潮率高达12%,与普通粘胶纤维13%～15%的回潮率相近。但是,在空气温36℃、相对湿度100%的条件下,竹纤维的回潮率可高达到45%,且吸湿速率特别快,回潮率从8.75%增加到45%仅需6h。竹纤维具有卓著的吸湿性能,更适合作夏装、运动服和内衣。4.4较好的染色性竹纤维与粘胶纤维相比其染色性能更好。竹纤维具有与粘胶纤维相同的化学组成,用于棉、粘胶纤维的染料同样能用于竹纤维。由于竹纤维结晶度较低、非晶区大,纤维湿态下膨胀率高,使得染料在纤维内部扩散所需的孔道体积增大,提高了染料在纤维内的扩散系数,在规定的染色时间内有利于染料的上染。此外,竹纤维及其制品手感爽滑,色泽亮丽晶莹,具有良好的悬垂特性、硬挺性和强力、回弹性、染色性、可纺性,并且抗紫外线能力强(约为棉的20倍)和可生产负离子等性能。5.竹纤维的应用5.1竹纤维制经济墙板经济墙板是木纤维水泥空心墙板的简称，是以水泥、砂和木纤维为原料制成的新型墙体材料。产品综合了木纤维和水泥的良好特性，具有防火、隔音、隔热、耐水、防蛀及安装简便、经济实用等优点。现将竹纤维代替木纤维生产经济墙板，所制得板材强度相当好，且密度较低，可以与针叶材纤维经济墙板相媲美。这既可为发展新型墙体材料开辟重要的原料资源，还可为“以竹代木”节约木材以及综合利用竹材、提高竹材利用价值开辟新途径。5.2竹纤维制衣竹纤维横截面满布椭圆形孔隙，可以在瞬间吸收并蒸发水分，因此夏天穿用竹子制作的服装会感到较凉爽。竹纤维服装所用纤维是用毛、聚酯等天然纤维或人造纤维与竹纤维混纺而成的新产品，用其加工的夏季服装不仅质量轻，而且易吸收、排除汗水，比目前已有的其他类别纤维服装更加凉爽宜人。竹纤维与其他纤维相比具有诸多优势，主要体现在以下5方面；（1）属凉爽型纤维。竹纤维是目前惟一的凉爽型天然纤维，天然中空，横截面为梅花型排列，透气性极强，保暖性好，避免了传统圆柱型纤维透气性差的弊端，填补了天然凉爽型纤维的空白。（2）属绿色纤维。竹子产区位于偏远山区，竹纤维能够100%降解，是无污染的环保型纤维。在生产过程中采用高科技手段，使之成为无任何化学助剂残留的天然纤维。（3）可机洗、免熨烫，纤维染色性好。以竹纤维生产的织物有较强的稳定性和防皱性，可机洗和免熨烫；且竹纤维染色性能好，易着色，色牢度在3.5级以上。（4）可与丝绸完美组合。日本野村产业株式会社申请的“天然纤维素纤维及用这种纤维制成的布帛”专利以竹为原料的天然纤维人造丝可以按照一般天然纤维人造丝的制法进行加工。目前，系井纺织公司采用竹纤维材料制成的衬衫、袜子、毛巾、手帕及保健生活用品等商品已经推向日本及欧美高档百货商场。（5）具有保健功能。竹纤维天然含竹蜜和果胶成分，对皮肤健康有益；竹纤维的抗紫外线能力强，以此纤维生产的春夏装对皮肤有较好的抗紫外线保护作用。此外，竹纤维还具有良好抗菌性能。目前，我国已经有多种由真丝和竹纤维混纺制成的面料产品面世，如吴江健丰丝纺厂生产的30%～40%竹纤维与60%～70%真丝混纺而成的丝竹面料，现已应用于西服生产；浙江南方竹木制品有限公司采用天然药物作为软化剂，用毛竹加工出的纤维又细又光亮，并达到了可纺60支纱的水平，面料挺括、吸水，质感好；江苏太仓二棉实业有限公司与上海纺织科学研究院所属东纺科技发展有限公司也研制开发了丝竹纱及丝竹纱系列产品；上海市纺织装饰用品科技研究所和上海萃众毛巾总厂联合开发试制出的天然竹纤维毛巾产品，各项性能指标都达到设计和试用要求，已进入市场。2002年上海国际服装文化博览会上，上海纺织控股公司首次推出了竹纤维，引起了中外业内人士关注。目前相关企业又开发了竹浆粕的变性生产工艺，首创2步法蒸煮等一系列新工艺技术，为化纤产业提供了整套纯竹纤维的生产技术。此外，国内有些公司对竹纤维染色、整理和印花等生产工艺进行了研究、改进，技术上趋于稳定、成熟，且完成了小批量订单的生产。6.竹纤维发展的局限性竹纤维虽然有诸多优点,但也有它的缺点。(1)在加工工艺上,再生竹纤维生产工艺过程过长,对环境污染严重。环保问题成了发展再生竹纤维的最大难题,且其加工过程对竹材原料特性的破坏也是不可忽视的。因此,再生竹纤维的加工工艺有待完善。(2)对于天然竹纤维的制取主要有两个难点:一是竹子单纤维太短,无法纺；二是纤维中的木质素含量很高,难以除去。常规的化学脱胶方法工艺流程长,周期长,能耗大,且设备腐蚀较严重,对环境污染极为严重,加工出的纤维质量不够稳定。而生物脱胶法也有相当大的难度,由于竹材自身结构紧密,密度很大,而且细胞组织中又有大量空气存在,浸渍液很难浸透,势必延长脱胶时间,加之竹子本身具有多种抑菌物质,菌种的选择也有较大困难,因此有待于进一步的研究和探索。(3)在织造过程中,由于竹纤维易吸湿、湿伸长大、塑性变形大,因而极易脆断,成衣制造中100%的竹纤维还没有很好地解决缩水性问题,手感与悬垂性也有待改善。(4)纤维鉴别和检测技术相对滞后,目前仍然找不到行之有效的区分出竹纤维和麻类纤维的方法,因此,市场上不乏有以麻代竹的现象。如何克服以上的不足,进一步推进竹纤维的产业化,将是今后研究的重点。总之,竹纤维作为一种绿色天然的资源性纤维,具有广阔的应用前景。竹纤维的开发突破了传统的竹材应用领域,丰富了竹文化的内涵,符合开发绿色纺织品的潮流,提高了纺织品的档次,增加了产品在国际市场上的竞争力。参考文献:[1]王晓玲,等.竹纤维的利用[J].安徽农业科学,2006,34(8).[2]马灵飞,部分散生竹材纤维形态及主要理化性能[J].浙江林学院报,1993,10(4).[3]黄知清,等.竹及其纤维的研究开发状况和发展前景[J].广西化纤通讯,2003,(2).[4]万玉芹,等.竹纤维的开发与技术应用[J].纺织学报,2004,(6).[5]周芳纯,等.竹材的构造[J].竹类研究,1990,(1).[6]章友鹤.竹纤维素纤维的特性与纺纱加工技术[J].现代纺织技术2005,(2).