竹纤维的性能和应用

1、 收稿日期 :2007-05-16 作者简介 :薛孝川 (1962- , 男 , 湖南桃江人 , 高级工程师 , 硕士 , 研究方向 :化学纤维及高分子材料 。 综述与专论 文章编号 :1672-500X (2007 02-0030-04竹纤维的性能和应用薛孝川(广东省化学纤维研究所 , 广东 广州 510245摘 要 :介绍了绿色环保竹纤维的原材料 、 组成成分 、 结构性能 、 产品的生产和应用 , 以及竹纤维优良 的物理机械性能 、 吸湿性能 、 环保性能 , 含竹纤维织物具有透气性好 、 强力较高 、 。 开 发竹纤维产品具有十分重要的意义 。 关键词 :竹纤维 ; 组成 ; 性能 ;

2、 生产 ; 应用 中图分类号 :T Q341+. 1 文献标识码 :A1 概 述 随着社会的发展和生活水平的不断提高 , 人 们可持续发展和保健意识的不断增强 , 彩棉 、 天 丝 、 莫代尔 、 大豆蛋白纤维 、 甲壳素纤维等各种 绿色纤维相继问世 。 以竹材为原料的生态环保竹 纤维的开发成功亦引起人们广泛关注 。 利用竹纤 维开发生产的绿色纺织品受到人们的普遍青睐 。竹纤维的原料是竹子 , 它是一种速生材 , 一 年即可生长成型 , 25年成熟后可砍伐使用 。 在不同环境下生长的竹子多达 1500余种 , 主要 种植在山地 、 坡地 。 我国有竹林近 500亿 m 2, 产 量 1. 3亿

3、 t, 是世界上竹资源最丰富的国家 。竹子的种类繁多 , 但其基本组织结构大体相 同 , 由表皮组织 、 管束组织 、 基本组织及髓腔等 几个部分组成 。 竹纤维表面光滑 , 横截面接近圆 形 , 纵向呈多条较浅的沟槽 。竹纤维按加工方法分为竹原纤维和竹浆粕纤 维两种 。 竹原纤维是通过物理机械的方法将竹子脱青 、 反复压轧后 , 采用部分脱胶工艺进行脱胶得到的纤维 。 竹浆粕纤维是用传统加工粘胶纤维 的化学方法先制成竹浆粕 , 再经湿法纺丝加工成 竹浆粕纤维 , 目前用于纺织加工的竹纤维一般指 竹浆粕纤维 。2 竹纤维的性能 竹纤维平均长度随品种而异 , 多在 1. 52. 0mm 之间 ,

4、 有细胞壁相对较厚和相对较薄两种基本结构 , 竹纤维沿竹的轴向排列比环向排列多 , 且沿径向从内层到外层逐渐增多 。 竹节部分纤维 少 , 分布不规则 , 且空隙较多 。竹材的化学成分主要包括 50%70%的纤 维素 、 15%30%的戊聚糖和 20%25%的木质 素 , 还包含一定量的蛋白质 、 淀粉 、 蜡 、 脂肪 、 果 胶等可抽提物以及灰份 。 不同种类 、 规格竹子的 化学成分有一些差别 , 竹材不同部位的化学成分 也有差异 , 如竹子外层的纤维素多于内层而木质 素少于内层等 。3化纤与纺织技术第 2期 Che m ical Fiber &Textile Technol o

5、gy 2007年 6月 竹纤维的主要性能如表 1所示 。 竹纤维由于 分子结构的特点 , 其细度 、 白度与普通粘胶纤维 接近 , 结晶度较普通粘胶纤维高 , 强力较好 , 染 色吸收 、 渗透性强 , 韧性 、 耐磨性较高 , 手感柔 软 、 滑爽 。 竹纤维的形态结构有明显凹槽孔隙 , 这些凹槽孔隙能够产生毛细管效应 , 使得竹纤维 具有优良的吸湿 、 放湿性能 , 吸湿后有利于分子 链间或结构单元间的相对滑移 。 竹纤维的干强大 于湿强 , 伸长率在干 、 湿状态下相差较大 , 弹性 回复率较好 , 且湿态弹性回复率较干态大 , 因而 具有一定的抗皱性能 。竹纤维的不足之处是耐 酸 、

6、耐碱性较差 , 由于竹纤维中纤维素分子对酸 的稳定性较差 , 在高温下酸对纤维有较强的破坏 作用 , 此外由于竹纤维多孔隙的结构 , 又使其在 碱中的膨润和溶解作用较为强烈 , 因而竹浆粕纤 维对酸碱的耐受能力均较低 。表 1 竹纤维的主要性能 1项 目长度 (机切 /mm线密度 /dtex65回潮率 (在标准状态下 11. 8质量比电阻 / g c m -28. 8动摩擦系数 0. 102静摩擦系数 0. 247干断裂强度 /c N dtex -12. 254. 41湿断裂强度 /cN dtex -11. 333. 90干断裂伸长 , %19. 824. 1湿断裂伸长 , %1022. 4密

7、度 /g c m -31. 34卷曲弹性回复率 , %65耐日光性 (强力变异系数 , %17. 518. 9双折射率 , %0. 00375耐碱性 稍差耐酸性 稍差耐热性 175185 长时间 , 变色 、 强力下降抗紫外线 一般透气量 /g mm -2 s -11. 652抗菌性 具有杀菌 、 防霉作用 染色性能 易染 、 色牢度强 吸湿性能 (回潮率 , %11. 8竹纤维和其它纤维的性能对比如表 2所示 。 竹纤维 、 棉和粘胶纤维都是纤维素纤维 , 所以无 论从结构上还是性能上都既有很多相似之处 , 又 有不少各自的特点 。 竹纤维和粘胶纤维都有良好 的吸湿性 , 但其吸湿机理有所不

8、同 。 粘胶纤维良 好的吸湿性得益于纤维较低的结晶度 , 而竹纤维 是由于纤维内孔隙多 , 在毛细管效应的作用下 , 水分子容易进入 , 使得纤维吸放湿能力突出 。 由 于竹纤维结晶度高于粘胶纤维 , 因而强力比粘胶 纤维高 。 一般纤维素纤维在细菌和霉菌这些微生 物的分泌物酶作用下 , 易发生水解生成较简单的 糖 , 导致纤维的强度受到严重损失 。 而竹纤维中 存在天然抗菌的“ 竹醌 ” 组分 , 赋予纤维天然抗 菌 、 抑菌 、 防臭和抗紫外线的特性 , 其天然抗菌 、 抑菌 、 抗紫外线作用在经反复洗涤 、 日晒后 , 仍 能保持其固有的特点 ,抗菌 、 , 不会对人体皮 是真正的保健产

9、 , 竹纤维具有天然 、 舒适性 、 透气性 、 染 、 可生物降解性以及尺寸稳定性 。表 2 竹纤维和其它纤维的性能对比 2项 目 竹纤维粘胶纤维高湿模量粘胶纤维棉 涤纶 线密度 /dtex1. 51. 71. 71. 71. 651. 951. 7强度 /cN dtex -125302226343620244052湿强度 /cN dtex -112171015192126304052干断裂伸长 , %172220251315794445湿断裂伸长 , %20252530131512144445回潮率 , %131312. 580. 5 3 竹纤维的加工生产 秋山宣人等人 3较早提出了从竹材

10、生产竹 纤维的方法 。 近年来国内外许多粘胶纤维的生产 和研究单位在研究开发竹纤维及其产品方面取得 了显著成效 , 并已逐步形成工业化生产 , 目前我 国的竹纤维开发已步入世界前列 。竹纤维加工方法分为竹原纤维和竹浆粕纤维 两种工艺 。 竹原纤维是通过物理机械的方法将竹 子脱青 、 反复压轧 、 碾平 、 梳理后 , 采用部分脱 胶工艺 , 除去糖份 、 脂肪然后再进行不完全脱 胶 , 制成竹原纤维 , 实现竹纤维的单纤化 。得到 的纤维不添加化学试剂 , 纤维直径 0. 040. 5 13 第 2期 化纤与纺织技术 2007年 6月 Che m ical Fiber &Textile

11、 Technol ogy mm , 长度 10200mm 。四川阆中棉纺织厂 、 湖南株洲雪松麻业有限公司都进行过竹原纤维的开发生产 。 陈奎元 4提出了这种竹纤维生产方法 的工艺 。用竹子的青篾 /黄篾为原料 , 经 70150 、 0. 53h 热处理 , 使竹质松散后 , 撕裂制成竹麻 , 也可不经加热处理直接撅裂制成竹麻 。 竹麻用 0. 5%2%的硫酸水溶液浸泡 13h 进行 酸处理 , 再用 0. 5%2%的氢氧化钠水溶液浸泡 13h 进行碱处理 , 达到脱胶 、 脱硫 、 脱木质 、 脱 糖质 、 脱半纤维素的目的 , 再将竹短纤维打散 、 打软 、 去掉杂质 ; 用 5%10%

12、的漂白粉水溶液 浸泡竹麻 530m in 进行清洗漂白 , 达到 70%80%的纯白色 ; 将漂白后的竹麻在乳化油中常温 浸泡 1030m in, 取出烘干 , 再焗乳化油 ; 将浸 油焗油后的竹麻在温度 2540 的环境中 , 自然 发酵 510天 。 用梳切机将发酵后的竹纤维经梳 理剪切 , 按成品规格梳理切短 , 用纤维成条机梳 理成条 , 包装入库 。 纺织材料 , 纺性能 。竹浆粕纤维采用粘胶纺丝的生产方法 5。 将竹子切片风干后 , 用化学方法将竹片经水解 、 硫酸盐蒸煮 、 多段漂白工艺制成满足纤维生产要 求的竹纤维浆粕 , 将甲种纤维素含量从 35%左右 提高到 93%以上 ,

13、 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 , 用湿纺工艺纺丝制成竹浆粕纤维 。竹浆粕纤维生产的主要工艺流程如下 : 牵伸集束 2000年就试产出 1. , 现已建有较 。申请的专利 67提 。 主要工艺条件列 3。表 3 竹浆粕纤维的生产工艺条件工 艺条 件竹材备料 、 筛洗料 规格 :长度 2040mm, 热水冲洗 。蒸煮亚硫酸盐法 (钠盐基 蒸煮 , 产物甲纤 97%, 聚合度 >620。蒸煮条件为 :总酸 >4%(对绝干浆量 , 化合酸 1. 0%3. 0%, 蒸煮最高温度 165 , 保温 2次 , 药液温度 6090 。三段漂白 、洗料质

14、量要求 :白度 76%, 聚合度 450, 甲种纤维素 93%。一段漂白 :用氯量 (对绝干浆量 2%5%, 温度 4555 , 漂白含碱量 250g/m3, 漂白时间 120240m in 。二段漂白 :用酸量 1%2%(对绝干浆量 , 时间 2050m in, 水洗至含酸 0. 5g/L以下 。三段漂白 :漂白用氯量 (对绝干浆量 1%3%, 温度 :3040 , 漂白含碱量 150g/m 3, 漂白时 间 60180m in 。 洗至残酸 0. 5g/L。除砂 、 浓缩 使浆液浓度达到 3. 0%3. 5%。浸渍 用碱浓度 240260g/L,时间 1540m in, 温度 5060 。

15、 压榨 、 粉碎 甲纤 29%35%, 碱纤维素含碱 14%18%。 老成 温度 1626 , 老成粘度 3042s 。黄化 加入 30%35%(对碱纤维素重量 的二硫化碳 , 黄化时间 90130m in, 温度 2040 。 后溶解 溶解温度 2025 , 时间 100140m in 。脱泡 、 过滤 纺丝 纺丝浴组成 :硫酸 70130g/L,硫酸钠 200340g/L, 硫酸锌 7. 012. 0g/L;温度 4555 。 牵伸 、 集束 总牵伸 1. 92. 2倍 , 喷丝头牵伸 1. 0倍 。 精练 分别经碱洗 、 酸洗 、 上油 、 漂白处理 。 烘干 、 打包烘干温度 7013

16、0 。23化纤与纺织技术第 2期 Che m ical Fiber &Textile Technol ogy 2007年 6月 目前我国市场上主要有 1. 67dtex ×38mm 、 1. 33dtex ×38mm 、 2. 22dtex ×51mm 、 2. 78dtex ×51mm 等规格竹浆粕纤维品种供应 。 如河北吉 藁的 “ 天竹纤维 ” , 上海化纤浆粕总厂的“ 竹纤维 粘胶丝 ” , 山东潍坊海龙的“ 竹素纤维 ” , 均有一 定的生产规模 。4 竹纤维的应用 目前 , 竹原纤维已应用于建筑材料 、 汽车制造 、 环境保护等领域

17、, 主要代替木材和玻璃纤 维 。 由于竹纤维具有优良的吸湿性和透气性 , 因 而其在纺织纤维领域也开始得到越来越多的开发 和应用 , 但还需进一步完善加工工艺 , 提高纤维 的可纺性能 。竹纤维受到市场的追捧 , 不仅是由于其具有 良好的透气性 、 吸水性 、 较强的耐磨性 、 良好的 染色性 , 更重要的是它具有其它纤维无可比拟的 优越性 , 是绿色生态纺织材料 , “ 会呼吸 ” 的生态产品 。 爽 , 色泽亮丽 , , , 给 人以凉而不冰 、 雅而不俗的感觉 。竹 纤维天然含有竹蜜和果胶等成分 , 与皮肤的亲和 力好 , 对皮肤健康有益 , 没有刺激感 , 具有很好 的保健功能 。竹纤

18、维既可以纯纺 , 也可以与棉 、 麻 、 丝 、 毛 、 粘胶 、 莫代尔 、 天丝及各种合成纤维混纺或 者交织 , 可生产针织 、 机织 、 提花等各种风格面 料 。 竹纤维产品应用广泛 , 服用方面主要用于内 衣 、 贴身 T 恤衫 、 衬衣 、 袜子等 ; 还可用于床上 用品 、 装饰用品 、 洗浴用品 、 非织造布等 。 利用我国资源丰富的竹类资源 , 开发绿色竹纤维及其纺织品 , 不仅有利于开阔竹材的应用领 域 , 提高我国竹材的利用价值 , 而且有利于竹资源 深层次开发、 纺织工业的结构调整和产业升级。5 结 语 竹纤维集天然纤维与人造纤维的优点于一身 , 具有独特的服用性能和保健

19、性能 , 是安全、 舒适、 健康的纺织原料。 目前对于竹纤维及其产品还有 许多性能与机理有待进一步研究与探讨 , 竹原纤 维的加工性能、 服用性能还有待提高 , 竹浆粕纤维 工业化生产中 , 也有一些技术难点有待解决。 竹 纤维织物加工性等方面的研究也还不够深入。 加 强竹纤维的开发和应用研究 , 将拓展竹纤维及其 产品的使用范围 , 求 , 献1, 李虹 , 石陶然 . 竹纤维基本特性研究 J .纺织学报 , 2004, 25(6 :100-101.2 朱静芳 . 纤维素纤维的新宠 竹纤维 J .针织工业 , 2003(6 :23-24.3 秋山宣人 , 等 . 竹纤维的生产方法 P .Z L93108031,1999-02-24.4 陈奎元 . 天然竹纤维的制备方法 P .C N1390989,2003-01-15.5 宋晓峰 , 勒玉伟 . 竹浆纤维 -浆粕的制备研究 J .国际纺织导报 , 2005(2 :14-16.6 姜厚有 , 等 . 竹材粘胶纤维及其生产工艺 P .CN1399011, 2003-02-26.7 朱长生 , 等 . 利用竹材生产粘胶纤维浆粕的工艺P .CN00135021, 2002-07-24.PRO PERT I ES AND APPL I CAT I O N O F BAM BOO F I BERXUE Xiao 2chuan(Guangdo