- 纺织材料学(第4版)
- 姚穆
- 9764字
- 2025-02-18 09:57:58
第二节 韧皮纤维
韧皮纤维来源于麻类植物茎秆的韧皮部分,纤维束相对柔软,又称为软质纤维。韧皮纤维多属于双子叶草本植物,主要有苎麻、亚麻、黄麻、汉(大)麻、槿(洋)麻、苘麻(青麻)、红麻、罗布麻等。亚麻纤维在8000年前的古埃及就被人类发现并使用,是人类最早开发利用的天然纤维之一。大麻布和苎麻布在中国秦汉时期已是人们主要的服装材料,制作精细的苎麻夏布可以与丝绸媲美,由宋朝到明朝麻布才逐渐被棉布取代。
一、韧皮纤维种类
(一)苎麻
苎麻(ramie)属苎麻科苎麻属,多年生草本植物。又名“中国草”,是中国独特的麻类资源,种植历史悠久,且我国的苎麻产量占世界90%以上,主要产地有湖南、四川、湖北、江西、安徽、贵州、广西等地区。
苎麻俗称有白苎、线麻、紫麻等,其可分为白叶种和绿叶种。白叶种苎麻叶正面呈绿色,叶背面长满白色绒毛,纤维品质好,主要种植地在我国。绿叶种苎麻纤维的品质略差,主要种植地区在南洋群岛等少数地区。
1.苎麻纤维结构 苎麻纤维是由单细胞发育而成,纤维细长,两端封闭,有胞腔,胞壁厚度与麻的品种和成熟程度有关。苎麻纤维的纵向外观为圆筒形或扁平形,没有转曲,纤维外表面有的光滑,有的有明显的条纹,纤维头端钝圆。苎麻纤维的横截面为椭圆形,且有椭圆形或腰圆形中腔,胞壁厚度均匀,有辐射状裂纹。图3-11为苎麻纤维截面及纵向外观。苎麻纤维初生胞壁由微原纤交织成疏松的网状结构,次生胞壁的微原纤互相靠近形成平行层。苎麻纤维截面有若干圈的同心圆状轮纹,每层轮纹由直径0.25~0.4μm的巨原纤组成,各层巨原纤的螺旋方向多为S形,平均螺旋角为8°15′。苎麻纤维结晶度达70%,取向因子0.913。
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图3-11 苎麻纤维截面及纵向外观
2.苎麻纤维的主要性能
(1)纤维规格:苎麻纤维的细度与长度明显相关,一般越长的纤维越粗,越短的纤维越细。苎麻纤维的长度较长,一般可达20~250mm。纤维宽度约为20~40μm,传统品种线密度约为6.3~7.5dtex,细纤维品种的线密度有3.0~5.5 dtex,最细品种的线密度可达2.5~3.0 dtex。
(2)断裂比强度与断裂伸长率:苎麻纤维的强度是天然纤维中最高的,但其伸长率较低。苎麻纤维平均比强度为6.73cN/dtex,平均断裂伸长率为3.77%。
(3)初始模量:苎麻纤维硬挺,刚性大,具有较高的初始模量。因此苎麻纤维纺纱时纤维之间的抱合力小,纱线毛羽较多。苎麻纤维初始模量约170~210cN/dtex。
(4)弹性:苎麻纤维的强度和刚性虽高,但是伸长率低,断裂功小,加之苎麻纤维弹性回复性较差,因此苎麻织物抗皱性和耐磨性较差。苎麻纤维在1%定伸长拉伸时的平均弹性回复率为60%,伸长2%时的平均弹性回复率为48%。
(5)光泽:苎麻纤维具有较强的光泽。原麻呈白、青、黄、绿等深浅不同的颜色,脱胶后的精干麻色白且光泽好。
(6)密度:苎麻纤维胞壁密度与棉相近,为1.54~1.55g/cm3。
(7)吸湿性:苎麻纤维具有非常好的吸湿、放湿性能,在标准状态下的纤维回潮率为13%,润湿的苎麻织物3.5h即可阴干。
(8)耐酸碱性:苎麻与其他纤维素纤维相似,耐碱不耐酸。苎麻在稀碱液下极稳定,但在浓碱液中,纤维膨润,生成碱纤维素。苎麻可在强无机酸中溶解。
(9)耐热性:苎麻纤维的耐热性好于棉纤维,当达到200℃时,其纤维开始分解。
(10)染色性:苎麻纤维可以采用直接染料、还原染料、活性染料、碱性染料等染色。
(二)亚麻
亚麻(flax)属亚麻科、亚麻属,为一年生草本植物。亚麻分为纤维用、油纤兼用和油用三类,我国传统称谓纤维用亚麻为亚麻,油纤兼用和油用亚麻为胡麻。
亚麻适宜种植地区在北纬45°~55°之间,亚麻的主要产地在俄罗斯、波兰、法国、比利时、德国、中国等。我国的亚麻种植主要集中在黑龙江、吉林、甘肃、宁夏、河北、四川、云南、新疆、内蒙古等省区。目前,我国亚麻产量居世界第二位。
亚麻植物由根、茎、叶、花、蒴果和种子组成,纤维用亚麻茎基部没有分支,上部有少数分支,茎高一般为60~120cm。叶为绿色,下部叶小,上部叶细长,中部叶为纺锤形。亚麻植株花为圆盘形,呈蓝色或白色。结3~4个蒴果,蒴果为桃形,成熟时为黄褐色,每个蒴果可结8~10粒种子。油纤兼用及油用亚麻植株茎基部以上即有分支。
1.亚麻纤维结构 亚麻茎的结构由外向内分为皮层和芯层,皮层由表皮细胞、薄壁细胞、厚角细胞、维管束细胞、初生韧皮细胞、次生韧皮细胞等组成;芯层由形成层、木质层和髓腔组成。韧皮细胞集聚形成纤维束,有20~40束纤维环状均匀分布在麻茎截面外围,一束纤维中约有30~50根单纤维由果胶等粘连成束。每一束中的单纤维两端沿轴向互相搭接或侧向穿插。麻茎中皮层约占13%~17%,皮层中韧皮纤维含量约11%~15%。在皮层和芯层之间有几层细胞为形成层,其中一层细胞具有分裂能力,这层细胞向外分裂产生的细胞,可以逐渐分化成新的次生韧皮层;向内分裂产生的细胞则逐渐分化成次生木质层。木质层由导管、木质纤维和木质薄壁细胞组成,木质纤维很短,长度只有0.3~1.3mm,木质层约占麻茎的70%~75%。髓部由柔软易碎的薄壁细胞组成,是麻茎的中心,成熟后的亚麻麻茎在髓部形成空腔。
亚麻单纤维包括初生韧皮纤维细胞和次生韧皮纤维细胞,纵向中间粗,两端尖细,中空、两端封闭无转曲。纤维截面结构随麻茎部位不同而存在差异,麻茎根部纤维截面为圆形或扁圆形,细胞壁薄,中腔大而层次多;麻茎中部纤维截面为多角形,纤维细胞壁厚,纤维品质优良;麻茎梢部纤维束松散,细胞细。亚麻纤维横截面细胞壁有层状轮纹结构,轮纹由原纤层构成,厚度约为0.2~0.4μm,原纤层由许多平行排列的原纤以螺旋状绕轴向缠绕,螺旋方向多为左旋,平均螺旋角为6°18′,原纤直径约为0.2~0.3μm。亚麻纤维结晶度约66%,取向因子为0.934。图3-12 为亚麻纤维纵向外观和截面形态。亚麻纤维加工的半成品和产品,英文改称“linen”。
2.亚麻纤维主要性能
(1)纤维规格:亚麻单纤维的长度差异较大,麻茎根部纤维最短,中部次之,梢部最长。单纤维长度为10~26 mm,最长可达30 mm,宽度为12~17μm,线密度为1.9~3.8 dtex。纱线用工艺纤维湿纺长为400~800 mm,线密度为12~25 dtex。
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图3-12 亚麻纤维截面形态及纵向外观
(2)断裂比强度与断裂伸长率:亚麻纤维有较好的强度,断裂比强度约为4.4 cN/dtex,断裂伸长率为2.50%~3.30%。
(3)初始模量:亚麻纤维刚性大,具有较高的初始模量。亚麻单纤维的初始模量为145~200cN/dtex。
(4)色泽:亚麻纤维具有较好的光泽。纤维色泽与其脱胶质量有密切关系,脱胶质量好,打成麻后呈现银白或灰白色;次者呈灰黄色、黄绿色;再次为暗褐色,色泽萎暗,同时其纤维品质较差。
(5)密度:亚麻纤维胞壁的密度为1.49g/cm3。
(6)吸湿性:亚麻纤维具有很好的吸湿、导湿性能,在标准状态下的纤维回潮率为8%~11%,公定回潮率为12%。润湿的亚麻织物4.5h即可阴干。
(7)抗菌性:亚麻纤维对细菌具有一定的抑制作用。古埃及时期人们用亚麻布包裹尸体,制作木乃伊。第二次世界大战时,人们将剪碎的亚麻布蒸煮,然后用蒸煮液代替消毒水给伤员冲洗伤口。亚麻布对金黄葡萄球菌的杀菌率可达94%,对大肠杆菌杀菌率达92%。
(三)黄麻
黄麻(jute)属于椴树科、黄麻属,为一年生草本植物,黄麻俗称络麻、绿麻。黄麻主要有两大品系,分为圆果种黄麻和长果种黄麻。圆果种黄麻因为纤维脱胶后色泽乳白至淡黄,又称为白麻(white jute),纤维较粗短;长果种黄麻纤维脱胶后呈浅金黄色,纤维细长。黄麻茎为较光滑的圆柱形,黄麻茎高1~5m,茎粗1.5~2cm,且麻茎有深浅不同的绿、红、紫色。黄麻叶为披针形。
中国有近千年的黄麻种植历史,是圆果种黄麻的起源地之一。黄麻适宜在高温多雨的气候中生长,原麻产量仅次于印度和孟加拉国。我国原为黄麻重要生产国,1995年起,因病虫害停种,目前正在恢复。
1.黄麻纤维结构 黄麻茎与苎麻亚麻相似,分皮层和芯层。皮层中初生韧皮细胞和次生韧皮细胞发育成黄麻纤维。在麻茎皮层分为多层分布,每层中的纤维细胞大都聚集成束,每束截面中约有5~30根纤维。每束中的单纤维的顶部嵌入另一束纤维细胞之间,形成网状组织。黄麻纤维细胞开始生长时,初生胞壁伸长,横向尺寸相应增大,然后纤维素、半纤维素、木质素等在初生胞壁内侧开始沉积加厚,形成次生胞壁,中腔逐渐缩小,直至纤维停止生长。图3-13为黄麻纤维截面形态及纵向外观。黄麻纤维纵向光滑,无转曲,富有光泽。纤维横截面一般为五角形或六角形,中腔为圆形或椭圆形,且中腔的大小不一致。黄麻纤维的结晶度约为62%,取向因子为0.906。
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图3-13 黄麻纤维截面形态及纵向外观
2.黄麻纤维主要性能
(1)纤维规格:黄麻单纤维长度很短,一般1~2.5mm,宽度10~20μm,因此需要采用成束的工艺纤维纺纱,生产麻绳和麻袋的黄麻工艺纤维长度为80~150mm,线密度为18~35dtex。生产麻布的工艺纤维的长度为18~25mm,线密度为5.5~8.5dtex。不同品种和产地的黄麻单纤维和工艺纤维规格也有一些差异,表3-5为不同品种和产地的黄麻纤维规格。
表3-5 不同品种和产地的黄麻纤维规格
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(2)断裂比强度与断裂伸长率:黄麻纤维有较好的强度,工艺纤维平均断裂强度为2.7cN/dtex,断裂伸长率为2.3%~3.5%。
(3)色泽:黄麻纤维富有光泽,且纤维色泽与其纤维本身的颜色和脱胶质量有密切关系。黄麻长果种纤维本色为乳黄色或淡金黄色,圆果种为乳白色或淡乳黄色。脱胶时水质混杂,可以使黄麻纤维变成深浅不同的黄、棕、灰、褐等色;麻皮组织中的单宁质溶于水,与浸麻中的铁元素化合,会使黄麻纤维呈现暗黑色。
(4)密度:黄麻纤维胞壁密度为1.21 g/cm3。
(5)吸湿性:黄麻纤维的吸湿、导湿性很强。在标准状态下黄麻生麻的回潮率为12%~16%,熟麻的回潮率为9%~13%,黄麻的公定回潮率为14%。
(6)耐热性:黄麻纤维燃点低,易燃。加热至150℃以上时,纤维将失去水分变为焦黄色,如果温度继续升高,纤维会逐步分解而炭化,第一失重阶段为250~380℃,第二失重阶段为400~480℃。
黄麻纤维短而硬,传统产品多为麻袋、绳索、包装材料等低档纺织品。但是黄麻纤维具有强度高、吸湿好、导湿快、耐腐蚀等特点,近年采用新型复合脱胶工艺,生产精细黄麻工艺纤维可以开发高档服装、家用纺织品、非织造布等。
(四)无毒大麻(汉麻)
汉(大)麻(China Hemp)又名工业用大麻、花麻、寒麻、线麻、火麻、魁麻等,属大麻科大麻属,为一年生草本植物。大麻品种有高毒性大麻(Marijuana,Hashish,Cannabis四氢大麻酚含量极高5%~17%属于毒品)和低毒或无毒大麻(四氢大麻酚含量0.3%以下及0.1%以下),无毒大麻不属于毒品,可以工业应用。大麻在中国有超5000年的种植历史。1953年起,因属于毒品,禁止种植。近年育成无毒品种,解禁开始种植。
1.无毒大麻(汉麻)纤维的品种与结构 汉麻适应环境能力强,耐贫瘠、抗逆性强、适生性广,具有喜光照、光合作用效率较高的生物学特性。我国的大麻历史上曾广泛种植。1953年我国在禁毒公约上签字后开始停止种植,只有药用的少量种植,并且这部分由公安部禁毒委员会管理。20世纪80年代开始逐步培育出了无毒大麻,目前世界各国正在逐步推广,将会有一个广阔的前景。
传统汉麻雌雄异株,雄株开花不结籽,俗称花麻,雌株授粉后可以结籽,俗称籽麻。汉麻茎直立,高度为2~5m,茎有绿色、淡紫色和紫色等。茎下部为圆形,茎上部为四棱形或六棱形,茎上均有凹的沟纹,且呈四方形或六棱形。茎的表面粗糙有短腺毛。一般雄株的节间较长,节数较少;雌株的节间较短,节数较多。雌麻的茎径较粗,分支多,成熟期晚,出麻率低;雄麻茎较细,分支少,木质部不发达,出麻率高。目前已培育出雌雄同株品种。
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图3-14 汉麻茎皮层截面示意图
1—表皮鳞片状角质细胞 2—厚角细胞 3—初生薄壁细胞4—内薄壁细胞 5—初生韧皮纤维细胞 6—次生韧皮纤维细胞 7—形成层 8—表皮膜层 9—表皮组织10—初生韧皮细胞 11—次生韧皮细胞
汉麻茎截面由表皮层、初生韧皮层、次生韧皮层、形成层、木质层和髓部组成,表皮层中表皮细胞下为厚角细胞、薄壁细胞和内皮细胞,如图3-14所示。汉麻纤维分为初生韧皮纤维和次生韧皮纤维。初生韧皮纤维在麻株为幼株时开始在皮层生长,次生韧皮纤维在麻株拔节初期开始生长。一般纤维束层的最外一层为初生韧皮纤维,次生韧皮纤维位于韧皮内层。初生韧皮纤维的长度为5~55mm,平均长度为20~28mm。次生韧皮纤维的平均长度为12~18mm,宽度为17μm。
汉麻工艺纤维束截面以10~40个单纤维成束分布在韧皮层中,束内纤维与纤维之间,分布着果胶和木质素,汉麻中含7%的果胶、含量高于苎麻和亚麻。汉麻韧皮约含有59%的纤维素,聚集成原纤结构,在原纤的空隙中,充填着木质素和果胶。随着汉麻的生长,它们分层淀积,组成纤维的胞壁。汉麻纤维主要由细胞壁和细胞空腔组成,细胞壁又由细胞膜、初生壁和次生壁组成。初生壁的木质素含量较多,纤维素分子排列无规,并倾向于垂直纤维轴向排列。次生壁的木质素含量较少,且其还可以分为三层,纤维素分子以不同方向和角度螺旋排列。汉麻纤维的结晶度约为44%。
汉麻纤维细胞间木质素不易分解,一般成束存在,横截面如图3-15所示,多为不规则的三角形、四边形、六边形、扁圆形、腰圆形或多角形等。中腔呈椭圆形,中腔较大,约占截面积的1/3~1/2。纤维纵向有许多裂纹和微孔,并与中腔相连。
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图3-15 汉麻纤维截面形态及纵向外观
2.无毒大麻(汉麻)纤维主要性能
(1)纤维规格:无毒大麻,简称汉麻(hamp),单纤维长度较短,平均长度为16~20mm,最长可达27mm。汉麻单纤维在麻类纤维中是较细的,纤维平均宽度为18μm。表3-6为汉麻与其他麻纤维的细度与长度比较。
表3-6 汉麻纤维与苎麻、亚麻和黄麻纤维规格
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(2)断裂比强度与断裂伸长率:汉麻纤维细度较细,但是纤维断裂强度优于亚麻,低于苎麻。单纤维平均断裂比强度为4.8~5.4cN/dtex,断裂伸长率为2.2%~3.2%。表3-7为汉麻与其他麻类纤维力学性能对比。
表3-7 汉麻与苎麻、亚麻纤维力学性能比较
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(3)密度:汉麻单纤维胞壁密度为1.52 g/cm3。
(4)吸湿性:汉麻纤维表面有许多纵向条纹,这些条纹深入纤维中腔,可以产生优异的毛细效应,因此汉麻纤维具有很好的吸湿透气性。国家纺织品质量监督检测中心检测,汉麻帆布的吸湿速率达7.34mg/min,散湿速率可达12.6mg/min,汉麻纤维的公定回潮率为12%。当空气湿度达95%时,汉麻纤维的回潮率可达30%。
(5)光泽与颜色:汉麻纤维横截面的形状为不规则的腰圆形或多角形等。光线照射到纤维上,一部分形成多层折射或被吸收,大量形成了漫反射,使汉麻纤维光泽自然柔和。汉麻纤维的颜色因收获期早晚及脱胶状况不同而有差异,多呈黄白色、灰白色,同时还有青白色、黄褐色和灰褐色。
(6)抗菌性:汉麻具有天然抗菌性,在其生长过程中几乎不需要使用农药。汉麻织物对不同微生物(如金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、白色念珠菌、肺炎杆菌等)的杀菌率均达99%以上。
(7)抗静电性:由于汉麻纤维的吸湿性能很好,质量比电阻小于苎麻,大于亚麻和棉纤维,其纺织品能避免静电积累,即具有较好的抗静电性能。表3-8为汉麻纤维与其他天然纤维素纤维的比电阻的测试结果。
表3-8 天然纤维素纤维的比电阻
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注 测试条件:试验环境温度为23℃,相对湿度为65%,试验仪器为YG321型纤维比电阻仪。
(8)耐热性:汉麻纤维具有良好的耐热性,纤维素的分解温度为300~400℃,高于苎麻纤维。
(9)抗紫外线功能:汉麻纤维截面多种多样,纤维壁随生长期的不同其原纤排列取向不同,并且分为多个层次,因此其纤维光泽柔和。汉麻韧皮中的化学物质种类繁多,有许多σ-π价键,使其具有吸收紫外线辐射的功能。
(五)罗布麻
罗布麻(kender、apocynum)属夹竹桃科罗布麻属,多年生宿生草本植物。罗布麻含有黄酮类化合物、强心苷、花色素、酚类、芳香油、三萜化合物等,具有降压强心、清热利水、平悸止晕、平肝安神的功效。罗布麻纤维用于纺织叶可以制烟、茶和饮料,茎和叶中的乳胶液可以药用和提炼橡胶,麻秆芯可以造纸和做纤维板。
罗布麻具有防风固沙的作用,其茎高根深,对土壤要求不严格,可以生长在盐碱荒地、多石山坡、沙漠边缘,是具有抗旱、耐盐、抗风、抗寒特性的植物。罗布麻多生长在北半球温带和寒温带,广泛分布在伊朗、阿富汗、印度、俄罗斯、加拿大和中国。罗布麻在我国分布范围很广,新疆、甘肃、青海、宁夏、内蒙古、河北、辽宁、山东等地区均有生长,其中以青海的柴达木盆地和准噶尔盆地较多。
罗布麻分为红麻和白麻两个品种,红麻植株较高,为1.5~3m,幼苗为红色,称为红麻,叶片较大,花朵较小且呈紫红色或粉红色,其耐旱、耐盐能力略弱;白麻植株较矮,为0.5~2.5m,幼苗为浅绿色或灰白色,叶片较小,花朵较大呈粉红色,其耐旱、耐盐能力极强。
1.罗布麻纤维组成及结构 罗布麻茎秆截面与苎麻、亚麻等相似,也是由皮层和芯层组成,芯层髓部组织较发达,纤维取自皮层的韧皮纤维细胞。罗布麻麻秆分支多而细,麻皮薄,黏结力强,因此不易剥麻。罗布麻纤维细长而有光泽,聚集为较松散的纤维束,但也有个别纤维单独存在。罗布麻单纤维为两端封闭,中有空腔,即中部较粗而两端较细,纵向无扭转的厚璧长细胞。纤维表面有许多竖纹和横节。横截面为多边形或椭圆形,中腔较小,胞壁很厚,纤维粗细差异较大。图3-16为罗布麻纤维的截面及纵向外观。罗布麻的原纤组织结构与苎麻相似,具有较高的结晶度和取向度,罗布麻的结晶度为59%,取向因子为0.924。
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图3-16 罗布麻纤维截面及纵向外观
罗布麻纤维的化学组成见表3-9。不同生长地区的罗布麻化学组成有所不同,罗布麻的纤维素含量与苎麻相近,但其半纤维素含量较苎麻低,木质素含量较高。
表3-9 罗布麻纤维的化学组成(%)
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2.罗布麻纤维的主要性能
(1)纤维规格:罗布麻红麻纤维平均长度为25~53mm,宽度为14~20μm;白麻纤维平均长度为50~60mm,最长可达180mm,宽度约为18μm。
(2)断裂比强度与断裂伸长率:罗布麻单纤维平均断裂比强度为2.9cN/dtex,断裂伸长率为3.33%。
(3)密度:罗布麻纤维壁密度与棉纤维相近,为1.55g/cm3。
(4)吸湿性:罗布麻纤维的标准回潮率为6.98%,纤维吸湿速度较慢,放湿速度较快。
(5)弹性:罗布麻纤维压缩弹性回复率为49.25%。
(6)色泽:罗布麻纤维随脱胶程度不同,有灰白色、灰褐色、褐色等色泽。
(7)表面摩擦性能:罗布麻纤维动摩擦因数为0.555,静摩擦因数为0.453,表面光滑,纤维间抱合力较小。
(8)染色性:罗布麻染色性能与亚麻相似,染色均匀性较差。因为罗布麻纤维中纤维素含量低,木质素、半纤维素、果胶等天然共生物含量高,容易与纤维素形成染色差异。另外,罗布麻纤维结晶颗粒大,取向度高,染料上染困难。
(9)抗菌性:罗布麻纤维具有天然抗菌功能,对金黄色葡萄球菌抑菌率为47.7%;对大肠杆菌的抑菌率为56.8%;对白色念珠菌的抑菌率为40.2%。
(六)香蕉纤维
香蕉纤维(banana fiber)存在于香蕉茎的韧皮中,也是一种韧皮纤维。将香蕉茎秆用切割机切断,手工将茎秆撕成片状,然后用刮麻机制取香蕉纤维。目前,香蕉纤维没有得到大规模的开发与利用,印度采用手工剥制的纤维主要用于生产手提包和装饰品,还有的用于绳索和麻袋等包装用品。我国的香蕉资源非常丰富,在广东、广西、福建、海南、四川、云南等地都大面积种植香蕉,开发和利用香蕉纤维具有很大的资源潜力。
香蕉纤维的化学组成为纤维素、半纤维素、木质素、灰分和水溶物质,其中纤维素含量为58.5%~76.1%,半纤维素含量为28.5%~29.9%,木质素含量为4.8%~6.13%,灰分为1.0%~1.4%,水溶物质为1.9%~2.16%。香蕉纤维的纤维素含量低于亚麻和黄麻,纤维光泽、柔软性、弹性和可纺性略差。
采用X光衍射法和贝克线法测试香蕉纤维的内部结构,其结晶度约为44%,取向角为14°,取向因子为0.810,密度为1.36g/cm3,且其纤维的大分子排列规整性不如亚麻,因此香蕉纤维的结晶度和取向度低于亚麻纤维。
香蕉纤维具有麻类纤维的特点,香蕉纤维可以溶于热硫酸,并且具有抗碱性,耐丙酮、氯仿、甲酸和石油酚。
香蕉纤维的单纤维较短,长度为2.0~3.8mm,纤维宽度为8~20μm。工艺纤维的长度为80~200cm,平均长度为115cm,宽度为11~34μm,平均约为21.28μm,工艺纤维断裂比强度为1.96~8.65cN/dtex,断裂伸长率为2.2%~4.3%。
二、韧皮纤维的初加工
麻类植物的茎秆主要由皮层和芯层(木质部)组成,皮层由外向内依次为表皮细胞、厚角细胞、薄壁细胞、维管束细胞、初生韧皮细胞、次生韧皮细胞等。芯层分形成层、木质部和髓部。韧皮纤维细胞集束排列,每5~6个纤维束集聚。麻茎收割后,先要经过剥皮、脱胶等初步加工除去表面细胞、厚角细胞、薄壁细胞等以及一些胶质和非纤维杂质,保留韧皮细胞的纤维束,再将韧皮细胞间的半纤维素、果胶、木质素等胶类物质脱除,最后麻茎经干燥、打麻,就得到了可纺的长纤维和束纤维。其中脱胶通常采用酶处理或化学处理的方法去掉胶质,常用脱胶方法有雨露浸渍法、温水浸渍法、生物酶处理法、细菌脱胶法、化学脱胶法、机械搓揉敲击法等。
1.苎麻(ramie)纤维初加工 苎麻收割后,经过剥皮、刮青(刮去表皮细胞、厚角细胞和薄壁细胞)、晒干后成丝状或片状原麻(生苎麻),再经过脱胶处理后得到色白而有光泽的精干麻。原麻的公定回潮率为12%,含胶率为20%~28%,精干麻含胶率约为2%。
2.亚麻(flax)纤维初加工 亚麻茎的直径为1~3mm,木质部不甚发达,因此不能采用一般的剥皮方式获取纤维。亚麻初加工工艺为:亚麻原茎→选茎→脱胶→干燥→入库养生→干茎→碎茎→打麻→打成麻。
打成麻是亚麻干茎经过碎茎打麻后取得的长纤维。打成麻中的亚麻纤维为工艺纤维,工艺纤维是由果胶黏结的细纤维束,截面约有10~20根亚麻单纤维,工艺纤维线密度为2.2~3.5tex。
3.黄麻(jute)纤维初加工 黄麻纤维有剥皮精洗和带秆精洗两种脱胶加工方式,未脱胶的黄麻原麻称生麻,脱胶后的黄麻称熟麻。精洗后所得的熟麻纤维占原麻的百分率称为精洗率,且精洗方式不同,精洗率差异较大。如圆果种黄麻的剥鲜皮精洗率为8.2%~13.5%,剥干皮精洗率为47.0%~53.9%;带鲜茎精洗率为3.72%~4.95%,带干茎精洗率为3.7%~4.6%。
剥皮精洗:剥麻皮→选麻扎把→浸麻→洗麻→收麻→整理分级→打包。
带秆精洗:麻茎→选麻成捆→浸麻→压麻→碎根剥洗→晒麻收麻→整理分级→打包。
4.无毒大麻(汉麻,hemp)纤维初加工 汉麻单纤维长度短,整齐度差,原麻的果胶、半纤维素、木质素的含量高,因此纤维脱胶较苎麻等困难,有效成分的利用也不及苎麻、亚麻。汉麻传统的化学脱胶工艺为:原麻扎把→装笼→浸酸→水洗→煮练→水洗→敲麻→漂白→水洗→酸洗→水洗→脱水→开松→装笼→给油→脱油水→烘干→精干麻。新工艺采用物理、生物工程、机械、化学脱胶方法复合显著提高了效率。
三、韧皮纤维的化学组成
韧皮纤维的主要组成物质为纤维素,另外还有半纤维素、糖类物质、果胶、木质素、脂、蜡质、灰分等物质,各组成物质的比例因韧皮纤维的品种而异。韧皮纤维的化学成分虽然与棉纤维相似,但其非纤维素成分含量较高。韧皮纤维中的半纤维素、木质素对纤维力学性能和染色效果都有较大的影响。半纤维素是聚合度很低的纤维素、聚戊糖(五碳糖包括木糖、阿拉伯糖等)、聚己糖(六碳糖包括半乳糖、甘露糖等)各种聚合度化合物的总称。韧皮纤维的化学组成见表3-10。
表3-10 韧皮纤维的化学组成(%)
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1.半纤维素(hemicellulose)半纤维素具有较高黏性,将植物细胞黏结成束。半纤维素的聚合度一般为150~200,分子链短,且大多有短的侧链。半纤维素的苷键在酸性介质中会断裂,使半纤维素发生降解。半纤维素在碱性条件下可以降解,产生碱性水解或剥皮反应。
2.木质素(lignin)木质素是植物细胞壁的主要成分之一,亦简称木素。它是以苯基丙三醇为基本单基(其中三个醇基可以接枝不同基团)通过各位置形成“C—C”键或醚键(—C—O—C—)聚合的种类极多的(至少数百种)、且聚合度差异极大的聚合物的混合物。大部分韧皮纤维细胞壁内含有少量木质素,部分韧皮纤维(如汉麻)及叶纤维,木质素存在于细胞之间成为黏结物质,使细胞不易分离。
木质素相对分子质量为400~5000。韧皮纤维中木质素含量愈高则纤维愈粗硬,且脆,缺乏弹性和柔软度差。木质素不溶于冷水及低温稀碱液中,能溶于温度在165℃以上的碱液中;其在酸性亚硫酸盐的溶液中会变成木质磺酸,且能溶解。
3.脂蜡质(wax)脂肪和蜡主要成分为饱和烃族化合物及其衍生物、高级酸脂蜡以及类似的醛类物质等,亦称为蜡质。蜡质以薄膜状态覆盖于植物的外围,能防止植物的水分过多蒸发或潮气侵入。同时,蜡质也覆盖于纤维表面,增加纤维的柔软度及光泽。它能溶于有机溶剂(如醛、乙醚等)中,其中一部分饱和烃,也可与苛性钠溶液皂化。脂肪和蜡在一定温度下,能部分地熔融和软化。
4.果胶(pectin)果胶是一种含有水解乳糖醛酸基的复杂碳水化合物,呈黏性物质状态,在纤维细胞之间黏结成束。果胶质(pectic substances)是植物产生纤维素、半纤维素等成分的营养物质,由含有糖醛酸基环的一种混杂链构成,是一种具有酸性的混杂糖,主要组成成分是果胶酸及其衍生物,还有与之共生的其他许多糖类物质。它们存在于植物细胞壁、细胞内和细胞间。纤维束之间的果胶,易受细菌的作用而分解。