（纺织工程专业论文）再生竹纤维的结构与性能研究.pdf

摘要 摘要 再生竹纤维自问世以来就受到业内人士的关注，有关它的报道也是众说纷纭。 为此本课题选择目前正受人们关注的再生竹纤维为研究对象，利用现代的各种测试 方法对其进行了系统而又全面的测试研究。本论文研究的内容主要包括如下几部分： 首先，我们利用x 一射线衍射法、红外光谱等现代测试方法对再生竹纤维的微细 结构进行了研究。通过研究我们发现现在市场上所关注的竹纤维系+ 种再生纤维素 纤维。它的结构参数与传统的粘胶纤维类似，由于原料和加工的工艺参数的不同， 两者又存在定的差别，如再生竹纤维的结晶度略低于粘胶纤维；其内部的微晶略 大于粘胶纤维的。竹纤维的结构特点决定了它的物理机械性能，根据竹纤维的结构 特点我们可以对竹纤维的主要性能进行预测。 其次，我们在了解了再生竹纤维结构的基础上，对它的各项物理机械性能进行 了研究分析。在这部分我们着重分析了竹纤维的机械性能和吸湿性能。同时对再生 竹纤维的密度、热学性能、光学性能和电学性能等纤维材料的基本性能进行了系统 的测试分析。通过这次系统的研究，我们了解到再生竹纤维具有优良的吸湿快干性， 由它制得的服装具有其他织物无法比拟的舒适性能。但它也存在一定的不足，主要 是存力学性能方面表现出强力低下特别是其湿强，弹性较差。在这部分最后，我们 利用灰色聚类分析方法将再生竹纤维与其它几种常见纤维进行了比较分析。通过综 合分析，我们了解到，再生竹纤维作为一种新的纤维材料，虽然存在着。定的不足， 但仍是一种优质的纺织纤维。 我们在评判一种新型纤维材料能否具有广泛的应用前景，还要看其产品是否符 合人们的心理、满足人们的需求。所以，我们在论文最后对几种1 0 0 再生竹纤维织 物和1 0 0 棉纤维织物和棉竹混纺织物的湿热舒适性能进行了测试。通过综合分析 发现，再生竹纤维织物具有良好的湿热舒适性能，它较适合制作夏季服装。再生竹 纤维服装的问世符合了现代人对服装的选择要求，因而我们可以说再生竹纤维是一 种具有应用前景的新型纤维材料。 我们的研究再生竹纤维的目的不仅仅只是为了认识这种纤维，而是希望通过这 次研究得到有关这一新纤维的性能参数，根据其优缺点和特有的特征，为它的产品 开发提供理论支持。因此，在本文中我们就再生竹纤维的生产工艺的改进和产品丌 发方向提出了参考性意见。 关键词：再生纤维素纤维再生竹纤维结构与性能舒适性灰色聚类分析 英文摘要 a b s t r a c t s t u d yo nt h es t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo ft h eb a m b o of i b e r b a m b o of i b e rh a sb e e nc o n c e r n e di nm a n yr e s p e c t ss i n c ec o m i n go u t a n d v a r i o u sr e p o r t so nt h i sk i n do ff i b e rh a v eb e e nr e p o r t e d w et a k et h eb a m b o o f i b e ra st h eo b j e c to fo u rs t u d y ，a n dw ec a r r yo u ts y s t e m i ca n do v e r a l l r e s e a r c ho ni t ，u t i l i z i n gm o d e r nm e t h o d so ft e s t i n g t h isp a p e rm a i n l y i n c l u d e ss e v e r a lp a r t sa sf o l l o w s ： f i r s to fa l t ，w ea n a l y z et h ei n n e rs t r u c t u r eo ft h eb a m b o of i b e ru s i n g m o d e r nt e s t i n gm e t h o d s ，s u c ha sx - r a yd i f f r a c t i o na n di n f r a r e ds p e c t r u m f r o m t h es t u d y ，w ef i n dt h a ta san e w s t y l er e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r ，i t sb a s i c s t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa r es i m i l a rt ot h eo r d i n a r yv i s c o s er a y o n ，b u tt h e r e a r ed i f f e r e n tp e r f o r m a n c e sb e t w e e nt h e mb e c a u s eo fd i f f e r e n tm a k i n g c r a f t a n dr a wm a t e r i a l s w ew i l ld i s c u s st h e i rp e r f o r m a n c e si nd e t a i i si nt h ep a p e r s e c o n d l y ，o nt h eb a s eo fl e a r n i n gt h es t r u c t u r eo ft h eb a m b o of i b e r ，w e r e s e a r c ha n da n a l y z ei t sm a i np h y s i c a lp e r f o r m a n c e f r o mt h er e s u l to four t e s t i n g ，w eo b t a i ns y s t e m i ca n dc o m p r e h e n s i v ed a t ao nt h eb a m b o of i b e r ，s o t h a tw ec a np r o v i d eb a s i sf o rt h ef o l l o w i n gs p i n n i n gp r o c e s s w ee m p h a s i z e o nt h em e c h a n i c sp r o p e r t ya n dm o i s t u r ea b s o r p t i o no ft h eb a m b o of i b e r a t t h es a m et i m ew ea l s om e a s u r et h ed e n s i t y ，e l e c t r i c i t y p e r f o r m a n c e ， o p t i c s p e r f o r m a n c ea n dc a l o r i f i co ft h eb a m b o of i b e r t h r o u g ht h et e s tw e l e a r nt h a tt h eb a m b o of i b e rs h o wf i n em o i s t u r ea b s o r p t i o n ，a n dt h es p e e do f d r y i n gi sa1 i t t l eh i g h e rt h a no t h e rr e g e n e r a t e df i b e r s t h i sp e r f o r m a n c e e n d o w st h eb a m b o of a b r i c sw i t he x c e l l e n tc o m f o r t a b l ep e r f o r m a n c e ，a l t h o u g h s o m ed e f i c i e n c i e sa f f e c tt h eb a m b o of i b e r sa p p l i c a t i o n ，s u c ha st h e w e t i n t e n s i t y d e s p i t eo f t h i ss h o r t c o m i n gw ef i n dt h a tb a m b o of i b e ri sa k i n do ff ib et e x t i l em a t e r i a lb ym e a n so ft h eg r e yc l u s t e r i n ga n a l y s is a sak i n do fn e w t y p ef i b e rm a t e r i a l ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt h a tw h e t h e r i th a st h ee x t e n s i v ea p p li c a t i o np r o s p e c to rn o t w h e ni t i s i na c c o r dw i t h p e o p l e sp s y c h o l o g y ，m e e tp e o p l e sd e m a n d s ，i ti sp r o m i s i n g s ow et e s t e d c o m f o r t a b l ep e r f o r m a n c eo ff a b r i c s ，w h i c ha r em a d ew i t ht h eb a m b o of i b e r s c o m p a rjn gw i t ho t h e rk i n d so ff a b r i c si nt h ee n do f t h i sp a p e r ，w es u mu p ： t h eb a m b o og a r m e n t sh a v ee x c e l l e n td a m pa n d h o tc o m f o r t a b l ep e r f o r m a n c e ， 英文摘要 e s p e c i a l l yi nt h eh i g ht e m p e r a t u r e s oi t i sm o r es o l t a b l ef o rp r o d u c i n g s u m m e rc l o t h i n g t h ed e v e l o p m e n to fb a m b o oa p p a r e li si na c c o r dw i t h m o d e r n i s t s c h o i c ef o r t h ec l o t h i n g ，w h i c ha c c o r d i n g l yp r o v et h a ta sa n e w t y p ef i b e rm a t e r i a l s ，t h eb a m b o of i b e rw i l lt a k eo i lf a r r a n g i n gp r o s p e c t f r o mt h er e s e a r c h ，w eh a v ef o u n do u tt h ee s s e n t i a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h eb a m b o of i b e r t h ep u r p o s eo fo u rr e s e a r c hi sn o to n l yt ok n o w t h i sk i n d o ff i b e r ，b u ta l s ot og e tt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e ra b o u tt h i sn e w t y p ef i b e r t h r o u g ht h i sr e s e a r c h a c c o r d i n gt oi t ss t r o n g p o i n ta n dd e f e c ta n dp e c u l i a r c h a r a e t e r i s t i c s ，w ecano f f e rs u p p o r tt ot h ed e v e l o p m e n to ft h i s k i n do ff i b e r p r o d u c ti nt h e o r y h e n c ea tt h ee n do ft h ep a p e rw ep u tf o r w a r df e a s i b l e p r o p o s a l o nt h ei m p r o v e m e n to ff i b e tp r o d u c t i o na n dp r o d u c te x p l o i t a t i o n k e y w o r d s ：r e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r ，b a m b o of i b e r s t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c e ，c o m f o r t a b l ep e r f o r m a n c e g r e yc l u s t e r i n ga n a l y s i s i l l b a o f e ns u n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ys h u y i n gs u i 第一章概述 第一章概述 卜1 引言 随着生产力的发展和人类物质文化生活水平的不断提高，人们对自身生活质量 的要求也不断提高，这突出反映在人们生活的各个方面，其中包括人们的服饰衣着、 家用装饰等。纺织品不仅是重要的生活必需品，也是重要的工业用品和装饰用品， 纺织品的开发和利用是衡量国家经济发展和人民生活水平的重要指标之一。在纺织 行业中，纺织原材料的发展又是整个纺织业发展的基础。各种纤维原料具有不同的 性质和特点。为了将各种不同类别、不同性能的纺织纤维，制成适于各种用途的优 质成品；为了用有限的原料，加工生产成更多更好的纺织品；为了开辟新的适于纺 织工业使用的原料来源，增产各种纺织品以满足人民和国家的各方面需要，必须对 纺织纤维材料进行各方面的研究工作。因此，纺织材料的研究是一项长久性的研究 课题。 经过人类不懈的探索和研究，纺织材料的性能和种类得到了改善和增加。现在， 各种新型的和功能性纺织材料的开发和应用，使纺织材料在整个工业发展中的作用 日益提高。但是这些新型的功能性纺织材料大多是取白煤、石油和天然气等资源的 合成纤维，它们的开发受到了这些资源的限制。目前，在纺织纤维生产量和消费量 仍在持续增加的同时，纺织材料的开发与环境的可持续发展发生了矛盾。这主要表 现在以下几方面： 1 、煤、石油、天然气等资源是不可再生资源，它们在地球上的储存量越来越 少，且这些资源的用武之地还很多，从资源的合理利用和可持续发展战略考虑，纺 织纤维的原料选择应向着可再生的天然纤维发展。 2 、尽管现在科技的发展使得合成纤维的性能越来越接近天然纤维，但其舒适 性仍无法与天然纤维相比，且相对我国现在的生活水平来说，这些新型纤维的成本 还是较高的。 3 、 天然纤维中的植物纤维需要人工种植，但是在现在环境问题日益严重的情 况下和“退耕还林”举措的推广，可耕种的土地急剧下降：环境的恶化也使得许多 牧场沙漠化，动物渐渐失去了赖以生存的基本来源。这些问题使得天然纤维的生产 受到了威胁。 在这样的情况下，纺织工业要发展就必须寻求新的原材料，争取合理利用资源， 变废为宝，变闲为宝。在人们到处寻找新的纺织纤维原料的过程中，竹材进入了纺 织业内人士的视线中。竹子是一种速生植物，2 3 年即可成林砍伐，是速生高产的 第一章概述 纤维原料，据统计，我国现有竹林面积达4 2 1 万公顷，储蓄量1 3 亿吨。但是现 在我们对于竹材的利用还是非常有限的。因此，“以竹代木、以竹代棉”的思路的提 出是非常具有意义的，它不仅为纺织原料找到了新来源，也为我国丰富的竹子资源 的合理利用开辟了一条新途径。将竹子应用的纺织生产中是一种将资源合理分配、 充分利用的有效举措。关于竹子应用于纺织的思想虽早有报道，但真正地应用是最 近两年才提出的。这是由竹材本身的特性和纺织发展的现状等原因所决定的。下面 我们就从这两方面来对本课题的提出进行分析。 卜2 竹材的利用现状 在分类学上，竹子有节中空，叶片长呈针形，为多年生一次性开花植物，属于 禾本科植物；在用途上，竹材许多力学和理化性质优于木材。竹子似草似木，是植 物家族中特殊的一大类群，是当今世界上最有使用价值的植物之一。它广泛分布在 亚洲，太平洋沿岸的热带和亚洲热带地区，在非洲和南美也有分布。 我国是世界上主要的产竹国之一，具有丰富的竹资源。约占世界竹林面积的1 3 “1 。中国的竹子种类约有5 0 0 多种，约占世界竹子物种的2 5 ，全部为木本竹类，开 发价值较高 1 1 0 因此，怎样把我国丰富的竹资源充分利用起来，将成为我国林业发 展中的一个新的经济突破点。 竹子是我们的日常生活中的常见材料，竹子的广泛应用也已有千年的历史。到 目前为止我国对竹材的应用主要表现在下面几个方面： l 、传统用途“1 ( 1 ) 利用其割裂性：编织用具、竹帘、竹席、竹棚、竹篱、扇骨、伞骨、灯 笼等； ( 2 ) 利用其负荷力：晒竿、旗竿、担架、脚手架、竹床、竹筷、矿柱、梁柱、 门窗、地板、竹桥、竹筏及其它家具、用具： ( 3 ) 利用其弹力：弓、弩、钓竿等； ( 4 ) 利用其抵抗力：床柱、手杖、伞柄、撑竿、竹钉等； ( 5 ) 利用其中空特性：水车、水桶、水管、烟筒、吹火筒、竹瓶及空笛等各 种乐器： ( 6 ) 利用其外观特性：竹索、工艺品、玩具等等。 随着生活水平的提高和科学技术的进步，我国对竹子的利用已经突破了这些传 统的用途，在建材、造纸、食品、家具及医药用品等行业已有了广泛的应用。 2 、在建材上的用途“1 主要是大量生产竹质人造板，代替各类木质板材，主要产品有：竹编胶合板、 第一章概述 竹材层积极、竹材旋切板、贴面装饰板、竹拼花地板、竹木复合扳、竹蔑层压板、 竹材碎料板、竹质刨花板及竹材纤维板等。竹质人造板材质细密，不易开裂、变形， 具有抗压、抗拉、抗弯等优点，各项性能指标均高于常用木材。 3 、制浆造纸3 1 竹材纤维长、长宽比较大，是优质造纸的原料。将竹子应用到造纸业中来，解 决了造纸原料不足的问题。现在有许多国家对竹子在制浆造纸工业中的应用进行了 实践。 4 、竹子的食用目的“1 竹子多生长在山区，多数情况下不施化肥和农药，无化学污染，是生产天然食 品的理想资源。近年来，我国加强了对竹子食品的开发研究，使竹叶、竹汁、竹笋、 竹木糖醇等竹类食品成为新兴的食品原料。 5 、净化环境和固土作用“1 竹子盘根错节，根系发达，有很好的固土固堤作用，常被用于河道两岸，这样 既可以作护岸林，又可以绿化环境、保持水土、净化空气。竹子也常常用于园林， 以竹代木成为园林中的重要景观，有些竹子还以小巧美妙的形态用作翁景植物。 6 、医药作用“1 除了上面的用途外，一些特殊的竹子还广泛用于医药。经过对竹子有效化学成 分的研究发现，竹子中含有醛类、酚类、有机酸类、大量的黄酮类物质，可制成天 然的生物抗氧化剂，它能有效地清除人体内的自由基和脂质过氧化物，同时它还具 有抗菌、抗病毒等功效。目前，竹子还以竹类提取物的形式被用作天然化妆品和功 能化妆品中，成为有效添加物。实践表明，它具有保湿、美白、抗衰老、抗炎症等 多种功效。 近几十年来，我国竹材工业化水平虽然有了很大的提高，但竹材的利用大多还 未超出传统产品的范畴，多为加工型产品，而在化学性质方面利用的附加值很低。就 目前的竹材利用来说，其还存在以下几个主要问题“1 ： 1 、竹种利用单一。我国竹加工原料主要以毛竹为主，其它许多具有优良加工性 能的竹种未得到充分的应用： 2 、原料利用率低。我国竹材利用率大部分在3 0 6 0 之间，最高碎料复合板和 竹子重组成型材可达9 0 以上，竹纸8 0 以上，竹地板、竹胶板、竹席( 麻将席) 为 4 0 5 0 ，竹筷子仅为3 0 左右； 3 、产品开发的范围窄。主要指竹副产品资源未能充分得到开发和应用。竹副产 品种类繁多，在农业生产和人们日常生活中起着重要作用。目前，我国竹副产品主 要还停留在利用竹枝加工扫帚、扫把，利用竹梢做撑杆、用柄，利用竹根做刷把或 “”。“”“、。+ 古啦 哽始包装材料，利用竹竿提取竹沥等简单加工的传 第一章概述 统利用阶段：另外，在竹产品加工及竹质人造板的研究和应用受到臼益重视的今天， 竹子化学利用却没有得到应有的重视，尤其在深度化学加工产品开发方面，还没形 成真正的产业。所以说竹子的价值还没真正体现出来， 由此可见，竹子是一种用途广泛的林业资源，它被广泛地应用于我们的工业生 产和生活中。它分布广，用途广泛，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。 更为主要的是，竹子是一种速生丰产的植物，不仅栽种成活率高，而且2 3 年即可 形成一个成长周期，即使进行砍伐也不会对生态环境造成大的影响。所以说竹子的 利用价值很高。随着科学技术的进步，竹子产业虽然已经有了显著的发展。但竹林 的利用率还是较低，大多的竹子没有找到真正的用武之地。所以说竹资源中还存在 很大一部分没有开发出来，而成为“闲置”资源。 从上面的论述中我们知道竹子是一种优良的造纸原料。将竹子粉碎制造出浆可 用于造纸，而木材粉碎制造出来的浆既可用来造纸又可以生产出纺织原料。那么竹 材能不能用于纺织纤维的生产昵? 另外，竹子的防蛀、耐腐蚀、防霉性能都非常的 优良，如果把它用于纤维生产会得到怎样的竹纤维产品呢? 带着这样疑问，纺织业 内人士开始试着将竹材浆粕用于制造纺织纤维，最终获得成功。这就是现在市场上 广泛推崇的竹纤维。 在另一方面，资源合理利用问题使得生产纤维素纤维的木材原料的取用受到了 严格的控制，致使这一性能优良的纤维面临资源匮乏的困境。将竹子这一丰富的资 源应用到纺织材料生产中，一方面将为竹材开发出了一个新的应用空间。这项应用 将有效地提高竹材的利用率，促进竹材经济的发展。另一方面，把竹纤维应用于纺 织，将为纺织纤维的开发提供了丰富的原料，有效地解决现在纺织纤维原料缺乏的 现象，开创出“以竹代木”的新局面，缓解纺织原料严重不足的压力，缓解环境与 纺织产业发展的矛盾。另外我国的竹林多分布在中西部欠发达地区，竹子在纺织行 业中的应用将会带动西部经济的发展。所以说将竹子应用到纺织中来本身就具有重 大的意义。 竹材纺织纤维是一种新型再生纤维素纤维。它是继大豆蛋白纤维之后又一种由 我国自行研发成功并投入生产的再生纤维。它的研发成功是我国在开发新型纺织材 料方面的一个突破，符合我国纤维发展的要求，也符合世界纤维发展的趋势。 卜3 纤维的发展历史与研究现状 1 3 1 纺织纤维的发展趋势 每种新型材料的推出都是有促使其生产并推出市场的历史原因和需求原因的， 竹纤维也不例外。因此在我们对竹纤维进行正式研究之前，先来了解下纺织纤维 4 第一章概述 的发展历史和现状。 从历史记载来看”1 ，在十八世纪初叶，人们还是以丝麻为衣着的主要来源。经 过一百年后，棉花逐渐登上历史舞台。由于棉花适宜于集中种植，单位产量高，服 用性能好，再加上棉纺织加工技术的发展。特别是十八世纪中叶开始，以蒸汽机为 动力，以棉纺织工业为带头产业，率先在英国构成爆发世界第一次产业革命的原动 力，从此使棉花生产登上了世界纺织纤维的主导地位，直至2 0 世纪5 0 年代，棉花 及棉纺织工业一直处在世界纺织工业的中心地位。蚕丝、羊毛虽然历史也很悠久， 但是由于养殖条件和地域环境上的种种限制，产量一直处于微弱地位，只能当作一 种珍贵纺织原料而存在。因此从世界第一次产业革命到上世纪中叶，以棉花为基础 的纺织工业先后统治着世界纺织工业达二百年之久。 长久以来，人们曾梦想以人工制造纤维来摆脱受自然界的摆布。此项研究工作 从十九世纪末开始，前后经历半个多世纪，直至二次大战结束以后，以糙胶纤维为 主体的纤维素纤维和以“锦纶、涤纶、腈纶”为“三大支柱”的合成纤维开始进入 工业化大生产。化学纤维的诞生和发展是世界纺织工业史上的一次伟大革命，它改 变了纺织工业的整个面貌。进入2 0 世纪以来，世界纤维的结构发生了根本性的变化， 如图卜1 所示。从这一结构图中我们可以了解到：化学纤维从2 0 世纪2 0 年代开始 慢慢发展起来，几十年的时间里，就发展到了目前与天然纤维以接近平分秋色的地 位，甚至有凌驾于天然纤维之上的趋势。 在化学纤维刚网4 起步时期，其中有近9 6 的是粘胶纤维，合成纤维不足1 。但 自6 0 年代起，世界石油化工技术迅速发展，为合成纤维工业提供了廉价的原料。合 成纤维产品问世后，以其大规模工业生产，成本低，利润高，各类衣料用和产业用 纺织品既美观又耐用的优势，而使其应用范围日益扩大，这无情地冲击了粘胶纤维 产品在市场上已有的席位。 百分比( ) 图1 一l2 0 世纪纺织纤维发展趋势 f i g 1 1d e v e l o p m e n t a lt r e n do ft e x t i l ef i b e ri n2 0c e n t u r y 5 第一章概述 在世界纤维生产量大幅度增长的同时，也正是世界人口飞速增长的时期。人口 爆炸的压力越来越加重农业的负担，这使得天然纤维e t 渐短缺。而粘胶纤维由于生 产工艺长，生产过程容易形成对环境的污染，使其发展在一定程度上受到了的限制。 因而，在2 0 世纪后几十年里，纤维量的增加主要是合成纤维的增加，天然纤维与粘 胶的增长很微小。据专业人士估计，在本世纪初世界纤维生产量和需求量仍呈日益 增长的趋势，且仍主要是化学纤维的增加，并且差别化纤维比重要上升。这是综合 了原料来源、纤维应用性能和前景等方面原因而作的结论，无疑是正确的。 但是随着科学技术的快速发展，物质生活的极大丰富，伴随而来的是现代人快 节奏的生活方式和不断增加的工作压力，人们在追求物质财富的同时，越来越关注 自身的健康和生存环境，开始渴望回归自然。对服装的要求将不再只是遮身防寒等 基本的生活要求，则更加注重舒适和休闲，而天然纤维的特性则正好满足了人们的 这种潜在需求。从近几年纯棉、麻、丝、毛制品的大行其道到国际组织及国家大力 倡导绿色生态纺织品更是充分体现了这一发展趋势，也体现了天然纤维制品庞大的 市场需求。虽然合成纤维现在仍是世界纤维增长的主流，但原料取于煤、石油等资 源的这些纤维的发展将因这些资源的日益匮乏而受到限制。因此，天然纤维和性能 优良的再生纤维将再次被人类重视起来，其原因也是多方面的。 这可以从以下两个方面来分析“1 ： ( 1 ) 消费者对回归大自然的要求：随着人们生活水平的提高，环保意识的增强， 人们对衣着的要求不仅仅是遮身防寒，舒适成了穿着的第一需求。天然纤维穿着舒 适尽人皆知，虽然合成纤维在仿真、超真等方面花了不少功夫，但“形似神非”的 问题仍然存在。 ( 2 ) 从资源可持续发展方面考虑：合成纤维在性能上已多元化、功能化，其制品 的舒适性也可与天然纤维媲美，但它始终是石油工业的产物，不管石油蕴藏量有多 少，用掉一吨少一吨，这是改变不了的事实，合成纤维的产量不能不受到能源的限 制。因此，我们不能不考虑世界能源的合理应用问题，不应把纤维原料都集中在石 油工业上。而天然纤维则不同，土地可以翻耕，动物可以繁衍，无论植物纤维还是 动物纤维，它都可以年复一年的生长，符合可持续发展的要求。 虽然天然纤维是人们所最期望的，但它毕竟还受到土地资源和品种开发的限制， 无法完全满足人们对纤维日益增长的需求。因而，具有类似天然纤维性能的再生纤 维素纤维将会成为纺织原料开发的重点。 1 3 2 再生纤维素纤维的发展现状 在化学纤维的发展史上，以天然纤维素为原料的再生纤维素纤维曾经占有非常 重要的地位，后来由于合成纤维的问世及其优越性，再生纤维素纤维一度受到冷落。 6 第一章概述 概括地讲，再生纤维素纤维的发展已经经历了三代的历史。第一代以粘胶纤维与醋 酯纤维为主，因其遇水膨胀、湿强低等方面的缺点已经退居“二线”；近年来，人们 回归自然的愿望日益增加，环保意识的不断加强，以及功能性再生纤维素纤维的开 发使得这一性能优良的再生纤维再次被人们重视起来，主要是第二代和第三代再生 纤维素的开发。第二代以高湿模量纤维( h m v ) 、p o l y n o s i c 纤维、m o d e l 纤维为代 表；由于受环境保护因素的制约，进入2 0 世纪9 0 年代以来人们对以减少生态危害 的第三代环保纤维进行了开发和推广，最具代表性的是英国c o u r t a u l d s 公司生产的 t e n c e l 纤维、l e n z i n g 股份有限公司生产的l o y c e l l 纤维和日本推出的c e l l t i m a 纤维， 它们具有共同的特点是较高的结晶度、较高的干湿强度“1 。 传统的粘胶纤维的生产因存在“三废”问题的困扰而受到限制，现在t e n c e l 纤 维的开发成功是再生纤维素纤维生产中的一次重大突破，它以n 一甲基氧化吗啉 ( n m m o ) 一t t ：0 为溶剂 1 0 1 用干湿法纺制的再生纤维素纤维。其生产过程短、溶剂可 回收、对环境无污染，解决了再生纤维素纤维生产对环境污染严重的问题，而且在 性能上也有了很大的改善，为r 后再生纤维素纤维的生产提供了一种新的方法。各 种功能化再生纤维素纤维如抗菌导电铜氨纤维、高强高湿模量再生纤维以及功能性 再生纤维素非织造布的研发，都为再生纤维素纤维的发展和应用提供了条件和机会。 纺丝工艺的改进和功能性纤维的开发成功为再生纤维素纤维的发展提供了条件 和基础，将会拓宽再生纤维素纤维的应用范围，为再生纤维素纤维提供更广阔的开 发前景。但是再生纤维素纤维的生产过程中有个最基本问题，那就是原料的来源问 题。现在再生纤维素纤维的原料大多取自木材和棉短绒，但根据我们前面的论述知 道，这些原料的利用与环境的保护出现了矛盾，为了世界环境的可持续发展我们不 能将这些材料大量用于纺织原料的生产中。所以，要有效地利用现有技术条件来发 展再生纤维素纤维，首先要解决资源匮乏的问题。竹子资源在纺织上的应用正好为 再生纤维素纤维的发展提供了丰富的资源，我们相信竹材在纺织上的应用必将会给 再生纤维素纤维发展注入新的活力。 1 3 3 竹纤维的研究现状 竹纤维是最近两年才被业内人士推出和关注的，它的研发成功和批量生产以及 广泛应用于纺织行业符合了现代纺织研究的主题和发展趋势，因而许多企业将其作 为产品开发和企业创收的亮点，许多研究人员也将其列为研究的主攻方向。随着竹 纤维的推广和对它研究的深入，我们对它的了解逐步清晰起来。行业内部状况和资 料显示，对竹纤维的研究主要集中在原生竹纤维和再生竹纤维两方面。 第一章概述 1 3 3 1 原生竹纤维及其应用 原生竹纤维是利用物理、机械方法将竹子反复扎压后，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联结起来，从而制成需 要的竹纤维。这种竹纤维不是单纤维，而是束纤维。其细度一般在2 0 5 0 t e x ，硬丝、 并丝很多，含水量较高。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1 1 1 1 。而完全脱胶后的竹纤维细度约为0 0 5 t e x ，长度不足5 m m ， 还不能用于纺织加工。原生竹纤维结构与麻纤维类似，但纤维短、粗硬，主要用来 代替玻璃纤维，适用于建材、结构建筑等方面，是复合材料的优良取材。 现在有些厂家也开始了把原生竹纤维用于纺织加工的探索。如2 0 0 0 年阆中棉纺 厂对竹纤维在棉纺设备上的可纺性进行了探索和研究，经过两年的努力终于出纱， 但所纺的竹纤维纱的各项指标还远不能达到下一步工序生产的要求“”。有关原生竹 纤维在纺织上的应用还有待进一步研究。图l 一2 和图1 。3 分别是原生竹纤维和再生 竹纤维的外观图。由图我们可以看出，原生竹纤维长短不等、粗细不匀，色泽较暗 淡；而再生竹纤维光泽亮丽、具蓬松感、纤维细度均匀，是一种较好的纺织原料。 现在我们所了解到的用于纺织服装生产的竹纤维大多是这类再生的竹纤维。 图卜2 原生竹纤维 f i g 1 2p r i m a r yb a m b o o f i b e r 图卜3 再生竹纤维 f i g 1 - 3r e g e n e r a t e db a m b o of i b e r 1 3 3 2 再生竹纤维及其研究 1 、再生竹纤维概述 再生竹纤维是把竹子切片、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、硬度高的缺点， 染色比较容易，强力、韧性和耐磨性都达到了纺织加工的要求，可纺性优良，只是 环保作用和保健性不如原生竹纤维。目前用于纺织生产的主要是这种竹纤维。 再生竹纤维的生产方法主要有溶剂纺丝和粘胶纤维纺丝法。再生纤维素的溶剂 纺丝法一般采用喷湿纺丝工艺。这种方法生产工艺条件苛刻，对浆粕品质的要求较 第一章概述 高，溶剂回收难，最终产品成本高，从而限制了其应用。目前利用这种方法生产竹 纤维的还处于探索阶段，没有真正的投入生产。我们所用的竹纤维是利用粘胶纤维 纺丝法制成的：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，使其溶解在氢氧化钠溶液中制成粘胶溶液，用湿喷纺丝工艺制 成再生竹纤维。 2 、再生竹纤维的研究现状 。 再生竹纤维是由吉林化纤集团河北吉藁化纤厂的科研人员以国内广泛生长的竹 子为原料，利用化学方法研制而成的再生纤维素纤维。再生竹纤维开发成功后，由 于其具有优良的吸湿快干性、染色性，所制成的织物舒适性能优良而受到关注。目 前全国各地的纺织企业都在争先占领这新材料的产品开发市场，将再生竹纤维产 品作为自己企业的开发重点。 从再生竹纤维的问世到目前为止，各方纺织研究人员对竹纤维的认识和研究主 要集中在再生竹纤维的纺织加工方面。例如，北京梦狐服饰有限公司开发的1 0 0 再 生竹纤维、竹棉、竹天丝制成的牛仔布；6 5 竹纤维3 5 真丝制成的丝锦绸、提花 绸、双层乔其纱等具有丝绸质感的面料 13 1 。郑州一棉有限责任公司将再生竹纤维与 棉纤维、涤纶纤维混纺，经过多次试纺而生产出了优良的机织面料“。江苏中恒纺 织有限责任公司用z a 2 0 5 i 一1 9 0 喷气织造系统开发出了竹纤维m o d e l 棉纤维新型混 纺面料，所织成的面料具有吸湿性好、质地挺括等优点“”。根据我们了解，山东联 谊毛纺厂将再生竹纤维与羊绒进行3 0 7 0 的混合，在走锭纺纱机上进行试纺，虽然 在生产过程中遇到了断头多等问题，但经过改进生产工艺最终获得成功。另外据有 关媒体报道，江苏吴江有家丝绸厂将3 5 的竹纤维和6 5 的绢丝混纺制成竹丝面料， 用于生产高档西服、t 恤等d e l 。如今，再生竹纤维的床上用品、男女时装、针织服 装等新一代舒适型纺织产品已经层出不穷。 再生竹纤维作为纺织原料刚刚被推出，对纤维本身的完善，后道工序的研究及 产品开发，消费市场的培育等方面均处于起步阶段，这一新纤维要实现产业化发展 还有很多工作要做，同时还需要一个较长的过程，所有这些问题的解决又都是以这 种材料的结构和性能为基础的。通过对再生竹纤维的结构和性能的研究，可以为再 生竹纤维的实际生产工艺的制定提供理论依据，减少实际生产中的盲目性，提高企 业的生产效率和效益。因此展开对再生竹纤维的结构和性能的研究是非常有必要的。 从目前再生竹纤维及其产品的生产和应用情况来看，再生竹纤维产品性能优良， 因而再生竹纤维将会具有广泛的应用领域和前景。但是再生竹纤维问世后，大家都 在争夺占领市场的先机，力争在短时间内生产出产品而忽略了对它的结构和性能的 研究。由于对再生竹纤维结构和性能了解得不够详尽，势必会造成生产的盲目性， 再生竹纤维产品的生产虽然取得了一定的成功，但生产的效率受到了很大的影响， 第一章概述 这无形中增加了生产的成本、浪费了原材料。对纤维结构和性能的了解是生产中有 效地制定生产工艺的前提，但是到目前为止我们还设看到一篇有关再生竹纤维结构 与性能的论述。即使有也大多是从感官和推测来说明这种新型的纤维素纤维，如把 再生竹纤维描述为新一代的环保绿色纤维，具有天然的抗菌除臭、抗紫外线性能， 具有广泛的应用前景。这些论述都是笼统的、概述性的，对再生竹纤维现实的生产 加工没有具体的指导性意义。为了弥补这方面的不足我们开展了再生竹纤维的结构 号陆能的课题研究。 在本课题中，我们对再生竹材纤维的主要性能进行系统的研究分析，以期对该 纤维的结构和性能有较全面的认识和了解，同时为纤维定性、纺织加工技术研究及 其新产品的开发提供理论依据。因此，对再生竹纤维的性能研究具有重大的现实意 义。在具备了这部分的理论基础之后，还可以为进一步改进该纤维的结构和性能以 及系列产品的开发提供技术支持。同时为它的未来向各种异形纤维、功能性纤维的 研发作必要的理论准备。 基于以上种种原因，本课题对再生竹纤维的结构、性能及其产品开发的研究， 符合了当今面料的发展潮流；同时又可以提高竹林经济的附加值，有效促进农副产 业结构利用与调整，提高我国纺织品在国际上的竞争力；并且可以满足国内外市场 日益增长的对功能、舒适性纺织品的消费需求；我们的研究还可以为企业生产提供 必要的理论支持和技术保障，所以说，我们的课题意义重大，值得研究。 卜4 本课题研究的主要内容 本课题借助现代先进的测试技术和方法，对再生竹纤维的结构和性能进行系统 的研究，同时通过对该纤维制品的服用性能的测试，结合纤维的特点，给出该纤维适 合的应用范围。其具体内容可分为以下几个方面： 一、对再生竹纤维的定性研究 l 。利用扫描电子显微镜、红外吸收光谱图、x 射线衍射图等先进的测试设备， 研究分析竹材纤维的形态结构、微细结构。根据竹纤维的结构特点我们可以预测出 竹纤维的主要性能特点，结合纺丝工艺理论为竹纤维的改进提供理论基础。 2 测试分析该纤维的各种机械性能，如纤维的断裂强度、断裂伸长、初始模量、 卷曲弹性和摩擦系数等。根据这些性能我们可以制定出更加合理的纺纱工艺，减少 纺织加工中的断头、粘结、打滑等现象的发生。 3 测试分析了该纤维主要的物理性能，如纤维的吸湿性、热学性能和电学性能 等。通过对竹纤维物理性能的分孝斥，我们可以分析出竹纤维产品的主要服用特征， 为竹纤维的产品开发提供充足的依据。 1 0 第一章概述 二、对再生竹纤维织物的主要服用性能进行测试。 我们利用现代先进的k e s f 7 精密热物性仪对织物的湿热舒适性进行精确的测 定，以此来表征竹纤维织物的舒适性能。将竹纤维织物与其他纤维制品的舒适性能 进行对比，利用灰色聚类分析方法综合评价该纤维产品的服用性能。同时通过对织 物性能的测试研究还可以验证先前对该纤维评价的正确性。 此处需要说明的一点是本文的研究对象是再生竹纤维，因此在文章中所提到的 竹纤维均是再生竹纤维。 第二章再生竹纤维的结构特征 第二章再生竹纤维的结构特征 纤维结构是纤维固有的特征，是纤维的本质属性。不同的纤维有其不同的物理、 化学性质，其又决定着纤维各自的使用特性，而产生和保持这种特性的根本原因在 于纤维自身的结构。对一种新纤维进行研究，首先就应从了解纤维结构开始。通过 对纤维结构的测试，从本质上认识这种纤维材料，进而将其结构特征与其物化性能 联系起来，开发出最适合此类材料的产品。纤维结构的内容，可以深入到微观的分 子组成与形式，也可大到纤维本身的宏观整体形貌；可以是纤维表层或表面结构与 组成，也可以是纤维内部的组织结构与成分。这些结构基本单元的相互作用及排列 形式是影响着纤维各项性能的内在原因”。所以说，人们在探索纤维的基本特性， 开发新型纤维材料时，对纤维结构的认识与了解变得极为重要和必要。因此，本章 主要从纤维的结构入手，分析再生竹纤维主要的结构特征。 2 - 1 再生竹纤维的生产过程 2 1 1 竹材的化学组成m “” 竹材的化学成分，除了主要成分纤维素、木质素和戊聚糖外，还有溶液抽提物 和灰分。随着竹笋成熟程度的增加灰分、热水抽提物、1 氢氧化钠抽提物和苯醇抽 提物的含量逐渐减少，纤维素、戊聚糖、木质素和总甲氧基等的逐渐增加，而多聚 糖在竹材中的含量较少。竹材的化学组成与阔叶材接近。除了碱性抽提物外，灰分 和硅含量都高于木材。竹材由不均匀分布的多种化学成分组成，是由各种各样高分 子聚合物复杂地组合而成的物质。一般，存在于竹材中的化学成分分类如下： 碳水化合物：碳水化合物主要是占竹材实质约3 4 的高聚糖，高聚糖除了是竹 材细胞壁主要成分的纤维素和半纤维外，还有少量的淀粉、果胶等。 酚类物质：酚类物质的大部分是竹材细胞壁的主要成分之一的高分子木质素， 在竹材中约占2 3 3 0 ；此外，还有少量的单宁、色素、木聚糖等。 无机质：竹材中的无机质即灰分，其含量一般为0 8 5 。 除上述外，竹材中还存在着各种醛、脂肪酸、生物碱和蛋白质等有机物，然而， 这些含量都甚低。 纤维素、半纤维素、木质素是形成竹材细胞壁主要成分的聚合物，直接参与竹 材材质的形成，三者总量在8 0 以上；油脂、精油、单宁、色素、果胶、蛋白质、 灰分等成分也沉积在细胞壁内，但多数存在于细胞内脏或特殊组织内，直接或间接 与竹材的生理作用有关。 第二章再生竹纤维的结构特征 一般冷水抽提物中包含有单宁、色素、生物碱、可溶性矿物成分及某些糖类。 热水抽提物中，除上述成分外，还包含有淀粉和果胶质。1 氢氧化钠抽提物中，除 包含更多量热水抽提物中各种成分外，还有蛋白质、氨基酸、部分半纤维素和木质 素以及