（纺织工程专业论文）竹原纤维针织物结构与性能的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

竹原纤维针织物结构与性能的研究 擅蔓 竹原纤维针织物结构与性能的研究 摘要 我国是世界上竹类品种最多的国家，竹子年产量列世界首位竹类资源再生能 力强，生长迅速，成材期短，产量高，具有一次造林可连续利用的特点而经过加 工制取的竹原纤维，由于其绿色环保、凉爽舒适、卫生保健等特点，广泛应用于夏 季针织面料中 、。 本论文把竹原纤维纯纺，混纺针织面料作为研究对象，借助于厚度仪、悬垂度 仪、烘箱、电子天平、万能材料试验机等实验手段，通过对竹原纤维针织面料的透 气性、悬垂性、吸湿放湿性、透湿性和起拱性进行测试分析，较为系统地研究了竹 原纤维针织物的结构与性能的关系 通过数据分析，得出以下结论t 建立了反映针织物结构参数的综合性指标织物内纱线的充满系数，从而更 为合理地说明织物结构与性能的关系；竹原纤维针织物的吸湿与放湿规律( 织物回 潮率变化) 符合指数方程，相关系数极高，并具有先快后慢的特征；竹原纤维针织 物起拱力与起拱高度的关系呈现指数变化规律，定拱高起拱时的最大起拱力和残余 拱高，经过三次循环试验后，都趋向于稳定 关键词，竹原纤维、针织物、充满系数、起拱 作者。林元宏 指导老师，蒋耀兴 t h e s t u d yo nt h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fk n i t t e d f a b r i cw i t ht h en a t u r a lb a m b o of i b e r a b s t r a c t c h i n ai st h ec o u n t r yw i t ht h em o s tv a r i e t i e so fb a m b o o 。i t sa n n u a l p r o d u c t i v i t yr a n k st h ef i r s ti nt h ew o r l d i t sr a p i dr e g e n e r a t i o n , g r o w t ha n d s h o r tg r o wp e r i o dg i v eb a m b o ot h ec h a r a c t e r i s t i co fc o n t i n u o u su t i l i z a t i o n 。 a n dt h en a t u r a lb a m b o of i b e r , w h i c hh a sb e e np r o c e s s e d , i sw i d e l yu s e di n k n i t t e df a b r i c sb e c a u s eo fi t s g r e e ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n , c o o la n d c o m f o r ta n dh e a l t hc a r e c o n s i d e r i n gt l l ep u r ea n db l e n d e db a m b o ok n i t t e d f a b r i ca sr e s e a r c h o b j e c t , t h r o u g ht h ei n s t r u m e n t ss u c h 弱t h i c k n e s sg a u g e , d r a p e r y , d r yb o x a n d m u l t i - f u n c t i o ns t r e n g t ht e s t i n gi n s t r u m e n t , t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e s t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo fb a m b o ok n i t t e df a b r i ci ss t u d i e di nt h i sp a d e l s y s t e m a t i c a l l yb yt e s t i n gt h ea i rp e r m e a b i l i t y , d r a p e r y , m o i s t u r ea b s o r p t i o n a n de m i s s i o na n da r c h i n ga b i n t y b yd a t aa n a l y s i s ，i ti so b t a i n e d ： e s t a b l i s h i n g t h e c o m p r e h e n s i v e i n d e x r e f l e c t i n g t h es t r u c t u r a l p a r a m e t e r so fk n i t t e df a b r i c - t h ef i l l i l l gc o e f f i c i e n t ，f i l r t h e re x p l 蛐t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo fb a m b o ok n i t t e df a b r i c r e a s o n a b l y 啊心r u l eo fm o i s t u r ea b s o r p t i o na n de m i s s i o ni sc o r r e s p o n d e n c e w i t hi n d e xe q u a t i o nw i t hh i g hr e l a t i v ei n d e xa n di sq u i c kf i r s t , l o wt h e n 髓e r e l a t i o no fb a g g i n gs t r e n g t ha n db a g g i n gh e i g h ti sc o r r e s p o n d e n c ew i t ht h e r u l eo fi n d e x , t h em a x i m u ma r c h i n gs t r e n g t ha n dr e m a i n i n gb a g g i n gh e i g h t a r es t a b i l i z e da f t e rt h r e ec y c l i n gt e s t k e y w o r d s ：b a m b o of i b e r , k n i t t e df a b r i c ，t h et a l l i n sc o e f f i c i e n t , b a g g i n g w r i t t e nb y ：l i n y u a n - h o n g s u p e r v i s e db y , j i a n gy a o - x i n g n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：日期：旁“孑：一都 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：血薹日 导师签名；矗壹篮兰 e l 期：砂? z ! ，型 孥 竹愿纤维针织物结构与性能的研究 第一章绪论 第一章绪论 随着现代科学技术和生产力的高速发展以及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，这突出反映在人们日常生活的各个方 面，其中在人们的衣着服饰上表现得尤为明显服装已从原始的遮体御寒工具，发 展成为舒适保健、文化、艺术和人类文明的重要象征 1 1 竹纤维的发展历史m 哪 作为服装面料，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工业发展的基础，各 种纤维原料具有不同的性能和特点，为了将各种不同类别、不同性能的纺织纤维制 成适合于各种用途的优质产品，为了用有限的纺织原料加工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，增加纺织产品的品种，以满足日益增 长的现代消费需求，人们致力于寻求新的纤维材料，争取合理利用资源。变废为 宝，交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 竹子是我们的日常生活中的常见材料据统计，我国现有竹林面积达4 2 1 万公 顷，储蓄量1 3 亿吨，占全世界资源的近三分之一，是世界上第一竹资源大国，其 中，福建、浙江、江西、湖南4 省占全国竹林总面积的6 0 7 同时，竹子是一种速 生植物，每2 3 年即可成林砍伐。是速生高产的纤维原料竹子在人们生活中有着 特殊而又广泛的运用，尤其在夏季家具中的床、席、椅、枕等生活用具中，竹材占有 相当重要的地位，它的良好的导湿散热性能一直受到人们的亲睬于是，从竹中提取 一种凉爽宜人的纤维也就成为了一个当今纺织行业研究的重要课题竹子的广泛应用 也己有千年的历史，到目前为止我国对竹材的应用主要表现在下面几个方面。 1 1 1 竹子的传统用途咖m 嘲 竹厦纤维针织物结构与性能的研究 第一章绪论 利用竹子的劈裂性，可以编织用具、竹帘、竹席、竹棚、竹篱、扇骨、伞骨、 灯笼等利用竹子的负荷力，可以制作晒竿、旗竿、担架、脚手架、竹床、竹筷、 矿柱、粱柱、门窗、地板、竹桥、竹筏及其它家具、用具等。利用竹子的弹力，可 以制作弓、弩、钓竿等利用竹子的抵抗力，可以制作床柱、手杖、伞柄、撑竿、 竹钉等。利用竹子的中空特性，可以制作水车、水桶、水管、烟筒、吹火筒、竹瓶 及空笛等各种乐器利用竹子的外观特性，可以制作竹索、工艺品，玩具等 1 1 2 竹子在建材上的用途 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例 如在建材方面，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、竹材旋切板、贴面装饰板、竹拼花地板、竹木复合板，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 1 1 j 竹子应用于制浆造纸 竹材纤维长，其长宽比较大，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 1 1 4 竹子的食用价值 竹子大多生长在山区，多数情况下野生竹子不施化肥和农药，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 1 1 5 竹子对于净化环境和固土作用 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 2 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 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盆景植物 1 i 6 竹子的医用价值 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，竹子中舍有醛类、酚类、有机酸类和大量的黄酮类物质，可制成天 然的生物抗氯化剂，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 1 1 7 竹子在纺织领域应用 到目前为止，人类对于竹材的利用还是非常有限的因此，充分开发和利用我 国现有的竹子资源，开发新型纺织面料，是促进纺织工业不断发展的重要手段竹 子这一丰富的天然资源应用到纺织生产中，将为竹材资源的深度开发提供一个新的 应用空间一方面可以有效地提高竹材资源的利用效率，促迸竹材经济的发展另 一方面，把竹纤维应用于纺织工业。将为纺织生产提供丰富的新型天然纤维原料， 有效解决纤维原料缺乏现象，开创出“以竹代棉”的新局面，缓解纺织原料严重不 足的压力，缓解纺织产业发展与的环境矛盾更为主娶的是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天然竹纤维具有以下特点： 第一，我国竹类资源丰富。再生能力强，生长迅速，成材期短，产量高，具有 一次造林可持续利用的特点 第二，天然竹纤维是一种绿色、可再生、可降解的环境友好型纤维资源，天然 竹纤维是取之干竹材茎杆，其加工对环境无害，属于绿色天然纤维，产品废弃后可 直接被生物降解，回归自然，不会对环境造成任何污染 第三，天然竹纤维是一种凉爽、舒适性纤维，通过显微镜观察发现：天然竹纤 维细而中空，横截面中布满椭圆形孔隙，便于纤维在瞬间吸收并蒸发水分，具有很 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 良好的吸汗、捧汗能力和透气性天然竹纤维细具有独特的回弹性能，穿着贴身， 不易折皱，重量较轻因此，用天然竹纤维制成的服装具有其独特的风格，穿着凉 爽，舒适宜人 综上所述，天然竹纤维应用于现代纺织工业具有特别重要的意义，其良好的资源 再生特性、绿色环保特性、服用性能和特殊的文化情结，备受纺织生产企业和消费 者关注，天然竹纤维产品的开发与研究已经成为我国新型纺织面料开发的一个重要 方向 1 2 竹纤维的分类 竹纤维取材于天然的竹子，根据其加工方法及原理的不同可以分为竹浆纤维和 竹原纤维两种类型竹原纤维是以天然竹子为原料，主要通过物理、机械加工方 法，直接从竹子中提取得到的竹纤维竹浆纤维是以天然竹子为原料，首先从竹子 中提取纤维素并制成浆粕，然后通过一系列化学反应。采用类似于粘胶纤维生产的 。湿法”工艺制得纤维本质上，竹浆纤维属于。再生纤维素”纤维，但是，目前 市场上对竹纤维的这两个品种有所混淆 1 3 竹纤维的加工工艺嘲 1 3 1 竹浆纤维加工工艺 竹浆纤维是再生纤维素纤维，它是从不能直接进行纺织加工的纤维索原料一 竹材中提取纯净的纤维素，并采用水解一碱法和多段漂白精制成浆柏，经过烧碱， = 硫化碳处理后制备成粘稠的纺丝溶液，采用湿法纺丝工艺制造而成竹浆纤维可 以制成竹浆长丝，也可以制成竹浆短纤维，视最终产品的要求而定 纤维素不具有熔融特性，不能用熔融纺丝方法制造纤维竹纤维在竹材中的百 分含量远远低于棉纤维在棉短绒中的百分含量，后者可高达9 5 ，同时，竹材中的 木质素含量却高达3 0 以上，是棉短绒中木质素含量的1 0 倍多因此，制浆宜选用 硫酸盐法蒸煮技术为了制造竹浆纤维，首先从天然竹材中提纯纤维素并制成浆 粕，然后把纤维素制成碱纤维素，与二硫化碳发生化学反应生成纤维素黄酸钠，而 4 竹原纤维针织物结构与性能的研究 第一章绪论 纤维素黄酸钠能够溶解于稀碱溶液，制成竹浆其生产工艺流程如下； 竹浆粕粉碎浸溃碱化磺化初溶解溶解头道过 滤二道过滤熟成纺前过滤纺丝塑化水洗切断精 练烘干打包 竹浆粘胶纤维的线密度、白度与普通粘胶纤维接近，强力较好，且而均匀，韧 性、耐磨性较高，可纺性能优良 1 。3 2 竹原纤维加工工艺 竹原纤维是采用独特的物理、机械加工工艺，从竹子中直接分离出来的纤维。 竹原纤维一般根据纺织厂采用的纺纱系统的不同，将生长期1 2 1 8 个月的天然的 竹材，经过去青、齿轮反复轧压后，采用蒸煮等机械和物理方法，去除竹子中的木 质素、多戊糖、竹粉、果胶等非纤维素杂质，直接从竹子中提取纤维即竹原 纤维竹原纤维的生产过程如图1 - 1 所示 1 3 2 1 前处理工序 图1 - 1 竹原纤维的生产工艺流程 前处理工序包括整料、制竹片和浸泡三道工序首先将竹材去掉枝节与尖梢， 根据纺纱系统的要求切成定长竹简l 然后采用机械或手工方式将竹筒劈裂成一定宽 度的竹片# 最后将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中，并浸泡一定时间 分解工序 竹原纤维针织物结构与性能的研究 第一章绪论 1 3 2 2 分解工序 分解工序包括蒸煮、水洗和分丝三道工序蒸煮是将竹片连同浸泡液一起加热 到莱一温度。同时施加一定的压强，蒸煮一定的时间。对其进行脱糖、脱脂、脱胶 与杀菌；水洗是将蒸煮过的竹片取出，用水洗净，去除附着的浸泡液；分丝一般采 取机械方式压扁竹片。并用成丝机分解出粗纤维 1 3 2 3 成形工序 成形工序包括蒸煮、分丝、还原、脱水和软化等工序蒸煮是将分解工序获得的 粗纤维置于蒸煮皿中，加入浸泡液，加热到一定的温度，加压处理一定的时间；通 过分丝，将粗纤维分离成为更细的纤维，同时用水冲洗脱胶；还原是将竹纤维置于 浸泡液中加入适量的助剂，由此来增强竹原纤维的韧性，提高纤维强度l 用离心 式脱去水分后，再用软化剂软化竹原纤维，使其具有一定的柔软度。 1 3 2 4 后处理工序 竹原纤维提取是采用特殊的脱胶工艺对竹材进行部分脱胶，并利用部分脱胶后的 竹纤维上的余胶将竹子纤维一根一根相互“粘连”起来，制成纺织加工所需要的原 纤维因此，竹原纤维并不是单纤维，而是由多根竹子纤维。粘连”在一起的束纤 维，纺织上也称其为。工艺纤维”此时制得的竹原纤维较粗，线密度一般为2 0 5 0 t e x ，硬丝、并丝也比较多，含水量达1 3 由于胶质尚未脱尽，纤维的色泽偏 黄，在干燥的状态下，粉尘较大，潮湿时强度又非常低因此，在用于纺织加工前 必须对竹原纤维进行烘干和上油处理，以增加纤维的柔软度和强度 后处理工序包括干燥、梳纤和筛选检验在专用干燥设备上，将竹原纤维烘燥 一定的时间。使纤维含水率低于1 0 ；用梳纤机对其进行梳理，整理成竹纤维丝， 并去除短纤维及其粉末；最后迸行检验，检验合格的产品打成包，由纺织厂进一步 进行加工 综上所述，竹原纤维提取与竹浆纤维生产有着本质上的区别在竹原纤维提取 的整个生产过程中，主要施以物理和机械机械作用，生产对环境造成的污染很小， 6 笪堕堑丝笪堡塑堕塑皇丝丝塑堑墨苎= 苎丝丝 对人体无毒害，本质上属于天然纤维的提纯，因此，竹原纤维被誉为绿色环保型纤 维，纤维性能优异，具有特殊的风格，服用性能极佳，保健功效显著。竹粘纤维属 于化学纤维中的再生纤维素纤维由于在生产加工过程中经历了一系列化学作用， 同时采用了湿法纺丝方法，因此，生产对环境造成的污染很大，并完全改变了竹纤 维的结构和形态特征，竹纤维中的某些优良的性能和含有的保健成分在化学加工中 受到影响，无法体现竹纤维自身的特点，所以它不是真正意义上的环保纤维现有 的竹粘纤维制取工艺都不能符合对竹纤维开发的环保要求，真正体现。绿色”特征 的竹纤维是以开发以竹原纤维为主目标，竹原纤维的开发应用是本课题研究的方 向 1 4 竹纤维的结构与性能啊瑚 与棉、麻等天然纤维素纤维一样，竹原纤维的主要组成物质是纤维素竹原纤 维是通过物理，机械方法直接从竹材中提取的，是纯天然的纤维素纤维竹原纤维 是一种高结晶、高取向的天然纤维素纤维竹原纤维的结晶度为6 0 7 嘿，高于 棉的结晶度 1 4 1 竹原纤维的形状态结构特征例1 1 伽 借助于扫描电子显微镜( s c a n n i n g e l e c t r o n i cm i c r o s c o p y , s e m ) ，我们可以清晰 观察到竹纤维的纵横向形态结构特征如图1 2 所示，竹原纤维的截面形状垦扁平的 多边形。内有中腔，在中腔内分布有分裂状的丝状纤维，部分截面上有辐射状裂 纹竹原纤维表面( 纵向) 呈现沟槽，表面略显粗糙，横向有枝节，没有天然转 曲 经测量和统计分析，竹原纤维纵面宽度平均值在2 0 2 8 um 范围之间，横截面 的长径在3 0 0 5 0 0 p m 范围之间，长径平均值为3 5 9 l i m l 短径在1 1 3 2 0 0 l i m 范围之间，短径平均值为1 4 9 pm s 短径与长径之比在0 3 0 0 6 7 范围之间，平均 值为0 钌竹原纤维的平均线密度度为1 7 3 4 n m ，相当于5 8 d t e x ，与苎麻纤维的线密 度相似( 纺织厂使用的苎麻纤维，一般为5 d t e x 左右) ，比棉、细羊毛等其他天然纤 维粗株洲雪松麻业有限责任公司已经用这种竹原纤维生产出2 4 n m 、3 6 n m 、 1 n m 7 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 纯纺竹原纱和5 1 n m 竹棉、5 1 n m 竹竹粘、5 1 n m 竹厌丝、6 8 n m 竹，棉混纺纱和其他 规格纱线。 ( a )( b )(c)(d) 竹原纤维的横向截面形态结构竹原纤维的纵向形态结构 ( a ) 截面s e m 图( 5 0 0 倍) ； ( b ) 等离子刻蚀后截面s e m 图( 1 5 0 0 倍) ； ( c ) 纵向s e m 图( 1 0 0 0 倍) ；( d ) 纵向光学显微镜图片( 4 o o 倍) 图l - 2 竹原纤维的纵横向形态结构 竹原纤维的长度分布范围较广，一般在1 5 o 2 1 5 m m 之间，短纤维率为4 9 ， 长度变异系数为4 6 2 。竹原纤维的长度比苎麻纤维略短，长度整齐度稍差。竹原纤 维和苎麻的长度一重量分布状态是相似的，说明竹原纤维与苎麻纤维的长度、线密 度指标比较接近，所以在苎麻纺设备上加工竹原纤维是可行的，苎麻纱的纺纱工艺 的配置对竹原纤维的纺纱具有一定的参考价值。 1 4 2 竹浆纤维的形状态结构特征 竹浆纤维在扫描电镜2 0 0 0 倍和5 0 0 0 倍条件下得到的纤维形态结构照片如图1 3 所示，竹浆纤维的横截面、表面( 纵向) 形态结构特征与普通粘胶相似，竹浆纤 维表面( 纵向) 具有光滑、均匀的特征，并呈现数条较浅的沟槽，其横截面轮廓具 有不规则锯齿形，存在皮芯结构。这种表面结构使得竹纤维的表面具有一定的摩擦 系数，纤维具有较好的抱合力，有利于纤维的成纱。 8 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 竹浆纤维的纵向形态结构 竹浆纤维的横向截面形态结构 图1 - 3 竹浆纤维的纵横向形态结构 1 4 3 竹原纤维的基本性能1 竹原纤维是继大豆蛋白纤维之后我国自主研发成功并投入生产的新兴生态纺织 材料。竹原纤维是采用独特的生产工艺从天然竹子中直接分离出来的纯天然竹纤 维，强度高、伸长小、初始模量大，而且竹原纤维不含有任何化学添加剂，具有无 毒、无污染、抗菌、防臭、保健等优良特性 1 4 3 1 竹原纤维的力学性能特点 竹原纤维具有强度高、伸长小、模量大的特点。在标准大气条件下，竹原纤维 的断裂强度最大值达到1 4 6 9 c n d t e x ，最小为1 6 9 c n d t e x ，平均值为6 7 1 c n d t e x ，与 苎麻纤维的断裂强度( 6 6 6 8 c n d t e x ) 接近，大大超过竹粘、棉、粘胶和天丝的 断裂强度。在湿态条件下，竹原纤维的断裂强度明显增大，最大值达到 1 7 3 3 c n d t e x ，最小为1 8 6 c n ，d t e x ，平均值为7 5 8 c n d t e x ，平均增幅1 3 。竹原纤 维的断裂伸长率较小，在标准大气条件下，平均断裂伸长率为3 4 8 ，接近于苎麻的 断裂伸长率，低于竹粘、棉、粘胶和天丝等其他纤维素纤维的断裂伸长率。竹原纤 维与其他常规纤维的拉伸曲线特征比较如图1 4 所示。在标准大气条件下，竹原纤维 的初始模量为1 9 2 8 2 c n d t e x ，与苎麻的初始模量相近，高于竹粘、棉、粘胶和天 丝的初始模量。 9 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 营 喜 管 嚣 断褒伸长率 1 竹原纤维( 千态)2 苎麻纤维3 竹原纤维( 湿态) 4 棉纤维5 普通粘胶6 羊毛 图l - 4 几种纤维的拉伸曲线比较 竹原纤维与苎麻纤维的拉伸特征相似，具有高强度、低伸长的特点；从拉伸曲 线看到，湿态下竹原纤维的断裂强度和断裂伸长率均有提高，初始模量也较大，整 个曲线仍然保持了高强低伸的特点所以，竹原纤维是一种刚性较好的纤维。 竹原纤维具有良好的物理机械性能，强力高，耐一磨性好，悬垂性佳，有独特 的回弹性能，具有良好的服用性能，是一种较好的纺织纤维 表1 - i 竹纤维与其它纤维素纤维的物理机械性能 纤维细纤维长度干强墨强 伸长宰墨伸度 初始模量嗳水宰 名称 度( ) “_ )( c n d l ：e x ) ( c n d t e i ) ( i )佴)( o n d t e x )( 舢 1 8 一 竹浆纤维 3 b - 8 61 9 2 21 2 1 6 - l 口 船7 5 姗 1 2 一 竹原纤堆1 5 l 2 2 2 83 t 4 2 1 9 2 87 0 2 4 4 0 0 0 一 栅纤维- - 6 41 9 - 3 52 2 3 67 l o8 1 3i 44 5 5 5 8 5 粘胶纤维1 5 2 00 7 1 11 8 2 42 1 2 96 o 8 25 5 9 0 膏强纤维 3 3 61 9 v 2 19 l ol l 1 33 5 5 35 5 7 0 天丝 4 2 4 43 7 4 11 4 1 6l e 1 87 1 7 96 5 7 0 大豆蛋白 3 8 4 02 5 3 01 8 2 i6 1 2i i o 1 2 一 1 5 8 3 苎麻纤维 6 融6 6 6 8 8 3 8 54 2 4 2 2 3 1 1 4 3 2 可纺性 竹愿纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 应用于纺织生产的纤维材料绝大多数是单纤维，线密度度不低于0 6 7 t c x ( 纺织 行业用的苎麻纤维一般为0 5 t c x 左右) - 必须具有一定的柔软性及强力由于竹原 纤维完全脱胶后，其纤维线密度和长度均不能满足环锭纺纱机的加上要求，因此， 在提取竹原纤维的时候不能将胶质全部脱尽，而是利用余胶使竹纤维相互粘连，制 成适合于纺纱需要的。工艺纤维”，即t 用于纺纱的竹原纤维并不是单纤维，而是 柬纤维在4 0 0 倍显微镜下观察，可以清楚的看到竹纤维的束纤维状结构特征在 原生竹纤维的加工中，存在纤维线密度和长度之间的矛盾，要获得细的纤维，长度 则太短；当长度达到要求时，纤维又较粗这个矛盾是目前各生产原生竹纤维的厂 家需要攻克的个技术难题，未完全脱胶的竹原纤维束的线密度一般在2 0 - 5 0 锄【 雪松公司生产的原生竹纤维线密度达到0 s t 麟，长度达7 0 m m 以上，纤维强力接近 苎麻的3 4 ，达到或接近麻纤维的水平 1 4 3 3 吸湿、放湿特性与透气性 竹原纤维具有独特的吸湿放湿特性。这与它特殊的微观结构有着密切的联系 已有研究结果表明t 竹原纤维表面有无数微细凹槽( 裂纹) ，其横截面上布满了大 大小小的空隙，这些凹槽和空隙特性，为吸收水分和蒸发水分创造了条件，竹原纤 维的吸湿与放湿性能是其他天然纤维所不能及的在标准状态下，竹原纤维的回潮 率可达到l 猫，与普通粘胶相近；在温度为3 6 ( 2 、相对湿度l 0 0 9 6 条件下，竹原纤维 的回潮率超过4 5 ，而且回潮率从8 7 5 9 6 提高到4 5 仅只需6h ，相同的条件下， 其他纤维的回潮率及其吸湿的速率都不如竹原纤维。例如，普通粘胶纤维，1 0 0 的 相对湿度下，回潮率为3 0 这说明竹纤维比其他纤维具有更优的吸湿性能。另一 方面。竹纤维的透气性比棉纤维强3 5 倍，属各种纤维之首，说明竹纤维比其它纤维 具有更优异的吸湿快干性能，凹槽和空隙可以在瞬间吸收或蒸发水份，因此被专家 誉为是种具有“呼吸功能”的纤维适合于制作夏季服装、运动服和贴身内衣 1 4 3 4 抗菌除臭性1 习 竹原纤维的抗菌抑菌作用，主要来源于竹纤维中含有的天然抗菌物质日本研 究人员曾对竹干沥镏液( 简称“竹沥一) 做了大量酌实验，证实竹沥有广泛的抗微生 笪堡堑丝竺堡塑竺塑兰丝丝堕里塞苎二! 篁丝 物功能。经日本另一家权威机构检测，也证明了竹原纤维具有天然抗菌作用，由竹 原纤维制成的纺织品，其2 4h 抗菌率可以达到7 1 竹原纤维成分中的叶绿素和叶绿素铜钠都具有较好的除臭作用，表l - 2 为日本 学者用竹纤维布料做的除臭效果对比实验实验结果表明，竹纤维布料的除臭作用 比棉纤维布料要强很多 表1 - 2 竹纤维布料与棉纤维布科的除臭率比较( ) 对氨气的除臭率对酸臭的除臭率 试样类型 原试样试样1试样2原试样试样l试样2 竹纤维布料 7 57 27 09 79 59 3 桷纤维布料 3 0 2 82 5 5 6 8 27 6 注：试样1 为洗涤5 次后，试样2 为洗涤3 0 次后 竹原纤维织物是能够进行自主呼吸的，这是由于竹原纤维的分子链氢键和电子 能很好地结合，纤维分子间存在较大的空隙，室内湿度高时吸收水分子，等干燥时 再释放出来同时，它还能够吸附各种异味灰尘及花粉等有害物质竹原纤维布料 的这种呼吸作用，能够净化空气、调节湿度 1 4 3 5 抗紫外功能 已有的测试结果表明：竹原纤维布对紫外线的反射率比麻布、棉布低，这就意 味着前者具有更强的吸收紫外线作用，特别是在c 波段的吸收效果更为明显研究 还表明，竹原纤维中所含的叶绿素铜钠是安全、优良的紫外线吸收剂，其抗紫外线 功能比棉纤维强2 0 倍 另外，竹子是常绿植物，由于生长在崇山峻岭的大自然中，极少受到农药和其 它有害物质的污染，因此，用竹子作原料生产的竹原纤维，具有无毒无污染的特 点，与其它纤维相比，具有独特的优越性 1 5 竹原纤维和产品的国内外研发历史与现状 1 5 1 竹原纤维和产品的国外研究开发情况 竹原纤维舒织物结构与性能的研究第一章绪论 竹纤维研究起源于日本上世纪九十年代，日本三信整热工业株式会社 ( s a n s h i nt h e r m a li n s u l a t i o nc o m p a n y a n da s kc o r p o r a t i o n ) 开发了一种竹纤维提 取系统，包括三个工序：( i ) 用碾压机沿竹子生长方向碾压，( 2 ) 用具有一专门机构的 锤磨型研磨机使从第一道工序所得的辗碎了的竹子纤维化l ( 3 ) 从第二道工序制得的 纤维中分离出混合在其中的竹内薄皮部分；1 9 9 8 年，b 习k t o y op r e s s 有限公司开发 了一种可有效地将竹子分裂成纤维的系统；d e s h p a n d ea p 介绍了一种可以提取竹纤 维的化学机械联合加工工艺系统。该系统结合传统的压模工艺和辗模工艺，提取的 竹纤维可以用于各向同性的复合材料加工还有一种从竹子中提取竹纤维的新方法 ( s t r e a m e x p l o s i o nm e t h o d ) ，在配合使用混棉机后，可制得外形类似于棉纤维的竹 纤维，称为b a m b o of i b e r c o t t o n ( b f c ) ，其直径仅为l o n m - - 3 0 n m ，而且纤维表面的 木质素几乎已完全去除以上方法生产的竹纤维都用于替代玻璃纤维，用着纤维增 强整形材料 上个世纪末，棚a r u m a s a 公司从印度尼西亚进口竹材，生产竹浆纤维与毛、 棉等天然纤维、聚醋等化学纤维混纺，制作夏季服装服饰用其加工的夏季服装不 仅重量轻。而且加人竹纤维后会使混纺产品产生许多细微孔隙，从而吸引、排除汗 水，这种服装比目前已有的任何纤维服装都显得凉爽舒适竹纤维服装已逐渐成为 日本女性消费的时尚，并迅速在欧美市场流行，成为新宠引起人们对竹纤维应用 的极大关注 日本神户女子大学工学博士木村光雄教授和日本系井纺织公司系井彻总经理 咖( 美国健康学博士) 共同研制开发了含竹纤维的纺织服装系列新产品。这种织物在 纤维制作中添加了具有抗菌除臭作用的矮竹竹叶原料，利用这种原料加工成含有竹 纤维的环保型布料和保健生活用品，具材抗菌，除臭、防紫外以及呼吸功效，竹纤 维制成的衬衫、袜子，毛巾等商品已经推向日本及欧美高档百货商场 1 5 2 国内研究开发现状【1 4 1 1 1 习 国内对于竹纤维的开发研究始于本世纪，2 0 0 3 年湖南株洲雪松麻业有限公司研 发出竹原纤维。并纺制成的纱线，并成功制织成织物竹原的制取的方法是：利用 多种纯天然植物的浸出液，将竹材中的木质素等杂质去除后，经过机械加上成为竹 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 原纤维在整个过程中，不使用任何化学药剂，所以无污染，对人体无毒害生产 出的竹原纤维洁白光亮，挺自滑爽，细度均匀浙江南方竹木制品有限公司采用天 然药物作为软化剂，用毛竹加工而成的纤维又细又光亮，并达到了可纺的的水平， 这种加上方法与雪松公司的方法很相似另外。还有以四川外贸公司为首的有关厂 家也开发出了原生纤维其中，湖南株洲雪松麻业有限责任公司研究开发的竹原纤 维纺织服装产品于2 0 0 3 年3 月5 日顺利通过了湖南省经贸委组织的山国家纤维检验 局、国家林业局竹子开发中心、湖南省纺织行管办、东华大学、中南林学院、北京 联合大学商务学院等多位专家教授参加的鉴定验收与会专家教授一致认为。这一 成果属国内首创，在国际上处于领先地位，它标志着我国竹原纤维在纺织服装领域 的应用己取得重大突破 目前，再生竹纤维的生产在我国己有了比较稳定的生产线如河南吉藁化纤有 限公司开发的。天竹纤维”，己形成了一定的生产规模上海化纤浆粕总厂与上海 月季化学纤维有限公司合作。在攻克了竹浆粕反应性能不良、可纺性差、甲纤含量 低、白度不高等一系列技术难关后，开发出纯竹纤维粘胶丝，在国内首创了。竹浆 粕变性、二步蒸煮”的生产方法，己具有一定的生产能力山东潍坊海龙股份有限 公司通过与国内竹浆生产厂家联合。根据竹子的纤维特点，通过反复实验后。成功 推出了绿色环保纤维竹素纤维，并己形成了年产2 万吨的规模现在，市场上主 要有1 6 7 d t e x 3 8 皿，1 3 3 d t e x x 3 8 s ，2 2 2 d t e x 5 1 m s ，2 7 8 d t e x 5 l 姗等再生 竹纤维品种供应 目前，欧、美、日、韩等国家只能用化学处理的方法生产竹浆粘胶纤维及其纺 织产品，而国内在竹原纤维及其制品的研究虽然起步较晚，但我国企业己经走在世 界前列，纯天然竹原纤维的提取、加工技术为我国独创，在国际上处于领先水平 竹原纤维既可纯纺、也可混纺，既可环锭纺、也可气流纺目前可与棉、天 丝、竹粘，莫代尔、麻、丝、涤纶、腈纶等纤维进行不同比例的混纺、交织，这样 可发挥纤维的各自特点，相得益彰竹纤维可用于针织、机织、无纺等领域。由于 竹纤维有很高的吸汗能力和较好的透气性，发生霉变的几率较小，不宣滋生细菌， 其纯纺混纺织物可用于内衣、内裤、睡衣、浴衣、卫生巾、尿布、毛巾、手帕等的 制作竹纤维与棉毛纤维相比有一系列的优越性，在t 恤、女性高档时装、男士衬 衫，体闲服装、床上用品等一些高档服装用品上，更能体现出它的价值。 1 4 竹原纤维针织物结构与性能的研究第一章绪论 1 0 本课题研究目的意义及内容 1 6 1 本课题研究的目的意义 l 、我国竹类资源丰富，再生能力强，生长迅速，成材期短，产量高，具有一次 造林可持续利用的特点，竹类产品的深度开发具有广阔的应用前景纺织用竹原纤 维的开发将为我国纺织工业生产提供一种新型的绿色环保纤维，增加纺织产品的花 色品种，并为我国社会主义新农村的建设开辟一条新的道路 2 、竹原纤维是一种绿色，可再生、可降解的环保性纤维，其产品具有良好的市 场前景 3 、竹原纤维是种全新概念的凉爽、舒适性纤维，单纤维较细，横截面分布着 一定数量的微小孔隙，纤维可以在瞬间吸收，散发水分，具有很强的吸汗能力和较 好的透气性同时，竹原纤维具有独特的回弹性能，竹原纤维面料生成的服装穿着 时显得凉爽怡人，滑爽舒适 4 考虑到竹原纤维的性能特点，结合针织面料的结构与性能特性i 开发竹原纤 维的纯纺、混纺针织面料将使竹原纤维的开发找到了一个新的突破口 1 6 2 本课题研究的主要内容 1 天然竹原针织面料及其混纺针织面料基本结构研究：测定平方米克重、织物 厚度、织物纵密和横密、线圈长度、纱线直径等结构参数 2 天然竹原纤针织面料及其混纺针织面料透气性能的测试与分析，用织物透气 量仪测量其透气性，并比较各种试样在透气性方面的差异，同时分析透气量受原料 组成、结构参数的影响程度 3 天然竹原针织面料及其混纺针织面料悬垂性的测试与分析；用织物悬垂性测 定仪测量其悬垂性指标。并比较各种试样在悬垂性方面的差异，分析织物原料组 成、结构参数对悬垂性的影响程度 4 研究天然竹原纤维纯纺、混纺织物的吸湿与放湿特性：用透湿杯方法测定试 样的吸湿与放湿特性，比较试样间的差异，分析织物原料组成、结构参数对透湿、 笪曼堑丝笪堡竺丝垫兰丝丝竺至壅 放湿性能的影响程度。 第一章绪论 5 天然竹原针织面料及其混纺针织面料起拱性能的测试与分析，建立起拱试验 的力学模型，设计实验方案，通过试验，分析不同原料，不同结构的竹原针织物起 拱特性 1 6 竹原纤维针织物结构与性能的研究 第二章竹原纤维针织物基本结构参数测定 第二章竹原纤维针织物基本结构参数测定 2 1 实验材料1 町。订伽枷 本课题试验材料主要是由竹原纤维纯纺纱或混纺纱织制的针织面料，由于受到 加工条件限制，试样的品种相对较少本文采用的试验材料的原料组成及规格见表 弘1 一表2 - l 试验材料的原料组成及规格 试样序号试样名称及原料组成 名义缱密度( h )结构 l竹原纤维1 0 0 5 l纬平 2 龋3 7 5 麻维衢竹蜃7 5 l 2纬平 3龋5 0 麻4 0 竹雁l o1 2 0 2纬早+ 霖墙 l绢麻3 0 羹2 0 l 2 纬平+ 珠地 5 龋5 0 廓3 0 竹原 1 2 0 2纬平+ 珠地 6螭5 0 廓4 0 竹原l o1 2 0 2纬平+ 珠地 7螭5 0 麻3 0 莫1 2 0 2珠地 线圈是组成针织物的基本结构单元，线圈的结构不同，线圈的组合方式不同， 就构成了各种不同的组织，从而使针织物具有一定的几何外观和物理机械性能。针 织物中的线圈形态呈弯曲的空间立体曲线，纬编针织物的基本线圈如图2 - l 所示 b ( a ) 纬编平针组织的线圈结构图 ( b ) 集圈线圈( 珠地) 结构图 图2 - 1 纬编针织物的基本线圈 1 7 竹屎纤维钟织物结构与性能的研究第二章竹原纤维针织物基本结构参数漏定 纬编平针组织线圈间相互串套，如图2 - 1 ( a ) 所示，圆弧2 - 3 - 4 称针编弧， 直接由织针编织而成而线段l _ 2 和4 - 5 称为圈柱延展线5 - 6 - 7 称为沉降弧，它 是相邻两个线圈的连接部分珠地集圈线圈在针织物内呈悬弧状，如图2 一 l ( b ) 由于平针组织和集圈组织结构不同，平针组织在纵横向表现较大的性能差 异，横向伸长大、弹性大，为双向异性，集圈组织的悬弧线圈在织物中有效的平衡 了纵横向力学性能的差异，对织物的外观保持性起很好的作用，基本为双向同性 本文选用纬平，珠地以及纬平+ 珠地三种组织结构，并选用竹原纤维纯纺纱或竹 原纤维与绢丝，莫代尔、维纶混纺纱的原料组合方式 2 2 织物基本结构参数的测定方法和结果 织物的结构参数对织物性能具有重要影响为了研究针织物结构参数对织物性 能的影响程度，本文测定了织物的厚度、纵密、横密、线圈长度、纤维直径、单位 面积质量等主要结构参数 2 2 1 织物厚度测试方法和实验结果 实验仪器：y g ( b ) 1 4 1 d 数字式织物厚度仪 实验方法：将y g ( b ) 1 4 1 d 数字式织物厚度仪的电源打开，先让仪器预热1 0 分 钟1 0 分钟后仪器校零将织物平放于支架上，套上钢圈固定好织物，将织物摆放 平整按下测试按钮开始测量，待仪器发出可读数的警报睇，才记下数据重复上 述步骤，将每个试样测试不同的五个部位各样品的测试结果如表2 2 表2 2 织物厚度测试结果 织物厚度( m ) 试样 第1 次第2 次第3 次第4 次第5 次 平均值 1 0 蚰0 5 lo 5 5o 5 30 5 lo 5 1 6 20 6 3o 6 9o 6 4o o 6 5 0 6 4 8 30 6 0 0 5 60 5 7o o 5 7o 5 8 4o 5 6 o 5 3o 5 70 5 8o 5 7o 5 6 2 5o 5 60 驰o 5 6o 5 70 5 6o 5 6 6 60 5 2o 5 00 5 30 5 5o 5 2o 5 2 4 7 o 7 4 0 7 4o 7 l0 7 io 7 3o 7 2 6 2 2 2 织物