（纺织工程专业论文）竹原纤维针织面料的研究与开发.pdf

摘要 用科学的思维方法研究竹原纤维性能，全方位、多角度分析研究了竹原纤维性能 以及具有这些性能的缘由。研究竹原纤维纱线在针织织造中面临的问题，以及如何更 好的开发出品种多变的针织产品来。 针对目前还没有一种简单、快速而又适合企业用的鉴别竹浆纤维和竹原纤维这一 方法的问题，根据竹原纤维干态和湿态强度无显著性差异，而竹浆纤维的干态和湿态 强度有显著性差异，提出了利用纤维的于态和湿态强度差异，人工用手拉断的感觉将 其区分的简便、快速而又行之有效的方法。 自主研究开发出了一种处理工艺，利用这种工艺能有效提高竹原纤维纱线的断裂 伸长率，且断裂伸长率至少提高1 0 0 。 研究柔软剂对竹原纤维织物柔软( 斜面法测试) 情况和对手感的改善，最终选出 合理的柔软工艺，来改善竹原纤维面料的柔软状况，最后得出温度、时间、各柔软剂 在推荐范围内的用量对样布进行处理后的柔软( 斜面法测试) 效果不是十分显著的结 论。也就是说，要想使竹原纤维织物柔软，只对竹原纤维织物进行简单的仅仅用柔软 剂的处理，柔软作用效果不是很大，不过从手感( 丰满、滑糯) 来看选择如下工艺是 可行的：选择1 9 6 t e x 竹原纤维纱线编织的纬平针组织；对柔软剂可选氨基硅油柔软 剂或阳离子t h a n k 柔软剂，前者的p h 值为6 7 ，后者p h 值为5 ；浴比1 ：2 0 ；柔软 剂用量按织物重的6 ；常温下二浸二轧；焙烘温度1 0 0 。 探讨性提出了纤维素酶对竹原纤维作用机理，用以指导纤维素酶对竹原纤维织物 的性能改善的研究。纤维素酶的活性部位首先和竹原纤维发生专一性结合，形成络合 物。然后酶分子的活性部位发生专一性的催化，促使竹原纤维素分子链的甙键水解， 使竹原纤维素分子水解。对竹原纤维针织物进行纤维素酶处理中，织物减重率与强力 损失率之间成线性关系，因此可以合理控制纤维素酶处理的程度，同时抑制织物强力 的过度损失。最后确定纤维素酶处理最佳工艺条件为：酶用量3 ：p h 值5 ；处理时间 3 0 m i m 处理温度5 5 。 探讨性提出了竹原纤维染整的作用机理，用以指导对竹原纤维织物的染色和相关 整理的研究。竹原纤维的染色过程包括：染料从染液向竹原纤维表面转移并被竹原纤 维表面吸附、吸附的染料向纤维内部扩散、染料固着三个过程。 探讨性提出了要获得高档竹原纤维面料，在现阶段切实可行的一种生产工艺 “三烧双丝”工艺，即先纱线烧毛接着坯布烧毛、丝光，漂染后进行第三次烧毛和第 二次丝光的“三烧双丝”工艺。 关键词：竹原纤维；纤维素酶处理；手感风格；针织物 s t u d y a n dd e v e l o p m e n to fn a t u r a lb a m b o ok n i t g o o d s t h ep e r f o r m a n c e so fn a m m lb a m b o of i b e r sa n dt h er e a s o r l sf o rw h i c ht h e yh a v et h e s e p e r f o r m a n c e sh a v eb e e ns t u d i e db ys c i e n t i f i ct h i n k i n gm e t h o d sf r o ma l ld i r e c t i o n sa n dd i f f e r e n t a n g l e s t h ep r o b l e m sw h i c hw i l lb ef a c e dd u r i n gk n i t t i n gi nk n i t t i n gm a c h i n e sw i t hn a t u m l b a m b o o y a r n sa n dh o w t od e v e l o pv a r i e dk n i t w e a rm o r ee f f i c i e n t l yh a v eb e e ns t u d i e d ak i n do f f m i s h i n gt e c h n i q u eh a sb e e ne x p l o i t e di n d e p e n d e n t l yw h i c hc a l lb eu s e dt oi m p r o v et h e b r e a k i n ge l o n g a t i o nr a t eo f n a t u r a lb a m b o oy a m sa n di m p r o v ei t1 0 0p e r c e n ta tl e a s t s o f t e n i n ga g e n t sw h i c ha r eu s e dt om e n dt h es o f t n e s sa n dh a n d l eo f n a t u r a lb a m b o of a b r i c s h a v eb e e ns t u d i e da n df i n a l l yr a t i o n a lm e l l o w i n gt e c h n i q u ew i l lb es e l e c t e dt om e n dt h er i g i d i t y o ft h ef a b r i c si nm a x i m u n l | a tl a s ti th a sb e e nf o u n dt h a tt h em e l l o w i n ge f f e c t so ft r e a t i n g s a m p l ef a b r i c si nt e m p e r a t u r e s 、t i m e s 、d o s a g e so fs o f t e n i n ga g e n t sr e c o m m e n d e da l en o t r e m a r k a b l e , w h i c hm e a l 】st h a tt h em e l l o w i n ge f f e c t sa l en o tr e m a r k a b l ew i t ho n l ys o n e m g a g e n t s b u tf r o mt h ep o 缸o fm e n d i n gt h ef a b r i c s h a n d l e ，t h et e c h n i q u ec a nb es e e n 笛 r e m a r k a b l et h a tt h ef a b r i c s ，w h i c ha l em a d ei n 1 9 6 r e xn a t u r a lb a m b o oy a m sw i t hw e f tp l a i n 出t o h e s ，c a l lb em e l l o w e db ya m i n os i l i c o n eo i lo rp o s i t r o n t h a n k ”s o t t e n i n ga g e n t s ，t h ep ho f t h ef r o n ti ss i xt os e v e na n dt h eo n eo f t h eb a c ki sf i v e ，t h eb a t hr a t i oi so n et ot w e n t y , t h ed o s a g e i s6 p e r c e n to f t h ef a b r i c s w e i g h t , t w od i p sa n dt w op a d si nn o r m a lt e m p e r a t u r e ，b a k i n gi n1 0 0 c e l s i u s t h ea c t i o nm e c h a n i a mo fc e l l u l o s ee r n z y m et on a t u r a lb a m b o of i b e r sl l a sb e e nd i s c u s s e d a n di tc a nb eu s e dt oi n s t r u c tt h es t u d yo f m e n d i n g f a b r i c s p e r f o r m a n c e sw i t hc e l l u l o s ee n z y m e f i r s to fa 1 1 t h ea c t i v ep a r t so fc c u 山o s ee n z y m ec a nc o m b i n en a t u r a lb a m b o oc e l l u l o s ef i b e r s w i t hs i n g l e m i n d e dp r o p e r t ya n df o r mc o m p l e xc o m p o u n d t h e nt h ea c t i v ep a r t sc a t a l y z ew i t l l s i n g l e - m i n d e dp r o p e r t ya n dh y d r o l y z eg l y c o s i d el i n k so fn a t u r a lb a m b o om o l e c u l a rc h a i n sa n d m o l e c u l e s n 血gc e l l u l o s ee i l z y m e st r e a t i n gn a t u r f lb a m b o of a b r i c s ，t h ef a b r i c s d e c r e m e n t 眦i sl i n e a rw i t ht h el o s sr a t ei ns t r e n g t hs ot h a tt h et r e a t i n gd e g r e eo f c e l l u l o s ee n z y m ec a l lb e c o n t r o l l e dr a t i o n a l l ya n dt h ee x c e s s i v el o s si ns t r e n g t ho ff a b r i c sc a nb ea v o i d e d f i n a l l y ，t h e o p t i m a lt e c h n i q u eo f c e l l u l o s ce n z y m et r e a t i n gi st h a tt h ed o s a g ei s3p e r c e n t ；t h ep h i sf i v e ； t h e t r e a t i n gt i m ei st h i r t ym i n u t e sa n dt h et r e a t i n gt e m p e r a t u r ei sf i f t y - f i v ec e l s i u s t h em e c h a n i s mo fn a t u r a lb a m b o of i b e r s d y e i n ga n df i n i s h i n gh a sb e e np u tf o r w a r d e x p l o r e da n di tc a nb eu s e dt oi n s t r u c tt h es t u d yo f n a t u r a lb a m b o of a b r i c s d y e i n ga n df i n i s h i n g t h ed y e i n go f n a t u r a lb a m b o of i b e r sc a nb ed i v i d e di n t ot h r e ec o u r s e s , d y e ss h i f tf r o md y eb a t h t on a t u r a lb a m b o of i b e r s s u r f a c e sa n da r ea b s o r b e db yf i b e r s s i d 狐d i f f u s et of i b e r s i n s i d e s , f i xi nf i b e r s i n t e r i o r t od e v e l o pt o pg r a d en a t u r a lb a m b o of a b r i c s , ak i n do fm a n u f a c t u r et e c h n i q u ew h i c hi s f e a s i b l en o w a d a y sh a sb e e np u tf o r w a r de x p l o r e di t i sc a l l e d t i n g e i n gt h r e et i m e sa n d m e r c e r i z i n gt w ot i m e s t e c h n i q u et h a ti ss i n g e i n ga n dm e r c e r i z i n gt h ef a b r i c sa f t e rs i n g e i n g y a m s ，s i n g e i n gt h et h i r dt i m ea n dm e r c e r i z i n g t h es e c o n dt i m ea f t e rb l e a c h i n ga n dd y e i n g f a n gt a i - j u n ( m a j o ri nt e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rm e n gj i a - g u a n g k e yw o r d s ：n a n a a lb a m b o of i b e r s ；c e l l u l o s ee n z y m e si r e a l m e n t ；h a n d l es t y l e ；k n i t g o e d s 西安工程科技学院学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工程科技学院有关知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间学位论文工作的知识产权归属西安工程科技学院。本人保证毕业离校后，使用学位论 文工作成果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工程科技学院。学院 有权保留送交的学位论文的复印件，允许学位论文被查阅或借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 躲万农移 誓导老师签鲁盖毫。 日 期：尝笏 西安工程科技学院学位论文独创性声明 禀承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个人在导 师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，学位论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，不包括本人已申请 学位或他人已申请学位或其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所作的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担相关责任。 学位敝储躲纺舷 日 期：矽么1 ，一- ， 第一章绪论 1 1 竹纤维纺织原料发展史 绪论 早在晋朝，竹纤维就被用于造纸行业，中国最早发表的有关竹纤维的论文始于1 9 8 9 年，随后关于竹纤维的形态以及用作造纸之类的论文陆续发表。但真正将竹纤维用于织 物面料生产的还是2 0 0 0 年，2 0 0 0 年9 月继我国独立研发的大豆蛋白纤维之后，我国又研 发出了第一批竹纤维n 1 ”。 将竹纤维用在纺织上是一项新技术“3 1 1 ，自从2 0 0 2 年广交会上竹纤维亮相之后，竹 纤维纺织产品的开发在国内外我国引起了一股热潮。从竹浆纤维的性能，纺纱，染整， 服装等各个角度细致入微的研究并开发出来竹浆纤维产品，形成了许多很有价值的理论。 1 1 1 国内竹纤维发展现状 最近几年来，上海、浙江、江苏、北京、广东、湖南、湖北等各地生产厂商先后加 入竹纤维的研究开发及生产行列“】。 上海市纺织装饰用品科技研究所和上海萃众毛巾总厂已联合开发试制出天然竹纤维 毛巾产品。 江苏省太仓市二棉实业有限公司研制开发出纱支2 2 2 1 4 2 9 t e x 的丝竹纱、竹棉混 纺纱、竹麻混纺纱、竹毛混纺纱和氨纶包芯纱等系列产品，是利用竹材及竹制品下脚料 开发生产的生态型纺织品。经试用和检测，丝竹纱纺织品的吸湿和放湿性能介于麻和丝 绸的性能之间，用于做夏季服装时基本不粘身。 江苏吴江的由丝竹制成的面料可以弥补真丝产品抗皱性能差、不挺括、不可机洗的 缺点，同时使产品的吸湿、导湿、透气性能得到显著的加强。 哈尔滨中纺亚麻科技有限公司研制出了竹纤维与亚麻纤维交织的床上用品、竹纤维 与亚麻纤维交织的针织衫。竹纤维与亚麻纤维这两种优良纤维的性能互补，使织物既凉 爽抑菌又柔软亮丽，既吸湿透气又悬垂性好。 乐陵市华乐纺织有限公司生产的冰爽纤维( 天竹纤维) 系列纱线，既可梭织，也可针 织。 。 河北天纶纺织股份有限公司批量生产的竹纤维纱有：竹纤维纯纺2 0 5 0 t e x 、竹纤维 与棉混纺1 6 7 5 0 t e x ，竹纤维面料有：纯竹纤维平布、竹纤维斜纹布、竹纤维和棉混纺 面料以及口罩布等。 第一章绪论 河北吉藁化纤有限公司开发的“天竹纤维”经与多家纺织厂合作试纺已经取得成功。 已形成了一定的生产规模，现在天竹纤维可纯纺1 4 5 6 0 t e x 的纱线，还可与t e n c e l 、 m o d a l 、棉、涤纶、氨纶等混纺，并可在气流纺、环锭纺上生产不同规格的纱线，可在有 梭纺机、无梭纺机、针织机等多种织机上织布。 上海纺织控股公司组织上海化纤浆粕总厂和上海月季化学纤维有限公司共同合作开 发出纯竹纤维黏胶丝，在国内首g , j y “竹浆粕变性、二步蒸煮”的生产方法。已具有一 定的生产能力，由该原料制成的纱线生产的针织、机织面料和服装具有明显不同于棉、 木质素纤维的独特风格，强力高，耐磨性、吸湿性、悬垂性俱佳，手感柔软，穿着凉爽 舒适，染色性能优良，光泽亮丽，且有较好的天然抗菌效果；是夏季针织面料和贴身纺 织品的首选原料。 山东潍坊海龙股份有限公司与国内竹浆生产厂家联合，根据竹子纤维的特点，通过 反复试验，成功推出了绿色环保纤维竹素纤维。竹素纤维手感柔软、可纺性好，具备 竹子特有的抗菌、防臭性能，有很高的吸湿能力和较好的透气性，使人感觉舒适凉爽； 其织物具有良好的染色性，悬垂性好。 1 1 2 国外纤维发展现状 与此同时，国外厂商学者也表现出对竹纤维的浓厚兴趣”伽。 竹l y o c e l l 纤维是由英国c o u t a u l d s 公司和奥地利l e n z i n g 公司相继开发成功的， 它是以生长5 7 年的速生树种为原料，在加工成木浆后用特定的溶剂n 一甲基氧化吗啉 ( n 删0 ) 进行溶剂纺丝而制得的。 日本东丽公司开发的聚酯竹( 8 0 2 0 ) 混纺产品被命名为“爽竹”。 日本：m a r u m a s a 公司用从印尼进口的竹子生产竹纤维制作夏季服饰。 还有一种从竹子中提取竹纤维的新方法s t r e f l r ne x p l o s i o nm e t h o d ，在配合使用混 合机后，可制得外形类似于棉纤维的竹纤维，称为b f c ( b a m b o of i b e rc o t t o n ) ，其直径 仅为i 0 3 0 pm ，而且纤维表面的木素几乎己完全去除。 1 2 竹纤维的分类 竹纤维从选材及加工工艺不同分为竹浆纤维和竹原纤维两类。 1 2 1 竹浆纤维 竹浆纤维又称再生竹纤维、竹粘胶纤维，竹浆纤维对竹子原料适应性强，采用化学 2 第一章绪论 方法制成，即以竹材为原料，经人工催化将甲种纤维的含量提高到9 3 以上，采用水解 碱法，即多段漂白，精制成可满足生产要求的竹浆粕，然后由氢氧化钠溶解，经纺 丝、凝固等工艺制成的再生竹纤维，并确保天然抗菌成分“竹醌”不被完全破坏。纺丝 工艺类似粘胶，其程序为：竹浆粕一粉碎一浸渍一碱化一磺化一初溶解一溶解一头道过 滤一二道过滤一熟成一纺丝前过滤一纺丝一塑化一水洗一切断一精练一烘干一打包。竹 浆纤维可根据要求做成棉型短纤维、毛型短纤维，纯纺纱或与其它天然纤维、化学纤维 混纺制成混纺纱线，也可直接纺成长丝，品种较多。竹浆纤维纵面外观类c j , t 4 i 胶纤维， 但横截面有很多大大小小的空隙，因此具有良好的透气性、吸湿性、放湿性，染色性能 优良，同样具有天然抗菌功能。 1 2 2 竹原纤维 竹原纤维又称天然竹纤维，常采用出产的毛竹或簇生竹为原料，将天然竹竿锯成生 产上所需要的长度，长度可根据用途在生产过程中加以确定，以满足与其它化学纤维或 天然纤维混纺的需要。然后采用机械，物理的方法，通过浸煮，软化等多道工序，去除 竹子中的木质素、多戊糖、竹粘、果胶等杂质。从竹竿中直接提取原生的纤维。这种纤 维在获取过程中不含化学添加剂，是一种真正意义的纯天然纤维。 1 3 竹浆纤维和竹原纤维的相互关系 无论是竹浆纤维还是竹原纤维，它们都属于纤维素纤维；它们的物质组成均由线性 纤维素、半纤维素，三维网状高聚物木质素，果胶等组成，自身都是环保型产品。但前 者的制备属化学方法，后者的制备属物理方法；在制备过程中前者造成环境的污染，后 者没有造成环境的污染，前者可用各种各样的竹材为原料，而后者在原料的适应性上有 一定的限制。现有竹纤维纺织制品大多是将竹子纤维制浆以后，再与棉或其它纤维混在 一起织成竹制品，但这样制作出来的竹制品已经使纤维的特性受到了或多或少的破坏， 其纱线中的竹纤维己基本上不再具备原竹纤维的优良特性，许多发达国家不认为这种竹 制品仍是竹纤维制品。青出于蓝而胜于蓝，用这句话说明竹原纤维与竹浆纤维的关系， 是再也恰当不过的了。其实，真正能让竹原纤维走上历史舞台的重要原因还是，竹浆纤 维有它自身的宿命，从这种意义上说，它仍属于粘胶纤维的一种，具有粘胶纤维的特性： 湿强低，湿态强度大约是干强的一半：织物不耐水洗，下水发硬，洗后尺寸不稳定易变 形；生产过程对环境产生污染，环保投人较大。由此可见，竹原纤维产品必将成为将来 一段时间内的竹纤维纺织品世界的主流产品。 第一章绪论 1 4 竹原纤维发展情况 1 4 1 竹原纤维及其产品的发展简史 2 0 0 0 年，四川间中棉纺织厂将生长1 2 1 8 个月的慈竹，经过去青、齿轮的反复轧 压，再进行不完全脱胶，制成需要的竹纤维( 束纤维) 。而四川阆中棉纺织厂试纺的效果 不是很理想，生产出来的竹纤维抱合力差，成纱强力偏低。 2 0 0 1 年开始，东华大学部分师生开始进行有关竹纤维( 工艺纤维) 制取的研究工作， 通过化学方法直接从竹材中提取出竹纤维( 工艺纤维) ，使之具有一定的长度、细度和柔 软度。 2 0 0 2 年4 月1 0 日是值得骄傲的一天“碉，从竹材中生产的以供纺织用的原生竹纤维 诞生了。浙江南方竹木制品有限公司，发明出以簇生竹为原料，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，经过机械加工成为竹原纤维。 2 0 0 3 年2 月2 7 日湖南株洲雪松麻业有限公司发明了“一种含竹原纤维的纺纱及其制 作方法”，“一种高支竹原纤维织物及其染整工艺方法”u - “ p 从而标志竹原纤维产品在纺 织服装面料领域中诞生。其实，这也是湖南株洲雪松麻业有公司和浙江南方竹木制品有 限公司精诚合作的结果。用竹原纤维分别在苎麻纺纱系统上纺纱和在棉型设备上进行纺 纱试验，均取得了较好的成果。应用纯天然竹纤维纺出了9 8 7 8 8 t e x 竹原纤维纱线及 竹与棉、麻、天丝、涤纶、腈纶、毛、粘胶等各种纤维的混纺纱，织出了各种组织规格 的纯竹布、混纺布、交织布、提花布、漂白染色印花布等，可用于制作各类服饰及家居 用品。 2 0 0 3 年3 月5 日湖南株洲雪松麻业有限责任公司对竹原纤维及相关产品研究，顺利 通过了湖南省经贸委组织的由国家纤维检验局、中南林学院、北京联合大学商务学院等 十多名专家教授参加的鉴定验收“。且与会专家教授一致认为这一成果属于国内首创， 在国际上处于领先地位。产品试销以来，在国内外市场上引起了不小轰动，产品供不应 求，绝大部分销往国外。 1 4 2 现阶段已开发竹原纤维半成品及成品的情况 8 竹原纤维的制取 竹原纤维的制取大致可分为四个工序“ 钔：前处理工序，分解工序，成形工序，后处 理工序。前处理工序分为：整料，制竹片，浸泡：分解工序分为：蒸煮，水洗，分丝； 成形工序分为：蒸煮，分丝，还原，脱水，软化等；后处理工序分为：干燥，梳理纤维， 第一章绪论 筛选，检验。 b 竹原纤维纱线的纺取 竹原纤维的纺纱工序“6 订：制条，并条，粗纱，细纱。用竹原纤维分别在苎麻、棉型、 绢型等纺纱系统上纺纱试验，均取得了较好的效果，在毛纺纱系统上纺纱也取得了一定效 果。表1 1 介绍了竹原纤维纱线的品种、规格及主要性能用途。 表1 1 竹原纤维纱线的品种、规格及主要性能用途 c 竹原纤维面料的织造 竹原纤维面料的织造可分为：机织布，针织布和无纺布( 严格讲不能放在此处，无 纺布绝大多针对散纤维) 。对机织布来说，首先纱线要经过络简，整经，浆纱，最后织布： 第一章绪论 对针织纱布来说，在横机上织造，纱线首先要经过柔软或光滑处理，然后才可能顺利织 造；在圆机上因为织造难度大，现阶段还没相关产品。 d 竹原纤维面料的染整 竹原纤维面料的染整工艺的一般工艺流程为：烧毛，漂白，酶处理，染色，拉幅， 预缩。但根据品种、规格、风格等染整工艺有很大不同。竹原纤维属于纤维素纤维，可 采用直接染料，活性染料，还原染料等进行染色。 1 5 开发竹原纤维产品面临的问题 当竹原纤维开发出来后，如何快速而又简便的( 适合企业使用的) 区分和鉴别竹浆 纤维和竹原纤维方法，目前还处在研究阶段。特别是，利用x 衍射、红外光谱、扫描电镜， 热重分析，比重法，双折射法，药品着色法，燃烧法，溶解法等方法之后，仍没找到一 个行之有效的方法时。这时分析两者的干态和湿态强度会发现：竹原纤维干态和湿态强 度无显著性差异，而竹浆纤维的干态和湿态强度有显著性差异，所以我们就可以利用纤 维的干态和湿态强度差异，人工用手拉断的感觉就可将其区分，相比之下这是一种简便、 快速而又行之有效的方法。 天然竹子的单根纤维长度约2 m 左右，现有的竹原纤维并非单纤维，它是由单纤维迭 合的纤维束，长度可达到竹材竹节之间的长度，跟化纤相比长度有限，但相对天然纤维 来说已经很长，构不成制约竹原纤维发展的主要瓶颈。不过，竹子的种类众多，不同品 种的竹竿除其大小、粗细、厚薄、节间距等不同，比如：丛生竹材的纤维长度较散生竹 材的长，其宽度比散生竹材的宽。从纤维形态来看，丛生竹材作为纤维原料较散生竹材 为优。对同种类不同竹竿部位来看，中下部的纤维长度较长，长宽比也较大，而上部纤 维较短，长宽比也偏小些。所以在实际生产中还是带来了很大的麻烦；由于是天然的纤 维束，存在粗细不均，太粗，硬丝、并丝很多，木质素残余较多等问题，细度均大于6 d t e x ， 细化难度大，否则会造成纤维束分裂、强度大幅度下降，甚至不能纺织，构成制约竹原 纤维发展的主要瓶颈；现在的竹原纤维生产工艺只适合中小规模企业生产。目前，市场 提供的竹原纤维纱线品种全部采用转杯纺，纺出的纱适合纯纺粗、中支纱，品种十分稀 少单一。 现阶段市场上绝大多数为机织面料，少数为针织中的横机面料。而且，所生产出的 竹原纤维面料，品种单一，手感发硬，接近于麻纤维面料，而且大规模的针织圆机产品 还处在研究和开发阶段。 6 第一章绪论 1 6 开发竹原纤维产品的目的和意义 随着人们“绿色消费”观念的逐渐深入，生态绿色纤维纺织品及服装消费要求慢慢 的在国内外升温。“名勋”、“开开”、“罗蒙”、。雅戈尔”、“海螺”等品牌均把 “回归自然”作为主要理念加以产品开发。近年来，绿色环保纤维制品已占有相当的市 场：如l y o c e l l 纤维织品在我国迅速得到开发，一些含有l y o c e l l 纤维的面料及服装一直 俏销，一件l y o c e l l 纤维t 恤，市场价就卖到4 0 0 元以上。在各地市场，1 0 0 的蚕丝织物、 水晶绉织物都成为市场的抢手货。还有一种牛奶纤维内衣也在发达地区的市场上成为年 轻消费者的新时尚。从市场供需情况看，我国生态绿色纤维开发的步伐不仅滞后于消费， 而且与纺织及服装企业的需求也不同步。据悉，环保l y o c e l l 纤维生产目前在我国尚属 空白，m o d a l 纤维多是从奥地利进口，有些技术含量高的纤维素纤维也是从欧洲引入。而 竹纤维内衣具有抗菌抑菌和保干燥的功能，竹纤维产品不仅拥有较高的技术含量，具有 很多其它产品无法比拟的功能，其生产成本仅略高于一般棉布，故具有较高的附加值， 是引领时尚的新型绿色环保织物，具有极强的竞争力。在日本一件竹纤维制作的服装， 市场销售价高达5 0 0 1 0 0 0 美元，虽然价格不菲，但仍有许多消费者争相购买：在香港 一件竹纤维夹克服装，售价为4 0 0 0 港币；在国内一件高尔夫t 恤衫售价为8 0 0 元人民币 左右；一件普通文化衫售价也在2 0 0 多元。因此国内生产企业应加快竹原纤维的开发步 伐，满足市场需求。 我国竹类植物共有4 8 属，5 0 0 多种，种、属大约占世界竹子种属的一半。其中毛竹 在我国分布最广，种植毛竹的面积达到2 7 0 万公顷，占竹林面积的6 5 ，由此可见，我国 竹资源相当丰富；开发和研究竹原纤维产品，对合理开发利用我国的竹资源，推动国家 林业产业和纺织的升级具有深远的意义。竹子在生长过程中不受污染，是纯天然材料， 绿色环保产品适应世界的发展潮流，竹子自身具有抗菌、抑菌、防紫外线等特点，因此 竹原纤维产品也具有抗菌等特效。这样可提高我国竹产品在世界市场上的竞争力；由于 竹子生长周期短，而且生长适应性好，对环境没有特别的要求，随处可长，成本相对较 低，原料供应不成问题。竹原纤维产品的开发和应用，优化了产业结构，提升了产业档 次，解决了竹农的根本出路，提高了竹农的经济收入和生活水平。其社会效益和经济效 益也不可估量；竹原纤维织物经多次反复洗涤、日晒，仍能保持其固有的优势。再加上 其吸湿排汗，透气性，悬垂性好，并且有丝绒感，滑爽，易染色，防皱性好等风格，故 可开发的面料适用范围广，诸如西装、衬衫、针织物内衣衫、家居服饰和袜子等，甚至 在产业用布上也有较好的前途，如做汽车内饰环保用面料。由此可见，既减少纺织品对 石油资源的依赖性，也顺应可持续战略的发展要求。 第一章绪论 1 7 本课题研究的内容 ( 1 ) 用科学思维方法研究竹原纤维性能，全方位、多角度分析研究竹原纤维性能以 及具有这些性能的缘由。 ( 2 ) 研究竹原纤维纱线在针织织造过程中面l 临的问题，以及如何更好的开发出品种 多变的针织圆机产品。 ( 3 ) 研究柔软剂对竹原纤维织物柔软( 斜面法测试) 情况的改善，晟终选出合理的 柔软工艺，最大限度的改善竹原纤维面料的柔软和手感发硬问题。 ( 4 ) 研究纤维素酶对竹原纤维面料服用性能的改善情况，并选出合理的工艺。 1 8 本课题研究的思路 本课题的研究进展采用统筹思维方法，把织造，柔软处理，纤维素酶处理，染色处 理同时，或者穿插进行( 图l - - 2 ) 。 1 9 本课题创新点 ( 1 ) 提出了一种适合企业应用的简单、快速的鉴别竹原纤维和竹浆纤维的行之有效 的方法。 ( 2 ) 自主研究开发了一种处理工艺，利用这种工艺能有效提高竹原纤维纱线的断裂 伸长率，从而可以在高速运转的针织机( 如大圆机) 上顺利进行织造。解决了困扰针织 企业不能在高速运转的针织机( 如大圆机) 上开发竹原纤维产品的关键性症结，利用这 一成果可以把竹原纤维产品高质量、高品质的推向全世界。 ( 3 ) 探讨性提出了纤维素酶对竹原纤维的作用机理，用以指导纤维素酶对竹原纤维 织物的性能改善的研究。 ( 4 ) 探讨性提出了竹原纤维染整的作用机理，用以指导对竹原纤维织物的染色和相 关整理的研究。 ( 5 ) 探讨性提出了要获得高档竹原纤维面料，在现阶段切实可行的一种生产工艺一 一“三烧双丝”工艺，即先纱线烧毛接着坯布烧毛、丝光，漂染后进行第三次烧毛和第 二次丝光的“三烧双丝”工艺。 8 第一章绪论 图1 2 本课题研究思路图 9 第二章用科学思维方法研究竹原纤维性能 2 用科学思维方法研究竹原纤维性能 2 1 竹原纤维的基本性能指标 竹原纤维的基本性能指标是衡量能否进行顺利纺纱和具有优良服用性能的基本指标 ( 表2 - - 1 ) 。 表2 - - 1 竹原纤维的基本性能指标 2 2 竹原纤维的化学组成与形态结构 竹原纤维是由纤维素、半纤维素和木质素、碳水化合物、胶质树酯、蛋白质、糖类、 淀粉类和果胶、色素、灰分等多种成份组成，大多数物质存在于细胞内腔或特殊的细胞 器内，直接或间接地参与其生理作用，纤维素是竹原纤维中最主要的成分，由于生长地 域的不同，纤维素的含量也不阿。 2 2 1 竹原纤维的化学组成 竹原纤维素是由许多b d 葡萄糖通过1 4 链连接起来的链状高分子化合物 ( c 6 i ，。n ，聚合度( n ) 一般在1 0 0 万左右，竹原纤维的纤维素含量低于棉和麻纤维，结 1 0 第二章用科学思维方法研究竹原纤维性能 构式如下： 匠水7 刍。 j = 譬c ，卜蛰 2 2 2 竹原纤维的形态结构 h0 1 - i a 七( ) h oh一鲻io 1 - 1 i ”h 、， l h t 卜。一一0 1 j 、墨一， c h 2 0 hj 掣i - i o h 竹原纤维中含有的半纤维素，是一种存在于纤维和微细纤维之间的无定形物质，其 聚合度低，吸湿后很易润胀。竹原纤维中的木质素处于细胞间层和微细纤维之问，是一 种芳香族高分子化合物，木质素决定竹原纤维的染色性能。竹原纤维只有初生结构、没 有次生结构，构造简单。竹原纤维中央有细孔，细孔周围由第三膜层构成，第三膜层外 侧由第二膜层构成，在第二膜层纤维横断面，由许多层形成，层与层之间隔有不同成分 的薄层，由于此薄层与第二膜层相重迭，区分出许多轮回。第二膜层外部即纤维最外层， 由一层薄膜构成，为第一膜层，第二膜层中间皮层区分成3 4 层切线纵( 向) 皮层，纵 皮层可分成许多线条，此线条与纤维轴成某种角度排列，因而纤维成螺旋状构造，其线 条又由无数微丝组成。竹原纤维主要存在两种细胞壁状态即厚壁与薄壁两大类：薄壁竹 原纤维为多层结构，厚壁竹原纤维为典型的三层结构。第一类薄壁竹原纤维细胞壁呈多 层结构，由宽、窄层( 各约4 5 层) 交替组合而成，宽细胞壁层的木质素密度较低；在两 个宽细胞壁层之间的窄层，木质素密度较高。多层结构类型的纤维主要存在于维管束的 周边部位，约占纤维总数的1 2 左右；第二类厚壁竹原纤维纤维细胞壁很厚，胞腔狭小， 纤维次生壁内层由两个宽细胞壁层组成，且中部的宽细胞壁层比其内部的宽细胞壁层宽 得多，纹孔稀少，纹孔口较小，细胞腔较小。竹原纤维在胞间层没有微细纤维组织，初 生壁微细纤维稀疏，呈网状不规则结构排列，微细纤维的走向对于纤维轴向( 长度方向) 近乎于横向绕缠。初生壁内微细纤维之所以稀疏，是因为被半纤维素、果胶和木质素所 填充分隔，其质脆，且这一层的厚度也比较薄。次生壁的外层微细纤维较厚，其微细纤 维的取向偏离纤维的轴向而更接近横向，次生壁的中层是细胞壁中最厚的一层，它的结 构决定了纤维的性质，次生壁内层的各层中，微细纤维的取向为单一取向，且几乎与纤 维轴向平行，使纤维吸湿后主要在横向产生润胀，同时由于微细纤维的轴向排列，使纤 维在轴向上有最大的抗张强度。细胞壁越厚，纤维本身的抗张强度越高；次生壁内层分 层越多，纤维性能差异越大，加工越困难。 第二章用科学思维方法研究竹原纤维性能 图2 2 宽、窄层交替排列的竹原纤维模型图2 3 细胞壁很厚的竹原纤维模型 注：地：真胞间层；p ：初生壁层；s 。：次生壁外层；s 2 ：次生壁中层；s a s ，：次生壁内层。 2 3 竹原纤维的性能分析 2 3 1 竹原纤维的物理性能分析 采用傅立叶红外光谱( f t i r ) 、广角x 一射线衍射( w a ) ( d ) 、扫描电子显微镜( s 叫) 、 热重分析( t g ) 和差示扫描量热分析( d s c ) 对天然竹原纤维的结构和热性能进行表征， 并与性能接近的普通天然纤维进行比较“州。根据竹原纤维红外光谱图与棉、粘胶纤维、 t e n c e l 纤维、苎麻纤维的红外光谱图对照，在1 6 0 0 c m - 1 a n d l 7 5 0 c m - 1 出现特征吸收峰，具 有相同的光谱指纹区，峰位一致，特征基本相同；再通过x 衍射技术对天然竹原纤维的 结晶结构进行了分析，这些天然纤维衍射峰的2o 角分别约在竹原纤维衍射峰的20 角 ( 1 4 9 。、2 2 8 。和3 4 6 。) 左右，由此竹原纤维属于典型的纤维素i 型结晶结构，在 它的物理制备过程中，结晶结构基本上没有变化，所以竹原纤维的结晶度保持不变。利 用x 射线衍射法测得竹原纤维结晶度为7 1 8 2 ，棉纤维的结晶度为6 5 7 3 ，普通粘胶纤 维的结晶度为3 0 。热重分析竹原纤维与棉纤维，1 0 0 以下的吸热峰为水分蒸发的吸热 峰，无论在氮气还是在空气中，竹原纤维的水分蒸发温度均低于棉纤维，这与竹原纤维 结晶度高于棉纤维，吸收的水分比棉纤维少有关。因为纤维结晶度越高，吸收的水分量 越少，水分就会在更低的温度下蒸发。通过热重分析发现竹原纤维在2 6 0 。c 时开始分解， 5 4 0 时完全分解，在氮气气氛中的最大吸热峰大约出现在3 7 0 ，这是纤维素的热裂解 吸热峰，竹原纤维和棉纤维在氮气中表现为一步热降解，而在空气中表现为二步热降解， 第一步是热裂解，第二步是裂解产物的氧化，在氮气中热降解的最终残留物质量明显高 于在空气中热降解的最终残留物质量；同时竹原纤维热降解的残留量高于棉纤维。两种 纤维的吸热峰温度几乎相同，竹原纤维的吸热峰值小于棉纤维的吸热峰值。从竹原纤维 热降解的残留量说明竹原纤维有较强的耐热性，热稳定性优于棉纤维，并可查知也优于 第二章用科学思维方法研究竹原纤维性能 亚麻纤维和苎麻纤维。那幺，当竹原纤维热稳定性优于棉纤维时，两种纤维的吸热峰温 度几乎相同时，为什幺竹原纤维的吸热峰值小于棉纤维的吸热峰值呢? 应用扫描电子显 微镜和光学显微镜对竹原纤维的外观形态进行观察，发现它的纤维表面有无数微细凹槽， 横截面呈椭圆形、腰圆形等，内有环状中腔横截面上布满了大大小小的空隙，且边缘有 裂纹( 图2 4 ) 。主要原因就是竹原纤维的多孔隙网状结构对热量传导有缓冲作用。通过 扫描电子显微镜和光学显微还可观察发现竹原纤维横向有竹节，粗细分布很不均匀，且 无天然转曲( 图2 6 ) ，形状和苎麻纤维相似( 图2 5 ) ，虽比苎麻纤维细，但仍是一种 粗纤维。 ( a ) 放大1 1 0 0 倍 图2 4 竹原纤维横截面 ( c ) 放大1 1 0 0 倍 图2 5 苎麻纤维横截面 ( b ) 放大7 0 0 0 倍 ( d ) 放大7 0 0 0 倍 第二章用科学思维方法研究竹原纤维性能 2 3 2 竹原纤维的化学性能分析 ( e ) 放大1 0 0 0 倍 图2 - - 6 竹原纤维纵向形态 碱对竹原纤维有膨胀作用，在有张力的情况下，可以使纤维大分子链进行重排，消 除部分内应力，使结构变得更为均匀而紧密。竹原纤维大分子链中的甙键对碱的稳定性 较高，在酸中易发生水解，使大分子链聚合度降低，分子间力减弱，纤维强度降低。竹 原纤维大分子链中，很多羟基可在分子间和分子内形成氢键。由于分子间和分子内的氢 键作用，使竹原纤维大分子链挺直而有刚性，分子链间强烈吸引，排列更加紧密，因此 竹原纤维强度高，不易变形。竹原纤维内部有许多羟基，在结晶部位以氢键结合，形成 立体密集而规整的排列，具有很高的分子间力。晶区还使分子链间交联起来，对容易自 由运动的分子链起到约束作用，可防止分子链的滑移。非结晶部位分子的羟基大部分处 于游离状态，较少形成氢键，分子链间较松散，结构密度较低，容易屈服于外力，强度 较弱。竹原纤维大分子链中存在着甙键，并含有大量的自由羟基。甙键对不同的化学试 剂稳定性不同，葡萄糖剩基上的三个羟基活泼性相差很大，其中c 上的伯羟基比巴、c 3 上的仲羟基活泼得多。 a 竹原纤维与碱的作用 竹原纤维与碱的作用：竹原纤维大分子中的甙键对碱的作用比较稳定。在常温下， 氢氧化钠溶液对竹原纤维不起作用，高温煮沸也仅有一部分溶解。但在高温有空气存在 时，竹原甙键对较稀的碱液也十分敏感，引起聚合度的下降。碱与竹原纤维的作用机理： 竹原是一种弱酸，可与碱发生类似的中和反应，生成醇钠化合物： 前 h 竹原纤维素0 i + n a 0 h ；兰。竹原纤维素0 n a + h 2 0( 2 一1 ) 碱也能与竹原纤维的羟基以分子间力，特别是氢键结合，形成分子化合物： 前执 竹原纤维素0 h + n a o h ；= 竹原纤维素0 h n a o h ( 2 2 ) j 4 第二章用科学思维方法研究竹原纤维性能 碱与竹原纤维作用后的产物是一种不稳定的化合物，经水洗后恢复成原来的竹原纤 维分子结构，但竹原纤维的微结构发生了不可逆的变化，结晶度降低，无定形区增加。 说明浓碱液破坏了部分结晶区。 b 竹原纤维与酸的作用 酸对竹原纤维大分子中甙键的水解起了催化作用，使大分子的聚合度降低，纤维受 到损伤，反应方程式如下： ho