第五节 麻类纤维
麻纤维是从各种麻类植物的茎、叶片、叶鞘中获得的可供纺织用的纤维。麻纤维包括韧皮纤维和叶纤维,麻纤维的主要成分是纤维素,并含有一定数量的半纤维素、木质素和果胶等。
一、蕉麻
(一)概述
蕉麻是一种芭蕉科植物,为多年生高大草本植物。它与香蕉同属一类,由于茎和叶子与芭蕉树相似,故名蕉麻。不过蕉麻的果实并不能吃,蕉麻产于热带和亚热带,菲律宾的吕宋岛和棉兰老岛是主要产地。在马尼拉港出口,所以又被称为马尼拉麻。
在菲律宾,蕉麻种植面积估计为13万公顷,主要产区在比科尔、东维萨亚和达沃。第二次世界大战期间,美国人由于战争的需要,将蕉麻植物引种到了中美洲的厄瓜多尔等国。目前,中美洲厄瓜多尔和危地马拉两国成为了蕉麻的另一大出口地。2015年,菲律宾生产了42.8万吨蕉麻纤维,而厄瓜多尔的产量为1万吨。菲律宾主要出口纸浆产品,而不是原料纤维。世界蕉麻产量约90%产自菲律宾。
(二)制作方法
蕉麻纤维从叶鞘中抽取。将蕉麻的每根茎秆切削成条,然后(通常用手工)进行刮浆。随后将白色长纤维用水清洗、晾干,最后打捆。
(三)结构与性能
蕉麻束纤维长1~3m,最长可达5m,纤维单细胞长3~12mm,宽16~32μm,细胞中腔较大,胞壁较厚,横断面呈多角形,与剑麻细胞形状类似。单细胞由胶质聚合成束状。蕉麻纤维含纤维素约63.2%,半纤维素约19.6%,木质素约5.1%,果胶0.5%,水溶物1.4%,脂蜡质0.2%,含水率10%。蕉麻纤维粗硬,非常坚韧,为硬质纤维麻类中强度最大的,断裂伸长率为2%~4%,纤维呈乳黄色或淡黄白色,有光泽,相对密度1.45。蕉麻纤维因植株品种和叶鞘位置的不同,其纤维性能有一定的差异。
(四)应用
蕉麻纤维细长、坚韧、质轻,在海水中浸泡不易腐烂,是做渔网和船用缆绳、钓鱼线、吊车绳索的优质原料,还可编织席子、地毯、桌垫,内层纤维可不经纺纱而制造成耐穿的优质麻织衣料。
二、大麻
(一)概述
大麻为大麻科大麻属草本植物,有火麻、线麻、寒麻、露麻、汉麻、北麻、花麻、魁麻等30多个不同的俗称。一些国家根据四氢大麻酚(THC)的含量不同将其分为纤维大麻和毒品大麻,纤维大麻也被称为“工业大麻”,纤维大麻的THC含量在0.05%~1.00%,毒品大麻的THC在3%~20%。
我国是纤维大麻的主要生产国,栽培历史悠久,范围广泛。史书载,麻起源于中国,是人类最早用于织物的天然纤维,有“国纺源头,万年衣祖”的美誉,其种植历史至少有8000多年。早在2000多年前的西汉,我国麻纺织技术就已成熟。马王堆汉墓出土的“素色蝉衣”等大量麻纺精品,已成为麻纺工艺发展史的里程碑。西汉时期,麻纺精品与丝织精品沿着“丝绸之路”进入中东、地中海、欧洲,继而走向世界。
大麻制成的面料具有吸湿、透气、舒爽、散热、防霉、抑菌、抗辐射、防紫外线、吸音等多种功能,既可军用又可民用。目前我国28个省市都有种植,近年全国大麻种植面积约3.3万公顷,纤维单产1700千克/公顷。纤维大麻的大面积推广种植,既可有效缓解中国纤维紧缺的现状,也为解决“三农”问题闯出一条高附加值的新路。
(二)制作方法
1.鲜茎皮秆分离 由于麻纤维的湿强度高,湿态下韧性强,在湿态下利用机械进行皮秆分离,以减少纤维损伤,保持大麻纤维较好的长度和强度。
2.切断分离 同一株大麻植株不同部位的化学组成不同,根部木质素含量高,中部纤维素含量高,梢部半纤维素含量高。因此,对大麻纤维的不同部位进行切断分级可以有效地将不同品质的大麻纤维分离,切断后的纤维采用不同的脱胶工艺加以处理,以得到品质优良的纤维。
3.脱胶 大麻的脱胶有化学脱胶、物理脱胶、生物脱胶等方法。
(1)化学脱胶。利用化学药剂在一定温度、压力和时间下对纤维进行蒸煮处理,以去除纤维中的果胶质、木质素等杂质。
(2)物理脱胶。物理脱胶有机械脱胶和闪爆脱胶两种。
①机械脱胶:用机械模拟手工揉搓动作,使大麻韧皮表面角质化层和纤维间的果胶质、木质素与纤维部分分离并脱除。
②闪爆脱胶:高温高压条件的闪爆可分为两个阶段。首先是高压条件下,高温蒸汽渗入物料内部,水溶物质溶解,半纤维素降解成水溶性糖,同时木质素软化和部分降解,产生酸性物质。其次是瞬间释压时,高温、高压蒸汽和膨胀气体共同作用于软化并疏解了的原麻聚合体,膨胀的气体以冲击波的形式作用于原麻聚合体,产生剪切作用,使纤维分离。
(3)生物脱胶。生物脱胶是利用生物菌或生物酶作用的选择性(或称专一性),使其只与麻纤维中的某一组分作用,而保留其他有效成分,从而达到脱胶的目的。
4.液氨处理 大麻纤维刚性强、延伸度小、纤维粗硬且脆、弹性差等缺点阻碍大麻织物在服用上的应用,而利用液氨处理大麻纤维,可以有效改善这些不足。液氨处理对大麻纤维的作用比较均匀,使纤维的微孔径趋于均匀,且使天然的麻节、纤维表面凹凸不平及纤维粗细不均匀等缺陷得到改善,能够增加大麻纤维的弹性和延伸性能,并在后面的柔软整理中让整理剂均匀地渗透到纤维中,使其手感和弹性得到较大的改善。
5.其他加工方法 大麻纤维除以上加工方法外,还有碱处理、染色、柔软整理、超临界二氧化碳萃取处理、抗皱整理、精细化加工等。
(三)大麻纤维的结构与性能
1.形态结构 大麻纤维的单纤长度为15~25mm,细度为15~30μm,细度仅为苎麻的1/3,接近棉纤维。
从电镜照片可以清晰地看到,大麻纤维的端部呈圆弧形,而非苎麻的尖刺状,这样即使纤维较粗,也不会出现苎麻那样的刺痒感。
大麻的横截面为不规则多边形。纤维截面呈现中空,纤维中腔大(占截面积的1/3~1/2,比苎麻、亚麻、棉都大得多),并有大量微孔,纤维胞壁具有裂纹与小孔;纵向较平直,具有横节,并通过毛细管与中腔连通,这种结构使大麻纤维具有较多的毛细管道,从而使大麻织物具有良好的吸湿透气性能。
2.性能
(1)优异的吸湿透气性能。大麻纤维本身属于纤维素纤维,纤维中含有大量的极性亲水基团,纤维的吸湿性非常好。由于巨原纤纵向分裂而呈现许多裂缝和孔洞,并且通过毛细管道与中腔连通,此种结构使大麻纤维具有优异的吸湿透气性能。经国家纺织品质量监督检验测试中心测试,大麻帆布在一定温、湿度空气中的吸湿速率为7.431mg/min,散湿速率为12.6mg/min,是其他纺织品所望尘莫及的。与棉织物相比,穿着大麻服装可使人体感觉温度低5℃左右。
(2)天然的抗菌保健功能。大麻纤维及其制品还具有很好的抗霉抑菌功能。大麻作物在种植和生长过程中几乎不施用任何化学农药,大麻纤维中还含有十多种对人体健康十分有益的化学物质和微量元素。大麻植株中含有Ag、Cu、Zn、Cr等多种抑菌性金属元素。抗菌金属元素接触到细菌时,破坏其细胞壁或穿过细胞壁进入细菌内破坏其传导组织,从而使细菌死亡,起到抗菌作用。
在正常情况下,大麻纤维细胞的中腔较大,含氧气量较多,使厌氧菌无法生存。按美国AATCC90-2016定性抑菌法测试结果为:纯大麻布对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、白色念珠菌都有不同程度的抑菌效果,其中抑大肠杆菌效果最好,说明大麻纤维及其制品具有防菌、防霉、防臭、防腐的功能。
(3)良好的柔软舒适感觉。大麻纤维单纤维(细胞)中段线密度为2.4~2.8dtex(宽12~25μm,壁厚3~6μm),且截面形状呈近椭圆形,抗弯刚度较低。因此,大麻纺织品能够避免其他麻制品的粗硬感和刺痒感,比较柔软适体。
(4)卓越的抗紫外线辐射功能。大麻纤维的横截面很复杂,有三角形、四边形、五边形、六边形、扁圆形、腰圆形等,中腔形状与外截面形状不一;从大麻纤维的分子结构分析,其分子结构中有螺旋线纹,多棱状,较松散。当光线照射到纤维上时,一部分形成多层折射被吸收,大部分形成漫反射,使大麻织物看上去光泽柔和,同时,大麻韧皮层中残存木质素也具有对紫外线的吸收功能。经中国科学院物理研究所研究表明,普通大麻织物,无须特殊整理,即可屏蔽95%以上的紫外线,大麻帆布能100%阻挡紫外线的辐射,具有极好的紫外线防护功能。
(5)优良的抗静电性能。大麻纤维结构稳定,大分子排列取向度高,产生静电能力极低。通常情况下,由于大麻纤维的吸湿性能很好,暴露在空气中的大麻纺织品,一般含水率达10%~12%,当空气中的相对湿度达95%,大麻的含水率可达30%,但手感并不觉得潮湿,故大麻纺织品能避免静电聚积给人体造成的危害,如皮肤过敏、皮疹、针刺感等,同时也会避免因静电引起的起球和吸附灰尘。大麻与棉、丝、化纤等纤维相比,在空气中摩擦产生的静电最低。其抗静电能力比棉纤维高30%左右,是良好的绝缘材料。
(6)突出的耐热、耐晒、耐腐蚀性能。大麻纤维中的纤维素、半纤维素、木质素的分解温度在300~400℃。纤维在200℃受热时间小于30min,强力仍然可以保持在80%以上。大麻精干麻纤维在300℃高温时基本不失重,且不改变颜色,说明大麻纤维具有极佳的耐热、耐晒性能。耐晒牢度好,耐海水腐蚀性能好,坚牢耐用,因此,大麻纺织品特别适宜做防晒服装及各种特殊需要的工作服,也可做太阳伞、露营帐篷、渔网、绳索、汽车坐垫、各种特殊需要的工作服和室内装饰面料等。
(7)独特的消声吸波、吸附异味及有毒气体性能。由于大麻纤维的复杂横截面和纵向结构及其特殊的物化性能,大麻纤维具有优良的消声和吸波性能。
经权威部门认证,大麻织物对甲醛、苯、多环芳烃、挥发性有机物和醛类化合物有很强的吸附作用。
由此可见,以大麻作为家纺原料,如大麻地毯、大麻墙布等,真正意义上具有吸异味的功效,为空气的清新提供可靠保障。
(8)绿色环保。大麻生长过程中极少生病虫害,无须化肥与农药。种植实践表明,大麻种植无论从抗灾害能力、环保作用以及农民收入等各个方面,都具备其他农作物不可比拟的优势。大麻纤维中还富含多种微量元素,经高频等离子发射光谱仪分析测定,大麻纤维还含有十多种对人体健康有益的微量元素。从日常生活经验看,大麻作物在种植和生长过程中不施用任何化学农药即可免遭病虫害,用大麻布包肉可使保鲜期增加一倍,穿用大麻布做的鞋不长脚气并可有效避免脚臭,纸币和卷烟纸的首选用料是大麻纤维,最好的香肠绳是大麻绳等。
(四)应用
大麻可纯纺或混纺成纱线后用于织造。由于大麻纤维粗短、整齐度差、可纺性能差。因此,纯麻纱线的重量不匀和重量偏差较大,外观疵点多,但强度高,吸湿放湿性、抗菌性、防腐性、防霉性好。大麻纯纺制作夏布、帆布、舒爽呢等。夏布主要是作为夏季面料,还可用来制作抽纱底布、服装衬料、旗布等。帆布主要用来制作帐篷、盖布、包装袋、橡胶衬布、油画布等。舒爽呢主要用作服装面料,也可作为工业箱包用料等。大麻可与棉、毛、涤纶、锦纶等混纺用于服装面料、家纺面料的制作,还可用来制作渔网、绳索等。
三、黄麻
(一)概述
黄麻属一年生草本植物,有两大品系。一种是圆果种黄麻,因其脱胶后取得的纤维束色泽洁白,故在国际上又称为白麻;另一种是长果种黄麻,因其脱胶后纤维束呈浅棕色,故又称红麻。黄麻是最结实的天然植物纤维之一,其产量和用途之广仅次于棉花。全世界麻纤维总产量约为500万吨,其中黄麻占总产量的60%~70%。
黄麻纤维有许多优良的特点,可再生、可循环利用、生物分解性和悬垂性好、不易起球等。对黄麻纤维进行精细化加工,有效拓展产品应用领域,是当前绿色环保型新材料发展的重要方向。在20世纪80年代,欧美和日本等发达国家和地区,印度、孟加拉等传统的黄麻生产国,就开始对黄麻应用在高性能、高附加价值产品领域进行了开发,并通过积极调整产业政策,促进黄麻产业的发展。如日本研制成功棉/黄麻(70/30)混纺毛巾;德国利用天然黄麻纤维制造汽车内饰件;俄罗斯医用絮棉专业生产厂制成半黄麻医用絮棉;孟加拉政府成立了“黄麻多样化促进中心(JDPC)”等。
我国的黄麻纺织业在20世纪80年代发展迅速,主要产品——麻袋的年生产能力已超过12亿条。但由于国内黄麻精细加工关键技术未能取得有效突破,没有解决黄麻纤维分离度低、可纺性差、脱色难、有刺痒感等关键技术难题,因而一直未能形成高性能黄麻制品及其综合利用的产业化,占国内麻产量80%的黄麻仍以加工成麻袋、包装材料等低附加值产品为主。
近年来,随着我国纺织产业技术水平的提升,黄麻的综合利用也越来越受到国内产业界的重视并已取得了初步成效,在精细黄麻纤维面料及制品、功能化黄麻浆再生纤维素纤维、黄麻纤维复合材料等方面都取得了一定的发展。
(二)制作方法
黄麻通常采用手工收获。将麻株紧贴地面切断并在田里保留若干天,使叶子脱落,然后将它们打成捆以便沤制(将麻茎浸泡在流水中1~3周,以去除果胶和其他黏性物质)。完成沤麻的标准是使含有纤维的麻茎韧皮与木质秆芯可很容易地分离。将纤维从麻茎剥离(通常用手),然后冲洗并晾干。
从麻茎上剥下来的麻皮称为生黄麻,未经晒干的称为鲜黄麻,晒干后的称为干黄麻。生黄麻脱胶处理后,称为熟黄麻或精选麻,脱胶后成丝网状的黄麻纤维,截面中单纤维根数为3~12根,由于纤维长度短,不宜纺织加工,一般以半脱胶束纤维状进行纺织。
(三)黄麻纤维的结构与性能
1.黄麻纤维的成分及形态结构 黄麻纤维的主要成分是纤维素,纤维素含量在64%~67%,其他为半纤维素、木质素、果胶等杂质。其中木质素含量高达11%~15%,这就导致了纤维偏硬偏脆,可纺性和服用性能较差。
黄麻的韧皮纤维以束状分布于麻茎的次生韧皮部,单纤维是一个单细胞,是由初生分生组织和次生分生组织的原始细胞经过伸长和加厚形成的。纤维横截面为多角形,中腔为椭圆形或圆形,表面有沟槽和阶梯形横节。
2.黄麻纤维的性能
(1)力学性能。黄麻纤维初始模量高,弹性及断裂伸长率较低,拉伸变形恢复能力较差,极易形成折皱,且不易消失,影响织物的外观性能。同时,黄麻纤维粗硬,刚度大,易产生刺痒感,影响服装的舒适性。
(2)抗菌性。黄麻纤维因其独特的纤维中腔结构,使纤维内部富含氧气,厌氧菌无法生存,而且纤维含具有天然抗菌性的凿醇等有益物质,有助于人体的卫生保健,可用于医疗服饰、床上用品、一次性或多次性卫生用品等领域。
(3)热湿舒适性。黄麻纤维不但含有较多的亲水纤维素、半纤维素,而且还具有不规则的多角形混合横面,这种结构产生了良好的毛细效应。因此,具有快速的吸湿和放湿能力,能很好地调节人体与环境的热湿平衡,适用于夏季服装面料。
(4)抗紫外线功能。黄麻纤维由于具有不规则的横截面,对声波和光波都有较好的消散作用,因而其织物具有较强的天然抗紫外线功能,适用于户外纺织品,如登山服、帐篷、窗帘等。
(四)应用
黄麻纤维纺制的黄麻纱线主要用于制作麻袋、麻布、地毯底布以及电缆的防护层和填充层、麻袋绞包线、捆扎用绳、工艺挂毯等。黄麻布主要用于制作包装材料,如包装食糖、食盐、粮食、皮棉、农副产品等。
产业用黄麻布作为传统产品的延伸,用于树干包扎、防寒冻和虫害的包树布,用于治沙保土、护坡堤的网状土工布,用于道路建设、无土草皮的毡状席垫等土工产品。
黄麻纤维复合材料可用于制造汽车内饰件、车门内饰板、车顶衬垫、行李舱衬垫以及衣帽架等。还广泛用于家具业、隔墙、折叠门等众多领域,既可取代玻璃钢,又可代替木材,应用前景很好。
四、剑麻
(一)概述
剑麻来自肉质植物,龙舌兰麻类。由于龙舌兰麻属的叶片外形似剑,在中国习惯上统称为剑麻。剑麻是热带作物,主要产地有:巴西、坦桑尼亚、安哥拉、肯尼亚、莫桑比克、哥伦比亚、海地等国。剑麻原产于墨西哥。由于剑麻是从墨西哥西沙尔港首次出口的,故又称西沙尔麻。墨西哥自古就利用剑麻纤维作为编织原料。1979年世界剑麻总产量约为43万吨。中国于1901年首次引进马盖麻,种植剑麻的地区主要是华南各省,以广东为主,其次是广西和福建。中国种植剑麻以1963~1964年从东非引进的龙舌兰杂种11648号品种为最多,其次是普通剑麻、马盖麻和番麻。
(二)制作方法
剑麻是多年生草本植物,一般种植两年左右,叶片长达80~100cm,生叶80~100片时便可开割。叶子需要单独采摘并放入去皮机,用转轮将叶片碾碎。将肉质部分除去,留下纤维。叶片收割后须及时刮麻取得纤维,采用半机械或机械化加工。
制取剑麻纤维的工艺流程:
鲜叶片→刮麻→捶洗(或冲洗)→压水→烘干(或晒干)→拣选分级→打包→成品
剑麻纤维一般只占鲜叶片重的3.5%~6.0%,其余的是叶肉、麻渣和浆汁,含有丰富的有机物质如糖类、脂肪、皂素等。
(三)结构与性能
剑麻纤维有两种,一种位于叶片边缘,具有增强叶片作用,称强化纤维束;另一种位于叶片中部,形成一条带,称带状纤维束。构成纤维束的细胞纵面呈梳状,梢部钝厚,呈尖形或叉形,其横切面呈多角形,中空,胞壁厚,胞腔小而呈圆或卵圆形。纤维细胞粘连,排列紧密,细胞长1.5~4mm,宽20~30μm。一般每一个强化纤维束截面由100多个纤维细胞组成。带状纤维束的纤维细胞数目较少,一个成熟的麻叶片含1000~1200个纤维束。
剑麻纤维主要组成物质为纤维素,约65.8%,其他有半纤维素约12%,木质素约9.9%,果胶约0.8%,水溶物约12%,脂肪和蜡质约0.3%。剑麻纤维耐碱不耐酸,遇酸易被水解而强度降低,在10%碱液中纤维不受损坏。
剑麻纤维洁白而富有光泽,纤维长,强度高,在潮湿状态下强度更高(增强10%~15%),伸长性小,耐磨,耐海水浸泡,耐盐碱,耐低温和抗腐蚀,在0.5%盐水中浸渍50天强度仍有原强度的81%。一般在标准大气中的含水率约10%。
(四)应用
剑麻的纤维长达1m,属于硬纤维,不适合用于制作服装或装饰物。剑麻可制舰艇和渔船的绳缆、绳网、帆布、防水布、钢索绳芯、传送带、防护网等,可编织麻袋、地毯,制作漆帚、马具等,并可与塑料压制硬板作为建筑材料。它还被越来越多地用作塑料复合制品,尤其是汽车零部件的增强材料。从剑麻提取中获得的副产品可用于制取沼气、制药原料和建筑材料。
五、亚麻
(一)概述
亚麻又称鸦麻、鹏麻、胡麻等,系来麻科亚麻属草本植物的韧皮纤维。亚麻植物的纤维被纺成纱并织成亚麻布的历史至少有5000年。在欧洲,亚麻纤维用于服装的历史可追溯到新石器时代,而古代埃及人织出极细的亚麻布,用来包裹法老的尸体。全世界有30多个国家种植亚麻。尤其是加拿大等一些国家种植油用亚麻品种,目的是生产亚麻油,而不是收获纤维。世界领先的亚麻主产国是中国、俄罗斯、白俄罗斯和法国。世界亚麻的总种植面积约为39万公顷。据联合国粮农组织(FAO)估计,世界亚麻产量接近100万吨。2008年,西欧和白俄罗斯的农民收获了大约25万吨亚麻纤维。最优质的亚麻种植在西欧,最精细的亚麻布产自比利时、爱尔兰和意大利。
(二)制作方法
亚麻在种植约100天之后便可采收供生产纤维。为了最大限度地增加纤维长度,可将整个植株连根拔起或在紧贴地面处砍断。在去除种子之后,捆成小把进行沤麻脱胶,以便分解使纤维黏合的果胶。温水沤麻水温宜控制在28~32℃,经100h左右后捞出,将麻秆搭成伞形,露地晒干。雨露沤麻是将收获后的麻茎平铺在草地或亚麻地上,经雨淋、露浸,利用真菌发酵沤制。在适宜湿度条件下,7~10天后,将沤好的干茎打碎,除去木质部和杂质,梳理纤维,再按质分号。被打掉的短麻称二粗麻,用来生产较粗的织物,而柔软的长亚麻纤维则被纺成纱,机织或针织成亚麻纺织品。
(三)亚麻纤维的结构与性能
1.亚麻纤维的形态结构 亚麻单纤维为初生韧皮纤维细胞,一个细胞即为一根纤维,纤维相互搭接在韧皮组织中形成网状结构,每30~50根单纤维形成一个纤维束。亚麻纤维细长,具有中腔,两端呈尖状封闭,平均长度为17~25mm,最长可达130mm。纤维表面有裂节,纤维横截面为五角形或六角形。单纤维的强度和刚度较高,手感较粗硬,但比苎麻柔软,断裂伸长率约为3%。
亚麻纤维的形态结构如图1-3所示。
图1-3 亚麻纤维的形态结构
2.亚麻纤维的性能
(1)散热性好。亚麻是天然纤维中唯一的束纤维。束纤维是由亚麻单细胞借助胶质粘连在一起形成的。因其没有更多留有空气的条件,亚麻织物的透气率高达25%以上,因而其导热性能、透气性能良好,并能迅速而有效地降低皮肤表层温度,使人体感觉舒适。
(2)吸湿放湿速度快。亚麻纤维能吸收其自重20%的水分。亚麻纤维具有天然的纺锤形结构和独特的果胶质斜边孔结构。当它与皮肤接触时产生毛细现象,可协助皮肤排汗,并能清洁皮肤。同时,它遇热张开,吸收人体的汗液和热量,并将吸收到的汗液及热量均匀传导出去,使人体皮肤温度下降;遇冷时关闭,保持热量。
(3)防紫外线。亚麻纺织品中含有的半纤维素是吸收紫外线的最佳物质。半纤维素实际上是尚未成熟的纤维素。亚麻纤维含有的半纤维素在18%以上,比棉纤维高出数倍,作为衣物时,可保护皮肤免受紫外线的伤害。
(四)应用
亚麻纤维被广泛用于各种纺织品,如亚麻手帕、衬衫衣料、绉绸、花式色纱产品、运动装以及麻毛混纺产品。家用产品则包括窗帘、墙布、桌布、床上用品等。产业用产品则包括画布、行李帐篷、绝缘布、滤布以及航空用产品。亚麻纤维还可用于非织造布复合材料,通过真空辅助树脂传递模压法可以制作亚麻纤维非织造布/不饱和聚酯复合材料,由于亚麻价格较为低廉,密度比所有的无机纤维都小,而弹性模量和拉伸强度与无机纤维相近,在复合材料中可部分取代玻璃纤维等作为增强材料用于汽车部件、绝缘垫、土工布等。
六、苎麻
(一)概述
苎麻是多年生宿根性草本植物。苎麻分白叶种和绿叶种两种,白叶种叶背有白色茸毛,绿叶种叶背无白色茸毛。白叶种原产地是中国,绿叶种原产地是印度尼西亚、菲律宾、马来西亚。白叶种的产量、质量都比较好。在国际上苎麻被称为“中国草”,是我国重要的天然纺织原料和特有的出口创汇纤维作物,其种植面积和产量占全世界面积和产量的90%以上,位居世界第一。
苎麻麻龄可达10~30年。在中国大部分地区一年可收割三次,第一次生长期约90天,称头麻;第二次约50天,称二麻;第三次约70天,在9月下旬至10月收割,称三麻。在广东南部地区每年可收割4~5次;东南亚各国收割次数更多。
(二)制作方法
麻皮从茎上剥下后,刮去表皮(刮青),晒干或烘干后呈丝状或片状的原麻(生麻)。
原麻经过煮练,再经洗、捶、漂等过程除去胶质,成为洁白而光泽好的纺织纤维,称为精干麻。
苎麻的脱胶有化学方法和生化方法两种。常用的化学脱胶法有先酸后碱两煮法、先酸后碱两煮一练法、两煮一漂一练法、两煮一漂法以及化学改性(碱变性)处理法等。其中,最常用的是先酸后碱两煮一练法,工艺流程如下:
原麻→预酸洗→水洗→一煮→二煮→敲麻→酸洗→水洗→脱水→精练→给油→脱油水→烘干→精干麻
生化脱胶法是将原麻浸渍在含有菌种的溶液中,并保持一定的溶液温度,经数小时后,排放菌液,再经稀碱液煮练即可。
(三)苎麻纤维的形态结构与性能
1.形态结构 苎麻纤维是单细胞,两端封闭,中部粗,两头细,内有中腔,呈长带状。纤维长度20~250mm,平均约60mm,最长可达550mm,为麻类纤维中较长者。纤维无扭曲,表面有节。节的形状有两种,一种为裂节,节的表面裂开;另一种为纹节,表面不裂开,外观如树节。
纤维的横截面呈椭圆形或扁圆形。平均宽度约40μm,线密度一般为4~8dtex。在整株苎麻中,纤维细度又因部位不同而异:根部最粗,中部次之,梢部最细。根部比梢部约粗34%,中部比梢部约粗21%。细胞壁厚度约10μm。在横截面上细胞壁较厚,上有一圈圈同心圆状的轮纹,轮纹厚度约0.4μm。每层轮纹由原纤层组成。原纤层是由许多平行排列的原纤以螺旋状缠绕而成。原纤直径为0.25~0.4μm,各层螺旋方向均为S形。取向度为79%±8%,结晶度为90%左右,双折射率为0.057~0.068。因此,纤维强度很高,刚性大,伸长小,弹性差,制成的织物挺括滑爽。
苎麻纤维的形态结构如图1-4所示。
图1-4 苎麻纤维的形态结构
2.性能
(1)化学组成。原麻的化学成分因地区、育种、收割时间、剥制加工等原因而有所不同,一般含纤维素65%~75%,其余为伴生的胶质等,包括果胶4%~5%,半纤维素14%~16%,木质素0.8%~1.5%,脂蜡质0.5%~1%,水溶物4%~8%等。
(2)物理性质。在各种麻类纤维中,苎麻纤维最长最细。纤维长度比最高级的棉花还要长二三倍到六七倍。原麻脱胶精制后,纤维外观颜色洁白,有丝样光泽。苎麻纤维线密度为4~9dtex,断裂强度为6.16~7.04cN/dtex,断裂伸长率在4%以下。苎麻纤维强力大而延伸度小,弹性回复率低,故纤维不耐摩擦。苎麻纤维面料轻盈,同体积的棉布与苎麻布相比较,苎麻布轻20%。另外,苎麻纤维的物理性能随苎麻的品种、产地、在麻茎韧皮上的部位(根、中、梢部)、收剥季节(一般分头麻、二麻、三麻等)的不同而有很大差异。
(3)化学性质。苎麻纤维的主要成分是纤维素,因此,它的化学性质与其他纤维素纤维相同。其特点是不耐酸,特别是在强无机酸作用下最终会分解为葡萄糖,可溶解于浓的硫酸、盐酸和磷酸中。对碱较稳定,在氢氧化钠溶液(如160g/L)中纤维膨润而生成碱纤维素。在氧化剂作用下易被氧化。能溶解于铜氨或铜乙二胺溶液中。耐热性较差,在120℃下5h变黄,150℃分解。苎麻纤维耐水洗涤,经40次用5%肥皂和5%纯碱洗涤后,其抗伸强度的保留率达93%。吸湿放湿性能很好,在饱和蒸汽中苎麻织物平均每小时的吸湿率为9.91%(棉为9.63%)。苎麻织物浸水吸湿后经3.5h即可阴干(棉织物需要6h),标准回潮率为12%。苎麻的透气性能也好。苎麻纤维耐海水的浸蚀,抗霉和防蛀性能较好。
(4)其他性能。
①抗菌抑菌性:同样数量的细菌在显微镜下观察,细菌在棉、毛纤维制品中能够大量繁衍,而苎麻制品上的细菌在24h后被杀死75%左右。这是因为苎麻纤维含有单宁、嘧啶、嘌呤等微量组分,对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌等起到抑制效果,具有天然抑菌、防螨、防臭功能。经试验证明,经50次反复洗涤后,其灭菌效果仍达98%以上,可有效遏止纺织品的细菌、螨虫的二次污染。
②除臭吸附性:苎麻纤维内部特殊的超细微孔结构使其具有良好的吸附能力,能吸附空气中甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质,消除不良气味。经过日晒后,可以将吸附的有害物质挥发掉,使其吸附功能自动再生。
③吸湿透气性:苎麻纤维具有独特的活性空腔结构,该结构可以使吸入的汗液渗透到空腔内并快速导出,让它具备了优越的透气性和传热性,吸水多而散湿快。
④防霉耐摩擦性:苎麻纤维十分坚韧,强力大而延伸度小,加上不易受真菌腐蚀和虫蛀,因而被广泛地应用于飞行降落伞、保险绳、家纺等领域,具有超强的防霉耐摩擦功能,很好地延长了物品的使用寿命。
(四)应用
在工业上用于织制帆布、绳索、渔网、水龙带、鞋线、滤布、帐篷、皮带尺、纺织用弹性针布的底布及军用品。用苎麻的短纤维(精梳落麻)或麻绒可制作高级纸张,用于印制钞票和证券,也可用作非织造布做抛光砂轮布、贴墙布和塑料地毯底布,还可与其他纤维混纺织制服装用布。苎麻吸水快,干燥也快,透气性好,是夏季衣着的优良原料。与涤纶混纺16.7tex以下(60公支以上)高支纱织成麻涤布,可缝制夏季衣服,有质轻、凉爽、挺括、不贴身、透气性好、便于洗涤等特点。纯麻布和棉麻交织布为抽纱、刺绣工艺品的优良用布。苎麻抽纱台布、餐巾、窗帘、床罩等,是人们喜爱的日用工艺品。
七、罗布麻
(一)概述
罗布麻又名野麻、泽漆麻等,由于最初在新疆罗布泊发现,故命名为罗布麻。罗布麻有红麻和白麻之分,前者植株高大,幼苗为红色,茎高达1.5~2m,最高可达4m以上;后者植株较矮小,幼苗为浅绿色,茎高为1~1.5m,最高可达2.5m。由于它喜光、耐旱、耐碱、耐寒、适应性强,适宜于在盐碱、沙漠等恶劣的自然条件下生长,因此,广泛分布在淮河、秦岭、昆仑山以北地区的十几个省、市、自治区,主要集中在新疆、内蒙古、甘肃和青海等地。在山东的黄河口、陕西、江苏等地也有发现,因属野生植物纤维,枯死后茎秆都呈红色,故又名红野麻。据不完全统计,我国生长罗布麻的土地约有133万公顷,产量可达10万吨,其中,新疆约有53万公顷,产量约为5万吨。罗布麻的纤维在已发现的野生纤维植物中,品质最优,是纺织、造纸的原料。但由于其纤维长度不一致,纺织时落麻率高,成纱率较低。罗布麻纤维早在300年前,就被伊犁、若羌等地的劳动人民所用,他们织布成衣或者做被子、床单,说是可以祛病健身,甚至用罗布麻茎做茅屋的茅草,不发霉、不生虫。罗布麻的根和叶有药用价值。
(二)制造方法
罗布麻经过剥麻、晾晒等初步加工后成为原麻,原麻中有较多的胶质,必须进行脱胶处理。由于罗布麻单纤维的长度较长,给脱胶带来一定的困难,故常采用化学脱胶工艺进行全脱胶,这样可除去纤维中的绝大部分胶质,以提高纤维的纺纱性能。
化学脱胶的工艺流程:
(原麻)分拣→浸酸→水洗→一煮→二煮→水洗→打纤→漂白→酸洗→水洗→给油→脱水→烘干(精干麻)
经化学脱胶后的精干麻,仍含有少量的残胶,其中还包括一定数量的果胶、半纤维素和木质素等,因此,在纺纱之前还要对精干麻进行给油加湿等预处理,以提高其可纺性能。
(三)罗布麻纤维的结构与性能
1.形态结构 罗布麻的韧皮纤维位于罗布麻植物茎秆上的韧皮组织内,呈非常松散的纤维束,个别纤维单独存在。罗布麻单纤维是一种两端封闭、中间有胞腔、中部粗而两端细的细胞状物体,截面呈明显不规则的腰子形,中腔较小,纤维纵向无扭转,表面有许多竖纹并有横节存在。纤维线密度为3~4dtex,长度与棉纤维相近,平均长度为20~25mm,但长度差异较大,其幅度为10~40mm,宽度为10~20μm,纤维洁白,质地优良。但由于表面光滑无卷曲,抱合力小,在纺织加工中容易散落,制成率低,且影响成纱质量。
2.化学组成 罗布麻的化学组成与其他麻类纤维有一定的区别。罗布麻的果胶含量13.14%、水溶物含量17.22%,居麻类各纤维之冠,木质素含量12.14%,高于苎麻、亚麻、大麻、蕉麻和剑麻,而纤维素含量40.82%,是所有麻类纤维中最低的。
3.物理性能 罗布麻纤维的化学组成决定了它的理化性能,根据罗布麻纤维射线衍射与红外光谱分析结果,罗布麻纤维的内部结构与棉、苎麻极为相似,内部分子结构紧密,在结晶区中纤维大分子排列较为整齐,结晶度与取向度均较高。
罗布麻纤维除了具有一般麻类纤维的吸湿、透气、透湿性好、强力高等共同特性外,还具有丝一般的良好的手感,纤维细长,耐湿抗腐,可供纺织之用。
罗布麻纤维与棉纤维、苎麻纤维的力学性能比较见表1-7。
表1-7 罗布麻与棉、苎麻纤维的力学性能比较
由表1-7可知,罗布麻纤维的细度与棉纤维相近,比苎麻纤维细很多;强力与苎麻接近,比棉纤维高一倍左右;断裂伸长率虽不如棉纤维,但优于苎麻纤维;长度长于棉纤维。
罗布麻纤维与亚麻、胡麻、大麻等纤维相比,结晶度较低,但其晶区取向度较高。这表明罗布麻纤维大分子在纤维晶区中排列较为整齐,故弹性模量较高,断裂强度较高,伸长率低。这些优异的纤维性能对加工工艺和织物的服用性能都有重要影响。
罗布麻纤维光泽比苎麻、亚麻等一般韧皮纤维好,吸湿性和透气性也很突出。罗布麻纤维吸湿较慢而散湿较快,用它制成的床单面料舒适而不贴身。
(四)应用
罗布麻是麻类纤维中品质仅次于苎麻的优良纤维,纤维延伸率很小,耐磨和耐腐蚀,适宜与棉、毛、丝混纺,能节约棉、毛、丝等原料30%~50%。罗布麻纤维可做高级衣料、渔网线、皮革线、雨衣及高级纸张(绘图纸)等,目前,可织60公支的纯细纱及160公支的混纺细纱,织造华达呢、凡立丁等高级衣料。罗布麻种子的纤毛可作枕头等的填充物用。