液氨处理对大麻纤维结构与性能的影响rz-080808-6

唐占伟¹ 张华² 来侃¹ 1)西安工程大学,陕西西安　710048; 2)总后勤部军需装备研究所,北京100088

收稿日期：2007-03-26 修回日期：2007-09-03

作者简介：唐占伟(1980-),男,硕士生，研究方向为纺织纤维材料的应用，张华,通讯作者,E-mail：st.hua@263.net

　原载： 纺织学报2008/1；70-72

网上来稿: zhanyizhen 08-8-8

【摘要】　针对大麻纤维刚性大,延伸性差,纤维硬而脆,在外力作用下易产生永久变形等问题,采用液氨处理来改善其理化性能。研究液氨处理对大麻纤维理化性能的影响,并对实验结果进行分析,结果表明:大麻纤维经过液氨处理后,纤维密度由处理前的115377 g/cm3下降为处理后的115319 g/cm3 ;压缩率和压缩弹性率得到提高;静摩擦因数和动摩擦因数有所减小;液氨处理对大麻纤维的束纤维强力影响不大,但使其染色性能得到改善。

【关键词】　大麻; 液氨处理; 物理性能; 染色性能

【中图分类号】TS 1951513 　　　文献标识码:A 　　　文章编号:025329721 (2008) 0120069204

作为一种天然纤维素纤维,大麻纤维具有良好的透气性,天然的抗菌抑菌性,抗紫外辐射和耐高温等性能,其织物穿着凉爽不贴身[1]。同其他麻类织物相比,大麻织物的粗糙感和刺痒感较轻,因此大麻纤维纺织品越来越受到消费者的喜爱。然而,大麻纤维刚性大,延伸性差,纤维硬而脆,在外力作用下易产生永久变形[2],影响其在服装面料上的应用。液氨处理在棉纤维上的应用取得了较好的成效,处理后棉纤维的结晶度和取向度都有所下降,使其织物手感柔软,尺寸稳定性增加[3]。同样,在苎麻和亚麻纤维上也获得了较好的效果,苎麻纤维经液氨处理后,纤维表面变得光滑,结晶度有所下降,纤维内部尺寸较大的孔穴减少,尺寸较小的孔穴增多,孔穴分布趋于均匀,水可及度大幅度提高[4];亚麻纤维经液氨处理后结晶度和取向度降低,染色性能得到改善[5],但液氨处理方法在大麻加工中的应用,尚少有报道。本文通过对液氨处理前后大麻纤维表观结构以及物理性能和染色性能的研究,以期为液氨处理在大麻纤维上的应用提供理论依据。

1 　实验部分

1·1 　材　料

经脱胶处理后的大麻精干麻。

1·2 　设　备

间歇式液氨处理系统(总后勤部军需装备研究所制) ,PS-WT-I 电子显微细度检测仪,YG015 型束纤维强力仪,Y151 型纤维摩擦因数测定仪,Rapid 红外染色小样机。

1·3 　实验方法

1·3·1 　纤维形态结构

用哈氏切片器将纤维切片后放到载玻片上,滴加少量甘油制成观察片,在PS-WT-I 电子显微细度检测仪下放大,观察纤维截面和纵向形态,放大倍数为2000倍。

1·3·2 　纤维密度

采用四氯化碳和二甲苯配置密度梯度管,制作纤维小球,小球直径2mm,做5次实验,取平均值。

1·3·3 　束纤维强力

采用YG015 型束纤维强力仪测试大麻纤维的束纤维强力。试样质量为420mg,夹持长度为10cm,拉伸速度为10mm/min ,测试15次取平均值。

1·3·4 　纤维摩擦性能

采用Y151型纤维摩擦因数测定仪测大麻纤维的摩擦因数, 转速为12 r/min ,预加张力夹质量为200 mg,每根纤维测2次,共测30次取平均值。

1·3·5 　纤维压缩性能

采用恒定压力法测试纤维的压缩性能, 轻压0.1 kg ,加压时间10s ;重压1.005 kg ,加压时间60s;压脚面积22.19cm²,恢复时间180s,做6次实验取平均值。

1·3·6 　纤维染色性能

采用Rapid 红外染色小样机,利用活性染料Remazol Red RGB(Dystar公司),按文献[6]的方法绘制上染率曲线。

2 　结果与讨论

2·1 　纤维形态结构

图1 为液氨处理前后大麻纤维的纵向图。可以看出,液氨处理前后大麻纤维纵向结构发生了较大的变化。处理前大麻纤维纵向凹凸不平且有很多缺陷,纤维在生长过程中所形成的麻节明显,纤维粗细不匀。液氨处理后大麻纤维表面结构获得了较好的改善,纤维凹凸不平及麻节现象不再明显,纤维变得相对光滑圆润且粗细均匀。

图2 为液氨处理前后大麻纤维的横截面图。可以看出,液氨处理前大麻纤维干涩扁平,胞腔较大,

图1 液氨处理前后大麻纤维纵向表面(×2000)

纤维间分离度较差,多数呈束纤维状。经液氨处理后纤维变得相对圆润,管壁增厚,胞腔相对减小,纤维截面变圆, 纤维直径有所增大, 纤维分离程度提高。

图2　液氨处理前后大麻纤维横截面(×2000)

分析认为,造成这种变化的原因在于液氨分子是一种极性小分子,黏度低,渗透性强,能在短时间内渗透到纤维内部,不仅能到达纤维的无定形区,而且能渗透到晶区表面,使纤维结晶度降低,结晶尺寸变小[7],同时会使纤维膨化,形态结构发生变化,最终也影响纤维素纤维的性能。

2·2 　纤维密度

液氨处理使大麻纤维的密度相对下降,由处理前的1.5377 g/cm³下降为处理后的1.5319 g/cm³ ,这是由液氨的消晶作用造成的。研究表明,纤维素纤维经液氨处理后,结晶度有所下降,无定形区增加,微孔数量增多[8] ,因此大麻纤维的密度有所下降[9]。

2·3 　束纤维强力

天然纤维由于纤维粗细不同、结构和性质的差异较大等方面原因,致使天然纤维的单纤维强力离散性很大,因此其拉伸实验常用束纤维(多根纤维)强力来表征。

液氨处理后大麻纤维的束纤维强力稍有下降,由处理前的383.936 N下降为处理后的378.563 N ,这是因为大麻纤维经液氨整理后,液氨小分子的渗透和溶胀作用使大麻纤维的结晶度和取向度有所下降,对纤维的强力产生不利影响;但也使大麻纤维的分子链发生重排而趋于均一[10] ,避免了拉伸时产生应力集中现象。这二方面因素的影响使处理前后纤维的强力变化不大。

2·4 　纤维摩擦性能

纤维的摩擦性能关系到纤维加工的全过程。在加工过程中,经常存在纤维与纤维、纤维与机件之间的相对运动,从而会出现纤维与纤维、纤维与其他材料的摩擦问题[11]。经液氨处理后大麻纤维的静摩擦因数和动摩擦因数都有所下降,未处理大麻纤维静摩擦因数和动摩擦因数分别为0.7076 和 0.3023 ,液氨处理后大麻纤维静摩擦因数和动摩擦因数分别下降为0.6173 和 0.2962。从前面的形态结构研究得知,液氨整理后,大麻纤维的表面从干涩粗糙变得光滑匀整,截面从扁平状变得圆润,纤维的摩擦因数略有下降与这些变化是相符的。

2·5 　纤维压缩性能

大麻纤维结晶度高,取向度大的结构特点,使纤维本身刚性大,弹性差,易产生折皱,因而改善大麻纤维的柔软度和耐折性能,对提高大麻纤维服用性能具有重要意义。

表1 为液氨处理前后大麻纤维压缩性能的测试结果。可以看出,液氨处理可以提高纤维的压缩性能。分析原因认为,一方面,液氨处理使大麻纤维结晶度和取向度下降、微孔孔径趋于均匀[8]; 另一方面,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了改善。受这2方面因素的影响使纤维刚性下降且受力更加均匀,因而经液氨处理后的大麻纤维的手感变得柔软且弹性有所增加。

表1 　液氨处理前后大麻纤维压缩性能

处理前后	压缩率	压缩弹性率	蓬松度
处理前	57.4	34.0	3.014
处理后	61.3	35.8	3.051

2·6 　纤维染色性能

液氨处理前后大麻纤维的上染率曲线和染色后纤维横截面如图3、4 所示。

图3 　液氨处理前后大麻纤维上染率

图4 液氨处理前后染色大麻纤维横截面(×2000)

从图3 中可以发现,液氨处理后大麻纤维的上染速率和上染率得到了提高。从图4 可以看出,液氨处理后染料在纤维中的分布相对均匀,染料能更好地进入到纤维内部,染透性明显改善。这是由于纤维经液氨处理后,发生膨化和溶胀,结晶度下降,微孔数量增加,可及度和反应性得到提高所致,这一点与大麻纤维经液氨整理后密度降低在本质上是相同的。

3 　结　论

1) 液氨处理改善了大麻纤维的表观结构,纤维光滑圆润,粗细均匀,并使大麻纤维的分离度得到了提高。

2) 液氨处理后大麻纤维的密度由处理前的1.5377 g/cm³下降为处理后的1.5319 g/cm³ ;静摩擦因数和动摩擦因数都有所减小,压缩率由处理前的57.4 %上升到处理后的61.3 % ,压缩弹性率由处理前的34%上升到35.8% ,纤维的手感和弹性有所改善。

3) 液氨处理提高了大麻纤维的上染率,由处理前的67.62%上升到处理后的76.9% ,染透性能也得到改善。

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