巴西劍麻的柔軟處理研究

潘紅瑋，孫小寅

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織染化學(xué)院，咸陽712000；西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安710048））

劍麻（sisal）是一種多年生的硬質(zhì)纖維作物，屬龍舌蘭科，傳統(tǒng)上劍麻纖維主要用來織布，制造地毯、繩索、麻袋等[1]，但這些產(chǎn)品對(duì)劍麻纖維的利用水平較低，沒有充分利用其潛在的價(jià)值。近年來，盡管各國學(xué)者對(duì)劍麻纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料做了大量研究工作[2]，但是劍麻纖維的基礎(chǔ)研究資料很少。為此，本文對(duì)劍麻纖維柔軟處理的方案進(jìn)行分析研究，并利用正交試驗(yàn)找出最優(yōu)的柔軟處理方案，以進(jìn)一步提高劍麻產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次。提出了各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為劍麻纖維的開發(fā)利用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

（1）實(shí)驗(yàn)材料：試樣，巴西劍麻；實(shí)驗(yàn)藥品，NaClO 1.5g/L、H2SO41.5g/L、NaOH 5g/L、Na4P3O102.5%(owf)、去木質(zhì)素2.5%(owf)、油軟劑JY-AK、脫膠油劑、油軟劑JY-12。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器：恒溫水浴鍋、電子分析天平：感量萬分之一克、500ml燒杯、電子單紗強(qiáng)力儀。

1.2 柔軟處理工藝流程

巴西劍麻原纖→預(yù)處理→給油→機(jī)器柔軟→干燥。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 正交實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用的是四因素三水平對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行正交選擇，因素與水平見表1

1.3.2 柔軟處理方案

劍麻柔軟處理方案見表2。

1.4 測試指標(biāo)及方法

1.4.1初始模量值（纖維的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率之比） 利用單紗強(qiáng)力儀測試，并以60組纖維的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率之比為該組纖維的初始模量值[3]，測試的各方案初始模量見表3。

1.4.2斷裂強(qiáng)力 分別取劍麻纖維的根部、中部、尖部200mm，在電子單紗強(qiáng)力儀上測試試樣在拉伸速度為100mm/min的斷裂強(qiáng)力，計(jì)算60次的平均值。

表3 巴西劍麻各方案的初始模量Tab.3 Initial modulus cN/tex of fiber for the 9 softening treatment schemes

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

對(duì)劍麻纖維，其預(yù)處理方式（A）、給油種類（B）、給油溫度（C）和悶放時(shí)間（D）等對(duì)劍麻纖維的柔軟度都有一定的影響，因此對(duì)劍麻纖維的柔軟處理方案進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表1 正交設(shè)計(jì)的因素與水平Tab.1 Factors and levels of the orthogonal experiments

表2 柔軟處理的方案Tab.2 9 schemes of softening treatments

表4 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的極差分析Tab.4 Range analysis of the orthogonal experiments

2.1 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的極差分析

有關(guān)計(jì)算公式有[4]：

均值：令Ki因素=與該因素第i個(gè)因素有關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果之和，則該因素第i個(gè)水平的均值為:

圖1 處理前后巴西劍麻纖維的斷裂強(qiáng)力比較Fig.1 Change curves of fiber breaking strength before and after the softening treatments

圖2 處理前后巴西劍麻纖維的初始模量比較Fig.2 Initial modulus cN/tex of fiber before and after the softening treatments

本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)劍麻纖維在斷裂時(shí)的初始模量的大小作為劍麻纖維的柔軟度的，在所有的紡織纖維中，初始模量是衡量纖維手感柔軟程度的一項(xiàng)指標(biāo)。初始模量大的說明劍麻纖維的剛性較大，初始模量之值取決于聚合物的化學(xué)性質(zhì)以及大分子之間的相互作用力的強(qiáng)度[5]，大分子鏈的柔合性愈大，則纖維愈易變形，同一種聚合物制取纖維的初始模量值愈大，分子之間相互作用力的強(qiáng)度愈大，纖維的結(jié)晶度及取向度也就愈大，纖維的初始模量越小則纖維越柔軟[6]。

由表2知由于極差反映了各因素對(duì)指標(biāo)的影響大小，所以由極差：RA>RB>RD>RC知，因素對(duì)柔軟度的影響從主到次排序?yàn)?，即預(yù)處理方式對(duì)柔軟度的影響最大，其次是給油種類，然后是悶放時(shí)間，最后是給油溫度。

由于均值反映了該因素水平對(duì)指標(biāo)的影響，又由于指標(biāo)越小越好，A3＞A1＞A2，所以 A 因素的水平 2 好，同樣得出 B3＞B2＞B1，C1＞C3＞C2，D2＞D1＞D3，因素的水平1最好，因素的水平2最好，和因素的水平3最好。所以知方案4對(duì)劍麻纖維的柔軟處理效果最好。

2.2 效果對(duì)比

利用上述的優(yōu)化工藝對(duì)巴西劍麻纖維進(jìn)行柔軟處理，并與原劍麻纖維進(jìn)行效果對(duì)比，其對(duì)比效果見圖1、圖2。

從圖1、圖2的比較結(jié)果來看，處理前劍麻纖維的斷裂強(qiáng)力大且不平穩(wěn)，而經(jīng)柔軟處理后其斷裂強(qiáng)力不僅在減小，而且從根部到尖部趨于平穩(wěn)。處理前劍麻的初始模量也比較大，經(jīng)柔軟處理后，初始模量大大的減小了。劍麻纖維經(jīng)乳化劑、油劑及堆積后處理，無定形區(qū)分子的部分水解使結(jié)晶區(qū)之間的空隙變大，結(jié)晶區(qū)分子的部分水解使結(jié)晶區(qū)尺寸變小[7]，因此，在受到外力作用時(shí)結(jié)晶之間容易產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)功，纖維的抗彎曲能力降低，剛度減弱，從而使劍麻纖維的硬度降低，工藝?yán)w維特?cái)?shù)得到改善。

3 結(jié)論

優(yōu)化的巴西劍麻柔軟處理工藝為：先將劍麻纖維經(jīng)過堿液煮煉預(yù)處理后，再利用柔軟劑Jy-AK（按原料比重的5%，浴比為1：20）在70℃的溫度下悶放6小時(shí)進(jìn)行濕態(tài)處理后，劍麻纖維的柔軟度最好。該工藝對(duì)劍麻纖維有著良好的柔軟處理效果，使劍麻纖維的柔軟度大大的得到改善，而且其工藝簡單，符合環(huán)保要求。因此，該方案對(duì)劍麻纖維進(jìn)行柔軟處理是完全可行的。

[1] 黃艷.世界劍麻生產(chǎn)現(xiàn)狀及未來展望[J].中國熱帶農(nóng)業(yè)，2008，（5）：22-26.

[2] 牟秋紅，等.劍麻纖維的熱處理方法對(duì)其熱性能和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，（4）：469-473.

[3] 張一心.紡織材料學(xué)[M].北京：中國紡織出版社，2005:26-29.

[4] 梅長林.實(shí)用統(tǒng)計(jì)方法[M].西安:西安交通大學(xué),2002:84-90.

[5] 潘紅瑋，等.巴西劍麻基本性能研究[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,(2):146-149.

[6] 曾慶福.苧麻織物柔軟處理方法比較[J].麻紡織技術(shù)，1997，（3）：14-18.

[7] 姜繁昌.劍麻纖維的性能研究[J].中國麻業(yè)，2003，25（4）：172-177.