大麻纖維及其制品的研究

李巧娜 孫天祥 奚柏君 桑烈俊

(1.紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院,浙江 紹興312000；2.西安工程大學(xué) 紡織學(xué)院，陜西 西安710048)

通訊作者：奚柏君，E-mail:1245570372@qq.com.

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

隨著全球?qū)Νh(huán)境問題與生命健康的日益重視，大麻紡織品開始為世人矚目.大麻渾身都是寶，其纖維具有良好的吸濕透氣性能、消音吸波功能、抗靜電性、防紫外線輻射功能以及耐熱、耐曬和耐腐蝕性、防霉抗菌保健功能等優(yōu)良性能.因此在所有的服裝面料纖維中，大麻一直被譽(yù)為“天然纖維之王”，并被歐美專家稱為“人類至今以來(lái)發(fā)現(xiàn)的最完美纖維”.大麻纖維既可純紡，體現(xiàn)其強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，也可根據(jù)不同的混紡比與其它纖維(如棉、毛、絲、化纖等等)混紡，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ).為了更好地利用大麻纖維的優(yōu)勢(shì)和我國(guó)豐富的大麻資源來(lái)開發(fā)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品搶占國(guó)際市場(chǎng)，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，選擇大麻纖維、亞麻纖維、苧麻纖維、純大麻紗、麻/棉混紡紗、純大麻織物和麻/棉混紡織物作為研究對(duì)象，采用試驗(yàn)的方法對(duì)它們的各項(xiàng)性能進(jìn)行對(duì)比分析.

2 試驗(yàn)方法與結(jié)果

2.1 大麻纖維的化學(xué)組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)

大麻纖維的主要化學(xué)組成為纖維素，并含有一定數(shù)量的半纖維素、木質(zhì)素和果膠等.

采用高分辨率掃描電子顯微鏡SNG-3000對(duì)大麻纖維的橫截面以及縱向形態(tài)進(jìn)行觀察，放大倍率為500倍，所得圖像如圖1和圖2所示.

圖1 大麻纖維的橫截面形態(tài)圖 圖2 大麻纖維的縱向形態(tài)

纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)是指纖維在光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡乃至原子力顯微鏡(AFM)下能被直接觀察到的結(jié)構(gòu)[1].

從圖1和圖2可以看出，大麻纖維的橫截面呈中空型，中腔多為多角形，也有呈線形橢圓形腰圓形，但長(zhǎng)方形截面占多數(shù)；中腔約占橫截面積的1/2～1/3，纖維胞壁具有裂紋與小孔，大麻纖維良好的吸濕透氣性能與這種特殊的結(jié)構(gòu)密不可分.大麻纖維的縱向粗細(xì)不均勻，部分呈圓管狀，部分呈扁平帶狀，表面粗糙，有縱向縫隙和孔洞及橫向刀刻紋，無(wú)天然轉(zhuǎn)曲，單根纖維直徑縱向不勻大.一般大麻纖維單纖維長(zhǎng)度為15～25mm,細(xì)度為15～17μm.

2.2 麻纖維的性能分析

2.2.1 纖維的強(qiáng)度

采用XQ-2纖維強(qiáng)伸度儀對(duì)大麻、亞麻、苧麻纖維進(jìn)行測(cè)試.由表1可知，大麻纖維的強(qiáng)度略低于苧麻，高于亞麻，而伸長(zhǎng)率較低.由此可見，在麻類纖維中，大麻纖維具有很大的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì).另外，大麻纖維的強(qiáng)度測(cè)試所使用的是XQ-2纖維強(qiáng)伸度儀，這就確保了纖維伸長(zhǎng)的等速.影響大麻纖維強(qiáng)度的其他原因則是試驗(yàn)的條件，包括溫度、濕度、試樣長(zhǎng)度、試樣根數(shù)等[2].

2.2.2 纖維的細(xì)度

使用XD-1型纖維細(xì)度儀對(duì)大麻纖維進(jìn)行測(cè)試.在其他條件不變時(shí)，纖維越細(xì)，則在成紗時(shí)單位截面內(nèi)所含有的纖維根數(shù)越多，纖維與纖維之間的接觸面積越大，摩擦力越大，在拉伸時(shí)纖維之間的滑脫幾率越小，成紗強(qiáng)度越高；此外纖維越細(xì)，成紗的條干越好，條干不勻率就越低[3].由表1可以看出，大麻纖維是各種麻纖維中細(xì)度較細(xì)的一種，而其細(xì)度與強(qiáng)度是息息相關(guān)的.

2.2.3 纖維的摩擦性能

采用Y151型纖維摩擦系數(shù)儀,在溫度為20±3℃，相對(duì)濕度為60±5%的情況下測(cè)試了大麻纖維的摩擦系數(shù)，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1.大麻纖維的摩擦系數(shù)接近0.3，介于苧麻和亞麻之間.因?yàn)樵诶w維加工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)纖維和纖維、纖維和機(jī)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而會(huì)出現(xiàn)摩擦問題.大麻纖維的摩擦系數(shù)較小，則有利于后序加工.其實(shí)纖維間一定的摩擦有利于纖維的各種初加工并且可以增加纖維間的抱合力，一定條件下可以阻礙纖維間的相對(duì)滑移，增加紗線的強(qiáng)力，還對(duì)織物的手感產(chǎn)生一定影響[4].

2.2.4 纖維的回潮率

紡織材料的吸濕或放濕不僅會(huì)引起材料本身的重量變化，而且纖維的吸濕性會(huì)對(duì)該纖維的密度、體積、力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)等產(chǎn)生影響.特別是纖維的導(dǎo)電性對(duì)紡紗性能和條干均勻度有很大的影響.而纖維的吸、放濕性能又決定了纖維的導(dǎo)電性，所以纖維回潮率顯得更為重要，它會(huì)直接影響各道工序制品質(zhì)量及紡制過程的穩(wěn)定性[5].目前對(duì)纖維吸濕性的表征指標(biāo)主要有回潮率W(水分含量占纖維干重的百分率)和含水率M(水分含量占纖維濕重的百分率).

由表1看出，大麻纖維的公定回潮率為14.94%，而實(shí)際測(cè)得的回潮率平均不大于14%.因?yàn)榇舐槔w維的回潮率較大，并且大麻纖維表面分布著許多裂隙和微孔，與纖維中心細(xì)長(zhǎng)的空腔相連，這種結(jié)構(gòu)形式就象一根細(xì)長(zhǎng)鋼管表面布滿了孔、洞[6].這種天然生成的物理結(jié)構(gòu)形成了優(yōu)異的毛細(xì)效應(yīng)，加之較高的回潮率使大麻纖維的吸濕透氣性能格外突出.

表1 三種麻纖維部分物性比較

2.3 紗線的性能分析

2.3.1 紗線的捻度

采用Y331A捻度儀對(duì)純大麻紗和麻棉混紡紗進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)樵囼?yàn)紗線為z捻單紗，所以用直接計(jì)數(shù)法對(duì)紗線進(jìn)行退捻，試樣長(zhǎng)度為250 mm,試驗(yàn)次數(shù)是20次.捻度測(cè)得數(shù)據(jù)見表2.

從表2可以看出,純大麻紗的捻度為44捻/10cm，而大麻/棉混紡紗的捻度較大，為108捻/10cm.混紡紗的捻度較大是由于大麻纖維和棉纖維均為短纖維，較大的捻度可以使大麻纖維和棉纖維更好地抱合，以此來(lái)增加紗線的強(qiáng)力.紗線捻度與強(qiáng)力有著密不可分的關(guān)系：隨著捻度的增加,紗線強(qiáng)力繼續(xù)增加,但到臨界捻度之后,若繼續(xù)增加捻度,強(qiáng)力反而下降.這是因?yàn)榧喚€捻度增加,纖維間摩擦阻力增加,但是捻度過大會(huì)增加紗條內(nèi)外纖維應(yīng)力分布不勻,加劇纖維斷裂的不同時(shí)性.

2.3.2 紗線的強(qiáng)度

采用YG021型單紗強(qiáng)力儀來(lái)測(cè)定純大麻紗和麻棉混紡紗的強(qiáng)度.單次試驗(yàn)紗線長(zhǎng)度為500 mm,各樣品測(cè)試30次.測(cè)得紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率見表2.

從表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，純大麻紗具有較大的強(qiáng)度，較小伸長(zhǎng).這是由于大麻紗線的韌性好，而紗線的強(qiáng)度很大程度上取決于纖維本身的性能.而混紡紗強(qiáng)度明顯比純大麻紗的強(qiáng)度小，伸長(zhǎng)比純大麻紗線大，這在很大程度上是由于棉纖維的加入，混紡比對(duì)紗線強(qiáng)度會(huì)有很大影響.在二組分混紡紗中，當(dāng)其中一組分混紡比由零逐漸增加時(shí)，混紡紗強(qiáng)度一般逐漸降低，至最低值后若繼續(xù)增加這一組分的比例，紗線強(qiáng)度又逐漸提高.兩種相混纖維的斷裂伸長(zhǎng)率差異越大，紗線強(qiáng)度的這種現(xiàn)象越明顯.

2.3.3 紗線的細(xì)度

采用纖維稱重儀來(lái)測(cè)定純大麻紗和麻棉混紡紗的細(xì)度.測(cè)得1 m長(zhǎng)紗線的克重，測(cè)試次數(shù)為15次，并將結(jié)果換算成1000 m長(zhǎng)紗線的克重，即特克斯.換算公式：Ntex=(g/L)×1000(g為紗線的克重，L為紗線的長(zhǎng)度).測(cè)得數(shù)據(jù)見表3.

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的純大麻紗線細(xì)度為41.14tex，麻棉混紡紗的細(xì)度為38.14tex.紗線的細(xì)度與紗線的強(qiáng)度有一定的關(guān)系，并且紗線的細(xì)度會(huì)影響其后道工序的進(jìn)行，比如大麻織物的織造.

表2 紗線的性能參數(shù)

2.4 大麻織物的性能測(cè)試

應(yīng)用FAST系統(tǒng)測(cè)定了4個(gè)大麻織物產(chǎn)品的織物風(fēng)格，從而對(duì)4個(gè)大麻織物作特性比較.SiroFAST-1壓縮儀是用于測(cè)定不同負(fù)荷下的織物厚度，若織物進(jìn)行過后整理，織物厚度能反映整理工序的均勻性和所用整理劑的穩(wěn)定性.SiroFAST-2彎曲儀則是用于測(cè)定織物彎曲長(zhǎng)度和織物彎曲剛度.服用紡織品的使用性能在很大程度上取決于它的彎曲特征,如服裝穿著的適體、造型的自然、成形的不起拱和無(wú)折皺等.SiroFAST-3拉伸儀是測(cè)定織物在不同負(fù)荷下的伸長(zhǎng)和織物斜向(對(duì)角線方向)的伸長(zhǎng)以及剪切剛度[7].

表3分別給出了純大麻紗作為緯紗的大麻交織織物和大麻/棉混紡紗作為緯紗的大麻交織織物的織物風(fēng)格.

表3 大麻織物各性能測(cè)試匯總表

注：產(chǎn)品1為純大麻紗為緯紗的平紋大麻織物；產(chǎn)品2為純大麻紗為緯紗的斜紋大麻織物；產(chǎn)品3為麻/棉混紡紗為緯紗的平紋大麻織物；產(chǎn)品4為麻/棉混紡紗為緯紗的斜紋大麻織物；ST20下織物厚度為輕負(fù)荷20P下的織物厚度；伸長(zhǎng)率E5、E20、E100分別為5cN/cm、20 cN/cm、100 cN/cm負(fù)荷下織物的伸長(zhǎng)率.

從表3可以看出，純大麻紗和大麻/棉混紡紗所織造織物的彎曲性能差異較大，純大麻紗作為緯紗的織物的彎曲剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于麻棉混紡紗作為緯紗的彎曲剛度，因此純大麻織物比麻棉混紡紗織物硬挺.但是純大麻紗線的伸長(zhǎng)并沒有麻/棉混紡紗大，這就說(shuō)明了大麻織物強(qiáng)度大，伸長(zhǎng)小、硬挺性好、成形性較差.

實(shí)際上，織物彎曲剛度往往與纖維的抗彎性與摩擦性能、紗線的抗彎剛度及其混紡比、織物組織結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)指標(biāo)、后整理和染整工藝及織造工藝參數(shù)等相關(guān).例如：經(jīng)紗張力、打緯力等的大小改變,可以顯著改變彎曲剛度的數(shù)值[8].

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今世界，人們?cè)谧非蠹徔椘?、服裝花型美觀、大方的同時(shí)，更加重視其舒適、生態(tài)環(huán)保和功能特性.大麻纖維歷史悠久，但其產(chǎn)品的開發(fā)仍然存在著許多挑戰(zhàn).本文通過測(cè)試分析大麻纖維、大麻純混紡紗線和大麻織物的基本性能，并且比較分析三種麻類纖維的部分物性，發(fā)現(xiàn)大麻產(chǎn)品的開發(fā)和利用價(jià)值還是很大的.隨著科技的發(fā)展，大麻纖維以其高強(qiáng)度、優(yōu)良的吸濕透氣性能和穿著不貼身舒爽等其他天然纖維所不可比擬的特性，其產(chǎn)品將會(huì)得到越來(lái)越多人們的喜愛.所以我們應(yīng)該合理利用大麻纖維的優(yōu)良性能以及我國(guó)豐富的大麻資源，充分發(fā)揮大麻纖維的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)優(yōu)質(zhì)的大麻產(chǎn)品.

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Abstract： Hemp fiber is one of the fibers which have green and environmental features. This paper mainly tests, analyzes and studies the properties of hemp fiber, pure and mixture hemp yarn and hemp fabrics. These properties include hemp fiber’s morphology, chemical composition, tensile strength, elongation, fineness, performance, moisture regain, pure hemp yarn and hemp blend yarn’s twist, breaking strength, hemp fabric’s thickness, blending and tensile properties, etc. Compared with the properties of linen and ramie, hemp’s advantages are highlighted. The paper holds that we can seize the international market and expand the hemp products’ application areas by using the properties of hemp fiber and taking advantage of the rich hemp resources in our country.

Keywords：hemp fiber; structure and property; hemp product