植物染莫代爾纖維的性能研究

張建明 王曉菲 崔 潔

（德州恒豐紡織有限公司，山東德州，253500）

紡織品高品質(zhì)化已成為現(xiàn)代紡織工業(yè)的主要發(fā)展方向，也是提高產(chǎn)品檔次和附加值的有效途徑。進(jìn)入21 世紀(jì)，人們更加崇尚回歸自然，追求舒適保健、低碳環(huán)保的生活，對紡織品的需求在品質(zhì)上有了更高的要求。因此，植物染色產(chǎn)品的深度開發(fā)，對滿足市場需求、引領(lǐng)色紡紗向高端化方向發(fā)展具有重要意義。

植物染亦稱草木染，是我國傳統(tǒng)的染色方法，距今已有3 000 多年的歷史。作為取材于天然植物的植物染色技術(shù)，在化學(xué)染料還未被人類廣泛應(yīng)用前，植物染料一直是紡織印染生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用量最大的染色原料。盡管植物染因化工染料的興盛而退出紡織印染大眾化市場，但其在全球紡織印染技藝領(lǐng)域從未間斷，比如國內(nèi)的軋染、蠟染等技藝依然有應(yīng)用，在日本、韓國、意大利等國家依然有固定人群從事著植物染色藝術(shù)制作［1-4］。在我國，目前有十幾家小批量差異化專業(yè)從事植物染色紡織品經(jīng)營的單位。植物染色紡織品因?yàn)槿旧T多綜合技術(shù)差于化學(xué)染色技術(shù)，所以沒有實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營，時(shí)至今日植物染料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用似乎只能與“手工藝術(shù)制作”、“高端消費(fèi)品”、“小眾化消費(fèi)者”等聯(lián)系在一起，所以植物染色的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)的工業(yè)化任重道遠(yuǎn)。與傳統(tǒng)的植物染色技術(shù)相比，成本大幅降低，效率大幅提高，質(zhì)量更加穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一，是實(shí)現(xiàn)植物染色產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展方向［5］。

植物染纖維色紡紗生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)一系列的問題，比如梳棉生產(chǎn)過程中纖維纏繞刺輥和錫林、分梳較難、靜電大難成條；并條生產(chǎn)過程中纖維纏繞羅拉和膠輥，纖維發(fā)黏堵塞喇叭口，生產(chǎn)速度較低；粗紗生產(chǎn)過程中纖維纏繞膠輥；細(xì)紗生產(chǎn)過程中膠輥帶花、纖維纏繞網(wǎng)格圈等；紡紗工藝全過程中粉塵嚴(yán)重，有色顆粒物附著在針布、膠輥和羅拉上；含色量受限，不能生產(chǎn)某些產(chǎn)品等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題對纖維進(jìn)行可紡性分析，發(fā)現(xiàn)植物染色纖維的表面性能是影響其可紡性的主要原因，包括表面雜質(zhì)、摩擦及靜電性能等。我們采用掃描電鏡、摩擦因數(shù)測試儀等對植物染莫代爾纖維的表面性能進(jìn)行了研究，為后續(xù)改善植物染纖維可紡性提供理論基礎(chǔ)。

1 植物染莫代爾纖維種類及試驗(yàn)儀器

對本色莫代爾纖維進(jìn)行植物染色，分別為茜草植物染莫代爾纖維，紅色；姜黃植物染莫代爾纖維，黃色；靛藍(lán)植物染莫代爾纖維，藍(lán)色。采用S-3000N 型掃描電鏡測試?yán)w維表面特征；X-ACT 型能譜測試儀測試分析纖維表面成分。XCF-1A 型纖維摩擦因數(shù)測試儀和YG321 型纖維電阻儀，了解植物染后纖維的導(dǎo)電性能及摩擦因數(shù)變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 植物染纖維掃描電鏡

按照隨機(jī)取樣的方法取3 種植物染莫代爾纖維，用S-3000N 型掃描電鏡觀察纖維形貌。將纖維貼在樣品臺上，噴金處理約140 s，掃描電壓15 kV 或20 kV，放大1 000 倍，環(huán)境溫度23 ℃，相對濕度60%。圖1 為幾種植物染纖維表面掃描電鏡圖片。

圖1 幾種莫代爾纖維的掃描電鏡圖

從圖1 中可以看出，3 種植物染纖維表面附著著不同的顆粒物。經(jīng)過植物染色后纖維表面的顆粒物使得纖維表面非常粗糙，其中藍(lán)色纖維表面附著物呈結(jié)塊狀，顆粒物大小在3 μm～10 μm；紅色、黃色纖維表面附著物分布比較均勻，其中紅色纖維表面顆粒物為圓形顆粒狀，黃色纖維表面顆粒物為片狀，兩種顆粒物大小在0.5 μm～4 μm。纖維表面附著的顆粒物是工業(yè)化紡紗過程中出現(xiàn)粉塵及針布、膠輥和羅拉上附著有色顆粒物的主要原因，也是影響植物染纖維可紡性的重要原因。

2.2 纖維的靜電性能

2.2.1 纖維綜合摩擦因數(shù)

將3 種植物染莫代爾纖維按照隨機(jī)取樣的方式分別取樣30 組，用XCF-1A 型纖維摩擦因數(shù)測試儀測試?yán)w維的摩擦性能；張力夾負(fù)荷為0.20 cN，摩擦輥速度30 r/min（測定動摩擦因數(shù)），摩擦輥下降速度10 mm/min（測定靜摩擦因數(shù)），下降時(shí)間6 s，總時(shí)間范圍15 s，金屬輥直徑8 mm，測試溫度25 ℃，相對濕度65%。最后用綜合摩擦因數(shù)表征纖維的摩擦性能，綜合摩擦因數(shù)=動摩擦因數(shù)×40%+靜摩擦因數(shù)×60%。

測試結(jié)果表明：茜草植物染莫代爾纖維的綜合摩擦因數(shù)0.254，姜黃植物染莫代爾纖維的綜合摩擦因數(shù)0.255，靛藍(lán)植物染莫代爾纖維的綜合摩擦因數(shù)0.273；本色莫代爾纖維綜合摩擦因數(shù)0.196。結(jié)合圖1 中植物染莫代爾纖維的掃描電鏡可以看出，植物染莫代爾纖維的表面附著物顆粒越大，纖維的綜合摩擦因數(shù)也越大。纖維的綜合摩擦因數(shù)大，摩擦產(chǎn)生的附加張力增大，斷頭率增加，嚴(yán)重影響成紗過程中成卷、梳理、牽伸、卷繞等工藝。

2.2.2 纖維質(zhì)量比電阻

按照隨機(jī)取樣的方式，每種纖維取15 g，共3份樣品，置于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（溫度20 ℃±2 ℃，相對濕度65 %±2 %）平衡4 h 以上，采用YG321型纖維電阻儀測試?yán)w維的靜電性能，采用質(zhì)量比電阻表征纖維的靜電性能。纖維質(zhì)量比電阻=纖維平均電阻值×纖維質(zhì)量/兩極板之間距離的平方。其中，纖維平均電阻值單位為Ω，纖維質(zhì)量取15 g，兩極板之間距離取2 mm。

按照以上方法測試莫代爾纖維的質(zhì)量比電阻結(jié)果為：茜草植物染莫代爾纖維質(zhì)量比電阻6.01×109Ω·g/cm2，姜黃植物染莫代爾纖維質(zhì)量比電阻7.87×109Ω·g/cm2，靛藍(lán)植物染莫代爾纖維質(zhì)量比電阻5.32×109Ω·g/cm2，均遠(yuǎn)大于本色莫代爾纖維的質(zhì)量比電阻4.91×108Ω·g/cm2。纖維的質(zhì)量比電阻越高，纖維摩擦越易產(chǎn)生靜電，且靜電不易散逸，導(dǎo)致纖維相互排斥，纖維蓬松不易成卷、成網(wǎng)、成條，纖維易吸附在通道或機(jī)件上形成纏繞、堵塞斷頭，影響其可紡性。

2.3 纖維表面固體物能譜元素

將3 種植物染莫代爾纖維按照隨機(jī)取樣的方式，取一定量的纖維，放入蒸餾水中，機(jī)械攪拌10 min，提取清洗液離心后真空干燥備用。

將上述提取的干燥固體物平鋪在樣品臺上，采用X-ACT 型能譜測試儀測試3 種固體物，測試加速電壓20 kV，采集時(shí)間10 s，探測器ADD。測試結(jié)果表明：茜草染料組成元素為C（64.57%）、O（29.11%）、AI（4.69%）及少量的Si、Ti、S、Ca、Cl、Fe；姜黃染料組成元素為C（45.50%）、O（37.17%）、AI（11.75%）、Si（2.22%）及少量的Ca、Cu、S、Mg、Na、Cl；靛藍(lán)染料組成元素為C（48.86%）、O（38.28%）、Ca（5.26%）、Si（3.06%）、Al（2.28%）及少量的Cu、Mg、S、Fe、Na、Cl、Zn。固體顆粒物中大多為植物染料顆粒；其他元素可能來自于植物提取過程中殘留或染色過程中引入的媒染劑。

分析認(rèn)為：植物染莫代爾纖維表面固體物成分均為媒染劑中的黏土成分，基本為硅鋁酸鹽以及少量的鎂、鐵、鈉、鈣等無機(jī)鹽；通過掃描電鏡圖片也可清晰地看到纖維表面的顆粒物，這些顆粒的附著均會對纖維的表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其可紡性，尤其是牽伸、卷繞等，與機(jī)械、橡膠等接觸時(shí)都會產(chǎn)生吸、纏現(xiàn)象。因此，要想實(shí)現(xiàn)植物染纖維的紡織工業(yè)化生產(chǎn)，必須對植物染莫代爾纖維原料進(jìn)行再處理，以改善纖維表面的物理性能，提高其可紡性。

3 結(jié)束語

通過測試3 種植物染莫代爾纖維的表面性能可知，植物染莫代爾纖維存在纖維表面附著顆粒含量較多、纖維質(zhì)量比電阻較高、纖維綜合摩擦因數(shù)較大等問題；這對3 種莫代爾纖維的可紡性造成了一定程度的影響。要改善3 種植物染莫代爾纖維的可紡性，需要去除纖維表面附著的顆粒物，并對纖維進(jìn)行養(yǎng)生處理，改善纖維的靜電及摩擦性能，因此探究纖維養(yǎng)生處理技術(shù)及研究養(yǎng)生裝備十分重要。