萬壽菊纖維：新一代天然纖維

O.Sadalkar, R.Shinde, A.Rathod, R.Sawant

賈瓦哈拉爾達(dá)爾達(dá)工程與技術(shù)研究所(印度)

從環(huán)境角度看，天然纖維具有獨(dú)特的性質(zhì)。幾十年來，韌皮纖維被廣泛用作各種紡織用途的原材料。這類纖維是通過各種漚制方法從植物莖中提取的。漚制過程中微生物的生長(zhǎng)與繁殖有助于從植物莖中分離纖維。

萬壽菊花在節(jié)日期間具有特殊的重要性，市場(chǎng)上對(duì)這種花卉全年都有著固定的需求。萬壽菊花以其色彩和諧而聞名。萬壽菊有許多不同的品種，Tagetes erecta L是其中的一種，它的花和葉子比其他品種的萬壽菊小。萬壽菊植株(圖1)通常生長(zhǎng)在陽光充足的地方。從萬壽菊花中提取的精油在治療血脂性肥胖、腸道炎癥及提高免疫等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。萬壽菊花油還具有抗氧化的作用。

圖1 萬壽菊植株

萬壽菊常見于熱帶和亞熱帶地區(qū)。印度就種植有多個(gè)品種的萬壽菊，應(yīng)用于花園、室內(nèi)裝飾及其他特殊場(chǎng)合。

韌皮纖維的化學(xué)成分和形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含不同分級(jí)組織和不同含量的多種化學(xué)成分。天然纖維主要由纖維素、木質(zhì)素和果膠等纖維素物質(zhì)組成。這些韌皮纖維常用于制備各種常規(guī)和非常規(guī)紡織產(chǎn)品。大多數(shù)天然韌皮纖維在低成本、低密度、高韌性和優(yōu)良的生物降解性等方面均優(yōu)于玻璃纖維和碳纖維等增強(qiáng)纖維。隨著全球環(huán)境污染的加劇，人們對(duì)天然、可生物降解韌皮纖維的需求日益增長(zhǎng)，其可用于替代碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維等合成纖維。

近年來，隨著在汽車和建筑材料等輕量化工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，天然纖維受到越來越多的關(guān)注。這些天然纖維在環(huán)境安全方面發(fā)揮著重要作用。天然纖維具有完全可再生、環(huán)保、強(qiáng)度高、耐磨損、成本低及可生物降解等特性。

1 材料與方法

1.1 材料

萬壽菊纖維是采用積水漚法從萬壽菊植物莖中提取的(圖2)。漚制是微生物和水分作用于植物莖部的過程，它通過溶解纖維束周圍的細(xì)胞組織和果膠，使纖維與莖分離。在漚制過程中，將捆扎的萬壽菊莖浸入積水箱中，隨著漚制過程中生物降解程度的漸進(jìn)，纖維會(huì)松散開并從木質(zhì)莖上分離出來。將萬壽菊束浸入40～50 cm深的水中，漚制過程持續(xù)15～20 d。當(dāng)植物的皮易于與莖分離時(shí)，說明可以提取纖維了。在這個(gè)過程中，輕輕刷洗莖桿以去除木漿，采用剝離法從莖稈上分離纖維，然后使用清水洗滌提取的纖維并在室溫下晾干。

圖2 從萬壽菊莖中提取纖維

1.2 測(cè)試方法

采用不同的測(cè)試方法對(duì)萬壽菊纖維的物理特性進(jìn)行研究。

1.2.1 纖維強(qiáng)度

纖維強(qiáng)度通常是衡量紡織纖維的主要特性。采用Instron 強(qiáng)力儀，根據(jù) ASTM D 3822 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試萬壽菊纖維的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

1.2.2 伸長(zhǎng)率

伸長(zhǎng)率指標(biāo)用纖維斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率表征。采用 Instron強(qiáng)力儀測(cè)試萬壽菊纖維的斷裂伸長(zhǎng)率。

1.2.3 纖維線密度

纖維線密度用于表征給定粗細(xì)紗線橫截面中纖維的根數(shù)。

1.2.4 含水率

含水率是紡織材料非常重要的特性，它用于表征纖維的吸濕特性。

1.2.5 扭轉(zhuǎn)剛度

纖維的扭轉(zhuǎn)剛度用于表征其抗扭曲性。扭轉(zhuǎn)剛度定義為在纖維中加入單位捻度所需的耦合，即單位長(zhǎng)度試樣兩端之間的扭轉(zhuǎn)角。

1.2.6 彎曲剛度

彎曲剛度定義為將纖維彎曲到單位曲率半徑所需的力偶，它與軸向模量直接相關(guān)。

2 結(jié)果與討論

2.1 強(qiáng)度

纖維強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖3所示。可以看出，萬壽菊纖維的強(qiáng)度與亞麻、黃麻和棉纖維相當(dāng)。纖維強(qiáng)度主要取決于纖維的分子結(jié)構(gòu)和組成。

圖3 纖維強(qiáng)度

2.2 伸長(zhǎng)率

纖維伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果如圖 4 所示?？梢钥闯?，萬壽菊纖維的伸長(zhǎng)率與黃麻、亞麻和苧麻纖維相近，原因可能是這幾種纖維具有相似的聚合物、分子結(jié)構(gòu)和組成。

圖4 纖維伸長(zhǎng)率

2.3 纖維線密度

萬壽菊纖維的線密度為25.7 tex。纖維線密度對(duì)成紗和織物的質(zhì)量具有重要的影響。纖維線密度增大，紗線的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)剛度成比例下降。

2.4 含水率

纖維含水率測(cè)試結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，萬壽菊、棉、黃麻、亞麻和苧麻纖維的含水率分別為9.77%、7.34%、12.00%、10.00%和6.97%，表明萬壽菊纖維的吸濕性較好。纖維吸濕性可能與纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)。

圖5 纖維含水率

2.5 扭轉(zhuǎn)剛度

纖維扭轉(zhuǎn)剛度用于表征纖維的抗扭曲性能。萬壽菊纖維的扭轉(zhuǎn)剛度為 84.82×10-5N/cm2。扭轉(zhuǎn)剛度取決于纖維的形狀、生長(zhǎng)條件和纖維壁厚。

2.6 彎曲剛度

纖維的彎曲剛度可定義為與紡織纖維彎曲性能有關(guān)的剛度。萬壽菊纖維的彎曲剛度為2.48×106N/mm2。紗線或纖維直徑是影響織物剛度的最重要的結(jié)構(gòu)特性。

3 結(jié)論

萬壽菊纖維的強(qiáng)度接近亞麻、黃麻和棉纖維，纖維伸長(zhǎng)率與黃麻、亞麻和苧麻纖維相近，纖維含水率與棉、黃麻、亞麻和苧麻纖維相似。由此可知，這種萬壽菊纖維作為一種新一代天然纖維，與其他天然纖維類似，具有獨(dú)特的性能，在紡織領(lǐng)域及其相關(guān)行業(yè)如產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)具有潛在的應(yīng)用前景。