唐占偉1 張華2 來侃1 1)西安工程大學,陜西西安 710048; 2)總后勤部軍需裝備研究所,北京100088
【摘要】 針對大麻纖維剛性大,延伸性差,纖維硬而脆,在外力作用下易產生永久變形等問題,采用液氨處理來改善其理化性能。研究液氨處理對大麻纖維理化性能的影響,并對實驗結果進行分析,結果表明:大麻纖維經過液氨處理后,纖維密度由處理前的115377 g/cm3下降為處理后的115319 g/cm3 ;壓縮率和壓縮彈性率得到提高;靜摩擦因數和動摩擦因數有所減小;液氨處理對大麻纖維的束纖維強力影響不大,但使其染色性能得到改善。
【關鍵詞】 大麻; 液氨處理; 物理性能; 染色性能
作為一種天然纖維素纖維,大麻纖維具有良好的透氣性,天然的抗菌抑菌性,抗紫外輻射和耐高溫等性能,其織物穿著涼爽不貼身[1]。同其他麻類織物相比,大麻織物的粗糙感和刺癢感較輕,因此大麻纖維紡織品越來越受到消費者的喜愛。然而,大麻纖維剛性大,延伸性差,纖維硬而脆,在外力作用下易產生永久變形[2],影響其在服裝面料上的應用。液氨處理在棉纖維上的應用取得了較好的成效,處理后棉纖維的結晶度和取向度都有所下降,使其織物手感柔軟,尺寸穩定性增加[3]。同樣,在苧麻和亞麻纖維上也獲得了較好的效果,苧麻纖維經液氨處理后,纖維表面變得光滑,結晶度有所下降,纖維內部尺寸較大的孔穴減少,尺寸較小的孔穴增多,孔穴分布趨于均勻,水可及度大幅度提高[4];亞麻纖維經液氨處理后結晶度和取向度降低,染色性能得到改善[5],但液氨處理方法在大麻加工中的應用,尚少有報道。本文通過對液氨處理前后大麻纖維表觀結構以及物理性能和染色性能的研究,以期為液氨處理在大麻纖維上的應用提供理論依據。
1 實驗部分
1·1 材 料
經脫膠處理后的大麻精干麻。
1·2 設 備
間歇式液氨處理系統(總后勤部軍需裝備研究所制) ,PS-WT-I
1·3 實驗方法
1·3·1 纖維形態結構
用哈氏切片器將纖維切片后放到載玻片上,滴加少量甘油制成觀察片,在PS-WT-I 電子顯微細度檢測儀下放大,觀察纖維截面和縱向形態,放大倍數為2000倍。
1·3·2 纖維密度
采用四氯化碳和二甲苯配置密度梯度管,制作纖維小球,小球直徑2mm,做5次實驗,取平均值。
1·3·3 束纖維強力
采用YG015 型束纖維強力儀測試大麻纖維的束纖維強力。試樣質量為420mg,夾持長度為10cm,拉伸速度為10mm/min ,測試15次取平均值。
1·3·4 纖維摩擦性能
采用Y151型纖維摩擦因數測定儀測大麻纖維的摩擦因數, 轉速為12 r/min ,預加張力夾質量為200 mg,每根纖維測2次,共測30次取平均值。
1·3·5 纖維壓縮性能
采用恒定壓力法測試纖維的壓縮性能, 輕壓0.1 kg ,加壓時間10s ;重壓1.005 kg ,加壓時間60s;壓腳面積22.19cm2,恢復時間180s,做6次實驗取平均值。
1·3·6 纖維染色性能
采用Rapid 紅外染色小樣機,利用活性染料Remazol Red RGB(Dystar公司),按文獻[6]的方法繪制上染率曲線。
2 結果與討論
2·1 纖維形態結構
圖1 為液氨處理前后大麻纖維的縱向圖。可以看出,液氨處理前后大麻纖維縱向結構發生了較大的變化。處理前大麻纖維縱向凹凸不平且有很多缺陷,纖維在生長過程中所形成的麻節明顯,纖維粗細不勻。液氨處理后大麻纖維表面結構獲得了較好的改善,纖維凹凸不平及麻節現象不再明顯,纖維變
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圖2 為液氨處理前后大麻纖維的橫截面圖。可以看出,液氨處理前大麻纖維干澀扁平,胞腔較大,
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纖維間分離度較差,多數呈束纖維狀。經液氨處理后纖維變得相對圓潤,管壁增厚,胞腔相對減小,纖維截面變圓, 纖維直徑有所增大, 纖維分離程度提高。
分析認為,造成這種變化的原因在于液氨分子是一種極性小分子,黏度低,滲透性強,能在短時間內滲透到纖維內部,不僅能到達纖維的無定形區,而且能滲透到晶區表面,使纖維結晶度降低,結晶尺寸變小[7],同時會使纖維膨化,形態結構發生變化,最終也影響纖維素纖維的性能。
2·2 纖維密度
液氨處理使大麻纖維的密度相對下降,由處理前的1.5377 g/cm3下降為處理后的1.5319 g/cm3 ,這是由液氨的消晶作用造成的。研究表明,纖維素纖維經液氨處理后,結晶度有所下降,無定形區增加,微孔數量增多[8] ,因此大麻纖維的密度有所下降[9]。
2·3 束纖維強力
天然纖維由于纖維粗細不同、結構和性質的差異較大等方面原因,致使天然纖維的單纖維強力離散性很大,因此其拉伸實驗常用束纖維(多根纖維)強力來表征。
液氨處理后大麻纖維的束纖維強力稍有下降,由處理前的383.936 N下降為處理后的378.563 N ,這是因為大麻纖維經液氨整理后,液氨小分子的滲透和溶脹作用使大麻纖維的結晶度和取向度有所下降,對纖維的強力產生不利影響;但也使大麻纖維的分子鏈發生重排而趨于均一[10] ,避免了拉伸時產生應力集中現象。這二方面因素的影響使處理前后纖維的強力變化不大。
2·4 纖維摩擦性能
纖維的摩擦性能關系到纖維加工的全過程。在加工過程中,經常存在纖維與纖維、纖維與機件之間的相對運動,從而會出現纖維與纖維、纖維與其他材料的摩擦問題[11]。經液氨處理后大麻纖維的靜摩擦因數和動摩擦因數都有所下降,未處理大麻纖維靜摩擦因數和動摩擦
2·5 纖維壓縮性能
大麻纖維結晶度高,取向度大的結構特點,使纖維本身剛性大,彈性差,易產生折皺,因而改善大麻纖維的柔軟度和耐折性能,對提高大麻纖維服用性能具有重要意義。
表1 為液氨處理前后大麻纖維壓縮性能的測試結果。可以看出,液氨處理可以提高纖維的壓縮性能。分析原因認為,一方面,液氨處理使大麻纖維結晶度和取向度下降、微孔孔徑趨于均勻[8]; 另一方面,天然的麻節、纖維表面凹凸不平及纖維粗細不均勻等缺陷得到了改善。受這2方面因素的影響使纖維剛性下降且受力更加均勻,因而經液氨處理后的大麻纖維的手感變得柔軟且彈性有所增加。
表1 液氨處理前后大麻纖維壓縮性能
| 處理前后 | 壓縮率 | 壓縮彈性率 | 蓬松度 |
| 處理前 | 57.4 | 34.0 | 3.014 |
| 處理后 | 61.3 | 35.8 | 3.051 |
2·6 纖維染色性能
液氨處理前后大麻纖維的上染率曲線和染色后纖維橫截面如圖3、4 所示。.jpg)
從圖3 中可以發現,液氨處理后大麻纖維的上染速率和上染率得到了提高。從圖4 可以
3 結 論
1) 液氨處理改善了大麻纖維的表觀結構,纖維光滑圓潤,粗細均勻,并使大麻纖維的分離度得到了提高。
2) 液氨處理后大麻纖維的密度由處理前的1.5377 g/cm3下降為處理后的1.5319 g/cm3 ;靜摩擦因數和動摩擦因數都有所減小,壓縮率由處理前的57.4 %上升到處理后的61.3 % ,壓縮彈性率由處理前的34%上升到35.8% ,纖維的手感和彈性有所改善。
3) 液氨處理提高了大麻纖維的上染率,由處理前的67.62%上升到處理后的76.9% ,染透性能也得到改善。
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