木棉纤维的性能及其应用前景

摘要:

主要介绍了木棉纤维的结构特征以及物理性能和化学性质,并且阐述了木棉纤维的应用领域。

关键词:木棉纤维;结构特征;物理性能;化学性质

1前言

木棉纤维是锦葵目木棉科内几种栽培种植物果荚内附着的纤维,属单细胞纤维,与棉纤维相同[1]。但棉纤维是种子纤维,由种子的表皮细胞生长而成,纤维附着于种子上。木棉纤维是果实纤维,附着于木棉蒴果壳内壁,由内壁细胞发育、生长而成。木棉纤维在蒴果壳体内壁的附着力小,分离容易。目前应用的木棉纤维主要指木棉属的木棉种、长果木棉种和吉贝属的吉贝种这三种植物果实内的棉毛。

木棉纤维具有独特的薄壁大中空结构和质轻拒水吸油的优良特性[2]。但一直以来,木棉纤维因其长度较短、强度低、抱合力差和缺乏弹性,难以单独纺纱,导致其在纺织方面的应用具有很大的局限性。但是木棉纤维在光泽、吸湿性和保暖性方面具有独特优势,在崇尚绿色环保材料的今天有良好的应用前景。

2木棉纤维的基本性能

2.1物理性能

木棉纤维有白、黄和黄棕色三种,纤维长约8mm～32mm,直径约20µm～45µm。纵向外观呈圆柱形,表面光滑,不显转曲;中段较粗,根端钝圆,梢端较细,两端封闭。纤维截面为圆形或椭圆形的大中空管壁,中空度高达80%～90%,截面细胞未破裂时呈气囊结构,破裂后纤维呈扁带状。木棉纤维的纵向外观和横截面结构分别如图1和图2所示。

木棉纤维独特的纤维结构也决定了它不同于其他自然纤维的基本性能。木棉纤维的基本物理性能见表1。

木棉纤维的中空度较高,细胞壁薄,因而相对密度小,浮力好。纤维在水中可承受相当于自身20～36倍的负荷而不致下沉[3]。由于其长度较短、强度低、抱合力差,难以单独纺纱,这是过去一直没有很好地应用木棉纤维的一大原因。木棉纤维的相对扭转刚度为71.5×10-4 eN・em2・tex-2,比玻璃纤维的还大,这会引起加捻效率降低。木棉纤维的回潮率可达10.73%,和丝光棉的10.6%相当。木棉纤维的平均折射率为1.71761比棉的1.59614略高,这就导致木棉纤维光泽明亮,光滑的圆截面更增加了光泽度。

2.2木棉纤维的化学性能

木棉纤维含有约占64%左右的纤维素,约占13%的木质素,此外还含有8.6%的水分,1.4%～3.5%的灰分,4.7%～9.7%的水溶性物质和2.3%～2.5%的木聚糖以及0.8%的蜡质。

木棉纤维具有良好的化学性能,耐酸性好,常温下稀酸对其没有影响,并且木棉纤维耐碱性能良好,常温下NaOH对木棉没有影响[4]。将木棉纤维置于不同的溶剂中,在不同的溶解条件下观察其化学溶解情况,结果见表2。

木棉纤维可用直接染料染色,但由于木棉纤维含有大量木质素和半纤维素,它们和纤维素互相纠缠及分子间力作用导致了纤维素纤维部分羟基被阻止,并且互相纠缠导致了染料分子不能顺利进入,使得其上染率仅为63%。

3木棉纤维的应用

3.1中高档服装、家纺面料

木棉纤维可纺性能差,一般难以纯纺。采用与棉、粘胶或其他纤维素纤维混纺,可织制光泽和手感良好的服装面料。如日本大和纺织公司2003年投放市场的木棉和棉混纺织物,木棉含量30%～50%,混纺纱有73tex、58.3tex和29tex三种。

目前,上海攀铭企业发展有限公司利用自己的专利技术纺制18.2tex～27.8tex的木棉混纺纱线,木棉纤维含量可达70%,可以使木棉纤维广泛应用到针织内衣、绒衣、绒线衫、床上用品和袜类等领域。金考拉服饰有限公司就已经成功地开发出了木棉保暖内衣。

3.2中高档被褥、枕芯、靠垫等的填充料

木棉纤维还有一些优异的特点,即不吸潮,不易缠结,防虫、卫生,非常适宜于褥垫和枕芯,在潮湿气候下或潮湿地区,这些特点非常重要,是良好的填充材料。

利用其薄壁大中空结构形成的大量静止空气,可获得良好的保暖效果。但压缩弹性较差,在反复持久压缩下,蓬松性能会明显降低,这就导致了木棉纤维没能在这些领域广泛应用。但是,2004年东华大学已经开发出“持久柔软保暖的木棉絮片的制造技术”,利用该技术制造的木棉絮片的强度、压缩弹性、保暖性能的持久性都可与目前的七孔、九孔涤纶絮片媲美,且在柔软度、吸湿透湿性和绿色环保性能方面具有涤纶絮片无法比拟的优势。

3.3救生用品的浮力材料

新制木棉集合体浮囊具有良好的浮力保持性,即使包装材料略有破损,在水中浸泡30d,其浮力仅下降10%,且干燥后木棉集合体将恢复其浮力。1946年,美国海岸警卫队对木棉、玻璃纤维、cattail、milkweeds 等天然纤维集合体进行了浮力试验,得出木棉是其中最佳的浮力材料;1982年,又对木棉和PVC、PE等泡沫塑料填充的救生衣进行了实际试穿试验,证明泡沫塑料救生衣在穿用中由于老化导致破损,而木棉救生衣则不存在此问题,具有独特的优势[5]。

3.4隔热和吸声材料

由于木棉纤维聚焓量大、导热率低、吸音效率高,目前在工业上已用作隔热隔音材料,如房屋的隔热层和吸声层填料。1998年,德国Dresden技术大学开发了木棉-毛复合隔热保暖建筑用材料,试验证明比单独的毛纤维隔热材料有更好的吸热性和热滞留性[6]。

4结束语

木棉纤维由于独特的薄壁中空结构,在光泽、手感、吸湿性、保暖性方面具有独特优势,是优良的隔热、隔音、保暖和浮力材料。木棉纤维不含农药、化肥等化学残留物,是一种环保纤维。部分木棉品种呈淡黄、浅豆沙等颜色,不需要进行任何化学加工就可做成漂亮舒适的纺织品,这和天然彩棉有异曲同工之处。由于纺纱技术的原因,木棉纤维在纺织工业中不太为人熟知,长时期地用作填充材料。但随着纺纱工艺的发展,木棉纤维正逐渐被用在服装面料上。在追求生态环保、崇尚自然的今天,木棉纤维将会有更加广阔的应用前景。

参考文献:

[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第四十九卷第二分册)[M].北京:科学出版社,1984.

[2] 李秉让.木棉.大百科全书纺织卷[M].北京:大百科全书出版社,1984.

[3]肖红,于伟东,施楣梧.木棉纤维的特征与应用前景[J].东华大学学报,2005,31(2):122-124.

[4] 王卫华.涤/木棉无纺产品定量化学分析方法的研究[J].现代商检科技,1998,8(6):2830.

[5] 肖红.救生衣浮力及新型浮力材料的研究[D].北京:北京服装学院,2003.

[6] 许元拒译.木棉-毛复合隔热保暖建筑材料[M].产业用纺织品,1998,17(7):20.

(作者单位:重庆市纤维织品检验所)