莲丝纤维的研究与应用

莲丝纤维是一种新型生物质纤维,具有生态、绿色、环保、健康、时尚等特点。本文介绍了莲丝纤维的提取方法、形态结构、性能及应用现状,以期为莲丝纤维的深入研究和应用提供参考。     

5种植物纤维的鉴别方法

采用纤维化学成分分析、显微镜观察、纤维细度测试、纤维密度测试、热重分析方法对香蕉纤维、菠萝纤维、莲纤维、椰壳纤维和桑皮纤维5种植物纤维进行了鉴别。结果表明:纤维化学组成上,香蕉纤维半纤维素含量为28%～30%,菠萝纤维的脂蜡质含量为3.8%～7.2%,桑皮纤维的果胶质含量为10%～15%,椰壳纤维的木质素含量为41%～45%;纤维形态上,菠萝纤维纵向有缝隙和孔洞,香蕉纤维纵向具有横节,椰壳纤维表面比较粗糙,有白色突起的颗粒,莲纤维纵向有细微横纹,桑皮纤维纵向为细长管状形,表面有横节;纤维细度上,莲纤维为3～5μm,椰壳纤维为100～250μm;纤维密度上,莲纤维密度为1.18 g/cm3,菠萝纤维的密度最大,为1.54 g/cm3;纤维热稳定性上,莲纤维的热稳定性较差,椰壳纤维的热稳定性能最好。     

莲纤维的脱胶及其性能

 以食用藕的荷叶茎杆为原料,采用河水浸渍和碱煮脱胶的方法制取莲纤维。对莲纤维的组成成分、回潮率、密度、线密度、强度、断裂伸长率等性能指标进行了测试分析;结合IR、XRD、SEM等测试方法,对莲纤维的组成成份和结构进行分析和表征。结果表明,所制取的莲纤维组成成分与黄麻相似,属于天然纤维素纤维。得出最优的碱煮精制工艺为：NaOH质量浓度10g/L、温度100℃、时间3h。精制莲纤维具有一定的纺纱性能,平均直径317μm、线密度55.8 dtex、强度1.76cN/dtex、强度变异系数40.2%、断裂伸长率7.84%,但还有待于进一步细化和增强。     

莲纤维的热学性能

为了解莲纤维的热学性能,采用热重和差热分析方法测试了莲纤维的热学特征,同时还测试了莲纤维热收缩率和极限氧指数。结果表明：随着温度升高,莲纤维的TG曲线有2个失重阶,在160℃左右开始热分解,主失重温度约为260℃;莲纤维的DSC曲线呈现出双熔融峰,较高熔融峰为324.7℃,较低熔融峰为377.7℃;莲纤维的沸水收缩率和干热空气收缩率分别为0.36%和0.3%,莲纤维的燃烧特征与棉、麻纤维类似,极限氧指数为17%-19%。     

莲纤维的物理性能

为了解莲纤维的基本物理性能,为莲纤维织物的开发提供理论参考,对莲纤维的密度、线密度和回潮率等基本物理性能进行测试。研究表明:莲纤维的密度为1.1848 g/cm3,远比棉、苎麻及羊毛的密度小,与蚕丝、腈纶接近;莲纤维的线密度为1.55 dtex,远小于苎麻、蚕丝,与棉纤维及棉型化纤的线密度较接近,说明莲纤维较细,有利于成纱强力和条干均匀度,可纺高支纱;莲纤维回潮率为12.32%,比棉、蚕丝高,比羊毛、粘胶要低,与苎麻接近,说明莲纤维具有很好的吸湿性。     

莲纤维的力学性能

为开发莲纤维织物提供理论依据,初步研究了莲纤维的力学性能,主要包括单次拉伸性能、定负荷拉伸弹性和摩擦性能。结果表明：莲纤维的初始模量为146.81cN/dtex,比棉、羊毛和蚕丝的初始模量高,与苎麻接近;莲纤维的断裂强度为3.44 cN/dtex,要优于棉、羊毛、蚕丝,仅次于苎麻;而断裂伸长率为2.25%,与苎麻相近,比棉、羊毛和蚕丝小。在小应力下,莲纤维的弹性较好;莲纤维的静、动摩擦因数分别为0.5541、0.3203,属于手感较涩糙的纤维。     

莲纤维微观结构分析

为进一步认识莲纤维的微观结构,通过扫描电子显微镜、红外光谱和X衍射等测试方法,研究天然莲纤维的形态结构、微观结构和聚集态结构。莲纤维的纵向呈带状螺旋状转曲,有清晰的细微横纹,并且是由多根单丝纤维缔合组成的束纤维,莲单丝纤维的横截面呈圆形或近似圆形。当被外力抽取拉伸后,莲单丝纤维截面变小,由多根单丝纤维组成的束纤维形态变化为较复杂的形状。莲纤维主要成分为纤维素,属于典型纤维素Ⅰ结构,其结晶度为48%,取向度为60%。     

莲纤维的吸湿性能

 为了解莲纤维的吸湿性能,通过实验测试,分析莲纤维结构与吸湿性能的关系。在标准状态下,测定了莲纤维的吸、放湿特征曲线,并由此推出莲纤维在达到吸、放湿平衡过程中,回潮率对时间的回归方程以及吸、放湿速率方程。结果表明：莲纤维具有较好的吸、放湿性能,其吸、放湿回潮率均高于棉纤维和亚麻纤维;莲纤维的吸湿速率最高,亚麻居中,棉纤维最低;3种纤维的放湿速率比较接近,莲纤维略高于棉纤维和亚麻纤维。     

莲纤维的吸湿性能

为了解莲纤维的吸湿性能,通过实验测试,分析莲纤维结构与吸湿性能的关系。在标准状态下,测定了莲纤维的吸、放湿特征曲线,并由此推出莲纤维在达到吸、放湿平衡过程中,回潮率对时间的回归方程以及吸、放湿速率方程。结果表明：莲纤维具有较好的吸、放湿性能,其吸、放湿回潮率均高于棉纤维和亚麻纤维;莲纤维的吸湿速率最高,亚麻居中,棉纤维最低;3种纤维的放湿速率比较接近,莲纤维略高于棉纤维和亚麻纤维。     

胡萝卜纤维的研究

测定胡萝卜纤维中总纤维、纤维素、半纤维素和木质素的含量,并研究纤维的形态.对比了打浆前后胡萝卜纤维的形状特点,并对表征纤维特征的指标进行测定,包括胡萝卜纤维长度、宽度、长宽比以及胡萝卜纤维长宽度分布频率等.研究结果为:胡萝卜中总纤维含量为8.42%,纤维素含量为2.88%,半纤维素含量为1.52%,木质素含量为3.83%;未经打浆处理的胡萝卜纤维是挺硬的、蜷缩的,而经过打浆的胡萝卜纤维全部舒展开并且表面起毛,有类似丝线状的细纤维;胡萝卜纤维平均长度为0.588mm,平均宽度为0.012mm,长宽比为50.28.     

聚丁二酸丁二醇酯/丝胶蛋白共混纤维的制备及其性能

为提高聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维的服用舒适性,将PBS与天然高分子丝胶蛋白共混,经熔融纺丝制成PBS/丝胶蛋白共混纤维,研究了丝胶蛋白质量分数对纤维形态结构、化学结构、热性能、力学性能与降解性能的影响。结果表明：共混纤维具有丝胶蛋白为分散相,PBS为连续相的形态结构;丝胶蛋白的存在改善了PBS纤维断裂伸长率过高的问题,当其质量分数达到15%时,共混纤维的断裂伸长率为8.9%;共混纤维的饱和回潮率为3.90%,接近于合成纤维中的锦纶,说明共混纤维亲肤性能优良;此外,土埋降解实验6周后共混纤维的质量损失率可达53.6%,具有快速降解的能力。     

莲纤维的纺纱工艺探究

分析了莲纤维的可纺性,研究了莲纤维的纺纱工艺。结果表明:莲纤维纺纱性能介于棉纤维和麻纤维之间,宜采用莲/棉进行混纺;试纺纱线品种为莲/棉20/80,细度28 tex混纺纱;选择的工艺参数为;采用较低的速度:FA022打手速度260 r/min、FA141综合打手速度903 r/min、锡林360 r/min、刺辊880 r/min;采用较大粗纱捻系数,捻度45 T/m;采用较大钢丝圈,钢丝圈号数选择5/0;最后纺制的纱线质量能满足后续生产要求。     

天然纤维素长丝——莲纤维

莲纤维的主要组成物质是纤维素,莲纤维在莲秆内呈螺旋状排列,单纤维长度很长,是天然纤维素长丝。探索莲纤维的制取方法,将为新型纤维的工业化生产提供可能。     

莲壳膳食纤维微波-双酶协同提取工艺优化

以莲子壳为原料,采用微波-双酶协同提取莲壳膳食纤维,在单因素试验结果的基础上,进行正交试验,研究莲子壳筛目数、料液比、木瓜蛋白酶和糖化酶用量及提取时间对莲壳膳食纤维提取工艺的影响。结果表明:其最佳提取工艺条件为莲壳筛目数60目,液料比201(mL/g),木瓜蛋白酶加入量3%,微波协同木瓜蛋白酶酶解提取时间为6×20s(提取6次,每次20s,间隔2min),糖化酶用量4%,微波协同糖化酶提取时间8×20s(提取8次,每次20s,间隔2min),该条件下莲壳膳食纤维提取率为72.36%。与双酶提取法相比,微波-双酶协同提取法可缩短70%的时间,提取率提高82.87%。     

天然彩丝的结构和性能

采用红外光谱、X射线衍射、氨基酸分析、扫描电镜、热重分析、力学性能测试等手段对天然彩丝的结构和性能进行分析,并与普通蚕丝进行比较。研究表明:天然彩丝纤维较普通白蚕丝细;天然彩丝的平均断裂强度为3.54 cN/dtex、弹性模量为76.7 cN/dtex、断裂伸长率为17.5%、其截面形状和纵向形态与普通白蚕丝无明显区别;天然彩丝的结晶度为44.4%,比普通白蚕丝低;天然彩丝的丝素分子和普通白蚕丝一样也存在酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ、酰胺Ⅲ、酰胺Ⅴ,分子结构中存在无规卷曲结构、β-折叠结构和α-螺旋结构。     

莲纤维的物理性能及纺纱性能分析

采用生物加工的方法制取莲纤维,测定了莲纤维的线密度、长度、回潮率、强度、摩擦因数等基本物理性能,分析了莲纤维可纺性。分析表明：莲纤维具有较好的可纺性,其产品具有广阔的市场前景。     

莲纤维脱胶漂白工艺

以农业生产废弃的食用莲藕荷叶茎秆为原料,采用浸渍、剥取、二煮一漂的脱胶漂白前处理工艺,以制取莲纤维.通过正交试验,优化得第二次碱煮和漂白工艺条件:氢氧化钠14 g/L,100℃碱煮3.5 h;过氧化氢10 g/L,60℃漂白60 min.以此工艺制取的精制莲纤维线密度25.9 dtex,强度1.68 cN/dtex,强度变异系数46.4%,断裂伸长率6.68%,白度42.9%,具有一定的可纺性能.     

莲纤维的制备工艺研究

针对原莲纤维制备工艺脱胶时间长、处理工序复杂的缺点,以农业生产废弃的莲杆为实验原料,采用碱氧一浴法工艺制备莲纤维。通过分析NaOH质量浓度、H_2O_2质量浓度、煮练温度及时间对莲纤维性能的影响,采用纤维长度、断裂强度和纤度等指标,得出优化的脱胶工艺条件为:NaOH质量浓度15 g/L,H_2O_2质量浓度15 g/L,煮练温度90℃,煮练时间1.5 h。在此工艺条件下,制得的莲纤维长度127.8 mm,纤度50.3 dtex,断裂强度1.45 cN/dtex,断裂伸长率6.81%。纤维总体性能指标有所改善,同时缩短了脱胶工艺时间,提高了纤维的制备效率。     

莲茎杆纤维的结构与性能研究

以生物化学方法抽取的莲茎杆纤维为试验材料,研究其纵向和横截面结构形态,分析了结构与性能之间的关系,测定了莲茎杆纤维的力学性能、吸湿放湿性能和耐酸碱性能等基本性能。通过对莲茎杆纤维结构性能的探索与研究,为莲茎杆纤维的开发利用奠定了一定的理论基础,为新型环保纺织品的研究开发提供了新的原料。     

5种植物纤维的形态与性能

采用纤维旋转方向、着色性能、显微镜观察方法,研究了5种植物纤维的形态和性能。结果表明:香蕉纤维、椰壳纤维、莲纤维为逆时针旋转方向,菠萝纤维、桑皮纤维为顺时针旋转方向;香蕉纤维在氯化锌加碘试剂中呈金黄色,而其他4种植物纤维呈深棕色;5种植物纤维在纵向形态上差异不大,大多纵向平直、具有横节、无天然扭曲;横截面形态上大部分香蕉纤维和桑皮纤维呈腰圆形、椭圆形或多边形,有中腔,而菠萝、莲、椰壳纤维呈不规则圆形或多边形,无明显中腔。