天然竹纖維基本力學性能研究

孫德斌，楊 琳，譚 磊，楊慶斌

(青島大學紡織服裝學院,山東 青島 266071)

1 前 言

天然竹纖維是指采用獨特的工藝從竹子中直接分離出來的纖維。一般是根據(jù)紡織廠采用的紡紗系統(tǒng)，將天然的竹材鋸成生產(chǎn)上所需要的長度，采用機械、物理的方法去除竹子中的木質(zhì)素、多戊糖、竹粉、果膠等雜質(zhì)，從竹材中直接提取竹原纖維[1～3]。天然竹纖維與采用化學處理的方法生產(chǎn)的竹漿黏膠纖維(再生纖維素竹纖維)有著本質(zhì)上的區(qū)別。前者是純粹的天然纖維，屬綠色環(huán)保型纖維，纖維性能優(yōu)異，具有特殊的風格，服用性能極佳，保健功效顯著。有學者對竹漿纖維的基本力學性能、熱穩(wěn)定性以及紡紗性能進行了研究[4-6]，但對竹原纖維的研究較少。 隨著人們環(huán)保意識的增強，竹原纖維產(chǎn)品的開發(fā)日益受到重視，本文重點研究竹原纖維的基本力學性能。

2 實 驗

2.1 材料

實驗用竹原纖維為浙江麗水晉云竹木有限公司提供采用物理、機械的方法制得的，細度為6.01 dtex。

實驗用竹漿纖維為河北吉藁化纖廠生產(chǎn)，細度為1.67 dtex，長度為38 mm的棉型竹漿纖維。

2.2 實驗儀器及實驗條件

2.2.1 竹原纖維、竹漿纖維的基本拉伸性能實驗

實驗儀器：YG001N型電子式單纖維強力儀。

實驗條件：拉伸性能測試按照 GB/T14337—1993 進行。試樣的夾持長度為10 mm,拉伸速度為 10 mm/min，預(yù)加張力為0.5 cN/tex，夾持方式分別為直接拉伸、鉤接拉伸和結(jié)節(jié)拉伸，實驗次數(shù)為50次。

2.2.2 竹原纖維、竹漿纖維的摩擦性能實驗

表面摩擦性能實驗：

實驗儀器：Y151型纖維摩擦系數(shù)儀。

試驗條件：采用絞盤法，選用100 mg的張力夾頭，共用5個纖維輥，共測得50個數(shù)值求平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 竹原、竹漿纖維基本拉伸性能

3.1.1 竹原纖維、竹漿纖維一次拉伸性能

竹原纖維、竹漿纖維的一次拉伸性能實驗結(jié)果見表1。

表1 竹原、竹漿纖維干態(tài)與濕態(tài)拉伸性能對比表

從表1可見，竹原纖維為高強低伸長型纖維，在常溫常態(tài)下，竹原纖維具有很高的強度，達到6.86 cN/dtex，且竹原纖維有很高的初始模量，但它的伸長率低，僅有5.24%。吸濕后竹原纖維的強伸度發(fā)生變化。潤濕態(tài)的竹原纖維的斷裂強度是干態(tài)時的71.9%，斷裂伸長率比干態(tài)時高8.78%，濕態(tài)時的初始模量和斷裂功較之干態(tài)時也有明顯下降。

常態(tài)下的竹原纖維的強度明顯大于竹漿纖維，約為后者的2.96倍，而斷裂伸長率卻僅為竹漿纖維的21.2%。潤濕態(tài)時竹原纖維的強度、斷裂伸長率、初始模量、斷裂功等的變化與竹漿纖維的趨勢相同。潤濕態(tài)時竹原纖維的強度是竹漿纖維的2.31倍，斷裂伸長率為竹漿纖維的20.3%。圖1為竹原纖維和竹漿纖維干濕態(tài)拉伸曲線，從拉伸曲線的類型來說，竹原纖維和竹漿纖維的拉伸類別不同，竹原纖維屬于高強低伸長類型，但竹漿纖維屬于低強高伸長類型。此外竹原纖維的初始模量較大，說明具有較大抵抗變形的能力。

圖1 竹原纖維和竹漿纖維干濕態(tài)拉伸曲線

3.1.2 竹原纖維鉤接和結(jié)節(jié)力學拉伸性能

表2 竹原纖維(6.01 dtex)鉤接與結(jié)節(jié)拉伸性能

表3 竹漿纖維(1.67 dtex×38 mm)鉤接與結(jié)節(jié)拉伸性能

圖2 竹原纖維鉤接和結(jié)節(jié)一次拉伸曲線

圖3 竹漿纖維鉤接和結(jié)節(jié)一次拉伸曲線

表2和表3分別為竹原纖維和竹漿纖維鉤接與結(jié)節(jié)拉伸性能，圖2和圖3分別為竹原纖維和竹漿纖維鉤接與結(jié)節(jié)拉伸曲線，從實驗結(jié)果可以看出：竹原纖維鉤接和結(jié)節(jié)時的斷裂強度急劇下降，均不到干態(tài)時強度的20%，結(jié)節(jié)時的強度比鉤接時略大。此時的斷裂伸長率也顯著減小，分別為干態(tài)時的44.2%和75%。斷裂功尤其減小。

竹原、竹漿纖維鉤接、結(jié)節(jié)后的力學性能都有明顯降低。竹原纖維的下降程度顯著大于竹漿纖維。竹原纖維的鉤接強度比竹漿纖維高22.4%，斷裂伸長率卻為竹漿纖維的39.7%。竹原纖維的結(jié)節(jié)強度比竹漿纖維高25.8%，斷裂伸長率卻為竹漿纖維的33.9%。

3.2 竹原纖維的摩擦性能

3.2.1 竹原纖維與不同材料接觸時的摩擦性能

竹原纖維與不同材料摩擦時的摩擦性能見表4。

從表4中看出，竹原纖維與不同材料接觸時其摩擦系數(shù)是不同的，竹原纖維與金屬輥和橡膠輥的摩擦系數(shù)大于與纖維輥的摩擦系數(shù)，在紡織加工中應(yīng)加以注意。

表4 竹原纖維與不同材料接觸時的摩擦性能

3.2.2 竹原纖維與竹漿纖維摩擦系數(shù)比較

竹原纖維與竹漿纖維摩擦系數(shù)比較見表5。從表5可以看出竹原纖維的靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)均小于竹漿纖維，這主要是由于竹原纖維表面平直光滑所致。

表5 竹原纖維與竹漿纖維摩擦系數(shù)

4 結(jié) 語

竹原纖維為高強低伸長型纖維，在常溫常態(tài)下，竹原纖維具有很高的強度，達到6.86 cN/dtex，且竹原纖維有很高的初始模量，但它的伸長率低，僅有5.24%。吸濕后竹原纖維的強伸度發(fā)生變化，強度減小，伸長增加。潤濕態(tài)的竹原纖維的斷裂強度是干態(tài)時的71.9%，斷裂伸長率比干態(tài)時高8.78%，濕態(tài)時的初始模量和斷裂功較之干態(tài)時也有明顯下降。

竹原纖維和竹漿纖維鉤結(jié)、結(jié)節(jié)后的力學性能指標都有明顯降低。竹原纖維的下降程度顯著大于竹漿纖維。

竹原纖維與金屬輥和橡膠輥的摩擦系數(shù)大于與纖維輥的摩擦系數(shù)，竹原纖維的靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)均小于竹漿纖維。

[1] 范杰.一種新型的紡織纖維材料[J].天津紡織科技，2005(2):35-38.

[2] 閆紅芹，李龍.竹纖維熱處理研究[J].紡織科技進展,2004(5):31-33.

[3] 陶麗珍，蔡蘇英，蔣耀興.絲光堿縮工藝對竹原纖維紗線性能的影響[J].印染，2005(14):21-24.

[4] 張濤，鮑文斌，俞建勇.竹漿纖維力學性能的模擬分析[J].紡織學報，2005，26(1) :28-29,32.

[5] 陶麗珍.竹原纖維混紡紗強伸性能與混紡比的關(guān)系[J].棉紡織技術(shù)，2005，33(6):30-33.

[6] 李瑞洲，劉亞利，孫占賓.竹漿纖維性能分析[J].紡織學報，2004，25(3):76-77.