竹炭纖維的性能及應(yīng)用

郭　亞，孫曉婷

(青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東青島 266071)

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竹炭纖維的性能及應(yīng)用

郭亞，孫曉婷

(青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東青島 266071)

介紹了竹炭纖維的結(jié)構(gòu)與制備工藝，具有自調(diào)濕、吸濕快干、蓄熱保暖、抗菌、吸附除臭、保健等優(yōu)異性能，并總結(jié)了竹炭纖維在服裝、家紡、醫(yī)用以及產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的應(yīng)用。竹炭纖維是竹材有效利用的一個全新發(fā)展方向，是一種新型的環(huán)保材料，具有廣闊的發(fā)展前景。

竹炭纖維結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用

0　引言

竹炭素有“黑鉆石”的美譽(yù)，被稱為“二十一世紀(jì)的環(huán)保新衛(wèi)士”。竹炭纖維是以毛竹為原料，經(jīng)過純氧800℃高溫炭化及氮?dú)忪褵男鹿に?，形成竹炭，并運(yùn)用納米技術(shù)將竹炭微粉化，使其具有的微孔更加蜂窩化，然后經(jīng)熔融紡絲，即可制備出竹炭纖維。具有吸濕快干、蓄熱保暖、抗菌除臭以及多項(xiàng)保健功能，現(xiàn)已成為高檔內(nèi)衣、運(yùn)動休閑服裝、毛巾、襪子以及床上用品等的常用面料[1]。

1　竹炭纖維的結(jié)構(gòu)與制備

1.1結(jié)構(gòu)

竹炭纖維橫截面具有豐富的蜂窩狀空隙分布，邊緣呈不規(guī)則形狀；縱向表面光澤均一，有較淺溝槽。這種蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)(見圖1)使竹炭纖維具有較好的吸濕透氣性與蓄熱保暖性。

圖1　竹炭纖維的蜂窩狀結(jié)構(gòu)

1.2制備工藝

竹炭纖維的形成首先是采用納米技術(shù)將從天然竹材中提取出的竹炭微粉化，再經(jīng)熔融紡絲制備而成，其生產(chǎn)工藝流程見圖2。目前，主要有以粘膠為載體與竹炭微粉母?；旌现频玫恼衬z基竹炭纖維和以聚酯或尼龍切片為載體與竹炭微粉母粒混合制得的合成纖維基竹炭纖維兩種制備工藝。在紡絲過程中還可向紡絲液中添加其他顏色的母粒，以制備出不同顏色需求的竹炭纖維[2]。

圖2　竹炭纖維制備工藝流程圖

2　竹炭纖維的性能

由于竹炭纖維具有獨(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，其纖維具有抗菌、吸濕透氣、綠色環(huán)保等多種優(yōu)異性能[3-7]。

2.1自調(diào)濕性

表1　三種纖維的吸濕性指標(biāo)

由表1可看出，竹炭纖維的平衡回潮率與保水率均高于粘膠纖維、棉纖維，在蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)及較高的回潮率與保水率兩者共同作用下，竹炭纖維具有自動調(diào)濕性能。當(dāng)人體濕度較高時(shí)，竹炭纖維能夠快速吸收并儲藏水分，使人體濕度下降至舒適狀態(tài)；而當(dāng)人體濕度較低時(shí)，竹炭纖維又可把儲藏的水分釋放出來，在皮膚表面形成一種舒適的微氣候環(huán)境，起到自動調(diào)節(jié)濕度的效果。

2.2吸濕快干性

竹炭纖維對水分子有較強(qiáng)的吸附功能，可快速吸收濕氣和水分，同時(shí)，其內(nèi)部及表面均為蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，縱向表面存在多條溝槽，形成水分子的通道，可快速吸收人體皮膚排出的汗液與濕氣，并擴(kuò)散至周圍環(huán)境中，導(dǎo)濕性好，始終保持皮膚干爽、舒適。

2.3蓄熱保暖性

竹炭纖維的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率高達(dá)87%，高于其他遠(yuǎn)紅外纖維，能夠吸收、反射太陽光中與人體遠(yuǎn)紅外頻率一致的遠(yuǎn)紅外線，與人體間產(chǎn)生共振吸收，產(chǎn)生熱量，使人體升溫速度快于穿著其他面料織物，并有利于促進(jìn)人體血液循環(huán)與新陳代謝；竹炭纖維的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，可以存儲大量靜止空氣，具有天然的保溫功效，制成冬季服裝既可減輕衣服重量，又可蓄熱保暖。

進(jìn)一步地，為刻畫CPIKN整體的信息或知識傳遞效能，在加權(quán)節(jié)點(diǎn)介數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出平均加權(quán)節(jié)點(diǎn)介數(shù)的概念，并將其作為度量CPIKN整體效能穩(wěn)定性的指標(biāo)。平均加權(quán)節(jié)點(diǎn)介數(shù)

2.4抗菌性

竹炭纖維的抗菌功能是由其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)決定的。一方面，它可以吸收水分中的H+，放出OH-，pH值可達(dá)7.5-8.5，呈現(xiàn)弱堿性，可以吸附細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)，而且竹炭纖維釋放的負(fù)離子可使細(xì)菌等微生物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，將其殺死；另一方面，竹炭纖維具有自調(diào)濕和吸濕快干性，不會給微生物提供賴以生存的潮濕環(huán)境，這些都極好地阻礙了竹纖維織物表面細(xì)菌、病毒等的繁殖，為皮膚創(chuàng)造一種健康的環(huán)境。

2.5吸附除臭性

竹材本身屬于一種多孔介質(zhì)材料，熱解炭化后形成的竹炭表面與內(nèi)部具有較多孔隙，比表面積大，經(jīng)測試1cm3竹炭的比表面積可高達(dá)350m2，具有極強(qiáng)的吸附能力。竹炭吸附能力是木炭的5倍多，能有效吸收和分解人體異味、空氣中的粉塵、苯、甲苯、甲醛、氨等有害物質(zhì)。據(jù)測試，普通粘膠纖維對氨的除臭率僅為17.4%，而竹炭粘膠纖維對氨的除臭率可高達(dá)54%，而且持續(xù)吸附時(shí)間長。

2.6保健功能

負(fù)離子濃度高，增強(qiáng)人體免疫能力。經(jīng)過檢測，竹炭纖維面料能持續(xù)釋放負(fù)離子，負(fù)離子發(fā)射濃度可高達(dá)6000個/cm3左右，相當(dāng)于田野中的空氣舒適度，有助于提高睡眠質(zhì)量，增強(qiáng)人體免疫力；竹炭纖維中含有鉀、鈣、鈉、鎂、鐵等多種礦物質(zhì)，有益于促進(jìn)人體健康，起到較好的保健功效。

2.7其他

除了上述功能外，由于竹炭纖維特殊的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，使其還具有一定的導(dǎo)電性，能夠起到抗靜電和電磁輻射的作用。竹炭纖維中含有碳化鈣，對入射的紫外線有良好的折射作用，可防止紫外線透過。研究顯示，竹炭纖維織物的紫外線透過率小于2%。竹炭纖維織物易洗快干、抗起毛起球性能好，具有優(yōu)異的服用性能。

3　竹炭纖維與竹原、竹漿纖維的區(qū)別

竹原纖維是以天然竹材為原料，采用物理和化學(xué)相結(jié)合的方法從中提取出的纖維素纖維，不添加任何石油提取物，是繼棉、麻、絲、毛之后的第五大天然纖維。竹漿纖維是將天然竹材做成漿粕，然后通過濕法紡絲工藝制備而成，其加工工藝類似于粘膠。但在紡絲過程中會破壞竹子的天然特性，制得纖維的抗菌、除臭、防紫外線功能明顯下降。竹炭纖維是通過高溫煅燒竹材形成竹炭，然后采用納米技術(shù)將竹炭微粉化，再與聚酯改性切片熔融紡絲制備而成。由于竹炭纖維是以聚酯改性切片為載體，其成份不完全來自于竹材，因此具有更多的優(yōu)異性能，是繼竹原、竹漿纖維后又一新型竹類纖維[8]。

4　竹炭纖維的應(yīng)用

竹炭纖維是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型功能性纖維。由于竹炭在高溫煅燒過程中其內(nèi)部會形成許多蜂窩狀的多孔結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的吸濕性、吸附性、抗菌除臭性，以及遠(yuǎn)紅外與負(fù)離子發(fā)射性能，在紡織領(lǐng)域備受青睞，已廣泛應(yīng)用于服裝、家紡、醫(yī)用及產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景[9-12]。

4.1服裝領(lǐng)域

竹炭纖維具有優(yōu)異的吸濕排汗性、抗菌性、吸附性以及遠(yuǎn)紅外保健功能，并可自動調(diào)節(jié)濕度，其功能性不會受到洗滌次數(shù)的影響，特別適合生產(chǎn)內(nèi)衣、運(yùn)動休閑等服裝?？蓪⒅裉坷w維與棉、麻、絲、毛、粘膠等纖維進(jìn)行混紡，開發(fā)出的功能性面料可綜合多種纖維的性能。由于竹炭纖維的保健功能與防電磁輻射性能，尤其適宜制作嬰幼兒、孕婦及老年人的保健防護(hù)服裝。

4.2家紡領(lǐng)域

竹炭纖維具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能，其制作的暖被，具有極好的保溫性，并可促進(jìn)血液循環(huán)，改善人體微循環(huán)系統(tǒng)，而且竹炭纖維暖被可以抑制微生物等的生長，不會對皮膚造成危害。竹炭纖維制成的床墊能起到除濕除臭的功效，其發(fā)射的負(fù)離子可對關(guān)節(jié)炎及皮膚病患者有輔助治療的作用。竹炭纖維生產(chǎn)的被子、床單、枕頭、床墊等產(chǎn)品，可以有效吸附房屋中建筑裝飾材料所產(chǎn)生的有害氣體，同時(shí)具有蓄熱保暖的功效。

4.3醫(yī)用領(lǐng)域

傳統(tǒng)的醫(yī)用紡織品，如手術(shù)衣帽、紗布、繃帶、手術(shù)縫合線等，一般都為棉纖維制品，強(qiáng)度低，容易粘連。利用竹炭纖維的綠色環(huán)保、抗菌、消炎等特性，可與棉纖維等進(jìn)行混紡制備竹炭纖維醫(yī)用紡織品，有利于減少疾病的傳播，益于人體健康。

4.4產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域

由于汽車內(nèi)部裝飾后易產(chǎn)生甲醛等有害氣體，利用竹炭纖維超強(qiáng)的吸附性能，可用于生產(chǎn)汽車靠墊、坐墊、抱枕等車用織物，以便可以吸附車內(nèi)灰塵、異味和產(chǎn)生的靜電，保持車內(nèi)空氣清新，給人創(chuàng)造一種舒適的車內(nèi)環(huán)境。竹炭纖維具有抗菌除臭、防電磁輻射、遠(yuǎn)紅外與負(fù)離子發(fā)射功能，可用于制作空氣粉塵過濾材料、軍事防護(hù)服、防電磁輻射面罩等特殊的防護(hù)用品。利用竹炭纖維的遠(yuǎn)紅外與負(fù)離子發(fā)射功能，可將其作為涂料添加劑，用于制備環(huán)保型墻體保暖材料。

5　竹炭纖維應(yīng)用中的難點(diǎn)

由于竹炭是經(jīng)竹材高溫炭化而成，其表面為灰黑色，制得的紗線主要呈灰色，嚴(yán)重制約了竹炭纖維的應(yīng)用范圍。現(xiàn)階段，如何更好地將有色母粒添加至竹炭纖維熔融紡絲液中，以及對竹炭纖維進(jìn)行漂白、染色，制備不同顏色需求的竹炭纖維，以改善竹炭纖維的單一色澤，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，這已成為我們亟待解決的重要問題[13]。

6　結(jié)語

我國有著非常豐富的竹林資源，竹材的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位。以天然竹材為原料，充分利用新技術(shù)、新工藝自主研制和開發(fā)更多功能性竹炭纖維制品，天然、綠色、環(huán)保，既迎合了當(dāng)今中國“可持續(xù)發(fā)展”的理念，又可提高我國紡織品在世界市場中的競爭力，極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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1008-5580(2016)03-0219-03

2016-05-08

郭亞(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)。

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