麻纖維

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麻纖維的結構與性能

  麻纖維是指從各種麻類植物中取得的纖維的總稱。麻纖維品種繁多,包括韌皮纖維和葉纖維。麻纖維bast fibre and leaf fibre從各種麻類植物取得的纖維,包括一年生或多年生草本雙子葉植物皮層的韌皮纖維和單子葉植物的葉纖維。韌皮纖維作物主要有苧麻黃麻、青麻、大麻漢麻)、亞麻羅布麻和槿麻等。其中苧麻、亞麻、羅布麻等胞壁不木質化,纖維的粗細長短同棉相近,可作紡織原料,織成各種涼爽的細麻布、夏布,也可與棉、毛、絲或化纖混紡;黃麻、槿麻等韌皮纖維胞壁木質化,纖維短,只適宜紡制繩索和包裝用麻袋等。葉纖維比韌皮纖維粗硬,只能製做繩索等。麻類作物還可制取化工、藥物和造紙的原料。麻纖維由膠質粘結成片,制取時須除去膠質,使纖維分離,稱脫膠。苧麻和亞麻可分離成單纖維。黃麻纖維短,只能分離成適當大小的纖維束進行紡紗,這種纖維束稱工藝纖維。在紡織用的麻纖維中,膠質和其他纖維素生物較多,精練后,麻纖維的纖維素含量仍比棉纖維低 。苧麻纖維的纖維素含量和棉接近 ( 在95%以上 ),亞麻纖維素含量比苧麻稍低,黃麻和葉纖維等纖維素含量只有70%左右或更少。苧麻和亞麻纖維胞壁中纖維素大分子的取向度比棉纖維大 , 結晶度也好,因而麻纖維的強度比棉纖維高,可達 6.5克/旦;伸長率小,只有棉纖維的一半,約 3.5%,比棉纖維脆。苧麻和亞麻纖維表面平滑 ,較易吸附水分 ,水分向大氣中散發的速度較快;纖維較為挺直,不易變形。埃及人利用亞麻纖維已有8000年歷史,墓穴中的埃及木乃伊的裹屍布長達900多米。中國早在公元前4000年前的新石器時代已採用苧麻作紡織原料。浙江吳興錢山漾出土文物中發現的苧麻織物殘片是公元前2700年前的遺物。

組成與化學性能

  所有麻纖維均為纖維素纖維,基本化學成份是纖維素,其他還有果膠質、半纖維素、木質素脂肪蠟質等非纖維物質(統稱為「膠質」),它們均與纖維素伴生在一起。要取出可用的纖維,首先要將其和這些膠質分離(稱為脫膠)。各種麻纖維的化學成分中纖維素含量均在75%左右,和蠶絲纖維中纖維含量的比例相仿。

(一)纖維素

  纖維素是麻纖維主要的化學成分,大分子的化學結構式和棉纖維相同,用粘度法測得苧麻纖維的聚合度約為2000~2500。   纖維素成分的存在為麻纖維提供了三項重要的化學性能,它對獲得具有可紡性能的麻纖維十分重要:   1.纖維素的酸性水解性能 纖維素的酸性水解是指在適當的離子濃度、溫度和時間下,纖維素大分子中的1,4-β苷鍵會發生斷裂,從而導致纖維素的聚合度降低,使纖維素的性質發生不同程度的改變。如水解后纖維素的聚合度下降、強力降低,在鹼液中溶解增加,吸濕能力改變。因此在脫膠過程中,應遵循水解規律採取恰當的處理工藝參數。   2.纖維素的鹼性降解及鹼纖維素生成 纖維素大分子在鹼性條件下所發生的分子鏈斷裂過程,稱之為鹼性降解。鹼性降解包含鹼性水解和剝皮反應。鹼性水解的程度與用鹼量、溫度、時間等有關,特別是溫度,當溫度超過150度時,產生鹼性水解作用,在溫度較低時,鹼性水解反應甚微。鹼性水解會使纖維素的部分苷鍵斷裂、聚合度下降。剝皮反應是一種聚糖末端的降解反應,當溫度在150度以下時,纖維素在鹼性介質中就會發生剝皮反應。   纖維素與濃鹼作用時則生成鹼纖維素。生成鹼纖維素的條件與鹼的種類、溫度、濃度等因素有關。苧麻纖維的鹼變性即是利用生成鹼纖維素的機理,來達到纖維改性的目的。   3.纖維素的氧化 纖維素與人人氧化劑作用時,其大個子中的羥基很容易被氧化劑氧化,形成氧化纖維素。在大多數情況下,隨著羥基的被氧化,纖維素的聚合度也同時下降,這現象稱為氧化降解。纖維素的氧化作用與氧化劑類別、用量、氧化溫度及時間有很大關係,改變這些條件,會生成化學結構與性質不同的氧化纖維素。

(二)半纖維素

  半纖維素不像纖維素那樣是由一種單糖組成的均一聚糖,而是一群低分子量聚糖類化合物。半纖維素多糖包括葡萄甘露聚糖木聚糖和阿拉伯聚糖、半乳甘露聚糖等。其中葡萄甘露聚糖半纖維素對鹼的對抗性最大,在脫膠過程中最難除去。   半纖維素在麻的膠質中含量最高,是麻脫膠的主攻對象。由於半纖維素相對分子質量較纖維素小,因此對酸、鹼、氧化劑的作用比纖維素更不穩定,大多數半纖維素能溶解在熱鹼液中。

(三)果膠物質

  果膠物質是部分甲氧基化或完全四氧基化的聚半乳糖醛酸(果膠酸),果膠質的性質取決於甲氧基含量的多少及聚合度的高低。果膠質中未被酯化的羧基會與多價金屬離子結合成鹽,變成網狀結構、降低溶解度,果膠物質對酸、鹼和氧化劑作用的穩定性要較纖維素低。

(四)木質素

  木質素是一種具有芳香族特性的結構單體為苯丙烷型的三維結構高分子化合物。木質素與半纖維素之間的主要聯結是苯甲醚鍵、縮醛鍵等。半纖維素——木質素的鍵,在100度、1%的NAON溶液中是穩定的,這增加了脫膠時去除這兩者的難度。木質素對無機酸作用穩定性極高,所以分析木質素含量的方法之一就是測定在72%硫酸溶液中不被水解的殘渣重量。但是木質素易氧化,氯化木質素易溶於鹼液中。

(五)脂肪蠟質與灰分

  前者指用有機溶劑從原麻中抽提的物質,稱為脂肪蠟質;後者是植物細胞壁中包含的少量礦物質,主要是鉀、鈣、鎂等無機鹽和它們的氧化物

麻纖維的種類

  麻纖維雖然種類很多,便因為同屬一種物質,所以在性能、品質和風格上有許多共性。   (一)苧麻纖維   苧麻纖維是由一個細胞組成的單纖維,其長度植物纖維中最長的,橫截面呈腰圓狀,有中腔,兩端封閉呈尖狀,整根纖維呈扁管狀,無捻曲,表面光滑略有結節。   苧麻屬多年生宿根草本植物,我國生長的基本上都是白葉苧麻,剝取莖皮取出的韌皮稱為原麻或生苧麻。脫去生苧麻上的膠質,即得到可XX紡織加工的紡織纖維,習慣上稱之為精幹麻,即紡織用麻纖維。   宿根苧麻一年一般可收3次,第1次生長期約90天,稱為「頭麻」,第2次生長期約50天,稱為「二麻」,第3次生長期約為70天,稱為「三麻」,南方個別地區有一年可收5次以上。   苧麻莖的橫斷面分為表皮層、厚角細胞層、葉綠細胞層、韌皮纖維層、形成層、木質部和髓部等。   (二)亞麻纖維與胡麻纖維   亞麻與胡麻屬同一品種。紡織用亞麻採取細株密植的方法,在植物半成熟時即收割,要求莖稈細長、少叉株甚至無叉株,這樣獲得的纖維不僅細,而且木質素含量低,纖維質量好。胡麻實際上就是油用亞麻或油纖兩用亞麻的品種,所以,它的纖維品質比常規亞麻稍差。   紡織用亞麻均為一年生草本植物,又稱長莖麻,莖高達60~120cm,亞麻在世界上種植範圍較廣,俄羅斯、比利時和我國東北、西北都是世界上的主要產區,適於在高緯度較寒冷地區生長。   亞麻纖維成束地分佈在莖的韌皮部分,在麻的莖向有20~40個纖維束呈完整的環狀分佈,一個細胞就是一根纖維,一束纖維中有30~50根單纖維。在麻莖的不同部位,單纖維和束纖維的構造不同,根部單纖維橫截面呈圓形或扁圓形,細胞壁薄,層次多,髓大而空心;麻莖中部的單纖維大多呈多角形,細胞壁厚,纖維束緊密,其纖維的品質在麻莖中是最好的;莖梢的纖維由結構鬆散的束組成,細胞較細。

大麻纖維與羅布麻纖維

  目前大麻和羅布麻的應用範圍僅次於苧麻、亞麻,由於這兩種纖維在性能、風格上頗有特點,發展前景好。   1、大麻纖維 大麻有早熟、晚熟兩個品種,早熟的纖維品質好,晚熟的纖維粗硬。大多數大麻均為雌雄異珠,雄株大麻的纖維好、出麻多。從收割的大麻上剝取韌皮比較困難,需先脫去少量果膠方能使韌皮與麻骨分離,生產上稱這一過程為漚麻(在苧麻制取上也有應用),實際上這是一種半脫膠工藝。近年來由於生物脫膠技術的發展和相關絹、麻工藝的交叉引入,大麻纖維的用量逐漸增加,它有亞麻相似的「無刺癢」風格,現已逐漸為消費者所接受。   大麻纖維的長度和亞麻相仿,也必須製成工藝纖維(含膠的纖維束)紡紗。大麻纖維本是潔白而有光澤的,但由於漚麻方法不同,色澤差異很大,有淡灰帶淡黃色的,有淡棕色的,更有經硫酸熏白的。大麻單纖維的橫截面呈中空多角形,表面有少量結節和縱紋,無扭曲、無捻轉。   2、羅布麻纖維 經全脫膠的羅布麻纖維潔白、光澤極好,脫膠難度與大麻相仿。羅布麻纖維長度略低於棉,其他性能均比棉差,用傳統紡麻的方法處理它並不理想,纖維的性能風格十分符合服用要求,但尚未形成合理的產品開發路線。

劍麻纖維與蕉麻纖維

  劍麻又稱西色爾麻,屬龍舌蘭科,原產于中美洲。世界上劍麻的主要生產國有巴西和坦尚尼亞,我國的劍麻主要產自南方省份。劍麻是多年生草本植物,一般兩年後當葉片長至80~100cm、有80~100片葉片時開始收割。開割太早,纖維率低,強度差;開割太遲,因葉腳乾枯影響質量。   蕉麻又稱馬尼拉麻,屬芭蕉屬,主要產地是菲律賓和厄瓜多,我國的台灣和海南也有較長的栽培歷史。蕉麻是多年生草本植物的葉鞘纖維,纖維的細胞表面光滑,直徑較均勻,縱向呈圓形,橫截面呈不規則的卵形或多邊形。

黃麻纖維與洋麻纖維

  黃麻屬椴樹科黃麻屬,是一年生草本植物,主要產區在長江流域和華南地區。洋麻屬錦葵科木槿屬,是一年生草本植物,在熱帶地區也可為多年生植物。   黃麻的單纖維是一個單細胞,生長在麻韌皮部內,由初生分生組織和次生分生組織分生的原始細胞經過伸長和加厚形成,黃麻從出苗到纖維成熟大約要經過100~140天。黃麻的橫截面是許多呈銳角且不規則的多角形纖維細胞集合在一起的纖維束,束纖維截面中含有5~30根單纖維,單纖維之間由較狹窄的中間層分開,中腔呈圓形或卵形。   洋麻纖維生長在麻莖韌皮部內,纖維細胞的發育可分為細胞伸長期、胞壁增厚期和細胞成熟期,洋麻纖維細胞從分化到成熟大約要28~35天。洋麻單纖維橫截面形狀呈多角形或圓形,細胞大小不一。

麻纖維的基本特徵

  上述各種纖維的主要品質的數據分析可知麻纖維的一些基本特徵:   (一)離散型的纖維特徵   除苧麻纖維是長纖維外,其他麻纖維都是長度很短的纖維,因此,實踐中用半脫膠工藝,將纖維粘並成長度更長的「工藝纖維」(束),然後用它為「單體」來成紗,以期獲得低特高級紗。 這是除苧麻外,其他麻纖維的基本工藝。如能成功實施,亞麻可以成為和山羊絨、蠶絲一樣高貴的纖維材料。   正是基於此工藝方法,所以在苧麻紡織工藝上有精幹綿(全脫膠),在亞麻等紡織工藝上有打成麻(半脫膠)之分。   (二)纖維截面的形態特徵   所有韌皮纖維的單纖維都為單細胞,外形細長,兩端封閉,有胞腔,其包壁厚度和長度因品種和成熟度不同而有差異,截面多呈橢圓或多角形,徑向呈層狀結構,取向度和結晶度均高於棉纖維,因而,麻纖維的強度高而伸長小。而葉纖維則是由單細胞生長形成的截面不規則的多孔洞細胞束,不易被分解成單細胞。   (三)高強低伸型的纖維特徵   總體上講,麻纖維是一種高強低伸型纖維,它的斷裂強度為5.0~7.0cN/dtex(棉纖維為2.6~4.5,蠶絲為3.0~3.5)。這主要是因為麻纖維主要是韌皮纖維,而韌皮纖維是植物的基本骨架,有較高的結晶度和取向度,而且原纖維又沿纖維徑向呈層狀結構分佈。例如亞麻有90%的結晶度和接近80%的取向度。正因為它有這樣高的結晶度和取向度,使麻纖維成為所有纖維中斷裂伸長率最低的纖維;除此之外,這一結構特點使麻纖維獲得很大的初始模量,比棉纖維高1.5~2.0倍,比蠶絲高3倍,比羊毛纖維高8~10倍,因此麻纖維比較硬,不輕易變形;但同時也使麻纖維成為彈性回復率很差的纖維,即使只有2%的變形,彈性回復率也只有48%,而棉纖維和羊毛纖維在相同樣大小的變形時,彈性回復率能達到74%和99%。

原麻的紡織前處理

  從種植的原麻到可用於紡織加工的麻纖維,不同的麻纖維有不同的處理方法。   (一)苧麻的紡織前處理   收割下來的苧麻先要進行剝皮和刮青,即將麻皮從麻莖上剝下並颳去其表皮,將經過刮青的麻皮曬乾得到絲狀或片狀的原麻,即商品苧麻,亦稱為生麻;生麻在紡紗前還必須經過脫膠處理,把粘接在纖維間的膠類除去才能滿足紡織加工的要求。脫膠后苧麻的殘膠率控制在2%以下,其纖維稱為精幹麻,白色而富於光澤。   (二)亞麻的紡織前處理   亞麻不能單纖維紡紗,必須製成束纖維的工藝纖維,同時,亞麻莖細,從韌皮部制取纖維不能採用一般的剝制方法,必須採取與苧麻不同的初加工方法。首先必須脫膠,使韌皮層中的纖維素類物質與周圍的組織成分分開,以獲得有用的紡織纖維。脫膠的方法有浸漬法與漚麻法兩種,前者是浸在特定的處理液中脫膠,後者是在蒸汽的條件下進行。我國目前多用浸漬法。經過浸漬脫膠后的亞麻須先乾燥,然後再用碎莖機將亞麻干莖中的木質部分壓碎,使它與纖維層脫離,用打麻機去除掉碎莖后的麻骨,即獲得可紡的亞麻纖維,稱為打成麻,它是剩餘果膠粘接起來的纖維束。另外從打麻機上清除掉下的落麻中亦含有40%左右可利用的粗紡織,稱為粗麻。   打成麻的長度、細度和強度是影響亞麻紗紡織加工的重要參數。打成麻的長度決定於亞麻的栽培條件和初加工,一般為300~900mm;打成麻的線密度決定於纖維的分裂度,打成麻製成的工藝纖維截面中一般含有10~20根單纖維。

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