第四節　紡織竹纖維的相關研究現狀

一、竹纖維的制取研究

竹纖維的制取技術研究自1997年開始，至2004～2005年達到高潮，期間林業、紡織界的企業、院校、研究院所的相關人員都做了大量的工作，但由于制取難度很大，所制取的竹纖維束太粗，硬絲、并絲很多，木質素殘余較多，與紡織用纖維所應具備的細度、手感、韌性還有很大差距，大多仍處于研究中。回顧這幾年的歷史，科研人員主要從以下幾方面開展研究工作。

1.竹纖維脫膠方法及工藝的研究

由于竹材有著與麻類纖維相似的非纖維素物質，所以竹纖維制取的研究重點大多放在脫膠方法及其工藝的研究上，參考麻脫膠方法，大多采用化學脫膠法、化學物理聯合法或化學生物聯合法。

在化學脫膠法中，仍以堿法脫膠簡單易行、脫膠效果顯著且易于控制。2003年東華大學的萬玉芹在紡織用竹纖維脫膠、細化工藝研究中，主要探討了氫氧化鈉的化學脫膠方法，但制得的竹纖維細度在13～19tex，斷裂強度為3.099cN/dtex，斷裂伸長率為 3.48%，殘膠率（8%～11%）和殘余木質素含量（7%～14%）比麻類纖維高出很多，無法達到后道紡紗工藝的要求。天津工業大學王春紅等將閃爆后的慈竹纖維以1.5%的尿素溶液在（40±5）℃的恒溫水浴中浸泡、然后酸洗，再在含有質量濃度為8g/L的NaOH、15g/L的Na2SO3、4g/L的洗衣粉、1g/L的滲透劑的溶液中，以恒溫水浴（100±5）℃煮3h，最后柔軟處理，所得纖維細度為5～9tex，斷裂強度為5.4cN/dtex。2006年蘇州大學的徐偉對爆破后的竹材采用燒堿法進行纖維提取研究，得到竹纖維提取條件為堿濃度10～ 30g/L，100～115℃，但文中所提取的竹纖維并非以紡織用途為目標。湖南株洲雪松有限公司與中南林學院合作開發采用的方法是：前處理用2%氨水和4%尿素溶液混合的軟化劑浸泡1h，隨后在該混合液中蒸煮1h，溫度為100℃，得到粗纖維；該粗纖維再通過堿液蒸煮，在1%的NaOH溶液中蒸煮30min，溫度為70℃，進一步潤脹竹纖維，同時進一步抽提半纖維素，將粗纖維分為更細的纖維束，用水沖洗后脫水、上油、干燥。這樣制取的竹纖維線密度為5.00～8.33tex，平均斷裂強度為4.29cN/dtex，平均斷裂伸長率為5.32%。堿法脫膠工藝的研究中，由于堿脫膠不能大量去除抗堿性極強的木質素，因此制得纖維粗、硬，無法滿足紡織加工要求，故常常配合尿素預處理或采用高濃度的堿液、長時間的蒸煮，但即使如此纖維細度仍達不到要求，而且堿處理濃度過高或多重化學處理對環境污染嚴重。

為此，2004年東華大學張魏進行了竹纖維精細化加工的研究。在他的論文中對生物脫膠法進行了摸索，采用丹麥諾維信公司提供的半纖維素酶、果膠酶、木質素酶對竹纖維進行生物化學聯合脫膠處理，結果表明生物脫膠使竹纖維的膠質含量有一定的減少、對纖維細度的減小也有一定貢獻，而且它賦予纖維柔軟的特點，是一種較好的輔助脫膠手段。但酶脫膠法使竹纖維的膠質減少量非常有限，且并未使竹纖維的細度發生突破性進展，竹纖維的細度仍在13.23 tex（化學脫膠法為13.65 tex）。生物酶脫膠法成本高、對環境條件要求苛刻、工藝條件很難把握；由于竹材中含有多種非纖維素物質，故脫膠用酶必然是多種酶的復配，然而其中對竹材脫膠最重要的木質素酶至今國內外技術尚不成熟；加之竹材莖稈皮層組織緊密，細胞組織中又有大量空氣存在，生物酶很難滲透其中，因此生物酶只能作為一種輔助性的脫膠方法。化學生物聯合脫膠法因工藝流程長，生物酶對竹纖維的脫膠細化效果不顯著而未得到實際應用。

化學脫膠聯合機械處理的化學物理聯合脫膠方法是竹纖維制取的必然途徑，只是對竹材來說，采用何種有效的機械處理方式、機械作用的大小，這些是在竹纖維制取方法中需要研究的。

2.竹材成纖方法及機理的研究

脫膠方法及其工藝的研究只是竹纖維制取中的一部分，而竹材成纖方法的研究是竹纖維制取中更為重要的環節，也是與其他韌皮纖維的加工工藝所不同的地方。此方面曾經嘗試過的方法有閃爆法、超聲波法、機械牽伸法、機械梳理法、機械碾壓法及其多種方法的組合等。

閃爆法在日本主要用在包括竹材在內的、用于復合材料、板材的林業原料的制備上，近年在紡織領域也作為韌皮類纖維脫膠時的前處理方法之一。它首先用高溫高壓對原料進行熱處理，使原料中水分和各組分吸收高熱能量，使半纖維素降解、木質素軟化和部分降解；在閃爆過程中，利用高溫高壓熱汽和高溫液態水共同作用于竹材，瞬間完成絕熱膨脹過程，對外做功；膨脹的汽體以沖擊波的形式作用于竹材，而使纖維分離。2007年北京服裝學院的楊中開與北京林業大學合作進行了閃爆法對竹纖維的制取，此外天津工業大學的王春紅、蘇州大學的徐偉均采用閃爆后的竹材進行纖維的制取，結果表明：閃爆法作為竹纖維制取時的前處理方法，雖然能夠對纖維束產生劈裂作用，使纖維間產生較大孔隙，并去除纖維表面的雜質，但閃爆后的竹材形態不均勻會加劇化學處理的不均勻性及纖維尺寸的不均勻性，致使一定量的纖維長度過短而無法使用。總之，閃爆法不能對竹材起到均勻的分纖作用。

超聲波在近年韌皮纖維的脫膠中起到了很好的輔助作用。萬玉芹采用超聲波處理法討論了其對竹纖維細化的效果，發現超聲波震蕩可以在一定程度上達到纖維細化的目的，但效果不顯著且存在細化不勻現象。

張魏將機械牽伸法應用于竹纖維的制取，與機械碾壓法比較，結果表明采用機械牽伸對束纖維細度的降低有一定作用，但纖維細度仍在13.54tex。

閬中棉紡織廠、四川省外貿公司和東方遠成機械有限公司聯合成立了竹纖維研制小組，對竹纖維及其在棉紡設備上的可紡性進行了探索。將12～18個月的慈竹經過去青和用齒輪反復軋壓后，進行部分脫膠，制得的竹纖維束細度為20～50 tex，硬絲、并絲很多，含水也較大，達13%以上，并且由于脫膠不足，色澤黃，在干燥狀態下，粉塵較大，潮濕時強度又非常低，所以在加工前對竹纖維進行烘干和上油兩道預處理，先將竹纖維烘干，使之達到強度最高點后，利用圓梳機進行幾道梳理，盡量去除并絲、硬絲，使纖維線密度降低。文中采用了機械碾壓與圓梳機梳理的機械組合作用方式，其中圓梳機梳理的機械方式，效率較高，但加工過程纖維被壓斷、扯斷，所得纖維短、粗、韌性差，很難用于紡織加工。

浙江林學院的張蔚等對竹材成纖方法、機理進行了初步的研究。文中提出了熱-機械耦合開纖法，將竹片先經高溫高壓蒸煮軟化，再采用機械外載將竹片夾裂松解產生微裂紋，并使這些裂紋沿平行于纖維方向擴展以引發竹材開纖，然后在另一外加載荷的協同作用下，促使竹材宏觀裂紋不斷擴展，實現其界面脫粘分層，從而獲得粗纖維，粗纖維再經后續的軟化、梳理等一系列工序獲得細纖維。但文中只是對竹材成纖機理進行了初步的理論探討，具體的機械作用方式、引發方式、作用力大小等還在研究中。在其后續的文獻中，提出了壓輥碾壓、梳針梳理等作用方式，但未見制取纖維的物理形態指標報道。

在竹材成纖方法的研究上，由于竹材成纖機理研究薄弱，而導致竹材成纖方法的不合理，如機械牽伸法并不適合竹材、閃爆法對竹材成纖作用不均勻，控制不好還會導致竹纖維質量惡化、超聲波法效果有待于進一步考證。因此，從了解竹材特性入手、從竹材成纖機理出發，尋找有效的竹材成纖方法是竹纖維制取的關鍵。

二、竹纖維的結構性能研究

在竹纖維制取工藝研究的基礎上，萬玉芹、徐偉、蔣建新等對所制取的纖維進行結構分析與性能研究。但是因所制取的竹纖維束粗、硬、木質素含量高，還不是真正意義上的紡織纖維，故其結構性能分析不全面、不夠深入且無法從紡織角度對其進行有效的性能評價。其中徐偉從竹纖維化學性能、染色性能角度進行了研究，蔣建新從林學角度進行了研究，何建新則將毛竹材分離成單纖維狀態后對其形態結構、超分子結構進行了分析。北京服裝學院的王越平對自行制取的紡織竹纖維從結構與性能進行了全面的測試與表征，從而為紡織領域的相關研究人員對竹纖維建立起正確的認識提供了幫助。

竹纖維力學性能（包括單纖維和束纖維狀態）對于竹纖維的應用及竹材宏觀力學性能的分析有著重要意義。國際竹藤中心的曹雙平對竹單纖維的力學性能測試方法以及幾種植物短纖維力學性能的表征做了系統的研究；國際竹藤中心的陳紅對不同分離方法離析出來的竹單纖維的力學性能進行了比較。

北京服裝學院的胡淑芬對竹纖維的親水性能，從單纖維、束纖維到纖維集合體進行了系統的研究，并與其他麻類纖維、棉纖維做比較，了解了竹纖維的親水特點。國際竹藤中心的席麗霞測試并驗證了竹纖維的抗菌性能。

三、其他方面研究

在東華大學張魏的論文中，對從廣西采集的五種竹材與浙江毛竹從化學成分上進行了比較，以此為主要依據進行了竹材的篩選，其他論文僅采用了四川慈竹或浙江毛竹為原料，未在竹材上進行深入探討。

東華大學的張魏還將二甲基二環氧乙烷（DMD）應用于漂白工藝，對竹纖維進行強化脫木質素研究，結果表明其對竹纖維木質素的脫除有一定的作用，木質素含量從22%下降到13%。對于紡織用竹纖維來說，該木質素含量仍過高，有必要探討更為有效的木質素去除方法。

竹纖維的開發也受到日本的高度關注，日本坂本和夫在1993年即獲得竹纖維制造的專利；日本Toyo Press有限公司開發了一種可有效地將竹子分裂成纖維的系統，該系統生產的竹纖維可以替代玻璃纖維用于纖維增強整形材料的生產；Deshpande, AP介紹了一種用機械化學聯合法制取竹纖維的工藝，該系統結合了傳統的壓模工藝和碾磨工藝，制取的竹纖維用于各向同性的復合材料的生產。總之，日本關于竹纖維的報道大多集中在工業用復合材料方面，紡織用竹纖維的報道很少。美國也多集中在竹纖維復合材料的研究上，其他國家在此方面研究很少。

在竹纖維制取的基礎上，還需要進行竹纖維的軟化、細化，提高白度，在此過程中木質素的脫除是關鍵。紡織用竹纖維的制取是國內外研究的一個新課題，因此有待于大量的研究工作。