巴西剑麻的柔软处理研究

潘红玮，孙小寅

（陕西工业职业技术学院纺织染化学院，咸阳712000；西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048））

剑麻（sisal）是一种多年生的硬质纤维作物，属龙舌兰科，传统上剑麻纤维主要用来织布，制造地毯、绳索、麻袋等[1]，但这些产品对剑麻纤维的利用水平较低，没有充分利用其潜在的价值。近年来，尽管各国学者对剑麻纤维增强聚合物基复合材料做了大量研究工作[2]，但是剑麻纤维的基础研究资料很少。为此，本文对剑麻纤维柔软处理的方案进行分析研究，并利用正交试验找出最优的柔软处理方案，以进一步提高剑麻产品的质量和档次。提出了各项基础数据，为剑麻纤维的开发利用提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

（1）实验材料：试样，巴西剑麻；实验药品，NaClO 1.5g/L、H2SO41.5g/L、NaOH 5g/L、Na4P3O102.5%(owf)、去木质素2.5%(owf)、油软剂JY-AK、脱胶油剂、油软剂JY-12。

（2）实验仪器：恒温水浴锅、电子分析天平：感量万分之一克、500ml烧杯、电子单纱强力仪。

1.2 柔软处理工艺流程

巴西剑麻原纤→预处理→给油→机器柔软→干燥。

1.3 实验方案

1.3.1 正交实验

本实验采用的是四因素三水平对实验方案进行正交选择，因素与水平见表1

1.3.2 柔软处理方案

剑麻柔软处理方案见表2。

1.4 测试指标及方法

1.4.1初始模量值（纤维的断裂强度与断裂伸长率之比） 利用单纱强力仪测试，并以60组纤维的断裂强度与断裂伸长率之比为该组纤维的初始模量值[3]，测试的各方案初始模量见表3。

1.4.2断裂强力 分别取剑麻纤维的根部、中部、尖部200mm，在电子单纱强力仪上测试试样在拉伸速度为100mm/min的断裂强力，计算60次的平均值。

表3 巴西剑麻各方案的初始模量Tab.3 Initial modulus cN/tex of fiber for the 9 softening treatment schemes

2 实验数据与分析

对剑麻纤维，其预处理方式（A）、给油种类（B）、给油温度（C）和闷放时间（D）等对剑麻纤维的柔软度都有一定的影响，因此对剑麻纤维的柔软处理方案进行了正交实验。实验结果见表4。

表1 正交设计的因素与水平Tab.1 Factors and levels of the orthogonal experiments

表2 柔软处理的方案Tab.2 9 schemes of softening treatments

表4 正交设计实验的极差分析Tab.4 Range analysis of the orthogonal experiments

2.1 正交设计实验的极差分析

有关计算公式有[4]：

均值：令Ki因素=与该因素第i个因素有关的试验结果之和，则该因素第i个水平的均值为:

图1 处理前后巴西剑麻纤维的断裂强力比较Fig.1 Change curves of fiber breaking strength before and after the softening treatments

图2 处理前后巴西剑麻纤维的初始模量比较Fig.2 Initial modulus cN/tex of fiber before and after the softening treatments

本实验是根据剑麻纤维在断裂时的初始模量的大小作为剑麻纤维的柔软度的，在所有的纺织纤维中，初始模量是衡量纤维手感柔软程度的一项指标。初始模量大的说明剑麻纤维的刚性较大，初始模量之值取决于聚合物的化学性质以及大分子之间的相互作用力的强度[5]，大分子链的柔合性愈大，则纤维愈易变形，同一种聚合物制取纤维的初始模量值愈大，分子之间相互作用力的强度愈大，纤维的结晶度及取向度也就愈大，纤维的初始模量越小则纤维越柔软[6]。

由表2知由于极差反映了各因素对指标的影响大小，所以由极差：RA>RB>RD>RC知，因素对柔软度的影响从主到次排序为，即预处理方式对柔软度的影响最大，其次是给油种类，然后是闷放时间，最后是给油温度。

由于均值反映了该因素水平对指标的影响，又由于指标越小越好，A3＞A1＞A2，所以 A 因素的水平 2 好，同样得出 B3＞B2＞B1，C1＞C3＞C2，D2＞D1＞D3，因素的水平1最好，因素的水平2最好，和因素的水平3最好。所以知方案4对剑麻纤维的柔软处理效果最好。

2.2 效果对比

利用上述的优化工艺对巴西剑麻纤维进行柔软处理，并与原剑麻纤维进行效果对比，其对比效果见图1、图2。

从图1、图2的比较结果来看，处理前剑麻纤维的断裂强力大且不平稳，而经柔软处理后其断裂强力不仅在减小，而且从根部到尖部趋于平稳。处理前剑麻的初始模量也比较大，经柔软处理后，初始模量大大的减小了。剑麻纤维经乳化剂、油剂及堆积后处理，无定形区分子的部分水解使结晶区之间的空隙变大，结晶区分子的部分水解使结晶区尺寸变小[7]，因此，在受到外力作用时结晶之间容易产生相对运功，纤维的抗弯曲能力降低，刚度减弱，从而使剑麻纤维的硬度降低，工艺纤维特数得到改善。

3 结论

优化的巴西剑麻柔软处理工艺为：先将剑麻纤维经过碱液煮炼预处理后，再利用柔软剂Jy-AK（按原料比重的5%，浴比为1：20）在70℃的温度下闷放6小时进行湿态处理后，剑麻纤维的柔软度最好。该工艺对剑麻纤维有着良好的柔软处理效果，使剑麻纤维的柔软度大大的得到改善，而且其工艺简单，符合环保要求。因此，该方案对剑麻纤维进行柔软处理是完全可行的。

[1] 黄艳.世界剑麻生产现状及未来展望[J].中国热带农业，2008，（5）：22-26.

[2] 牟秋红，等.剑麻纤维的热处理方法对其热性能和形态结构的影响[J].桂林工学院学报，2004，（4）：469-473.

[3] 张一心.纺织材料学[M].北京：中国纺织出版社，2005:26-29.

[4] 梅长林.实用统计方法[M].西安:西安交通大学,2002:84-90.

[5] 潘红玮，等.巴西剑麻基本性能研究[J].西安工程大学学报，2010,(2):146-149.

[6] 曾庆福.苎麻织物柔软处理方法比较[J].麻纺织技术，1997，（3）：14-18.

[7] 姜繁昌.剑麻纤维的性能研究[J].中国麻业，2003，25（4）：172-177.