新型再生纤维素纤维的性能分析与鉴别

荆妙蕾 陈佳丽

(天津工业大学纺织学院，天津，300387)

1 新型再生纤维素纤维概述

天然纤维已有几千年的发展历史，但自然界的资源是有限的，而可以为人们所使用的天然纤维素纤维更是有限的。因此，人们开发出了化学纤维，一定程度上缓解了资源紧缺的局面。随着对化学纤维研究的深入，发现在其生产过程中会产生很多废弃物，不符合现代社会的环保要求。现在人们对生活质量的要求越来越高，社会需求也正往绿色环保方向发展，绿色纺织品必然会成为大众需求。与有限的天然纤维相比，纤维素资源丰富、可再生、具有可持续性，纤维素可重复循环使用、绿色环保。作为纺织纤维，纤维素纤维具有良好的吸湿性、穿着舒适性，是21世纪最理想、最有前途的纺织原料之一。

1.1 纤维市场现状

目前内衣、家纺、衬衫市场上使用较多的纤维有纯棉、莫代尔、黏胶，竹浆纤维因其独特的抗菌性能也有一定的影响力。用这些纤维制成的产品各有不足，纯棉存在越洗越硬、易褪色的缺点;莫代尔虽然光滑柔软、色泽亮丽，但是易起毛起球，不挺括;人造纤维中90%是黏胶纤维，黏胶纤维虽然以天然纤维为原料，但是强力低、不耐用，并且在生产过程中会排放大量的废水废气，尤其是锌的排放对淡水植物、浮游生物都有强烈的毒害，在发达国家属于限产停产行业;竹浆产品也存在一些问题，如缩水率高、强力低、手感生涩，用化学方法制造，生产过程对环境有污染。在这样的背景下，Lyocell、里奥竹纤维等新一代绿色再生纤维素纤维应运而生［1］。

1.2 再生纤维素纤维的发展

再生纤维素纤维是指用麻、木材、竹类、棉短绒、海藻、甘蔗渣等天然纤维素物质制成的纤维。再生纤维素纤维的发展有三个阶段:第一阶段以普通黏胶纤维为代表;第二阶段以高湿模量黏胶纤维为代表;第三阶段为环保绿色再生纤维素纤维，最具有代表性的有 Lyocell、Modal、里奥竹纤维等［2］。本文对棉、黏胶、Modal、Lyocell、竹浆纤维、里奥竹纤维的结构特征进行简单的分析和鉴别。

2 新型纤维素纤维的结构与性能

纤维结构上的差异必然会反映在性能上，下面对各种纤维素纤维的结构与性能进行简单的分析。

表1为棉与几种再生纤维素纤维的性能指标。从表1中可以看出:在同样线密度的情况下，Lyocell与里奥竹纤维的干湿断裂强度最好，Modal纤维其次，黏胶纤维的湿断裂强度最低。这主要与纤维的结构(结晶度、聚合度等)有关，结晶度越高，纤维中的分子排列越规整，缝隙孔洞少，分子间结合力越强，纤维的断裂强度、初始模量就越高，但伸长率降低［3］。

表1 棉与几种再生纤维素纤维的性能指标

2.1 黏胶纤维

黏胶纤维的化学组成与棉纤维相似，但聚合度比棉低得多，取向度低，结晶度较小，结构中的空隙含量比棉大［4］，截面呈现出不规则的锯齿形，有明显的皮芯结构。这使得黏胶纤维吸湿性好、易染色、色谱全、色泽艳、染色牢度好，但黏胶纤维的缺点是湿强度低、初始模量低、弹性恢复性差、织物易变形起皱。由于黏胶纤维湿模量低，在湿态下纤维快速溶胀，纤维的断裂强度明显下降，在较小的负荷下便开始伸长。因此，织物洗涤时很容易变形，干燥后强烈收缩，尺寸很不稳定［5］。

2.2 Modal纤维

Modal纤维是一种新型再生纤维素纤维，属于变化型高湿模量纤维，原料为中欧森林中的山毛榉木浆粕。该纤维的湿度损失约为40%，断裂伸长率较小，纤维的大分子聚合度为2 500～4 000，其干强比棉和黏胶纤维好，湿强与棉纤维相近［6］。因此Modal纤维具有合成纤维的一些优异性能，如较高的干、湿强力和韧性，良好的吸湿溶胀性能，轻柔、滑顺［7］。此外，Modal纤维的湿强度高、湿伸长率低的特性使得该纤维制成的织物在服用时具有较好的尺寸稳定性。

2.3 Lyocell纤维

Lyocell纤维的开发是再生纤维素纤维生产中的一次重大突破，其制造工艺绿色环保，生产过程中的产品可循环利用。Lyocell纤维是其商品名称，在我国称其为天丝［8］。Lyocell纤维是采用干湿法纺制的再生纤维素纤维，以N-甲基氧化吗啉(NMMO)—H2O为试剂。该纤维集合成纤维和天然纤维的优点于一体，并且还为其纺织品提供了一些特定的优异性能［9］。Lyocell纤维是在空气中进行牵伸的，因此其分子取向性好，分子排列的紧密程度高，纤维中缝隙孔洞少［10］。但正因为Lyocell纤维结晶度高，故纤维较脆，这是值得进行深入研究的课题。Lyocell纤维既有涤纶的“韧性”、毛的“豪华美感”、棉的“舒适性”，又有真丝的“光滑触感”及“柔软坠感”，无论在干或湿的状态下，均极具韧性。此外，该纤维还具有原纤化特性，此特性经过一些处理后可获得独特的桃皮绒风格［11］，但若利用不当则会变成缺点，易起毛起球。

2.4 里奥竹纤维

Lyocell纤维的原料是木浆(少量棉短绒)，由于木材受到土地资源、自然条件、生长周期等因素的约束，已不能满足生产的需求，寻求新型的资源迫在眉睫。我国是世界产竹大国，且竹子的主要成分是纤维素，其分布广泛，成材迅速，符合可持续发展的要求。竹纤维的一个独特之处是具有天然杀菌性，在服用时不会对皮肤造成过敏性反应。通过显微镜观察，可以发现棉纤维成网状结构，而竹纤维则多呈纵向伸展，更奇特的是，其横截面布满了椭圆形的空隙［12］。上海里奥纤维企业发展有限公司开发出用溶剂纺丝法生产的竹Lyocell纤维，将其命名为里奥竹纤维。里奥竹纤维的横截面基本呈椭圆形，布满了大小不等的圆形空隙，纵面光滑无沟槽，手感光滑，光泽度好，是一种高结晶度、高取向性、全芯结构的纤维素纤维。因而吸水性比棉强，能快速蒸发水分，被称为“可呼吸的纤维”。从表1中可以看出，里奥竹纤维的力学性能可与天丝媲美。里奥竹纤维的原料为竹浆，因此其还具有天丝不具备的抗菌、防螨、抗紫外线等性能。

3 新型纤维素纤维的鉴别

由于再生纤维素纤维有许多相似的性能，所以鉴别时存在一定的难度。纤维的生成和加工工艺不同必然会导致这些纤维在结构上有所差异，本文对这些纤维进行了鉴别。显微镜观察法、燃烧法、溶解法、药品着色法是最为常用的鉴别方法［13］，但在用药品着色法鉴别纤维时，会发现颜色区别不是特别大，容易受人为因素的影响，如水洗程度等，所以必须重复验证，且需要熟练技术，这里不建议使用此鉴别方法。

3.1 燃烧法

燃烧法的试验原理:利用纤维燃烧时、燃烧后的不同现象来区分纤维种类［14］。有些纤维的化学组成相似，如棉、黏胶、Modal、Lyocell等，故用燃烧法来鉴别这些纤维具有一定的难度，但还是可以通过纤维在燃烧时的冒烟及灰烬方面的不同来进行区分。燃烧法可以作为预备试验，用以鉴别纤维素纤维。试验结果见表2。

燃烧这些纤维，接近火焰时，可以直接分辨出竹浆纤维，棉与黏胶、Modal现象相近，Lyocell与里奥竹浆相近;在火焰中，Modal会有少量白烟;离开火焰后，棉迅速燃烧，黏胶继续燃烧，而Lyocell则停止燃烧;Lyocell的灰烬为黑色絮状粉末，而里奥竹的灰烬为浅灰色。由此，可以分辨出这些纤维。

表2 各种纤维燃烧时及燃烧后的特征

3.2 溶解法

溶解法的试验原理:利用各种纤维在不同化学溶剂中不同温度下的溶解特性来确定纤维品种。试验结果如表3所示。

表3 各种纤维的溶解情况

一般的再生纤维素纤维耐碱性好，而耐酸性则结果不一。如里奥竹纤维的耐酸性比Modal好，但不及天丝和棉。

3.3 显微镜观察法

显微镜观察法的试验原理:使用显微镜观察，根据纤维纵向和横截面形态的差异来鉴别纤维。现对棉、黏胶、Modal、Lyocell、竹浆、里奥竹纤维的形态进行对比，试验结果如表4所示。

图1为里奥竹、Lyocell、黏胶、竹浆纤维的横截面形态。

表4 纤维的形态

4 结语

资源丰富、可再生、环保是再生纤维的优势，再加上采用的是新型溶剂型制造工艺，注定了再生纤维素纤维将会繁荣发展，为纺织业的发展带来了新的希望。充分利用再生资源，符合可持续发展的战略，具有深远的社会意义。根据各种纤维独有的性能及特点，将它们与其他纤维如棉、羊绒、麻等混纺，可开发出风格各异的纺织品，扩大市场的需求，提高我国纺织品在世界的地位，具有巨大的经济效益。

再生纤维素纤维从普通黏胶纤维、高湿模量黏胶纤维，到当今流行的Modal纤维和Lyocell纤维，纤维性能得到了很大的改进。这些纤维不仅性能优良，而且使传统生产中的环境污染问题得以解决。相信在不久的将来，一定会有更多具有优异性能的新型再生纤维素纤维面世，以满足人们不断增长的需求。

图1 纤维的横截面形态(SEM)

［1］许英健，王景翰.新一代纤维素纤维:天丝及其分析［J］.中国纤检，2006(1):43-45.

［2］唐莹莹，潘志娟.再生纤维素纤维的结构与力学性能研究［J］.国外丝绸，2009(3):10-12.

［3］于伟东.纺织材料学［M］.北京:中国纺织出版社，2005.

［4］刘辉，王厉冰.新型再生纤维素纤维的结构与性能［J］.山东纺织科技，2005(1):48-50.

［5］SINGLRSSJ Gill-P.Lyocell properties and applications［J］.Man-Made Textiles in India，2002，45(3):93-97.

［6］HAIO Harms.Man-Made cellulosics:From standard to speciality［J］.Chemical Fibers International，2000，50(2):306-307.

［7］张瑞文，王再学.Lyocell纤维:溶剂法再生纤维素纤维［J］.河南纺织高等专科学校学报，2006，18(4):4-7.

［8］张裕，申晓平.竹纤维的性能与开发应用［J］.纺织标准与质量，2003(4):21-22.

［9］杜卫平.竹浆纤维的基本形态结构与分析［J］.上海纺织科技，2006，34(6):7-11.

［10］胡雪敏，张海燕.再生纤维素纤维的性能及产品风格［J］.毛纺科技，2006(4):30-32.

［11］孙志群.竹浆纤维机织物的性能及产品开发［D］.上海:东华大学，1999:50-55.

［12］顾俊晶.再生竹纤维结构与性能研究［D］.苏州:苏州大学，2009:32-36.

［13］余小勇.棉及几种常见再生纤维素纤维的鉴别［J］.上海丝绸，2006(2):14-15.

［14］孔卫红.纺织纤维鉴别方法(上)［M］.北京:中国纺织出版社，1994.

［15］李云台，刘华.新型再生纤维素纤维的性能对比与鉴别［J］.棉纺织技术，2003，31(9):543-546.

［16］BURGER H.Innovative materials manufactured by alternative cellulose shaping［J］.Chemical Fibers International，2000，50(2):306-307.