扫描电镜和红外光谱技术鉴别麻纤维的方法

王 雪，刘 欢，李志通

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000）

随着汽车工业的快速发展，“轻量化、绿色化、可回收”问题日益受到人们的关注，近年来，天然纤维尤其是麻纤维在汽车装饰上得到更加广泛的应用［1］。苎麻、亚麻、大麻、洋麻、黄麻、罗布麻属于韧皮类纤维，具有强度高、伸长小、耐磨、吸湿、透气、透湿性较好的共性［2］。麻纤维具有较强的吸湿能力，在标准大气条件下的回潮率可达10%～14%；在饱和蒸汽中，其回潮率可达20%以上，大麻和黄麻可达30%以上。麻纤维不仅吸湿性好，其散湿速度也快，在相同条件下，散湿速率比棉纤维快30%～50%。且麻纤维是天然纤维中拉伸强度最高的纤维，断裂伸长率是天然纤维中最小的，一般只有0.5%～3.5%［3-4］。

本文主要对亚麻、大麻、洋麻、黄麻4种麻纤维，通过扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）技术进行分析鉴别。

1 实验部分

1.1 仪器

扫描电镜QUANTA 450（捷克FEI公司）；傅里叶红外光谱仪Tensor 27（布鲁克香港有限公司）。

1.2 测试

1.2.1 表面微观形貌

利用扫描电镜（SEM）对纤维样品表面进行观察。

1.2.2 红外光谱分析（FTIR）

将纤维样品直接放置于ATR（ZnSe晶体）样品台上，旋转压头将样品压实，进行红外测定，数据采集设置为：分辨率4cm-1；扫面时间16Scan；扫面范围4 000cm-1～500cm-1；检测器DTGS；分束器KBr。

2 结果与分析

2.1 纤维微观形貌

亚麻、大麻、洋麻、黄麻的微观形貌分析如图1～图4所示，其结果见表1。

表1 亚麻、大麻、洋麻、黄麻的微观形貌

图1 亚麻纤维放大2 000倍SEM照片

2.2 红外光谱分析

麻纤维主要是由纤维素、半纤维素、木质素、果胶、脂肪和蜡质以及一些水溶性物质等化学成分组成［5］，主要成分纤维素是β-D葡萄糖1，4连结的聚合体，即1，4-β-D吡喃葡萄糖，其化学式为（C6H10O5）n，结构式如图5［6］。本文所述4种麻纤维的成分如表2。红外光谱图反应出的是麻纤维中所有组分的特征峰，所以4

图2 大麻纤维放大2 000倍SEM照片

图3 洋麻纤维放大2 000倍SEM照片

图4 黄麻纤维放大2 000倍SEM照片

种麻纤维的红外光谱图基本一致。

图5 纤维素分子链结构式

表2 麻纤维的成分［7］ 单位：%

图6中3 500～3 300cm-1区域较宽的吸收峰为纤维素分子内-OH伸缩振动；2 850～2 920cm-1区域为C-H伸缩振动，1 730cm-1左右为半纤维素和木质素中的非共轭羰基的伸缩振动；1 640～1 610cm-1之间的宽峰为木质素中共轭羰基和C=C伸缩振动的重叠吸收峰，1 425cm-1为纤维素与木质素中的CH2弯曲振动，1 315cm-1为木质素中的O-H弯曲振动，1 235cm-1为C-C，C-O，C=O伸缩振动的重叠峰，1 156 cm-1、1 101cm-1、1 056cm-1处为纤维素中葡萄糖环中的C-O醚键的伸缩振动，898cm-1处为纤维素中β-D-葡萄糖苷键的特征吸收振动谱带。

图6 麻纤维的红外光谱图

图7 麻纤维的红外光谱图局部放大

虽然4种麻纤维的红外光谱图很相似，但也有细微的差别。图7中洋麻和黄麻在1 505cm-1、1 595cm-1处有明显的芳环骨架振动的吸收峰，且在1 455cm-1处有明显的甲基或亚甲基的C-H弯曲振动，这可能是由于洋麻和黄麻中的木质素含量比亚麻和大麻多而出现的。亚麻和大麻在2 850cm-1处的C-H伸缩振动比洋麻和黄麻明显，且亚麻在1 200cm-1～1 400cm-1之间出现6个吸收峰。4种麻纤维红外吸收峰归属见表3。

表3 麻纤维红外吸收峰归属

3 结论

（1）扫描电镜（SEM）结果：亚麻纤维表面光滑，有规律的横节，无纵向条纹；大麻纤维表面较粗糙，有缝隙和孔洞，无横节；洋麻纤维表面有较多杂质使其凹凸不平，裂隙、扭曲较大；黄麻纤维有许多互不相交的沟槽，少量的缝隙和孔洞。

（2）红外分析（FTIR）结果：洋麻和黄麻纤维光谱图尤其相近，不易区分，两者均以在1 450cm-1～1 600cm-1范围内的芳环吸收峰区别于亚麻和大麻；大麻纤维1 730cm-1处吸收峰很弱，而亚麻在1 200 cm-1～1 400cm-1之间出现6个吸收峰。

［1］ 张 卓，任忠海，叶湖水.麻纤维在汽车工业中的开发应用与展望［J］.广东农业科学，2010，（10）：250-251.

［2］ 曲丽君.麻纤维在汽车用装饰材料中的应用［J］.产业用纺织品，2002，（8）：36-38.

［3］ 于伟东.纺织材料学［M］.北京：中国纺织出版社，2006.

［4］ 彭文芳.黄麻纤维的性能及服用织物开发前景［J］.山东纺织科技，2007，（2）：44-46.

［5］ 王晓霞，侯 斌，王正德，等.天然纤维的特性与应用［J］.轻纺工业与技术，2013，（10）：5.

［6］ 邓云红.麻纤维化学脱胶前后结构和性能的研究［D］.上海：东华大学硕士学位论文，2014.

［7］ 姚 穆，周锦芳，黄淑珍.纺织材料学［M］.北京：中国纺织出版社，2000.