竹纤维结构性能与产品开发分析

刘橙桦　蒋剑平　胡玉平

【摘 要】近年来，随着人们环保和保健意识的不断增强，绿色生态纺织品越来越受到人们的青睐，以竹材为原材料的竹纤维纺织品便以其独特的性能开始受人们的普遍关注。本文首先对竹纤维及其产品进行简要的阐述，然后重点对竹纤维的结构与性能进行了分析，在此基础上对竹纤维的产品开发以及当前开发还存在的难点问题进行了分析。

【关键词】竹纤维;结构性能;产品开发

中图分类号： TS102 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）35-0030-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.013

0 引言

当前，与其它制造业一样，纺织业的环保问题也日益突出，而开发竹纤维产品，不仅能够满足人们环保和健康的要求，同时对开发我国的竹资源、推动国家的林业产业和纺织工业的升级也具有深远的意义。

1 竹纤维及其产品概述

1.1 竹纤维概述

竹纤维是近几十年发展起来的以竹子为原料的一种新型环保材料，它的化学成份除了含有大量的纤维素以外，半纤维素和木质素的成份占比也较高。而从竹纤维的种类来看，一般可分为竹原纤维和竹浆纤维两种，总体来说，竹原纤维的环保功能优于竹浆纤维，那么，如何判断竹纤维的种类呢？这就要参照纤维生产加工所消耗的毛竹产地、竹龄及加工方式。从毛竹的选村来看，竹原纤维采用的原料是三至四年的新竹，而竹浆纤维的选择材范围不受限制;从加工技术层面来看，竹原纤维采用的是过物理、机械的方法，而竹浆纤维是采用化学的方法;从生产工艺流程来看，竹原纤维首先要用中药将毛竹进行浸泡和蒸煮，然后将竹材料中的木质素、聚戊糖、果胶质等其它成份清除掉，然后进入给油生产环节，将对制成的竹纤维束进行分丝、梳纤处理，而竹浆纤维的生产流程相对简化，首先是提取竹纤维中的竹浆，然后将它氢氧化钠溶液搅拌在一起，让其在化学反应中发生凝固，其最后成形的产品可称为维再生竹纤维。

1.2 竹纤维产品概述

由于竹纤维具有天然环保、柔软光泽的优势，所以，这一材料在日本研发成功以后，迅速得到世界很多国家的重视。经过十多年以来的技术研究与市场应用，我国在竹纤维的产品品种开发方面已领先于世界，多种竹纤维面料为相关产品的生产加提供了充足的原料。竹纤维既能单一材料独自纺织，还能与棉麻等传统纺织材料进行混合纺织;既可以采用机器加工也可以采用针织方式，其所生产的产品丰富多彩，品种繁多，目前面世的竹纤维产品种类包括以下五大系列：家纺系列、服装系列、卫浴系列、医护用品、坐垫系列。

2 竹纤维的结构与性能分析

2.1 竹纤维的结构分析

2.1.1 竹纤维的结构形态

从横截面形态形态来看，竹原纤维呈不规则椭圆状，两端尖细，中间呈空心状，这种表征使得竹原纤维更具抱合力，对纤维的成纱有很强的辅助作用，而竹漿纤维横截面为不规则锯齿形，锯齿形表面呈弯曲状;从纵截面形态形态来看，竹原纤维的纵向表面有明显的竹节，有的壁层上有裂痕，而竹浆纤维的纵面虽然较为平直，但可以看到有有明显凹槽，这此凹槽形成的孔隙有利于水分的吸收，吸湿放湿性也得到了增强。总体来看，虽然竹原纤维比竹浆纤维的颜色更白，但外观差别不大，都具有外观光泽、粗硬的形态特征，而且表面都具有吸水和透气的孔隙，因此，也提升了它可纺性能。

2.1.2 竹纤维的微观结构

通过对竹纤维超微切片，可以看到竹材中纤维微观结构，从竹纤维内部构成来看，约六成至七成的组织是由细胞组成，而其细胞壁又分为二种，一种是厚细胞壁，这种细胞壁内部包括二个宽层，其主要结构状态是内部窄，中问部分相对较宽，而且孔隙不多，孔隙口也不大。另一种细胞壁的微观结构状态的层次则较多，尤其是窄层就有四至五层之多，而且窄层的木质素密度则也高，与此相对照的是，宽层的木质素密度比窄层差别很大。

从竹纤维的横断面来看，内部分布着宽窄不一的层次，共同构成同心层的状态。具体来说，主要层次包括初生层、次生层和中腔。与其它纤维相比，竹纤维的次生层要薄得多，微纤的倾斜角也更小，宽层与窄层的木质素密度高低不一。

2.2 竹纤维的性能分析

2.2.1 竹纤维的物理机械性能

纤维纺织品是否具有结实耐用的特征，关键是看纤维的物理机械性能，如果纤维的断裂强度高、断裂伸长率大，从这些拉伸性的数据指标中可以分析纤维的结实程度。具体来说，竹纤维有关物理机械性能如下：

由于竹纤维有水的作用下会发生溶胀反应，所以，竹纤维的湿强相对低于干强，在这种状态下，竹纤维的分子链间或结构单元间的阻力就相对较小，从而增强了竹纤维的滑动性。当然，竹原纤维与竹浆纤维的湿强并不相同，竹原纤维由于是物理手段碾平而成，它的湿强相对更高。另外，竹纤维在干燥与湿润两种不同的状态下，伸长率、断裂比功也存在差异，吸水性强的竹纤维，湿态弹性回复率、弹性回复率的数值相对较大，再加上断裂功及断裂比功较大，这大大增强了竹纤维的耐用性能和抗皱性能。

2.2.2 竹纤维的抑菌保健性能

竹子的适应性强，山坡、田地以及房前屋后都可种植生长，而且竹子内含微量元素丰富，具有天然的抑菌、抗菌功能，在其繁殖、生长期间，可以始终保持旺盛的生命力，各种蛀虫都会在被竹子的微量元素的作用下得到灭杀。随着竹纤维生产加工工艺水平的成熟，已不再采用单一的、传统的硫酸盐法制浆技术，而是将这种技术融合到了竹浆粕变性生产工艺之中，这种以苛性钠法制浆技术为主体的加工方式，使得加工后的竹纤维依然保留竹纤维那种天然的抗菌抑菌性能，细菌、真菌癣菌在竹纤维结构中都难以存活。另外，竹纤维还具有天然的保健功能，竹子全身都是宝，从竹叶、竹茹到竹簧、竹沥，都是中医良药，在中药配伍中，常采用这几种材料作为药引，具有良好的成清热化痰、利尿止呕之治疗功效。

2.2.3 竹纤维的防紫外线性能

紫外线随着太阳的辐射而穿透大气层到达地球，波长不一的紫外线，对人体皮肤的伤害程度也不一样，通常情况下，虽然有部分紫外线被大气上层的臭氧层所遮挡，但是对于波长为0.32，0.40um或0.28，0.32um的紫外線则可以直接穿透大气层而进入地球表面。随着工业化、城市化进程的加快，大气污染程度日益严重，以致于臭氧层不断遭到破坏，这大大增强了紫外线的辐射强度，对人体健康提出了严峻的挑战。在这种情况下，研制具有防紫外线功能的面料就成了大势所趋。而竹纤维的面世，在一定程度上可以化解这一问题，经多家研究机构检测，竹纤维中含有大量的叶绿素铜钠元素，而这种元素对紫外线具有化解与吸引功能，所以，与传统的棉纤维相比，竹纤维防紫外线穿透的能力强，其防紫外线性能是传统面料的400多倍。

2.2.4 竹纤维的环保性能

竹子的成熟期早、生长快，二到三的就可成材，加工成竹纤维面料后，可以为纺织生产提供源源不断的生产原材料，从而节省木材的使用量，缩减木材砍伐数量，有利于森林资源的综合保护。另一方面，竹纤维的可生物降解性强，通过燃烧、土地填埋等简单的方法就可将竹纤维分解成二氧化碳和水，分解后，竹纤维所含的微量元素还可以培养土质，增强土地肥力。

3 竹纤维的产品开发

竹纤维的环保、抑菌、保健等优势，已被越来越多的商家所青睐，竹纤维的产品开发和应用也越来越广泛。目前，纤维产品开发大致可分为以下三类：一是纯竹纤维产品;二是竹纤维与真丝混纺产品;三是竹纤维与真丝混纺产品。

3.1 纯竹纤维产品

通常情况下，纯竹纤维纱线的粗细从167，833dtex（12N，60N），非常适合纺织，而且利用竹原纤维制作的布面料具有吸湿透气性好、杀菌抗菌能力强的特点，经过染色以后，面料颜色光泽亮丽。目前，国内有很多生产厂家利用纯竹纤维生产内衣、毛巾、口罩、、卫生巾、床单、被套等产品。

3.2 竹纤维与真丝混纺产品

长期以来，真丝面料产品存在难以保养的难题，比如不能机洗、容易起皱等，而将竹纤维和真丝混纺，混纺纱线的细度可达83dtex（120N），制成纱线后，真丝面料的吸水性能以及透气性能得到很大改观，竹纤维与真丝混纺产品既具有真丝布衫的柔软性，又具有竹纤维的透气吸湿性能和悬垂性能。

3.3 棉、竹纤维混纺产品

与棉纤维素相比，竹纤维的内在结构为多环型网状结构，所以，竹纤维与棉纤维混纺以后的产品，既具有竹纤维的抑菌杀菌功能，以具有棉纤维的透气性能，因此得到了商家和消费者的认可，被人称为竹丝。棉纤维与竹纤维的混纺产品穿着凉爽、舒适，而且保健抑菌，符合当今服装消费崇尚绿色、环保的潮流。棉竹混纺的纱线可以开发超薄针织织物，其织物纹路清晰，手感柔软又有独特的回弹性能，是制作夏季服装的理想材料。

4 竹纤维产品开发的难点探讨

竹纤维产品开发是近几十年才起步发展，由于生产加工技术还不够成熟，很多竹纤维产品也还比较单一，竹纤维的性能开发以及环保治理问题还有等于进一步研究探索。

首先，由于竹纤维比较蓬松，强力低，抱合力较小，断裂伸长率较大，且容易产生静电，这给竹纤维的纺纱业带来很大的挑战。在纺纱阶段，还需要对清花、梳棉、并条、粗纱、细纱和络筒各个工序的温湿度、设备状态、工艺参数进行分析。其次，在加工工艺上，纤维中的木质素含量很高，而采用化学脱胶方法，不仅耗时长、成本高，而且对水源的污染程度大。再次，在织造过程中，还存在竹纤维生纱线脆断的难题。从当前服装生产情况来看，缩水性问题、悬垂性问题也一直是竹纤维产品开发的难点问题。

5 结束语

不管是竹原纤维还是竹原纤维，不但具有天然纤维和化学纤维许多的优点，还具有天然的抗菌防臭功能、良好的染色性、良好的手感和光泽，快速的吸湿和放湿性能，使竹纤维产品开发具有强大的发展潜力。通过对竹原纤维和竹浆纤维材料及其产品特点的分析，发现竹原纤维强伸度变异系数小，伸长率大，纤维韧性、耐磨性、可纺性较好，但生产过程还在一定的技术难度和环境污染问题。

【参考文献】

[1]孙晓婷，郭亚.竹纤维的性能及其开发应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2017，34（1）：204-208.

[2]董旭，戴达松，范毜仔，等.竹纤维真空绝热板芯材的结构和性能研究[J].中国造纸，2017，36（12）：45-50.

[3]胡凯莉，黄艳辉，姚春丽，等.竹纤维细胞壁研究进展[J]. 中国造纸学报，2017，32（1）：55-61.

[4]郎泽超，李斌，王玉峰.丙烯酸盐阻燃竹纤维织物的制备与性能研究[J].化学与粘合，2018（3）：196-199.

[5]唐启恒，王云飞，郭文静.竹纤维/聚丙烯复合材料密度对其保温和力学性能的影响[J].木材工业，2018，32（2）：45-48.

[6]王洪超，胡志军，林倩倩，等.碱脲体系对竹纤维漂白性能的影响研究[J].纸和造纸，2018，37（2）：17-20.