植物染莫代尔纤维的性能研究

张建明 王晓菲 崔 洁

（德州恒丰纺织有限公司，山东德州，253500）

纺织品高品质化已成为现代纺织工业的主要发展方向，也是提高产品档次和附加值的有效途径。进入21 世纪，人们更加崇尚回归自然，追求舒适保健、低碳环保的生活，对纺织品的需求在品质上有了更高的要求。因此，植物染色产品的深度开发，对满足市场需求、引领色纺纱向高端化方向发展具有重要意义。

植物染亦称草木染，是我国传统的染色方法，距今已有3 000 多年的历史。作为取材于天然植物的植物染色技术，在化学染料还未被人类广泛应用前，植物染料一直是纺织印染生产行业应用量最大的染色原料。尽管植物染因化工染料的兴盛而退出纺织印染大众化市场，但其在全球纺织印染技艺领域从未间断，比如国内的轧染、蜡染等技艺依然有应用，在日本、韩国、意大利等国家依然有固定人群从事着植物染色艺术制作［1-4］。在我国，目前有十几家小批量差异化专业从事植物染色纺织品经营的单位。植物染色纺织品因为染色诸多综合技术差于化学染色技术，所以没有实现更大规模生产经营，时至今日植物染料在纺织领域的应用似乎只能与“手工艺术制作”、“高端消费品”、“小众化消费者”等联系在一起，所以植物染色的技术标准化、生产的工业化任重道远。与传统的植物染色技术相比，成本大幅降低，效率大幅提高，质量更加稳定，标准更加统一，是实现植物染色产业的工业化生产的发展方向［5］。

植物染纤维色纺纱生产过程中会出现一系列的问题，比如梳棉生产过程中纤维缠绕刺辊和锡林、分梳较难、静电大难成条；并条生产过程中纤维缠绕罗拉和胶辊，纤维发黏堵塞喇叭口，生产速度较低；粗纱生产过程中纤维缠绕胶辊；细纱生产过程中胶辊带花、纤维缠绕网格圈等；纺纱工艺全过程中粉尘严重，有色颗粒物附着在针布、胶辊和罗拉上；含色量受限，不能生产某些产品等。根据实际生产中出现的问题对纤维进行可纺性分析，发现植物染色纤维的表面性能是影响其可纺性的主要原因，包括表面杂质、摩擦及静电性能等。我们采用扫描电镜、摩擦因数测试仪等对植物染莫代尔纤维的表面性能进行了研究，为后续改善植物染纤维可纺性提供理论基础。

1 植物染莫代尔纤维种类及试验仪器

对本色莫代尔纤维进行植物染色，分别为茜草植物染莫代尔纤维，红色；姜黄植物染莫代尔纤维，黄色；靛蓝植物染莫代尔纤维，蓝色。采用S-3000N 型扫描电镜测试纤维表面特征；X-ACT 型能谱测试仪测试分析纤维表面成分。XCF-1A 型纤维摩擦因数测试仪和YG321 型纤维电阻仪，了解植物染后纤维的导电性能及摩擦因数变化。

2 试验结果及分析

2.1 植物染纤维扫描电镜

按照随机取样的方法取3 种植物染莫代尔纤维，用S-3000N 型扫描电镜观察纤维形貌。将纤维贴在样品台上，喷金处理约140 s，扫描电压15 kV 或20 kV，放大1 000 倍，环境温度23 ℃，相对湿度60%。图1 为几种植物染纤维表面扫描电镜图片。

图1 几种莫代尔纤维的扫描电镜图

从图1 中可以看出，3 种植物染纤维表面附着着不同的颗粒物。经过植物染色后纤维表面的颗粒物使得纤维表面非常粗糙，其中蓝色纤维表面附着物呈结块状，颗粒物大小在3 μm～10 μm；红色、黄色纤维表面附着物分布比较均匀，其中红色纤维表面颗粒物为圆形颗粒状，黄色纤维表面颗粒物为片状，两种颗粒物大小在0.5 μm～4 μm。纤维表面附着的颗粒物是工业化纺纱过程中出现粉尘及针布、胶辊和罗拉上附着有色颗粒物的主要原因，也是影响植物染纤维可纺性的重要原因。

2.2 纤维的静电性能

2.2.1 纤维综合摩擦因数

将3 种植物染莫代尔纤维按照随机取样的方式分别取样30 组，用XCF-1A 型纤维摩擦因数测试仪测试纤维的摩擦性能；张力夹负荷为0.20 cN，摩擦辊速度30 r/min（测定动摩擦因数），摩擦辊下降速度10 mm/min（测定静摩擦因数），下降时间6 s，总时间范围15 s，金属辊直径8 mm，测试温度25 ℃，相对湿度65%。最后用综合摩擦因数表征纤维的摩擦性能，综合摩擦因数=动摩擦因数×40%+静摩擦因数×60%。

测试结果表明：茜草植物染莫代尔纤维的综合摩擦因数0.254，姜黄植物染莫代尔纤维的综合摩擦因数0.255，靛蓝植物染莫代尔纤维的综合摩擦因数0.273；本色莫代尔纤维综合摩擦因数0.196。结合图1 中植物染莫代尔纤维的扫描电镜可以看出，植物染莫代尔纤维的表面附着物颗粒越大，纤维的综合摩擦因数也越大。纤维的综合摩擦因数大，摩擦产生的附加张力增大，断头率增加，严重影响成纱过程中成卷、梳理、牵伸、卷绕等工艺。

2.2.2 纤维质量比电阻

按照随机取样的方式，每种纤维取15 g，共3份样品，置于标准大气条件下（温度20 ℃±2 ℃，相对湿度65 %±2 %）平衡4 h 以上，采用YG321型纤维电阻仪测试纤维的静电性能，采用质量比电阻表征纤维的静电性能。纤维质量比电阻=纤维平均电阻值×纤维质量/两极板之间距离的平方。其中，纤维平均电阻值单位为Ω，纤维质量取15 g，两极板之间距离取2 mm。

按照以上方法测试莫代尔纤维的质量比电阻结果为：茜草植物染莫代尔纤维质量比电阻6.01×109Ω·g/cm2，姜黄植物染莫代尔纤维质量比电阻7.87×109Ω·g/cm2，靛蓝植物染莫代尔纤维质量比电阻5.32×109Ω·g/cm2，均远大于本色莫代尔纤维的质量比电阻4.91×108Ω·g/cm2。纤维的质量比电阻越高，纤维摩擦越易产生静电，且静电不易散逸，导致纤维相互排斥，纤维蓬松不易成卷、成网、成条，纤维易吸附在通道或机件上形成缠绕、堵塞断头，影响其可纺性。

2.3 纤维表面固体物能谱元素

将3 种植物染莫代尔纤维按照随机取样的方式，取一定量的纤维，放入蒸馏水中，机械搅拌10 min，提取清洗液离心后真空干燥备用。

将上述提取的干燥固体物平铺在样品台上，采用X-ACT 型能谱测试仪测试3 种固体物，测试加速电压20 kV，采集时间10 s，探测器ADD。测试结果表明：茜草染料组成元素为C（64.57%）、O（29.11%）、AI（4.69%）及少量的Si、Ti、S、Ca、Cl、Fe；姜黄染料组成元素为C（45.50%）、O（37.17%）、AI（11.75%）、Si（2.22%）及少量的Ca、Cu、S、Mg、Na、Cl；靛蓝染料组成元素为C（48.86%）、O（38.28%）、Ca（5.26%）、Si（3.06%）、Al（2.28%）及少量的Cu、Mg、S、Fe、Na、Cl、Zn。固体颗粒物中大多为植物染料颗粒；其他元素可能来自于植物提取过程中残留或染色过程中引入的媒染剂。

分析认为：植物染莫代尔纤维表面固体物成分均为媒染剂中的黏土成分，基本为硅铝酸盐以及少量的镁、铁、钠、钙等无机盐；通过扫描电镜图片也可清晰地看到纤维表面的颗粒物，这些颗粒的附着均会对纤维的表面结构产生影响，进而影响其可纺性，尤其是牵伸、卷绕等，与机械、橡胶等接触时都会产生吸、缠现象。因此，要想实现植物染纤维的纺织工业化生产，必须对植物染莫代尔纤维原料进行再处理，以改善纤维表面的物理性能，提高其可纺性。

3 结束语

通过测试3 种植物染莫代尔纤维的表面性能可知，植物染莫代尔纤维存在纤维表面附着颗粒含量较多、纤维质量比电阻较高、纤维综合摩擦因数较大等问题；这对3 种莫代尔纤维的可纺性造成了一定程度的影响。要改善3 种植物染莫代尔纤维的可纺性，需要去除纤维表面附着的颗粒物，并对纤维进行养生处理，改善纤维的静电及摩擦性能，因此探究纤维养生处理技术及研究养生装备十分重要。