玉米皮纤维的形态结构分析

N.V.Karche，S.R.Gampawar，P.Sondankar，N.N.Kamble

Jawaharlal Darda工程技术学院(印度)

现如今，对于许多产品而言，仅满足技术和经济上的要求是远远不够的，产品是否具有可持续性也非常重要。这种可持续必要性促使研究人员尝试开发创新性产品，这可以从大量的将农业剩余物作为纺织生产原料的技术研究论文中获知。玉米是禾本科草本植物，是玉米属的一种。这种作物的农业废弃物在成为纺织行业的替代纤维方面具有巨大潜力。近年来，人们将重点放在森林保护与寻找合理利用农林业废弃物的方法上。造成这一趋势的原因是木质纤维产品的消费迅速增长，而法律允许砍伐的木材资源在不断减少。这可能会导致非法伐木活动频繁出现。此外，使用来自农林业废弃物的纤维素纤维具有诸多优势，如：环境友好，可回收利用，原料成本低甚至免费等。据统计，全球每年采用农作物生产的木质纤维素纤维的产量约为40亿t(60%来自农业，40%来自林业)。与其他主要大宗商品相比，全球钢铁年产量仅为7亿t，而塑料年产量仅为1亿t。这些数据表明，纤维素纤维的利用机会很大。

玉米皮纤维也被考虑用作浆粕和造纸的原料、纺织纤维以及复合材料的填料或结构增强材料。

纤维素材料的特性受诸多因素的影响，如原料类型、品种、气候、收割方法、植物成熟度、提取工艺以及分析时采用的试验程序条件等。这些因素的引入增加了试验结果的多样性，因此建议估计平均值的置信区间，而非仅给出测试平均值，因为置信区间数据可提供一个包含该属性最可能的真实平均值的范围。

基于表1给出的玉米皮纤维的规格与力学性能，本文对其进行进一步的形态和性能分析。

表1 玉米皮纤维规格与力学性能

采用JEOL JSM-6510 LV型扫描电子显微镜(SEM)，设置电子束加速电压为10 kV，在真空模式下观察玉米皮纤维的微观形貌。为制备可供观察的试样，将纤维切割成纵向和横向断面，并用导电胶固定在SEM的样品台上。

不同长度与不同截面位置处玉米皮纤维的SEM图如图1所示。

图1 不同长度与截面位置处玉米皮纤维的SEM图

1 伸长率

采用SEM观察玉米皮纤维的形态。玉米皮纤维的纵向截面形态如图1 a)～图1 d)所示。由图1a)可看出，在纤维近轴表面上存在一些肋状纤维，其周围存在大量微纤。由于纤维轴向表面存在着大量微纤[图1 d)]，当沿着纤维轴向方向施加作用力时，玉米皮纤维间的摩擦接触面积大，因此，玉米皮纤维的伸长率比香蕉假茎纤维、菠萝纤维和剑麻纤维更高。

2 强度

玉米皮纤维表面含有蜡、木质素、果胶和半纤维素等其他物质，这些物质会形成较厚的层，以保护纤维基质层内的物质[图1 e)]。玉米皮纤维较大的比表面积和密实的纤维排列，导致纤维具有较高的强度。

3 横截面特性

由图1 g)可观察到，玉米皮纤维的横截面形状不规则，表面也不均匀。其表面存在大量微纤和杂质[图1 c)]，这使得玉米皮纤维表面粗糙，有助于提高纤维力学和声学性能。

4 吸湿性

由于材料的刚性主要取决于其结晶度，当纤维结晶度提高时，刚性也随之提高。玉米皮纤维本质上是无定形的，其无定形区与结晶区之比大于1(约为68∶32)。由纤维形态结构分析可知，玉米皮纤维具有中空内腔，如图1 h)所示，借助Image软件可计算得其内腔平均直径为1.2 μm。

5 拉伸性能

使用Oswaldo Filizola AME-5kN型万能试验机，采用500 N压力元件，根据ASTM C1557-03标准测试玉米皮纤维的拉伸性能。使用Dynaview Standard/Proversion 2.6.7软件进行数据采集。

测试纤维的拉伸性能有助于确定纤维是否可以用作增强复合材料。对于玉米皮纤维而言，其无定区与结晶区的比值大于1，因此当沿纤维长度方向施加应力时，纤维将伸长，从而表现出拉伸行为特征。玉米皮纤维的拉伸断裂应力高于棕榈纤维和椰壳纤维，但比剑麻纤维低得多。

6 结语

通过扫描电子显微镜分析玉米皮纤维的形态结构，结果表明，由于微纤、蜡、果胶等物质的存在，玉米皮纤维表面较粗糙；纤维的无定形区赋予其突出的伸长率、拉伸性能和强度；纤维内含中空腔，可以吸收水分，纤维的横截面形状也非常不规则。未来，玉米皮纤维有望成为纺织工业中其他天然纤维材料的替代品。

吴雯雯 译 于俊荣 校