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[植物纤维] 竹纤维的初加工、化学组成、形态结构和主要性能

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发表于 2015-8-6 22:18:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
竹纤维又分为原生竹纤维(竹原纤维)与竹浆纤维两种。这里的竹纤维指原生竹纤维(竹原纤维)。
6 N/ W! ~- t+ K+ U) N/ r- H' K
& H5 r( T# t* ~. m- j! I  g/ R( Q* W1.竹纤维的初加工 , [4 _  R* ^3 B+ y5 |/ z9 k
竹纤维的初加工分为前处理、分解、成形和后处理工序。% Y4 T! o, }. c% K  H: A2 s9 U
(1)前处理工序:将竹材料去枝、节、尖梢,锯成相应长度的竹筒,用机械方法将竹筒劈成一定宽度的竹片,再将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中。
* e) c. e. N( F, z# \& f( z(2)分解工序:蒸煮水洗分丝。将竹片连同浸泡液一起加热到特定的温度,同时施加一定压力,去除杂质。再经水洗,除去浸泡液。用机械轧压分丝后再用成丝机分解出粗纤维束。) h# Z9 j% g- ]% ]% k. P& @: X
(3)成形工序:蒸煮分丝还原脱水软化。将粗纤维分解为更细的纤维束并脱胶、脱水,最后加软化剂使竹纤维具有一定柔软度。8 `4 r; K8 E& S5 G, V
(4)后处理工序:竹纤维烘燥至含水率低于10%,然后用梳理机对其进行梳理,整理成工艺纤维,并且除去短纤维。
1 L. |" ^  O7 W9 G+ K, y8 B& X6 O
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 楼主| 发表于 2015-8-6 22:21:10 | 显示全部楼层
2.竹纤维的化学组成 
8 H* i( ?" V& k( H& B竹纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,总量占纤维干质量的90%以上,其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素、灰分等。竹纤维的化学成分随竹的品种和生长地区而异,纤维素含量一般为40% ~53%。竹的化学成分与竹竿高度及部位密切相关,竹杆外侧的纤维素明显多于内侧,而木质素是内侧多于外侧。竹中的蛋白质、淀粉、脂肪、果胶等,对竹纤维的色泽、气味、抗虫、抗菌性能有密切关系。不同产地竹材的化学组成见表。0 P1 T  j. Q0 K

. X1 X; N& N) I& Z% `: G不同产地、不同品种竹材的化学组成(%)" u0 o. R- K) x- q7 H! {1 b! C
竹材
  
  
纤维素
  
  
半纤维素
  
  
木质素
  
  
果胶
  
  
灰分
  
  
甘肃小毛竹
  
  
46.50
  
  
21.56
  
  
23.40
  
  
  
  
1.23
  
  
四川慈竹
  
  
44.35
  
  
25.41
  
  
31.28
  
  
0.87
  
  
1.20
  
  
四川白夹竹
  
  
46.47
  
  
22.64
  
  
33.46
  
  
0.65
  
  
1.78
  
  
广西丹竹
  
  
47.88
  
  
18.54
  
  
23.55
  
  
  
  
1.93
  
  
湖南毛竹
  
  
52.57
  
  
23.71
  
  
26.62
  
  
  
  
1.03
[/tr]
) [7 ~" ]# r: S/ C- u2 }6 N! q: F6 w
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 楼主| 发表于 2015-8-6 22:27:32 | 显示全部楼层

1 T- M: P  A: F$ `3 @& u3 f2 I3.竹纤维结构 1 L+ x; {  ]. X% z. V4 ]
竹材秆部由表皮组织、维管束组织、基本组织及髓腔等几个部分组成,而竹秆的维管束组织存在着两类纤维群体,如图所示为茶秆竹壁局部截面图。竹纤维多沿竹材轴向排列,竹节部分纤维较少,并且分布不规则;竹材中竹纤维沿径向从内层到外层是逐渐增加的,且竹材外层有蜡状物质。1 i! R  t* t7 y8 D' }, Q
茶秆竹壁局部截面图.jpg
茶秆竹壁局部截面图
竹纤维细胞壁有两类结构。一类纤维细胞壁呈多层结构,且由宽层与窄层交替组合而成(各4~5层),其中宽层木质素含量较少,窄层木质素含量较高。多层结构类型的纤维主要存在于维管束组织的周边部位,约占纤维总数的50%左右,如图(a)所示。另一类纤维细胞壁很厚,胞腔狭小,纤维次生壁内层由两个宽层组成,且中部的宽层较内部宽层宽得多,如图(b)所示。竹纤维壁上的纹孔稀少,且纹孔口较小,细胞腔也较小。
在竹纤维束结构中,纤维的胞间物质是木质素果胶无定形的胶黏体。纤维初生胞壁中微原纤被半纤维素、木质素和果胶填充分隔而排列稀疏,呈不规则网状结构。纤维次生胞壁外层中较厚,其微原纤的取向偏离纤维的轴向而更接近横向;纤维次生胞壁的中层是细胞壁中最厚的一层,它的结构决定了纤维的性质;次生胞壁内层的微原纤取向几乎与纤维轴向平行。竹纤维结晶度约为31.6%。
竹纤维微结构模型.jpg
竹纤维微结构模型6 o$ J, a: O0 s
M—胞间物质 P—初生壁层 S1—次生壁外层 S2—次生壁中层0 i: K+ G0 g! J! K
S3~S6—次生壁内层 C—中腔
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 楼主| 发表于 2015-8-6 22:28:26 | 显示全部楼层

' o- Z$ n6 o3 v0 d. z* d4 a0 p4.竹纤维的形态结构 
2 v; K: v$ l5 k- \1 e' j2 I* u8 f天然竹纤维单纤维细长,呈纺锤状,两端尖。纵向有横节,粗细分布很不均匀,纤维内壁比较平滑,胞壁甚厚,胞腔小,纤维表面有无数微细沟槽,有的壁层上有裂痕。竹纤维的横截面为不规则的椭圆形或腰圆形,有中腔,且截面边缘有裂纹,在其横截面上还有许多近似于椭圆形的空洞,其内部存在着许多的管状腔隙。竹纤维是一种天然多孔、中空纤维。) R4 \) l6 [8 P' U% z5 T
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 楼主| 发表于 2015-8-6 22:31:02 | 显示全部楼层
5.竹纤维主要性能
" t% x% R* f/ I8 l. @(1)纤维规格:竹纤维单纤维长1.33~3.04mm,宽10.8~22.1μm,其长宽比为79.5~210。& E7 `: e; [1 s5 n2 Y8 s( L
(2)断裂比强度与断裂伸长率:竹纤维断裂比强度为3.49cN/dtex,断裂伸长率为5.1%。5 r- O2 e- M8 f% @1 n
(3)初始模量:竹工艺纤维干态初始模量为22.70cN/dtex,湿态初始模量为6.30cN/dtex。3 B: Z. X4 a' j) ]9 G8 j+ o; x) P
(4)吸湿性:竹纤维的多孔、多缝隙和中空结构,具有良好的吸湿性、渗透性、放湿性及透气性能,竹纤维在标准状态下的回潮率可达11.64% ~12%,纤维保水率为34.93%。在温度为36℃、相对湿度100%的条件下,竹纤维的回潮率可达45%,且吸湿速率特别快。竹纤维的径向湿膨胀率为15% ~25%。% \( V( b9 F+ W& ]) B( P
(5)密度:竹纤维很轻,是天然纤维中最轻的纤维,其密度为0.679~0.680g/cm& g. V7 D- [  {% B6 P5 P
(6)抗菌性:竹本身具有独特的抗菌性,在其生长过程中无虫蛀、无腐烂,不需使用杀虫剂和农药。因此竹纤维与苎麻、亚麻等麻类纤维同样具有天然的抗菌性能。日本纺织检验协会对竹纤维抗菌性的测试结果为:竹纤维产品24h抑菌率达71%。特别是大肠杆菌等4种细菌,在竹纤维中40min以上将会被全部杀死。竹纤维的天然抗菌性对人体安全,不会引起皮肤的过敏反应。表为竹纤维与苎麻、亚麻纤维的抗菌性能测试结果。
2 j: r9 Y7 h* z
' _/ \" ], _  W' n
竹纤维、苎麻纤维和亚麻纤维的抗菌率(%)
: a& w9 h5 j8 E5 z
抗菌菌种
   
   
竹纤维
   
   
苎麻纤维
   
   
亚麻纤维
   
   
金黄葡萄球菌
   
   
99.0
   
   
98.7
   
   
93.9
   
   
白色念珠菌
   
   
94.1
   
   
99.8
   
   
99.6
   
   
芽孢菌
   
   
99.7
   
   
98.3
   
   
99.8
   
[/tr]
  ! t, I' C; X. {
  
: s& ?6 ?# l! H" Z
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