莲纤维性能的研究及应用

陈丽华,高维全

（1.重庆出入境检验检疫局,重庆 400020;2.重庆市纤维织品检验所,重庆 401121）

莲纤维性能的研究及应用

陈丽华1,高维全2

（1.重庆出入境检验检疫局,重庆 400020;2.重庆市纤维织品检验所,重庆 401121）

文章综合分析了莲纤维的外观形态、成分、力学性质和物理性能,并总结了其开发应用情况,为莲纤维的进一步研究和产品开发提供理论基础。

莲纤维;性能;应用

莲纤维是荷叶柄管状分子的离体次生壁,通过物理或化学的方法从荷叶茎秆中分离出来的一种新型天然纤维。莲纤维具有良好的吸湿、排汗、防臭、透气和抗霉杀菌功能,含有多种对人体健康有益的微量元素。莲纤维的制取方法目前主要有物理制取法、生物加工法、化学加工法和生物化学联合加工法。

1 莲纤维的形态与成分

1.1 莲纤维的形态

通过电子扫描显微镜对莲纤维的纵向、横截面和单丝进行形态观察,形态结构测试图见图1～图3。

从图1、图2、图3看,莲纤维的纵向形态表现为由一组单丝纤维缔合盘绕形成的螺旋状复丝结构,一般由6～10根单丝组成,此外,纵向有细横纹,横纹间距为3～5μm,且沿纤维轴向每隔10～20μm有结点;莲纤维的横截面是由具有近似椭圆、卵圆形、半月形的截面形态的独立单纤维构成,且单纤维之间存在一定的空隙,因而其纺织制品具有优良的吸湿透气性和染色性能;单丝莲纤维纵向表面比较光滑,单丝纤维直径约4μm,有些纤维单丝之间有横向的连结存在,类似于精干麻中靠果胶物质连接起来的工艺纤维,这种外观形态有利于提高纤维之间的抱合力,对纺成纱线的强力起到促进作用。

1.2 莲纤维的成分

莲纤维的成分含量采用红外光谱法和化学分析进行测试,测试结果见图4和表1。

图4 莲纤维的红外光谱图

从图4莲纤维的红外光谱图看,在3354.4 cm-1处的强峰属于O-H或N-H的伸缩振动,2921.2 cm-1处相对较强的峰属于CH-和CH2-的伸缩振动吸收峰,1736.2 cm-1处的峰属于果胶中的甲酯和羧酸基或者半纤维素中乙酰基团中的C-O伸缩振动,1646.3 cm-1处的吸收峰属于木质素中的含氧基团,1249.9 cm-1处的吸收峰为半乳聚糖和半纤维素中的C-O振动,1052.4 cm-1处的最强峰属于多糖类纤维素中的C-O伸缩振动。这些特征吸收峰表明了莲纤维的主要成分为纤维素。

从表1中化学方法测试的数据看,维管束、原莲纤维和脱胶精制莲纤维含有多种不同的化学成分,主要是纤维素、半纤维素和木质素等成分,纤维素含量近50%。经过脱胶精制后的莲纤维纤维素含量可达70%以上,与黄麻、苎麻和亚麻的组成成分相似。

2 莲纤维的力学性质

2.1 纤维的拉伸性能

莲纤维拉伸断裂性能测试,采用单根纤维在万能强力机上,夹距10 mm,预加张力0.1 cN,拉伸速度10 mm/min进行测试,测得的一次拉伸断裂性能曲线图见图5,莲纤维的初始模量、断裂强力和断裂伸长率与其他纤维的比较见表2。

图5 莲纤维的拉伸曲线

从图5可以看出,莲纤维属于高强低伸型纤维,拉伸断裂时属于脆断,这种力学性能一定程度上影响了莲纤维织物的弹性和柔软度。莲纤维与其他纤维力学性能的比较见表2。

表2 莲纤维与其他纤维力学性能的比较

从表2可以看出,莲纤维的初始模量比羊毛、蚕丝和棉的初始模量要高,与苎麻接近;断裂强度要优于羊毛,与棉、蚕丝接近,仅次于苎麻;断裂伸长率与苎麻相近,比棉、羊毛和蚕丝小。因此,莲纤维织物的风格与麻织物相似,具有粗犷、强力高等特点。

2.2 纤维的摩擦性能

莲纤维的静、动摩擦因数的测试,在 Y151型纤维摩擦系数测定仪上采用绞盘法,标准张力夹质量为200 m g进行测试。莲纤维的静、动摩擦因数与常见纤维比较见表3。

表3 常见纤维的静动摩擦因数

从表3可以看出,莲纤维的动、静摩擦因数较大,且静动摩擦因数差值也较大,所以莲纤维的手感属于涩糙的一类。

3 莲纤维的物理性能

3.1 纤维的密度

莲纤维的真密度采用密度梯度管法和比重瓶法两种方法进行测定,测定结果与常见纤维的密度比较见表4。

表4 几种常见纤维的密度 （单位：g/cm3）

从表4可以看出,莲纤维的密度远比棉、苎麻及羊毛的密度小,与蚕丝、腈纶接近,这是由莲纤维的特殊结构所决定的。莲纤维密度较小,质量轻。

3.2 纤维的细度

莲纤维的线密度及与常见纤维的比较见表5。

从表5可以看出,莲纤维的线密度与棉纤维接近,远小于苎麻、蚕丝,属于比较细的一类纤维,有利于织造比较轻薄的织物。

3.3 纤维的吸湿性能及回潮率

纤维的吸湿性能不但会影响加工工艺,而且还直接影响织物的穿着舒适性。因此,是纤维性能的一项重要物理指标。研究表明莲纤维具有较好的吸、放湿性能,其吸湿回潮率和放湿回潮率均高于棉纤维和亚麻纤维;莲纤维的吸湿速率较亚麻和棉纤维高,放湿速率略高于棉纤维和亚麻;莲纤维回潮率为12.32%,与苎麻接近,比棉、蚕丝大,比羊毛、粘胶要小。莲纤维具有较好的吸湿性。

表5 几种常见纤维的线密度 （单位：dtex）

3.4 纤维的热学性能

王建刚,袁小红,甘应进等采用热重分析（TG）和差示扫描量热分析（DSC）对莲纤维的热学性能进行分析研究,结果表明随着温度升高莲纤维的TG曲线有两个失重阶,在160℃左右开始热分解,主失重温度约为260℃;DSC曲线呈现出双熔融峰,第一个熔融峰出现在324.7℃,第二个较低的熔融峰出现在377.7℃;莲纤维在沸水和干热空气中的收缩率分别为0.36%和0.3%,极限氧指数为17%～19%,燃烧特征与棉、麻纤维类似。

4 莲纤维的应用及前景

莲纤维具有良好的吸湿、排汗、防臭、透气和抗霉杀菌功能,其制品深受消费者的青睐,各国专业人士十分重视其性能研究和产品开发,使其得以推广和应用。目前主要开发应用于：

（1）纺织领域：混纺纱线;纺织品用于生产高档衬衫、T恤、西服等;家用纺织品用于窗帘、椅垫、手工艺品等。

（2）运动领域：用于生产乒乓球网、运动服等。

（3）医学卫生领域：手术缝合线、医用纱布、止血带、尿布、卫生巾、餐巾纸等。

随着研究的深入和产品的开发,莲纤维的应用范围将会更加广泛。

[1] 刘迪,韩光亭,黄建成,等.新型天然纤维—莲纤维结构与组成初探[J].青岛大学学报（工程技术版）,2009,24（1）：47—51.

[2] 刘迪.莲纤维的形态结构及物质组成初探[D].青岛：青岛大学,2008.

[3] 陈东生,甘应进.莲纤维及其制备方法与制品：中国,200610140888.4[P].2008—04—23.

[4] 甘应进,袁小红,王建刚,等.莲纤维微观结构[J].纺织学报.2009,30（11）：14—18.

[5] 张宏伟,李永兰,李楠,等.莲纤维的脱胶及其性能[J].纺织学报,2009,30（6）：66—71.

[6] 陈东升,甘应进,王建刚,等.莲纤维的力学性能[J].纺织学报,2009,30（3）：18—21.

[7] 刘迪.莲纤维的形态结构及物质组成初探[D].青岛：青岛大学,2008.

[8] 韩学政.棉/藕丝混纺纱的开发[J].上海纺织科技,2005,33（11）：37 —38.

[9] 王培红,寇修茂,蒋秀风.棉藕丝混纺系列产品的开发[J].棉纺织技术,2005,33（6）：357—358.

[10] 于丽红,唐淑娟.特种植物纤维的开发及应用[J].山东纺织科技,2005,（6）：54—56.

[11] 王建刚,袁小红,甘应进,等.莲纤维的热学性能[J].纺织学报,2010,31（2）：7—9.

[12] 王建刚,倪海燕,袁小红,等.莲纤维的吸湿性能.[J].纺织学报,2009,30（9）：11—14.

Study on Lotus Fibre Propertiesand Application

CH EN L i-hua1,GAO W ei-quan2
（1.Chongqing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Chongqing 400020,China;2.Chongqing Institute of Fibre and Fabric Inspection,Chongqing 401121,China）

The exterior form,composition,mechanical and physical p roperties of lotus fibre were generalized.The app lication in development was summarized to p rovide theoretical foundation for further research and p roduct development.

lotus fibre;p roperty;app lication

TS102.2+3

A

1009-3028（2010）06-0054-03

2010-10-09

陈丽华（1984—）,女,山东德州人,助理工程师。

表1 几种纤维组成成分 （单位：%）

注：维管束：莲叶柄经腐烂发酵后除去外皮后的纤维状物质;原莲纤维：从莲叶柄中抽取出来,未经过处理的纤维;精制莲纤维：原莲纤维经过碱脱胶处理的纤维。

纤维 回潮率 纤维素 半纤维素 木质素 果胶 水溶物 脂蜡质 灰分维管束 12.81 45.21 29.38 17.98 1.09 3.70 1.64 2.72原莲纤维 14.98 44.96 24.13 16.73 9.87 2.16 2.15 -精制莲纤维 5.25 70.34 8.25 13.85 0.69 2.94 1.93 -黄麻 - 64～67 16～19 11～15 1.1～1.3 - 0.3～0.7 0.6～1.7苎麻 - 65～75 14～16 0.8～1.5 4～5 4～8 0.5～1.0 2～5亚麻 - 70～80 12～15 2.5～5.0 1.4～5.7 - 1.2～1.8 0.8～1.3