天然竹纤维基本力学性能研究

孙德斌，杨 琳，谭 磊，杨庆斌

(青岛大学纺织服装学院,山东 青岛 266071)

1 前 言

天然竹纤维是指采用独特的工艺从竹子中直接分离出来的纤维。一般是根据纺织厂采用的纺纱系统，将天然的竹材锯成生产上所需要的长度，采用机械、物理的方法去除竹子中的木质素、多戊糖、竹粉、果胶等杂质，从竹材中直接提取竹原纤维[1～3]。天然竹纤维与采用化学处理的方法生产的竹浆黏胶纤维(再生纤维素竹纤维)有着本质上的区别。前者是纯粹的天然纤维，属绿色环保型纤维，纤维性能优异，具有特殊的风格，服用性能极佳，保健功效显著。有学者对竹浆纤维的基本力学性能、热稳定性以及纺纱性能进行了研究[4-6]，但对竹原纤维的研究较少。 随着人们环保意识的增强，竹原纤维产品的开发日益受到重视，本文重点研究竹原纤维的基本力学性能。

2 实 验

2.1 材料

实验用竹原纤维为浙江丽水晋云竹木有限公司提供采用物理、机械的方法制得的，细度为6.01 dtex。

实验用竹浆纤维为河北吉藁化纤厂生产，细度为1.67 dtex，长度为38 mm的棉型竹浆纤维。

2.2 实验仪器及实验条件

2.2.1 竹原纤维、竹浆纤维的基本拉伸性能实验

实验仪器：YG001N型电子式单纤维强力仪。

实验条件：拉伸性能测试按照 GB/T14337—1993 进行。试样的夹持长度为10 mm,拉伸速度为 10 mm/min，预加张力为0.5 cN/tex，夹持方式分别为直接拉伸、钩接拉伸和结节拉伸，实验次数为50次。

2.2.2 竹原纤维、竹浆纤维的摩擦性能实验

表面摩擦性能实验：

实验仪器：Y151型纤维摩擦系数仪。

试验条件：采用绞盘法，选用100 mg的张力夹头，共用5个纤维辊，共测得50个数值求平均值。

3 结果与分析

3.1 竹原、竹浆纤维基本拉伸性能

3.1.1 竹原纤维、竹浆纤维一次拉伸性能

竹原纤维、竹浆纤维的一次拉伸性能实验结果见表1。

表1 竹原、竹浆纤维干态与湿态拉伸性能对比表

从表1可见，竹原纤维为高强低伸长型纤维，在常温常态下，竹原纤维具有很高的强度，达到6.86 cN/dtex，且竹原纤维有很高的初始模量，但它的伸长率低，仅有5.24%。吸湿后竹原纤维的强伸度发生变化。润湿态的竹原纤维的断裂强度是干态时的71.9%，断裂伸长率比干态时高8.78%，湿态时的初始模量和断裂功较之干态时也有明显下降。

常态下的竹原纤维的强度明显大于竹浆纤维，约为后者的2.96倍，而断裂伸长率却仅为竹浆纤维的21.2%。润湿态时竹原纤维的强度、断裂伸长率、初始模量、断裂功等的变化与竹浆纤维的趋势相同。润湿态时竹原纤维的强度是竹浆纤维的2.31倍，断裂伸长率为竹浆纤维的20.3%。图1为竹原纤维和竹浆纤维干湿态拉伸曲线，从拉伸曲线的类型来说，竹原纤维和竹浆纤维的拉伸类别不同，竹原纤维属于高强低伸长类型，但竹浆纤维属于低强高伸长类型。此外竹原纤维的初始模量较大，说明具有较大抵抗变形的能力。

图1 竹原纤维和竹浆纤维干湿态拉伸曲线

3.1.2 竹原纤维钩接和结节力学拉伸性能

表2 竹原纤维(6.01 dtex)钩接与结节拉伸性能

表3 竹浆纤维(1.67 dtex×38 mm)钩接与结节拉伸性能

图2 竹原纤维钩接和结节一次拉伸曲线

图3 竹浆纤维钩接和结节一次拉伸曲线

表2和表3分别为竹原纤维和竹浆纤维钩接与结节拉伸性能，图2和图3分别为竹原纤维和竹浆纤维钩接与结节拉伸曲线，从实验结果可以看出：竹原纤维钩接和结节时的断裂强度急剧下降，均不到干态时强度的20%，结节时的强度比钩接时略大。此时的断裂伸长率也显著减小，分别为干态时的44.2%和75%。断裂功尤其减小。

竹原、竹浆纤维钩接、结节后的力学性能都有明显降低。竹原纤维的下降程度显著大于竹浆纤维。竹原纤维的钩接强度比竹浆纤维高22.4%，断裂伸长率却为竹浆纤维的39.7%。竹原纤维的结节强度比竹浆纤维高25.8%，断裂伸长率却为竹浆纤维的33.9%。

3.2 竹原纤维的摩擦性能

3.2.1 竹原纤维与不同材料接触时的摩擦性能

竹原纤维与不同材料摩擦时的摩擦性能见表4。

从表4中看出，竹原纤维与不同材料接触时其摩擦系数是不同的，竹原纤维与金属辊和橡胶辊的摩擦系数大于与纤维辊的摩擦系数，在纺织加工中应加以注意。

表4 竹原纤维与不同材料接触时的摩擦性能

3.2.2 竹原纤维与竹浆纤维摩擦系数比较

竹原纤维与竹浆纤维摩擦系数比较见表5。从表5可以看出竹原纤维的静摩擦系数和动摩擦系数均小于竹浆纤维，这主要是由于竹原纤维表面平直光滑所致。

表5 竹原纤维与竹浆纤维摩擦系数

4 结 语

竹原纤维为高强低伸长型纤维，在常温常态下，竹原纤维具有很高的强度，达到6.86 cN/dtex，且竹原纤维有很高的初始模量，但它的伸长率低，仅有5.24%。吸湿后竹原纤维的强伸度发生变化，强度减小，伸长增加。润湿态的竹原纤维的断裂强度是干态时的71.9%，断裂伸长率比干态时高8.78%，湿态时的初始模量和断裂功较之干态时也有明显下降。

竹原纤维和竹浆纤维钩结、结节后的力学性能指标都有明显降低。竹原纤维的下降程度显著大于竹浆纤维。

竹原纤维与金属辊和橡胶辊的摩擦系数大于与纤维辊的摩擦系数，竹原纤维的静摩擦系数和动摩擦系数均小于竹浆纤维。

[1] 范杰.一种新型的纺织纤维材料[J].天津纺织科技，2005(2):35-38.

[2] 闫红芹，李龙.竹纤维热处理研究[J].纺织科技进展,2004(5):31-33.

[3] 陶丽珍，蔡苏英，蒋耀兴.丝光碱缩工艺对竹原纤维纱线性能的影响[J].印染，2005(14):21-24.

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