大麻纤维及其制品的研究

李巧娜 孙天祥 奚柏君 桑烈俊

(1.绍兴文理学院 纺织服装学院,浙江 绍兴312000；2.西安工程大学 纺织学院，陕西 西安710048)

通讯作者：奚柏君，E-mail:1245570372@qq.com.

1 试验目的

随着全球对环境问题与生命健康的日益重视，大麻纺织品开始为世人瞩目.大麻浑身都是宝，其纤维具有良好的吸湿透气性能、消音吸波功能、抗静电性、防紫外线辐射功能以及耐热、耐晒和耐腐蚀性、防霉抗菌保健功能等优良性能.因此在所有的服装面料纤维中，大麻一直被誉为“天然纤维之王”，并被欧美专家称为“人类至今以来发现的最完美纤维”.大麻纤维既可纯纺，体现其强度优势，也可根据不同的混纺比与其它纤维(如棉、毛、丝、化纤等等)混纺，优势互补.为了更好地利用大麻纤维的优势和我国丰富的大麻资源来开发优质的产品抢占国际市场，扩大其应用领域，选择大麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、纯大麻纱、麻/棉混纺纱、纯大麻织物和麻/棉混纺织物作为研究对象，采用试验的方法对它们的各项性能进行对比分析.

2 试验方法与结果

2.1 大麻纤维的化学组成与形态结构

大麻纤维的主要化学组成为纤维素，并含有一定数量的半纤维素、木质素和果胶等.

采用高分辨率扫描电子显微镜SNG-3000对大麻纤维的横截面以及纵向形态进行观察，放大倍率为500倍，所得图像如图1和图2所示.

图1 大麻纤维的横截面形态图 图2 大麻纤维的纵向形态

纤维的形态结构是指纤维在光学显微镜或电子显微镜乃至原子力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构[1].

从图1和图2可以看出，大麻纤维的横截面呈中空型，中腔多为多角形，也有呈线形椭圆形腰圆形，但长方形截面占多数；中腔约占横截面积的1/2～1/3，纤维胞壁具有裂纹与小孔，大麻纤维良好的吸湿透气性能与这种特殊的结构密不可分.大麻纤维的纵向粗细不均匀，部分呈圆管状，部分呈扁平带状，表面粗糙，有纵向缝隙和孔洞及横向刀刻纹，无天然转曲，单根纤维直径纵向不匀大.一般大麻纤维单纤维长度为15～25mm,细度为15～17μm.

2.2 麻纤维的性能分析

2.2.1 纤维的强度

采用XQ-2纤维强伸度仪对大麻、亚麻、苎麻纤维进行测试.由表1可知，大麻纤维的强度略低于苎麻，高于亚麻，而伸长率较低.由此可见，在麻类纤维中，大麻纤维具有很大的强度优势.另外，大麻纤维的强度测试所使用的是XQ-2纤维强伸度仪，这就确保了纤维伸长的等速.影响大麻纤维强度的其他原因则是试验的条件，包括温度、湿度、试样长度、试样根数等[2].

2.2.2 纤维的细度

使用XD-1型纤维细度仪对大麻纤维进行测试.在其他条件不变时，纤维越细，则在成纱时单位截面内所含有的纤维根数越多，纤维与纤维之间的接触面积越大，摩擦力越大，在拉伸时纤维之间的滑脱几率越小，成纱强度越高；此外纤维越细，成纱的条干越好，条干不匀率就越低[3].由表1可以看出，大麻纤维是各种麻纤维中细度较细的一种，而其细度与强度是息息相关的.

2.2.3 纤维的摩擦性能

采用Y151型纤维摩擦系数仪,在温度为20±3℃，相对湿度为60±5%的情况下测试了大麻纤维的摩擦系数，测得数据如表1.大麻纤维的摩擦系数接近0.3，介于苎麻和亚麻之间.因为在纤维加工过程中，经常会出现纤维和纤维、纤维和机件之间的相对运动，从而会出现摩擦问题.大麻纤维的摩擦系数较小，则有利于后序加工.其实纤维间一定的摩擦有利于纤维的各种初加工并且可以增加纤维间的抱合力，一定条件下可以阻碍纤维间的相对滑移，增加纱线的强力，还对织物的手感产生一定影响[4].

2.2.4 纤维的回潮率

纺织材料的吸湿或放湿不仅会引起材料本身的重量变化，而且纤维的吸湿性会对该纤维的密度、体积、力学性质、电学性质、热学性质、光学性质等产生影响.特别是纤维的导电性对纺纱性能和条干均匀度有很大的影响.而纤维的吸、放湿性能又决定了纤维的导电性，所以纤维回潮率显得更为重要，它会直接影响各道工序制品质量及纺制过程的稳定性[5].目前对纤维吸湿性的表征指标主要有回潮率W(水分含量占纤维干重的百分率)和含水率M(水分含量占纤维湿重的百分率).

由表1看出，大麻纤维的公定回潮率为14.94%，而实际测得的回潮率平均不大于14%.因为大麻纤维的回潮率较大，并且大麻纤维表面分布着许多裂隙和微孔，与纤维中心细长的空腔相连，这种结构形式就象一根细长钢管表面布满了孔、洞[6].这种天然生成的物理结构形成了优异的毛细效应，加之较高的回潮率使大麻纤维的吸湿透气性能格外突出.

表1 三种麻纤维部分物性比较

2.3 纱线的性能分析

2.3.1 纱线的捻度

采用Y331A捻度仪对纯大麻纱和麻棉混纺纱进行测试，因为试验纱线为z捻单纱，所以用直接计数法对纱线进行退捻，试样长度为250 mm,试验次数是20次.捻度测得数据见表2.

从表2可以看出,纯大麻纱的捻度为44捻/10cm，而大麻/棉混纺纱的捻度较大，为108捻/10cm.混纺纱的捻度较大是由于大麻纤维和棉纤维均为短纤维，较大的捻度可以使大麻纤维和棉纤维更好地抱合，以此来增加纱线的强力.纱线捻度与强力有着密不可分的关系：随着捻度的增加,纱线强力继续增加,但到临界捻度之后,若继续增加捻度,强力反而下降.这是因为纱线捻度增加,纤维间摩擦阻力增加,但是捻度过大会增加纱条内外纤维应力分布不匀,加剧纤维断裂的不同时性.

2.3.2 纱线的强度

采用YG021型单纱强力仪来测定纯大麻纱和麻棉混纺纱的强度.单次试验纱线长度为500 mm,各样品测试30次.测得纱线断裂强力和断裂伸长率见表2.

从表2的实验数据来看，纯大麻纱具有较大的强度，较小伸长.这是由于大麻纱线的韧性好，而纱线的强度很大程度上取决于纤维本身的性能.而混纺纱强度明显比纯大麻纱的强度小，伸长比纯大麻纱线大，这在很大程度上是由于棉纤维的加入，混纺比对纱线强度会有很大影响.在二组分混纺纱中，当其中一组分混纺比由零逐渐增加时，混纺纱强度一般逐渐降低，至最低值后若继续增加这一组分的比例，纱线强度又逐渐提高.两种相混纤维的断裂伸长率差异越大，纱线强度的这种现象越明显.

2.3.3 纱线的细度

采用纤维称重仪来测定纯大麻纱和麻棉混纺纱的细度.测得1 m长纱线的克重，测试次数为15次，并将结果换算成1000 m长纱线的克重，即特克斯.换算公式：Ntex=(g/L)×1000(g为纱线的克重，L为纱线的长度).测得数据见表3.

实验测得的纯大麻纱线细度为41.14tex，麻棉混纺纱的细度为38.14tex.纱线的细度与纱线的强度有一定的关系，并且纱线的细度会影响其后道工序的进行，比如大麻织物的织造.

表2 纱线的性能参数

2.4 大麻织物的性能测试

应用FAST系统测定了4个大麻织物产品的织物风格，从而对4个大麻织物作特性比较.SiroFAST-1压缩仪是用于测定不同负荷下的织物厚度，若织物进行过后整理，织物厚度能反映整理工序的均匀性和所用整理剂的稳定性.SiroFAST-2弯曲仪则是用于测定织物弯曲长度和织物弯曲刚度.服用纺织品的使用性能在很大程度上取决于它的弯曲特征,如服装穿着的适体、造型的自然、成形的不起拱和无折皱等.SiroFAST-3拉伸仪是测定织物在不同负荷下的伸长和织物斜向(对角线方向)的伸长以及剪切刚度[7].

表3分别给出了纯大麻纱作为纬纱的大麻交织织物和大麻/棉混纺纱作为纬纱的大麻交织织物的织物风格.

表3 大麻织物各性能测试汇总表

注：产品1为纯大麻纱为纬纱的平纹大麻织物；产品2为纯大麻纱为纬纱的斜纹大麻织物；产品3为麻/棉混纺纱为纬纱的平纹大麻织物；产品4为麻/棉混纺纱为纬纱的斜纹大麻织物；ST20下织物厚度为轻负荷20P下的织物厚度；伸长率E5、E20、E100分别为5cN/cm、20 cN/cm、100 cN/cm负荷下织物的伸长率.

从表3可以看出，纯大麻纱和大麻/棉混纺纱所织造织物的弯曲性能差异较大，纯大麻纱作为纬纱的织物的弯曲刚度远远大于麻棉混纺纱作为纬纱的弯曲刚度，因此纯大麻织物比麻棉混纺纱织物硬挺.但是纯大麻纱线的伸长并没有麻/棉混纺纱大，这就说明了大麻织物强度大，伸长小、硬挺性好、成形性较差.

实际上，织物弯曲刚度往往与纤维的抗弯性与摩擦性能、纱线的抗弯刚度及其混纺比、织物组织结构和设计指标、后整理和染整工艺及织造工艺参数等相关.例如：经纱张力、打纬力等的大小改变,可以显著改变弯曲刚度的数值[8].

3 结语

当今世界，人们在追求纺织品、服装花型美观、大方的同时，更加重视其舒适、生态环保和功能特性.大麻纤维历史悠久，但其产品的开发仍然存在着许多挑战.本文通过测试分析大麻纤维、大麻纯混纺纱线和大麻织物的基本性能，并且比较分析三种麻类纤维的部分物性，发现大麻产品的开发和利用价值还是很大的.随着科技的发展，大麻纤维以其高强度、优良的吸湿透气性能和穿着不贴身舒爽等其他天然纤维所不可比拟的特性，其产品将会得到越来越多人们的喜爱.所以我们应该合理利用大麻纤维的优良性能以及我国丰富的大麻资源，充分发挥大麻纤维的优势，开发优质的大麻产品.

参考文献：

[1]于伟东.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2006:43-60.

[2]姚穆,周锦芳,黄淑珍等.纺织材料学(第二版)[M].北京:中国纺织出版社,1990:92-93.

[3]殷祥刚,滑钧凯,朱若英.大麻加工技术现状及发展[J].天津工业大学学报，2003，22(1)：13-17.

[4]赵书经.纺织材料实验教程[M].北京：中国纺织出版社,1989:34-446.

[5]杜雪亮.大麻棉混纺纱的工艺探讨[J].河南纺织科技，1998，19(3)：16-19.

[6]孙伟.谈大麻纺织产品的开发[J].辽宁丝绸，2010(1)：27-30.

[7]陈东生,杨建忠,万雅波.织物客观测试系统FAST及其应用[J].纺织装饰织物，1997(1):36-38.

[8]杨萍,于伟东.纱线和织物的弯曲刚度[J].毛纺科技，2002(1):8-12.

Abstract： Hemp fiber is one of the fibers which have green and environmental features. This paper mainly tests, analyzes and studies the properties of hemp fiber, pure and mixture hemp yarn and hemp fabrics. These properties include hemp fiber’s morphology, chemical composition, tensile strength, elongation, fineness, performance, moisture regain, pure hemp yarn and hemp blend yarn’s twist, breaking strength, hemp fabric’s thickness, blending and tensile properties, etc. Compared with the properties of linen and ramie, hemp’s advantages are highlighted. The paper holds that we can seize the international market and expand the hemp products’ application areas by using the properties of hemp fiber and taking advantage of the rich hemp resources in our country.

Keywords：hemp fiber; structure and property; hemp product