汉麻纤维加工原理及设备

张晓超

摘要：

汉麻是一种古老的生物质资源，对保障能源安全、保护环境、促进社会经济可持续发展有非常重要的意义。本文介绍了汉麻的低碳环保特性，以及汉麻纤维低碳环保加工技术和流程设备。

关键词：汉麻；低碳环保；生物质；节能减排；综合利用

汉麻原多称大麻，又称火麻、线麻。因大麻的名称易与毒品混淆，近年来多数专家和学者建议将用于纺织领域的大麻纤维称作汉麻。汉麻属一年生草本植物，是人类最早用于纺织领域的纤维之一。汉麻纤维的微晶结构不同于棉、苎麻和亚麻，虽单纤维较为细软，但纤维束分裂度较差，长度和细度均匀度差，给汉麻纤维的纺织印染带来较大困难，产品一直处于中低档水平。因此研究开发新工艺和适销对路的汉麻家纺、服装面料，必将获得巨大的经济效益，并可推动汉麻印染面料品质的提升。

1 汉麻纤维的特性

（1）汉麻纤维单纤维长度15～25mm，细度15～30μm，比重1.48，分子结构纵向排列紧密，结晶度及定向度高，是各种麻纤维中最细软的一种。纤维顶端呈钝圆形，没有苎麻、亚麻那样尖锐的顶端，故成品特别柔软适体。避免了其他麻类纺织品共有的粗硬感与刺痒感，穿着较为舒适柔软[1]。

（2）汉麻纤维中心具有细长的空腔，纤维表面纵向分布有许多裂纹和小孔洞，形成优异的毛细效应，故吸湿排湿性能优越。

（3）汉麻纤维横截面比苎麻、亚麻、棉、毛纤维复杂，为不规则三角形、六边形、扁圆、腰圆等，中腔与外形不一，其分子形态为多棱状，较松散，有螺旋纹。当声波、光波照射过来，一部分形成多层折射或被吸收，大量形成了漫反射，因此，汉麻纤维对音波、光波有良好的消散作用，无需特别整理可阻挡强紫外光的辐射。

（4）干燥的汉麻纤维是电的不良导体，其抗电击穿能力比棉纤维高30%。90%，是良好的绝缘材料。汉麻纤维吸湿性能好，标准条件下含潮率可达12%，而空气湿度达95%时，含潮率可达30%，手感却不觉得潮湿，因此汉麻纺织品可避免静电积聚，不易因摩擦起球和吸附灰尘。

（5）汉麻纤维耐热性能也使其他纤维望尘莫及，在370℃高温时不变色，因此，汉麻纺织品特别适宜做防晒服装和各种特殊需要的工作服、汽车坐垫、装饰布等[2]。

（6）汉麻纤维含有微量的汉麻酚类物质和十多种对人体健康有益的微量元素，且对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、白色念珠菌、青霉、曲霉等有明显的灭杀、抑制作用，护肤保健之效明显。

（7）汉麻纤维能发射4～8μm的远红外光波，有调节人体微循环的功效，是性能良好的保健纤维。

2 汉麻的低碳环保性

汉麻是一种生命力很旺盛的作物，除极地和热带雨林外，在世界各地几乎都可以生长。我国是世界上最早栽培和使用汉麻的国家之一，距今已超过6000年。通过深入研究表明，汉麻是一种具有突出“低碳品质”的高值生物质资源，并且是可以在多个行业利用的工业原材料，具有以下特点：

2.1 生态性

汉麻与其他植物有良好的可共性，不与粮、棉、油争地，对土质要求不高，山坡地、荒地和盐碱地等都能种植，根系使土壤中氧含量和肥力得到提高，土壤不板结。汉麻是速生植物，其叶子更新快，对虫害的耐受力较强。与其他农作物间作，汉麻田附近的害虫会被汉麻大量的绿叶吸引过来。种植汉麻使适应并危害常见农作物的病原体及害虫的生物周期被打破，因此这些病/虫害由于汉麻的轮作被迫远离。可减少农药、杀虫剂等易造成温室气体高排放的化学药剂的使用。叶子回田后降解，养分被土壤吸收。

2.2 资源性

麻生物产量高，特别适合于和其他作物轮作间作。一季汉麻生长期仅为120天左右，但其生物产量高，一季秆芯的产量相当于一年速生林，每亩汉麻韧皮纤维常量可达l00kg以上，最高可达200kg。汉麻的韧皮、秆芯、花、叶和根均具有很高的利用价值，是一种高值特种生物资源。

2.3 低碳性

汉麻种植具有显著的低碳性，从种植到收获，每吨汉麻排放的CO2仅为544kg，而棉花为1680kg，而合成纤维生产CO2排放量比天然纤维高10～20倍。同时汉麻也是一种优秀的“碳汇”植物，在生长过程中通过光合作用吸收空气中的CO2，并以有机物的形式固定于植物体内，具有明显的固碳效应，是一种很好的低碳环保经济作物。据测算，种植一公顷汉麻在100天的生长周期内可以在纤维素碳中隔离并储存（螯合作用）20吨的CO2，并且在土壤中隔离并贮存另外500kg 的CO2。

3 汉麻纤维加工技术的低碳环保性

汉麻的低碳性不仅体现在其种植与收获上，在整个汉麻纺织品的生产过程中也是本着低碳、环保、可持续的原则，不断加大技术创新力度，引进先进设备，使产品的绿色、低碳源于原料，始于生产过程。做到了低能耗、低排放。在汉麻纤维的初始加工阶段，研制出生物脱胶技术，最大限度地避免了因化工料的使用，给环境和产品带来的污染；实施了污水处理等一系列节能减排项目；在纺纱、织造过程中，不断加大技术创新，引进新设备、开发新技术，不仅提高了产品的科技含量，而且实现了低能耗、高产出。

3.1 韧皮纤维提取技术——鲜茎皮秆分离技术

采用机械皮秆分离机剥皮具有许多优点：纤维损伤小，长度长，强度高；没有后成熟问题，木质素含量低；可在田间地头加工，工艺简单；没有污染，加工废弃物直接利用；加工成本低，工艺流程短；同时提高了效率，减少了人工，同时秆皮得率高于以前人工剥皮和机械打麻。采用这种汉麻韧皮纤维鲜茎皮秆分离的提取方法，利用鲜茎皮秆分离设备，具有韧皮纤维产量高，损失小；韧皮纤维质量稳定，木质素含量低，长度长；加工工艺简单，生产效率高，用人少，产生成本低，满足了田间山头生产需要，解决了传统秆茎加工时收割、去叶、晒干等工序用人多、效率低、运输费高等难题；加工过程无污染产生，副产物秆茎和叶子便于直接利用，有效避免了传统汉麻韧皮纤维提取时沤麻所产生的大量污水，同时解决了沤麻对秆茎性能的负面影响[3]。endprint

3.2“机械+生物+高效漂洗”三位—体脱胶新工艺和新装备

采用挤压、揉搓、振荡、拍打等物理作用方式对汉麻韧皮纤维进行机械脱胶处理，使韧皮纤维分裂度提高50%以上，确保了脱胶的高效、快速和均匀。

传统的脱胶麻笼多采用中心柱满挂麻秆，中心柱开孔，麻束卷绕2～3次挂于挂麻秆上，处理液在泵的带动下自中心柱的孔眼向外喷射循环，这样做出的麻经常出现内外处理不匀现象，内层较白而外层较差，上下层也易出现处理不匀，尤其在泵力不足时更加明显，另外挂麻随意性大，使麻的根、中、梢部处理力度存在很大差异，不符合分段加工的方式。新发明的挂麻架采用了一种能实现缸内喷淋和高效循环的设计，中心柱不开孔，最上端的挂麻秆为主杆，向下均匀布满副秆，麻束自然垂直，处理液在循环时自主杆均匀向下流动，加之副秆的喷淋作用，使整个麻束的处理均匀一致，所生产的产品内外、上下的色泽、手感、残留胶质等基本一致，确保不同麻束之间对应部位的均匀一致。高效的循环和喷淋处理方式能使所使用的化工助剂等发挥其最大的作用，减少不必要的能耗，同时能有效减小浴比，降低污水的排放量和对环境的影响，并能缩短生产周期，提高生产效率.

脱胶后得汉麻精干麻的梳成率可提高7%～9%；精梳麻粒少而小，纤维整齐度高，短纤、短绒率低。生物脱胶后的精干麻外观、手感及物理性能测试中均优于化学脱胶，特别是在纤维手感及光泽上。生物脱胶后精干麻的伸长率（用于表示纤维柔软度指标）比化学脱胶精干麻提高了15%左右，且其纤维强度也有所提高，达到4.0cN/D以上。通过纺纱测试，其纤维制成率提高了4%～7%，麻条不匀率下降了1%左右，成品质量较好[4]。

通过筛选、育种、脱胶试验，优选了汉麻韧皮纤维生物脱胶菌种——嗜碱性革兰阳性菌种HXM一09，具有生长及繁殖能力旺盛、抗污染、适应能力强、可重复使用、易灭活脱、脱胶效率高等特点，菌株在14h～18h内脱胶率可达60%～80%。以此为基础发明了韧皮纤维液下生物——高温漂洗联合脱胶新工艺和新设备，实现了温控简单、湿度恒定、给氧均匀、循环使用的目标，克服了传统生物脱胶由于在空气中温度、湿度、供氧难以控制而引起的脱胶不均匀的难题。采用高温漂洗，可有效脱出半纤维素、木质素等杂质。所处理纤维更均匀，所用碱浓度仅为常规化学脱胶的10%，取代了传统的浸酸——碱煮化学脱胶方式[4]。

“机械+生物+高效漂洗”三位一体脱胶技术首次实现麻类韧皮纤维连续机械化加工。由于能耗、化工原料投入及污水排放的减少，加上脱胶微生物新陈代谢活动消耗了部分有机物，生物脱胶工艺可以很大程度上减轻无机及有机污染物排放。生产lt精干麻所产生的高中浓度生物脱胶废水76t左右，废水COD在2200mg/L ～2500mg/L（单纯化学脱胶15000mg/L～20000mg/L），BOD可降低到200mg/L（单纯化学脱胶350mg/L ～500mg/L）以下，色度为1800～2300倍，污水排放量降低30%，蒸煮时间比常规缩短4倍，提高了工作效率。故生物脱胶废水易于处理达标，从而减轻污水处理构筑物负荷，节省污水处理费用。

3.3 汉麻纤维生产节能减排技术

采用原始创新发明的分纤水洗和漂洗柔软工艺和设备，实现了汉麻韧皮纤维带状连续处理，结束了韧皮纤维分纤水洗手工或半机械化加工的历史。将传统敲麻、柔软、漂白、水洗等手工或间歇操作连续化，减轻了工人劳动强度，节约了用工，提高了生产效率；采用打出胶质单独通道排出，后工段的排水简单过滤回用到前工段，实现了大幅度降低用水量，比常规处理节省3倍左右用水。大幅度减少了用水和污染排放；连续顺直处理，保证了纤维的平直程度，减少纤维损耗和损伤，提高了纤维利用率；可控连续敲打和水洗，保证了分纤和洗涤的均匀，使脱胶更均匀，提高了纤维分裂度，从而提高了分纤加工的效果，为汉麻高支精细加工奠定了基础。由于分纤漂洗柔软设备的生产使得牵切纺成为可能，不仅提高了生产效率，同时避免了采用开松机、梳麻机所带来的麻粒多、纤维损伤严重的问题，提高了纤维得率，提高了纤维分裂度，使得汉麻高支纺纱成为可能。

采用先进的污水处理设备与工艺，在分纤水洗工序使用污水处理中水生产，可以大大减少生产中废水的产生量，对环境友好。试验表明使用污水处理中水与用自来水分纤水洗后的纤维的分裂度和硬条基本一致，残胶分别为2.61%及2.35%，可见使用中水分纤水洗对纤维有一定影响，但只要在一遍分纤水洗采用中水，二遍分纤水洗使用自来水，不仅对纤维影响很小，还能实现资源重复利用。所以采用中水回用分纤水洗基本可以满足现阶段生产需求。

4 研究展望

汉麻是一种优良的生态性、资源性和低碳性植物，汉麻纤维具有优秀的吸湿性能、抗菌保健性能、耐热耐晒性能等，在人类越来越推崇返璞归真、崇尚自然、绿色环保的消费理念下，汉麻产品具有广阔的发展前景，必将拥有广阔的消费市场。但是由于汉麻身份的特殊性，在很长一段时间里我国一度严禁种植，停止了对其的科研投入，导致许多研究有待发展。经过本课题的研究，为深入改善汉麻织物的柔软性、提高汉麻织物的服用性能奠定了基础。汉麻如果想要走得更远，需要研究的内容还有很多：

（1）发展汉麻的综合利用技术。因为汉麻全身是宝，提高汉麻整个种植的综合效益，有利于加强对市场变化的应对能力。

（2）改善汉麻织物服用性能。汉麻纤维存在麻类纤维共同的缺点，纤维长度不匀率较高，毛羽多、硬、长.以及汉麻纤维中的果胶和木质素等杂质，都使得汉麻纤维弯曲和扭转刚度大，而且汉麻单纤维长度较短，目前还没有与之适应的纺纱系统，需以工艺纤维形式纺纱，导致汉麻织物刚性大，服用性能差，穿着时有刺痒感等各类问题。应当进一步研究汉麻织物的柔软整理工艺，刺痒感处理技术，减少毛羽纱的加工技术，开发高支汉麻纱技术等。

（3）增加汉麻产品的附加值。在如今的高科技时代，产品更新换代的速度是越来越快，想要在新产品层出不穷的市场上具有竞争能力，就必须不断提高自身的附加值。汉麻产品除了要发挥自身原有的各种优势外，还可以研究开发更多的功能性汉麻产品，如研制医用汉麻产品、汉麻非织造产品、环保型汉麻复合材料等。

（4）提高汉麻产品生产的环保性。地球只有一个，保护环境已是全球共同努力的目标。但是纺织品生产的污染问题一直是一个严重问题。虽然汉麻纤维是一种优异的可降解环保绿色产品，但是在其生产、开发过程中，依然需要使用大量的酸、碱等化学试剂，需要消耗大量的能源，因此研究如何使汉麻的脱胶、染色、后整理等工艺更环保，减少染化料助剂的使用，或者研制环保型的生物处理技术等等，也值得我们进一步地探讨[5]。

参考文献：

[1]潍坊齐荣纺织有限公司研发中心.汉麻机织物节能环保印染工艺研究[C].杭州：2009东方能源杯印染行业节能减排技术交流会论文集，2009.

[2]张华，张建春.汉麻纤维加工技术研究及在针织行业的应用[J].针织工业，2007，（3）：20-24.

[3] 张建春.汉麻纤维加工技术创新与产业化前景[C].北京：中国天然纤维论坛，2009.

[4] 郝新敏， 高明斋， 杨元，等. 汉麻生物质低碳环保加工技术[C].常州：2011传化股份全国印染行业节能环保年会，2011.

[5] 倪燕. 汉麻织物柔软整理工艺及其性能研究[D]. 上海：东华大学， 2012.

（作者单位：塔城地区纤维检验所）endprint