竹炭纤维的性能及应用

2016-08-16孙晓婷

纺织科学与工程学报 2016年3期

关键词：蜂窝状炭纤维竹炭

郭　亚，孙晓婷

(青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071)

竹炭纤维的性能及应用

郭亚，孙晓婷

(青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071)

介绍了竹炭纤维的结构与制备工艺，具有自调湿、吸湿快干、蓄热保暖、抗菌、吸附除臭、保健等优异性能，并总结了竹炭纤维在服装、家纺、医用以及产业用领域的应用。竹炭纤维是竹材有效利用的一个全新发展方向，是一种新型的环保材料，具有广阔的发展前景。

竹炭纤维结构性能应用

0　引言

竹炭素有“黑钻石”的美誉，被称为“二十一世纪的环保新卫士”。竹炭纤维是以毛竹为原料，经过纯氧800℃高温炭化及氮气煅烧的新工艺，形成竹炭，并运用纳米技术将竹炭微粉化，使其具有的微孔更加蜂窝化，然后经熔融纺丝，即可制备出竹炭纤维。具有吸湿快干、蓄热保暖、抗菌除臭以及多项保健功能，现已成为高档内衣、运动休闲服装、毛巾、袜子以及床上用品等的常用面料[1]。

1　竹炭纤维的结构与制备

1.1结构

竹炭纤维横截面具有丰富的蜂窝状空隙分布，边缘呈不规则形状；纵向表面光泽均一，有较浅沟槽。这种蜂窝状微孔结构(见图1)使竹炭纤维具有较好的吸湿透气性与蓄热保暖性。

图1　竹炭纤维的蜂窝状结构

1.2制备工艺

竹炭纤维的形成首先是采用纳米技术将从天然竹材中提取出的竹炭微粉化，再经熔融纺丝制备而成，其生产工艺流程见图2。目前，主要有以粘胶为载体与竹炭微粉母粒混合制得的粘胶基竹炭纤维和以聚酯或尼龙切片为载体与竹炭微粉母粒混合制得的合成纤维基竹炭纤维两种制备工艺。在纺丝过程中还可向纺丝液中添加其他颜色的母粒，以制备出不同颜色需求的竹炭纤维[2]。

图2　竹炭纤维制备工艺流程图

2　竹炭纤维的性能

由于竹炭纤维具有独特的纤维结构设计，因此，其纤维具有抗菌、吸湿透气、绿色环保等多种优异性能[3-7]。

2.1自调湿性

表1　三种纤维的吸湿性指标

由表1可看出，竹炭纤维的平衡回潮率与保水率均高于粘胶纤维、棉纤维，在蜂窝状微孔结构及较高的回潮率与保水率两者共同作用下，竹炭纤维具有自动调湿性能。当人体湿度较高时，竹炭纤维能够快速吸收并储藏水分，使人体湿度下降至舒适状态；而当人体湿度较低时，竹炭纤维又可把储藏的水分释放出来，在皮肤表面形成一种舒适的微气候环境，起到自动调节湿度的效果。

2.2吸湿快干性

竹炭纤维对水分子有较强的吸附功能，可快速吸收湿气和水分，同时，其内部及表面均为蜂窝状多孔结构，纵向表面存在多条沟槽，形成水分子的通道，可快速吸收人体皮肤排出的汗液与湿气，并扩散至周围环境中，导湿性好，始终保持皮肤干爽、舒适。

2.3蓄热保暖性

竹炭纤维的远红外发射率高达87%，高于其他远红外纤维，能够吸收、反射太阳光中与人体远红外频率一致的远红外线，与人体间产生共振吸收，产生热量，使人体升温速度快于穿着其他面料织物，并有利于促进人体血液循环与新陈代谢；竹炭纤维的蜂窝状微孔结构，可以存储大量静止空气，具有天然的保温功效，制成冬季服装既可减轻衣服重量，又可蓄热保暖。

进一步地，为刻画CPIKN整体的信息或知识传递效能，在加权节点介数指标的基础上，提出平均加权节点介数的概念，并将其作为度量CPIKN整体效能稳定性的指标。平均加权节点介数

2.4抗菌性

竹炭纤维的抗菌功能是由其独特的分子结构决定的。一方面，它可以吸收水分中的H+，放出OH-，pH值可达7.5-8.5，呈现弱碱性，可以吸附细菌、病毒等有害物质，而且竹炭纤维释放的负离子可使细菌等微生物的分子结构发生改变，将其杀死；另一方面，竹炭纤维具有自调湿和吸湿快干性，不会给微生物提供赖以生存的潮湿环境，这些都极好地阻碍了竹纤维织物表面细菌、病毒等的繁殖，为皮肤创造一种健康的环境。

2.5吸附除臭性

竹材本身属于一种多孔介质材料，热解炭化后形成的竹炭表面与内部具有较多孔隙，比表面积大，经测试1cm3竹炭的比表面积可高达350m2，具有极强的吸附能力。竹炭吸附能力是木炭的5倍多，能有效吸收和分解人体异味、空气中的粉尘、苯、甲苯、甲醛、氨等有害物质。据测试，普通粘胶纤维对氨的除臭率仅为17.4%，而竹炭粘胶纤维对氨的除臭率可高达54%，而且持续吸附时间长。

2.6保健功能

负离子浓度高，增强人体免疫能力。经过检测，竹炭纤维面料能持续释放负离子，负离子发射浓度可高达6000个/cm3左右，相当于田野中的空气舒适度，有助于提高睡眠质量，增强人体免疫力；竹炭纤维中含有钾、钙、钠、镁、铁等多种矿物质，有益于促进人体健康，起到较好的保健功效。

2.7其他

除了上述功能外，由于竹炭纤维特殊的蜂窝状结构，使其还具有一定的导电性，能够起到抗静电和电磁辐射的作用。竹炭纤维中含有碳化钙，对入射的紫外线有良好的折射作用，可防止紫外线透过。研究显示，竹炭纤维织物的紫外线透过率小于2%。竹炭纤维织物易洗快干、抗起毛起球性能好，具有优异的服用性能。

3　竹炭纤维与竹原、竹浆纤维的区别

竹原纤维是以天然竹材为原料，采用物理和化学相结合的方法从中提取出的纤维素纤维，不添加任何石油提取物，是继棉、麻、丝、毛之后的第五大天然纤维。竹浆纤维是将天然竹材做成浆粕，然后通过湿法纺丝工艺制备而成，其加工工艺类似于粘胶。但在纺丝过程中会破坏竹子的天然特性，制得纤维的抗菌、除臭、防紫外线功能明显下降。竹炭纤维是通过高温煅烧竹材形成竹炭，然后采用纳米技术将竹炭微粉化，再与聚酯改性切片熔融纺丝制备而成。由于竹炭纤维是以聚酯改性切片为载体，其成份不完全来自于竹材，因此具有更多的优异性能，是继竹原、竹浆纤维后又一新型竹类纤维[8]。

4　竹炭纤维的应用

竹炭纤维是近年来迅速发展起来的一种新型功能性纤维。由于竹炭在高温煅烧过程中其内部会形成许多蜂窝状的多孔结构，具有优异的吸湿性、吸附性、抗菌除臭性，以及远红外与负离子发射性能，在纺织领域备受青睐，已广泛应用于服装、家纺、医用及产业用纺织品领域，具有广阔的发展前景[9-12]。

4.1服装领域

竹炭纤维具有优异的吸湿排汗性、抗菌性、吸附性以及远红外保健功能，并可自动调节湿度，其功能性不会受到洗涤次数的影响，特别适合生产内衣、运动休闲等服装。可将竹炭纤维与棉、麻、丝、毛、粘胶等纤维进行混纺，开发出的功能性面料可综合多种纤维的性能。由于竹炭纤维的保健功能与防电磁辐射性能，尤其适宜制作婴幼儿、孕妇及老年人的保健防护服装。

4.2家纺领域

竹炭纤维具有远红外发射性能，其制作的暖被，具有极好的保温性，并可促进血液循环，改善人体微循环系统，而且竹炭纤维暖被可以抑制微生物等的生长，不会对皮肤造成危害。竹炭纤维制成的床垫能起到除湿除臭的功效，其发射的负离子可对关节炎及皮肤病患者有辅助治疗的作用。竹炭纤维生产的被子、床单、枕头、床垫等产品，可以有效吸附房屋中建筑装饰材料所产生的有害气体，同时具有蓄热保暖的功效。

4.3医用领域

传统的医用纺织品，如手术衣帽、纱布、绷带、手术缝合线等，一般都为棉纤维制品，强度低，容易粘连。利用竹炭纤维的绿色环保、抗菌、消炎等特性，可与棉纤维等进行混纺制备竹炭纤维医用纺织品，有利于减少疾病的传播，益于人体健康。

4.4产业用领域

由于汽车内部装饰后易产生甲醛等有害气体，利用竹炭纤维超强的吸附性能，可用于生产汽车靠垫、坐垫、抱枕等车用织物，以便可以吸附车内灰尘、异味和产生的静电，保持车内空气清新，给人创造一种舒适的车内环境。竹炭纤维具有抗菌除臭、防电磁辐射、远红外与负离子发射功能，可用于制作空气粉尘过滤材料、军事防护服、防电磁辐射面罩等特殊的防护用品。利用竹炭纤维的远红外与负离子发射功能，可将其作为涂料添加剂，用于制备环保型墙体保暖材料。