罗布麻纤维结构与性能测试研究

顾秦榕， 谢春萍， 王广斌， 刘新金,3， 苏旭中

(1. 江南大学 生态纺织教育部重点实验室，江苏 无锡 214122； 2. 新疆天山毛纺织股份有限公司，乌鲁木齐 830054； 3. 江苏苏丝丝绸股份有限公司，江苏 宿迁 223700)

研究与技术

罗布麻纤维结构与性能测试研究

顾秦榕1， 谢春萍1， 王广斌2， 刘新金1,3， 苏旭中1

(1. 江南大学 生态纺织教育部重点实验室，江苏 无锡 214122； 2. 新疆天山毛纺织股份有限公司，乌鲁木齐 830054； 3. 江苏苏丝丝绸股份有限公司，江苏 宿迁 223700)

罗布麻纤维属于天然纤维，由于其具有较强的抑菌保健功能，相应的功能性纺织品的开发正愈发受到重视。文章对罗布麻纤维的成分、表面形貌特征、纤维长度、吸湿性能、力学性能、抗菌性能进行了测试分析，并将罗布麻纤维的这些特性与纱线的可纺性、抑菌性结合起来研究，为其纺纱加工、产业化生产提供了一定的理论依据。结果表明：罗布麻纤维通常与其他纤维进行混纺，其纤维纵向沟槽及中腔使得厌氧菌无法生存，适合加工成具有抑菌性的袜子、内衣等功能性纺织品。

罗布麻纤维；功能性纤维；微观性能；抑菌性能；可纺性

罗布麻[1]又名野麻、泽漆麻等，属夹竹桃科，因其长在罗布泊平原上而盛名，是一种野生高级纺织纤维植物。罗布麻具有非常可贵的药用价值，其入药年代可以追溯到几千年以前，《本草纲目》等经典药学巨著均有记载。近年来，马成[2]通过动物降压试验和降脂筛选试验，研制出一种活性成分——罗布麻甲素，其具有降压降脂作用；周春铃[3]采用经典抑郁动物模型对罗布麻叶总黄酮的抗抑郁作用进行了研究，结果表明罗布麻叶总黄酮具有明确的抗抑郁作用；李明华[4]对罗布麻的提取物进行抑菌测试表明，罗布麻纤维提取物对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及真菌都具有抑制作用，并且罗布麻纤维提取物的抑菌活性主要集中在乙酸乙酯部位，进一步证实了罗布麻纤维具有抑菌性能。目前，国内正在开发利用罗布麻纤维，现已有罗布麻系列保健纺织品上市。

罗布麻纤维长度与棉纤维相近，纤维具有光泽柔和洁白，质地柔软的特点。但由于纤维表面光滑，纵向无卷曲，抱合力较小，因此在纺纱加工中容易散开，难以成网[5]。本研究对罗布麻纤维成分、聚集态结构、纵向及截面形态进行了分析，将其力学性能及抑菌性能与其他麻类纤维进行比较，期望所得结论能为其纺纱加工提供了一定的理论依据。

1 试 验

1.1 原料品种与组分

选用新疆罗布麻纤维，其主要成分与其他麻类纤维一样，有果胶、木质素、纤维素、半纤维素、水溶物、蜡质、灰分等。罗布麻纤维的纤维素与半纤维素含量和苎麻亚麻纤维相差不大，分别为65.63%、13.49%，但果胶和木质素含量比亚麻苎麻纤维高出许多，分别是8.26%、6.3%[6]。非纤维素含量愈大，纤维纠缠在一起，影响其可纺性、染色性等。因此罗布麻纤维必须经过脱胶处理，去除果胶、木质素等非纤维素物质，最常采用的方法是化学脱胶处理[7]，同时不能损伤纤维而影响其纺纱性能。纤维的聚集态结构与纤维的力学性能息息相关，结晶度决定着纤维断裂强度，结晶度愈高，断裂强度愈大；取向度高则纤维模量高，伸长降低。罗布麻纤维的结晶度为63.07%，取向度为98.6%[6]。

1.2 材料与试剂

材料：罗布麻纤维，亚麻纤维，苎麻纤维，棉纤维(南通双弘纺织有限公司)；

药品：胰蛋白胨(BR)、牛肉浸膏(BR)、琼脂粉(BR)、磷酸氢二钠十二水(AR)、磷酸二氢钠二水(AR)、氯化钠(AR)、氢氧化钠(AR)，均为国药集团化学试剂有限公司生产；

菌种：大肠杆菌BL21(DE3)，由江南大学生物工程学院提供。

1.3 试验设备

YXQ-LS-75G型立式压力蒸汽灭菌器、BSD-YF-2000型立式双层智能精密型摇床、BSP-250型生化培养箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)，T6型紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，HH-4型数显恒温水浴锅(荣华仪器制造有限公司)，6175-3C型台式pH计(上海任氏电子有限公司)，AH-100型精密移液器(奥豪斯仪器有限公司)，EL204型电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)，Nicolet iS10傅里叶红外光谱仪(美国赛默飞世尔公司)，SU 1510型扫描电镜(日本日立公司)，YG 002C型纤维检测系统(宁波纺织仪器厂)，Y 172型切片器、YG 001B单纤维电子强力仪、YG 747型通风式快速八篮烘箱(南通宏大实验仪器有限公司)。

将被测纤维及对照样称取国家标准所规定样品0.75 g的3.13%，即0.023 g，用牛皮纸包好，在压力蒸汽灭菌锅内以压力0.1 MPa，温度121 ℃灭菌20 min。配置接种菌液放置到装有30 mL PBS的试样锥形瓶中，棉纤维及空白样锥形瓶在摇床里以24 ℃，250 r/min零时刻振荡(振荡2 min)，稀释取样。再将所有的试样锥形瓶包括棉纤维及空白样锥形瓶以24 ℃，150 r/min振荡1 h，稀释取样，将所有的平板放置在37 ℃的培养箱里培养24 h。其中被测三种麻类纤维不需要进行零时刻振荡，仅做定时振荡，空白样是为了检验试验菌的活性。

2 测试方法

2.1 红外光谱分析法

采用Nicolet iS10傅里叶红外光谱仪，用溴化钾压片的方法将纤维压成薄片放置在样品架上对罗布麻纤维进行红外光谱测试。扫描次数：10次，分辨率：4 cm-1，波数范围：650～4 000 cm-1。

2.2 纤维形态观察

采用SU 1510型扫描电镜对罗布麻纤维的纵向及截面形态进行观察，将适量的罗布麻纤维均匀平铺于导电胶布上进行纵向的观察。

采用Y 172型切片器将罗布麻纤维进行切片，然后将被切片向上的样品放置在载玻片上采用YG 002C型纤维检测系统进行横向的观察。

2.3 纤维强力测试

采用YG 001B单纤维电子强力仪测试纤维强力，各项参数设置分别为：夹持距离10 mm，夹持速度10 mm/min，预加张力0.1 cN。测试纤维断裂强力、断裂伸长等参数，测试50组取均值。

2.4 纤维吸湿性能测试

采用YG 747型通风式快速八篮烘箱测试罗布麻纤维吸湿回潮率。

2.5 纤维抗菌性能测试

按照国家标准GB/T 209944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》，将试样罗布麻纤维及对照样纤维分别装入一定浓度的试验菌液的三角瓶中，在规定温度下振荡一定时间，测定三角烧瓶内菌液在振荡一定时间后的活菌浓度，以此评价试样的抗菌效果。

3 结果与分析

3.1 红外光谱分析

图1是罗布麻、苎麻、亚麻三种麻类纤维的红外光谱图，其中3 400、2 900、1 432、1 164、1 058 cm-1处对应的是纤维素的特征吸收峰。

图1 红外吸收光谱图Fig.1 Infrared absorption spectra

从图1可以看出，罗布麻、苎麻、亚麻三种麻类纤维的特征峰、光谱曲线大致相同,只是特征透射率强度不同。这说明这三种麻纤维的化学组成结构大致相同，但含量并不完全一致。在3 400 cm-1附近的波数对应的应该是分子内O—H的伸缩振动，此时罗布麻的峰值最高，其次是亚麻、苎麻纤维。同时三者出现些许的峰位置偏移，这便印证了麻纤维的化学组成大致相同，可是含量并不一致的情况。

3.2 纤维长度细度分析

纤维的长度和细度是衡量纤维品质的重要指标，影响纤维的纺纱工艺、纱线质量、织物外观、手感等方面。不同纤维的细度、长度及整齐度不同。将随机抽取的100根纤维的长度进行分析，结果如图2所示。精干罗布麻纤维的平均长度为23 mm，纤维长度上下浮动范围达到40 mm，纤维大多集中在10～30 mm，长度整齐度较差，在纺纱加工过程中难以成网，所以通常与棉、毛等其他纤维进行混纺。

图2 精干罗布麻纤维长度分布Fig.2 Length distribution of apocynum venetum fiber

虽然罗布麻纤维的细度和棉纤维细度较为接近，但是测量纤维细度的方法没有棉纤维的成熟，目前罗布麻纤维细度的测量尚没有一定的标准。由于纤维长度较短，无法采用切断称重法测定纤维线密度，所以本研究采用测量纤维直径代替纤维细度的方法[8]。假定罗布麻纤维的横截面是圆形，罗布麻纤维直径与其线密度之间的关系如下：

(1)

式中：d为罗布麻纤维直径，μm；Ndt为罗布麻纤维线密度，dtex；λ为罗布麻纤维密度，g/cm3。

其中罗布麻纤维密度与棉相近，约为1.552 g/cm3[8]，经测得罗布麻纤维的直径约为16 μm，代入式(1)，算得线密度约为3.12 dtex。

3.3 表面形貌分析

3.3.1 截面形态

罗布麻纤维的横截面具有多样性，如图3所示。这些截面形态各异，有圆形有腰圆形也有椭圆形，并且这些形状大小不一，可见罗布麻纤维粗细不匀。

图3 罗布麻纤维截面光学显微图Fig.3 Optical microscope images of the cross section ofapocynum venetum fiber

纤维截面内含中腔，有的中腔呈圆形，有的中腔呈细长型，这些形态不一的中腔有助于储存氧气，使得罗布麻纤维具备良好的吸湿透气性能，也使得厌氧菌无法在里面生存[9]。

3.3.2 纵向结构

罗布麻纤维的纵向结构形态与其他麻类纤维相类似，如图4所示。从图4(a)(b)可以看出，罗布麻纤维纵向有距离大小不等的横节存在，有的横节较宽，而有的横节较窄；在横节处纤维较粗，纤维表面还有竖纹存在，这样使得氧气很容易进入[10]，具备良好的吸湿性能；并且还可以明显地看到罗布麻纤维含有中腔，中腔几乎是连续的；但是罗布麻纤维表面还有些许胶质存在，没有完全脱胶。从图4(c)(d)可以看出，纤维表面无卷曲，较为光滑，有的纤维表面有些许的麻结存在，同一根纤维上有的麻结多，有的麻结少，也有的纤维没有麻结，这些麻结可以增强纤维间的抱合力，增强可纺性能。从图4(e)(f)可以看出，罗布麻纤维头端是封闭的，边角较尖，相比纤维身体其头端纤维较窄[11]。

3.4 力学性能分析

纤维的强度是纤维具有可纺性能的必要条件之一，纤维强度越高，其成纱强度也越高，可纺性能越好。由于罗布麻纤维间抱合力差而难以纯纺，一般与其他纤维进行混纺。不同纤维混纺成纱，其成纱强力与很多因素有关，有纤维间的滑移也有单根纤维断裂的因素[12]。纤维在进行拉伸试验时，从中间断裂试验即有效，从两端断裂则无效。罗布麻纤维、亚麻、苎麻的拉伸断裂测试结果如表1所示。由表1可见，罗布麻纤维属于低伸高模型[13]，显得刚硬而带脆性，其断裂强度在亚麻与苎麻之间。因此，罗布麻具有优良的可加工性、挺括的服用性能，并能够抵抗较大的变形。

图4 罗布麻纤维纵向形态Fig.4 Longitudinal morphologyof apocynum venetum fiber

表1 三种麻类纤维的拉伸断裂性能Tab.1 Tensile property of three type of hemp fibers

3.5 吸湿性能分析

纤维的吸湿性会影响纤维的结构、形态及所有的物理性能，纤维的吸湿性强弱通常采用回潮率来表征。将三组等质量的罗布麻纤维放置在标准大气压下调湿24 h，然后放置在105 ℃的快速烘箱中烘干30 min，待前后测试的干燥质量差不超过0.5%时，选取后一次的质量作为干燥质量。根据如下所示回潮率公式计算出纤维回潮率，测试3次取平均值。

(2)

式中：W为罗布麻纤维回潮率，%；G为罗布麻纤维湿重，g；G0为罗布麻纤维干重，g。

经测试，罗布麻纤维在标准大气条件下的回潮率可达6.9%，吸湿速度慢，放湿速度快。罗布麻纤维的干爽性及透气性均较好，所以适合加工成袜子、内衣等贴身衣物。

3.6 抗菌性分析

抗菌产品的开发已经成为纺织材料、纺织品设计领域的一大热点，而天然纤维是开发医疗保健功能纺织品的首选。罗布麻纤维因其含有蒽醌类物质及黄酮类化合物[14]而具有优异的抗菌性能。

试验样品的抗菌性能通过抑菌率进行评价，可按下列公式计算得出：

(3)

式中：xs为抑菌率，%；A为被测纤维振荡前的平均菌落数，个；B为被测纤维振荡后的平均菌落数，个。

如果振荡后的平均菌落数大于振荡前的平均菌落数，抑菌率则为0。经式(3)计算分析，罗布麻、苎麻、亚麻、棉纤维对大肠杆菌的抑菌情况如表2所示。

表2 几种天然纤维纤维的抑菌率Tab.2 Antibiotic property of natural fibers

试验表明，在麻类纤维中罗布麻、苎麻、亚麻纤维均有着非常优异的抑菌性能，苎麻的抑菌性能最好，其次是亚麻纤维、罗布麻纤维，但三者的抗菌性差异不是很明显。棉纤维不具抑菌性，振荡试验后菌落没有减少反而增多。

4 结 论

1)罗布麻纤维平均长度23 mm，长度整齐度差，通常与棉、毛等其他纤维进行混纺；截面呈多样性，表面光滑并伴有沟槽；罗布麻纤维属于低强高伸型，透气吸湿性好，适合加工成袜子、内衣等贴身衣物。

2)在罗布麻、亚麻、苎麻三种麻类纤维的抗菌性研究中，三者的抑菌作用均较为明显，并没有较大的差异。目前，苎麻及亚麻纺纱、织造与产品开发的工艺已经趋向成熟，而罗布麻纤维产品国内已经开始开发利用，但未见开发纯罗布麻的医疗保健用品，因此对于罗布麻纤维工艺及抗菌产品的开发有待继续研究。

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Study on microstructures and properties of apocynum venetum fiber

GU Qinrong1, XIE Chunping1, WANG Guangbin2, LIU Xinjin1,3, SU Xuzhong1

(1.Key Laboratory of Eco-textile Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2.Xinjiang Tianshan
Wool Textile Company, Urumchi 830054,China; 3. Jiangsu Susi Silk Co.,Ltd., Suqian 223700,China)

Apocynum venetum fiber is a kind of natural fiber. Because of its strong antimicrobial property, the corresponding development of functional textile is increasingly valued. The paper studied the composition, surface morphology features, length, hydroscopicity, mechanical property and antibiotic property of apocynum fiber. Besides, these features of apocynum venetum fiber were researched in combination of spinnability and antibiotic property of yarn to provide certain theoretical foundation for spinning and industrial production. The results show that, apocynum fiber is often blended with other fibers, and the longitudinal grooves and lumen make anaerobic bacteria unable to survive in the fiber. Thus, it is suitable for being processed into socks, underwear and other functional textiles with antibiotic property.

apocynum venetum fiber; functional fiber; microstructures; antibiotic property; spinnability

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.02.003

2016-07-18;

2016-12-11

江苏省博士后科研资助计划项目(1501146B)；中国博士后科学基金项目(2015M581722)；江苏省自然科学基金项目(BK2012254)；江苏省产学研项目(BY2014023，BY2012051，BY2013015-24)；江苏省科技成果转化项目(BA2014080)；纺织服装产业河南省协同创新项目(hnfx14002)；广东省产学研项目(2013B090600038)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发〔2014〕37号)；前瞻性联合研究项目(BY2016022-27)；江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2016022-27)；新疆自治区重点研发项目(2016B02025-1)

顾秦榕(1993-)，女，硕士研究生，研究方向为罗布麻混纺产品的开发。通信作者：谢春萍，教授，wxxchp@vip163.com。

TS102.229

A

1001-7003(2017)02-0011-05 引用页码: 021103