牛角瓜纤维及其应用研究进展

文/成广明 丁心华 陆敏杰 张潇 翁娟娟

现代化社会人们对天然、原生态纤维为原料的服装及生活用床上用品的需求和使用量不断扩大。但受制于耕地、水资源等因素，棉等传统的天然纤维，难以持续扩大产量，于是人们在积极寻找新型的天然纤维，牛角瓜纤维就是近年来发现的一种新型天然植物纤维。牛角瓜果实状如牛角，故名牛角瓜，广泛分布于亚洲和非洲的热带亚热带地区，果实脱籽后取其种子的冠毛纤维，经加工处理得到牛角瓜纤维。牛角瓜纤维可用于纺织生产，替代棉麻等纤维。它织成的面料具有很多优点，应用前景十分广阔。本文从牛角瓜纤维的化学组成、形态结构、研究进展等方面介绍这种新型天然纤维。

1 牛角瓜纤维的化学组成和形态结构

1.1 化学组成

牛角瓜纤维的主要组成物质是纤维素、木质素、灰分等。组成为：纤维素65%左右，木质素15%左右，灰分为2%左右，还有半纤维素、果胶、蜡质等，α-纤维素为49%左右。

1.2 形态结构

牛角瓜纤维呈淡黄色。用电子显微镜观察，牛角瓜纤维表面光滑，无转曲，呈圆柱形。横向截面为圆形或椭圆形的大中空管壁。管壁厚度仅0.6μm～1.2μm，直径达20.0μm～28.0μm，腔宽壁厚的比值约为26， 中空度达80%～90%[1-3]。纤维结晶度为37.67%。经测量，牛角瓜纤维长度20.0mm～40.5mm。纤维细度15.0μm～22.0μm，接近羊绒细度[2-3]。相对密度0.38g/cm3，单纤维相对密度是棉的0.4倍左右，回潮率12.8%，含水率为11.2%，断裂强度为3.92cN/dtex，断裂伸长2.9%。

2 牛角瓜纤维的性能特点

由于牛角瓜纤维具有独特的形态结构，导致了牛角瓜纤维具有其他天然纤维所不具备或明显优于其他天然纤维的独特优点，适合用作性能特殊的纺织材料，比如中空度较高，保暖性好，适合于制作保暖面料或絮用填充料；相对密度小，可作为纺织轻质材料；表面光滑，细度细，接近羊绒细度，可纺制高档纺织品；淡黄色，可不染色，能做绿色有机产品，环保；回潮率和含水率较棉纤维高，吸湿性好，适合于制作吸湿保暖性纺织面料；耐酸性好，常温下稀酸对其没有影响，能自然降解，可作为环保材料；具有一定的抗菌效能。

以上优点使牛角瓜纤维具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景，但同时牛角瓜纤维存在强度低、断裂伸长低、无转曲等，导致纤维扭曲刚性大、易脆断和抱合力差等不利于纺纱，影响了牛角瓜纤维在纺织方面的应用。

3 牛角瓜纤维的应用及研究进展

根据牛角瓜纤维不同的性能特点，人们通过使用各种方法包括物理和化学方法，在纺纱和织物面料上的应用进行探索和研究。

3.1 纱线

人们将牛角瓜纤维进行纯纺试验，发现由于其强度低、扭曲刚性大、易脆断和抱合力差导致成条困难，无法顺利纺纱。为实现顺利纺纱，人们经过多次试验分析研究，通过采用其他抱合力好、强度高的纤维与牛角瓜纤维进行混纺的途径，来抵消牛角瓜纤维的缺点，发挥其优点，改善纤维强力和抱合力，纺制成多种混纺纱线。人们选择棉花（细绒棉或长绒棉）与牛角瓜纤维进行不同比例的混纺。结果表明：随着牛角瓜纤维含量的增加，混纺纱强力和条干均变差；随着牛角瓜纤维含量的降低，纱线质量有所提高[3-4]。为进一步改善纱线条干均匀度，增加强力，提高可纺性，提高纺纱的效率，人们在牛角瓜纤维/棉混纺的基础上加入涤纶试纺，结果混纺纱条干均匀度和强度得到显著提高，纱线质量明显提高，纺纱效率也得以提升。

3.2 针织面料

牛角瓜纤维完全适用于针织面料的生产。利用牛角瓜纤维具有抗菌性能，用牛角瓜纤维/棉混纺纱，织成针织面料，可生产出具有抗菌作用的针织品包括内衣、内裤、袜子毛巾以及床上用品等中高档针织产品。满足人们对抗菌、保健服饰织物的需求，应用前景十分看好。

3.3 保暖内衣面料

利用牛角瓜纤维的空腔大、壁薄的性能特点，通过牛角瓜纤维/棉/涤混纺，开发出保暖性好，断裂强度和舒适度高的保暖内衣面料，可生产吸湿排汗及保暖性能好、舒适度高的保暖内衣等服装织物，满足了人们的需求。

4 展望

随着对牛角瓜纤维广泛深入的研究，人们越来越认识到以牛角瓜纤维为原料，在纺织加工成具有绿色环保抗菌吸湿保暖等功能性服饰织物产品上的潜力和前景，对牛角瓜纤维的研究和开发必将受到业界的广泛关注和重视。然而，牛角瓜纤维本身存在强度低、无转曲、易脆断和抱合力差等不利于纺纱的缺点。如何更加科学地选择性能及可纺性均较优的纤维品种与其混纺，通过与不同纤维不同比例的混纺试验，克服其自身的缺点和不足，找出综合性能最佳的配方，再辅之工艺和设备等方面的研究提高，必将能开发出更多具有绿色环保抗菌吸湿保暖舒适度好等不同功能性纺织面料和产品，满足人们的需求，将是当今牛角瓜纤维研究的主要方向。