万寿菊纤维：新一代天然纤维

O.Sadalkar, R.Shinde, A.Rathod, R.Sawant

贾瓦哈拉尔达尔达工程与技术研究所(印度)

从环境角度看，天然纤维具有独特的性质。几十年来，韧皮纤维被广泛用作各种纺织用途的原材料。这类纤维是通过各种沤制方法从植物茎中提取的。沤制过程中微生物的生长与繁殖有助于从植物茎中分离纤维。

万寿菊花在节日期间具有特殊的重要性，市场上对这种花卉全年都有着固定的需求。万寿菊花以其色彩和谐而闻名。万寿菊有许多不同的品种，Tagetes erecta L是其中的一种，它的花和叶子比其他品种的万寿菊小。万寿菊植株(图1)通常生长在阳光充足的地方。从万寿菊花中提取的精油在治疗血脂性肥胖、肠道炎症及提高免疫等医学领域有着广泛的应用。万寿菊花油还具有抗氧化的作用。

图1 万寿菊植株

万寿菊常见于热带和亚热带地区。印度就种植有多个品种的万寿菊，应用于花园、室内装饰及其他特殊场合。

韧皮纤维的化学成分和形态结构复杂，包含不同分级组织和不同含量的多种化学成分。天然纤维主要由纤维素、木质素和果胶等纤维素物质组成。这些韧皮纤维常用于制备各种常规和非常规纺织产品。大多数天然韧皮纤维在低成本、低密度、高韧性和优良的生物降解性等方面均优于玻璃纤维和碳纤维等增强纤维。随着全球环境污染的加剧，人们对天然、可生物降解韧皮纤维的需求日益增长，其可用于替代碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等合成纤维。

近年来，随着在汽车和建筑材料等轻量化工程领域的广泛应用，天然纤维受到越来越多的关注。这些天然纤维在环境安全方面发挥着重要作用。天然纤维具有完全可再生、环保、强度高、耐磨损、成本低及可生物降解等特性。

1 材料与方法

1.1 材料

万寿菊纤维是采用积水沤法从万寿菊植物茎中提取的(图2)。沤制是微生物和水分作用于植物茎部的过程，它通过溶解纤维束周围的细胞组织和果胶，使纤维与茎分离。在沤制过程中，将捆扎的万寿菊茎浸入积水箱中，随着沤制过程中生物降解程度的渐进，纤维会松散开并从木质茎上分离出来。将万寿菊束浸入40～50 cm深的水中，沤制过程持续15～20 d。当植物的皮易于与茎分离时，说明可以提取纤维了。在这个过程中，轻轻刷洗茎杆以去除木浆，采用剥离法从茎秆上分离纤维，然后使用清水洗涤提取的纤维并在室温下晾干。

图2 从万寿菊茎中提取纤维

1.2 测试方法

采用不同的测试方法对万寿菊纤维的物理特性进行研究。

1.2.1 纤维强度

纤维强度通常是衡量纺织纤维的主要特性。采用Instron 强力仪，根据 ASTM D 3822 标准测试万寿菊纤维的强度和伸长率。

1.2.2 伸长率

伸长率指标用纤维断裂时的伸长率表征。采用 Instron强力仪测试万寿菊纤维的断裂伸长率。

1.2.3 纤维线密度

纤维线密度用于表征给定粗细纱线横截面中纤维的根数。

1.2.4 含水率

含水率是纺织材料非常重要的特性，它用于表征纤维的吸湿特性。

1.2.5 扭转刚度

纤维的扭转刚度用于表征其抗扭曲性。扭转刚度定义为在纤维中加入单位捻度所需的耦合，即单位长度试样两端之间的扭转角。

1.2.6 弯曲刚度

弯曲刚度定义为将纤维弯曲到单位曲率半径所需的力偶，它与轴向模量直接相关。

2 结果与讨论

2.1 强度

纤维强度测试结果如图3所示。可以看出，万寿菊纤维的强度与亚麻、黄麻和棉纤维相当。纤维强度主要取决于纤维的分子结构和组成。

图3 纤维强度

2.2 伸长率

纤维伸长率测试结果如图 4 所示。可以看出，万寿菊纤维的伸长率与黄麻、亚麻和苎麻纤维相近，原因可能是这几种纤维具有相似的聚合物、分子结构和组成。

图4 纤维伸长率

2.3 纤维线密度

万寿菊纤维的线密度为25.7 tex。纤维线密度对成纱和织物的质量具有重要的影响。纤维线密度增大，纱线的抗弯曲和抗扭转刚度成比例下降。

2.4 含水率

纤维含水率测试结果如图5所示。由图5可以看出，万寿菊、棉、黄麻、亚麻和苎麻纤维的含水率分别为9.77%、7.34%、12.00%、10.00%和6.97%，表明万寿菊纤维的吸湿性较好。纤维吸湿性可能与纤维的形态结构和组成有关。

图5 纤维含水率

2.5 扭转刚度

纤维扭转刚度用于表征纤维的抗扭曲性能。万寿菊纤维的扭转刚度为 84.82×10-5N/cm2。扭转刚度取决于纤维的形状、生长条件和纤维壁厚。

2.6 弯曲刚度

纤维的弯曲刚度可定义为与纺织纤维弯曲性能有关的刚度。万寿菊纤维的弯曲刚度为2.48×106N/mm2。纱线或纤维直径是影响织物刚度的最重要的结构特性。

3 结论

万寿菊纤维的强度接近亚麻、黄麻和棉纤维，纤维伸长率与黄麻、亚麻和苎麻纤维相近，纤维含水率与棉、黄麻、亚麻和苎麻纤维相似。由此可知，这种万寿菊纤维作为一种新一代天然纤维，与其他天然纤维类似，具有独特的性能，在纺织领域及其相关行业如产业用纺织品行业具有潜在的应用前景。