纺织材料纤维中的化学成分分析实验研究

张金良

（上饶幼儿师范高等专科学校，江西 上饶 334000）

1 纺织纤维概述

1.1 密度与长度

纺织纤维具有密度和长度两个维度，密度和长度促使纤维束紧密结合，形成一个整体。所谓密度，是指纺织纤维的粗细情况，当该数值很小时，代表由纺织纤维制成的纺织品质地柔软，极为轻薄，拥有理想的透气性，与人的肌肤相贴合，舒适度高。但密度较小的纺织纤维在生产中也存在劣势，该类型纺织品经过多次清洗后，表面容易起毛、起球[1]。当纺织纤维密度较大时，粗纤维制品表现出厚度大、硬度高的特征，该类纺织品较挺括，也可起到防寒保暖的作用。通常纺织纤维长度数值越大，纤维齐整度越好，制成的纱拥有更大的强度，纺织品质量更好。由长纤维制成的纺织品质地柔软，耐磨度高，很少出现起球问题。如今服饰生产中提到的纺织纤维，多为纺织长纤维。

1.2 纺织纤维类型

纺织纤维主要由天然纤维、化学纤维组成。前者提取于自然界，改性羊毛、蚕丝、天然彩棉都属于天然纤维。为展现不同色彩，一般的棉织物会经过化学漂白、染色等程序，但由天然彩棉制成的纺织品本身拥有多种色彩，省略了化学染色，因此环保优势突出。天然彩棉有3 种颜色，分别为棕色、绿色和褐色。改性羊毛类纤维则是让羊毛经过变形处理，改变其性能，使纤维直径符合相关规范要求。改性羊毛制成的纺织品极具光泽，质地柔软，手感极佳，可有效吸收水分，与外界反复摩擦仍能保持表面光滑，不起球，耐磨性较强，且保暖性良好。不仅如此，改性羊毛更容易染色，更方便后续加工。

当前也有一些新纤维产品被研发出来，如香蕉纤维织物产品和木棉纤维纺织品。香蕉纤维是以香蕉茎为主要材料，通过相对应的生物酶及化学氧化处理方式制作而成的。香蕉纤维表面具有光泽，质量较轻，吸水性较强，该纤维制成的纺织品更符合绿色环保要求，拥有一定的降解性和抗菌性。而木棉纤维纺织品则是从木棉胶囊内壳中提取制造的[2]。木棉纤维来自大自然，属于生态型纤维，纤维整体相对轻薄，质量偏小，由木棉纤维制成的纺织品舒适度较高，且保暖性较强。

纺织纤维中的化学纤维是经过一系列化学加工合成最终制造出的纤维。不同的原料来源制成的化学纤维有所差别，照此分类，化学纤维包括再生纤维（人造纤维）、合成纤维和无机纤维。在制备再生纤维时，通常会以大豆、木材为原料，经过化学加工成为高分子浓溶液，再经过纺丝制成材料。

大豆蛋白纤维原料为天然动物乳、植物蛋白，经过化学合成提取最终制成纤维。大豆蛋白纤维的颜色为米黄色，是可再生型资源，密度较小，强度高，延展性强，抗酸性和抗碱性优良，由该类型纤维制成的纺织品触感柔软，能够有效吸收水分。

合成纤维原料包括石油、煤气和天然气等，涤纶、维纶、丙纶都属于合成纤维。合成纤维拥有一定的强度和耐磨度，但吸水能力偏弱。从整体上来看，同天然纤维相比，合成纤维的质量更高，但天然纤维的舒适度好于合成纤维[3]。

无机纤维的主要原料有含碳纤维、天然无机物，经过人工抽丝或直接碳化而成。玻璃纤维、碳纤维都属于此种纤维。

1.3 纺织纤维性能

1.3.1 耐化学性能

纺织纤维能够很好地抵抗多种类型化学物质，此特性使得纺织纤维被广泛应用。不同类型纺织纤维拥有的耐化学性能不同。如蛋白质纤维可以抵抗酸性物质，但其对碱性物质的抵抗能力偏弱；纤维素纤维拥有理想的抗碱性，但其对酸性物质的抵抗力偏弱。从整体上来说，在耐化学性方面，天然纤维明显弱于合成纤维。

1.3.2 机械性能

纺织纤维接受机械外力时纤维性能会有所改变。纺织纤维化学组成的差异决定其拥有不同的机械性能。全面掌握纺织纤维机械性能，有助于分析化学成分。纺织纤维的机械性能主要表现为以下几个方面。

其一，强度。纺织纤维强度越高，制成的纺织品在拉扯、挤压、拧等外力作用下，越不容易损坏，耐用度更高。其二，弹性。拥有较高弹性的纤维制成的纺织品经受外力作用后，仍能恢复原来的形态，回弹性较强，不易变形、变皱。其三，耐磨性。当纤维拥有较高耐磨性时，不容易在外力作用下出现破损情况。通常来说，按照耐磨性的好坏排序，锦纶好于丙纶、维纶、涤纶、腈纶。其四，吸水度[4]。当纤维拥有好的吸水度时，制成的纺织品质量较高，同时手感极佳。吸水度指纤维受到外界空气中的水分影响后，表现出的吸收水汽和释放水汽的能力。分析各类型纤维材料的吸水度后发现，多数情况下，合成类纤维的吸水性偏弱，维纶、锦纶好于其他合成纤维的吸水性，丙纶、氯纶吸水性最弱；自然纤维吸水性普遍较强，如羊毛、麻和蚕丝等。

2 化学成分分析实验

2.1 实验目的

本文采用的化学实验法包括感官法、显微镜法、燃烧法、溶解法，旨在全面分析纺织品中的纤维组成，明确多类型纤维特性，为后续的生产加工奠定基础，提高纺织品质量。

2.2 实验原理

2.2.1 感官法

应用该实验方法时要求实验人员知觉器官通过眼、手、耳分析判断纤维性能差异，包括色泽、手感、形状等。用眼睛观察纤维，掌握纤维颜色、光泽度；用手接触纤维，掌握其厚度、质地和柔软度；摩擦纤维，耳朵可从声音中分辨纤维性能。

2.2.2 显微镜法

纤维种类多种多样，其中天然纤维来自自然界，是从多种原料中提取合成而来的，拥有不同的形态外观。化学纤维是经过多种形式的纺丝制作而成的，且成形条件也有所差异，这使得化学纤维拥有多种截面形状。分析这类纤维，不能只依靠眼睛的观察，还要利用到显微镜，如此才能更深入细致地分析纤维的外观，纤维结构中的一些微小变化也能通过显微镜放大，方便人员研究、辨别纤维种类。

2.2.3 燃烧法

纤维类型多样，经过燃烧后也会表现出差异化的特性。实验人员能够从纤维燃烧速度、冒烟的颜色、燃烧气味和灰烬形态等方面分析纤维类型。多数情况下，相同类型的纤维在燃烧实验中会表现出相似的状态。但该实验需要依靠不同人的观察，具有一定的主观性，因此一般情况下不单独使用该方法，而是在进行其他实验时搭配使用，起到辅助补充的作用。

2.2.4 溶解法

将不同类型纤维放入pH 值不同的酸性溶液、碱性溶液中，纤维会表现出不同的溶解度。实验人员可以从中明确纤维类型。溶解法主要是用于微观结构相似但化学性能截然不同的纤维的区分。以锦纶和涤纶为例，使用显微镜观察，可以发现这两种纤维具有相似的微观结构，但将锦纶放入酸性溶液中很快便会溶解，而涤纶则不能溶于酸性溶液[5]。如此即可有效区分这两种纤维物质。一般情况下，实验人员在使用显微镜法时会搭配使用溶解法。

2.3 实验器具和材料

对多种类型纤维开展化学成分分析实验时，用到的器具有：普通生物显微镜、镊子、剪刀、烧杯、温度计、电磁炉、量筒、天平、玻璃棒等。实验中需要用到的化学试剂包括氢氧化钠、盐酸、硫酸、二甲基甲酰胺。本次实验研究对比的纤维分别为棉、羊毛、涤纶、腈纶、锦纶，将它们按照1～5 的序号编号。

2.4 实验步骤

2.4.1 感官法

2.4.1.1 操作方法

利用手的触感分析纤维材料，即对1～5 号的纤维进行摩擦搓捻，从手的触感判断纤维的光滑度、柔软度。用手卷曲纤维攥成团，松懈手部力量后观察纤维恢复原始形状的时间，判断其回弹能力。用眼睛察看纤维细度、长度和光泽度。

2.4.1.2 实验结果

柔软度方面，1 号与2 号均非常柔软，3～5 号较差；光滑度方面，1～5 号均非常光滑；弹性方面，1 号、5 号较差，2 号较好，3 号、4 号弹性非常好；光泽度方面，1～3 号拥有较好的光泽度，4 号、5 号则一般；长度方面，1～5 号均较长，但细度方面存在差异，1 号与2 号较细，3～5 号则较粗。

2.4.2 显微镜法

2.4.2.1 操作方法

按照序号顺序将实验材料放上载玻片，在其上加盖盖玻片，二者之间用胶头滴管滴入蒸馏水，水分浸入均匀后将载玻片放到显微镜观察平台上，物镜倍数确定为10×10。操作人员要不断改变焦距，当能够清晰看到纤维后，停止调焦。

2.4.2.2 实验结果

按照序号次序依次使用显微镜观察，不同序号纤维的形态分别为：1 号形状为扁平带状，本身有转曲；2号相对粗糙，表面呈鳞片状分布；3 号比较光滑细腻，表面有黑点分布；4 号、5 号与3 号外观表现相同。

2.4.3 燃烧法

2.4.3.1 操作方法

开展感官法、显微镜法后，再进行燃烧法实验，补充最终分析结果。实验人员使用镊子轻轻夹起纤维一边，让另一边处于燃烧状态，观察此时纤维表现出的性状，如燃烧时散发的气味、燃烧状态、灰烬情况等，同时将观察结果记录在案。

2.4.3.2 实验结果

实验结果见表1。

表1 燃烧状态及结论

2.4.4 溶解法

2.4.4.1 操作方法

将盛装纤维的烧杯按照纤维1～5 的序号放好，在各个烧杯中分别倒入5%氢氧化钠溶液、20%盐酸溶液、70%硫酸溶液、二甲基甲酰胺，充分搅拌，查看纤维在各种溶剂中的表现。如果个别序号纤维无法在常温下溶于试剂，可将该序号烧瓶放在电磁炉上作加热处理，此时再留心观察纤维在溶液中的状态，同时将最终现象记录下来。

2.4.4.2 实验结果

实验结果见表2。

表2 溶解反应及结论

2.5 实验结论

采取感官法分析5 种纤维，发现1 号和2 号拥有更好的柔软度，相比之下3～5 号稍显逊色；参与实验的5 种纤维都拥有较高的光滑度；3 号、4 号拥有更强的弹性，2 号次之，1 号、5 号最弱；1～3 号有着较高光泽度，相比之下，4 号、5 号则偏弱；5 种纤维均有着一定的长度；1 号、2 号更细，3～5 号较粗。经过感官法判断得出，1 号和2 号为天然纤维，其余3 个序号的纤维为化学纤维。

采取显微镜法分析5 种纤维，可以发现1 号结构与棉纤维极为相似，2 号结构则偏向羊毛纤维。3～5 号纤维无法通过显微镜判断其具体类别。

经过燃烧法实验，发现5 个序号的纤维燃烧时表现出的特征差异明显，据此基本可以分析出每种材料的化学成分。

使用溶解法进行辅助分析，发现5 个序号的纤维在不同溶剂中的溶解情况差异显著，结合以上实验方法，最终分析出5 个序号的纤维的化学成分，分别对应为：1 号是棉；2 号是羊毛；3 号是涤纶；4 号是腈纶；5号是锦纶。

3 结语

鉴于部分纤维存在某种相同特性，仅依靠一种实验方法很难得出准确结果，本文通过感官法、显微镜法、燃烧法和溶解法等手段分析纤维成分。感官法可以大致分析出纤维外观特性，之后采用显微镜法对纤维微观结构进行具体观察，期间可搭配燃烧法和溶解法，如此能够得出精准判断。具体实验中，实验人员需要做到对各种方法的灵活运用，明确不同纺织纤维的特性，进而合理调整实验方法，以此提高实验结果的精准度，为后续纺织纤维生产应用提供参考。