竹原纤维的热稳定性分析

　　（青岛大学纺织服装学院 杨庆斌 孙亚宁）
　　[摘要]对天然竹纤维进行热处理实验，得出断裂强度、断裂伸长、初始模量、断裂功的变化与热处理温度和热处理时间的关系，并与竹浆纤维的实验结果进行对比。结果表明，在温度不超过110℃时温度对天然竹纤维的力学性能影响不大，但在高温处理时力学性能显著变差，温度和时间对力学性均有影响，热处理时间超过20分钟，力学性能显著变差。
　　1引言
　　竹原纤维是指采用独特的工艺从竹子中直接分离出来的纤维。一般是根据纺织厂采用的纺纱系统的不同，将天然的竹材锯成生产上所需要的长度，采用机械、物理的方法去除竹子中的木质素、多戊糖、竹粉、果胶等杂质，从竹材中直接提取竹原纤维。竹原纤维与采用化学处理的方法生产的竹浆粘胶纤维(再生纤维素竹纤维)有着本质上的区别。目前，有关竹浆纤维的研究主要是针对纤维本身性能和织物基本性能来进行，有关竹原纤维的研究较少，主要是基于其纺纱工艺和成纱性能进行研究。纺织品在后整理加工和使用中经常要受到热的作用，适宜的热处理条件对实际生产是非常重要的，本文正是基于此目的，通过对不同热处理温度和时间下竹原纤维力学性能的分析确定后加工条件。
　　2实验样品、实验仪器及实验条件
　　2.1实验样品
　　试验用竹原纤维为浙江丽水缙云南方竹木有限公司提供的采用物理，机械的方法制得的细度为6.01dtex的竹原纤维。
　　试验用竹浆纤维规格为河北省吉藁化纤公司生产的细度为1.67dtex，长度为38mm的棉型竹浆纤维。
　　2.2实验仪器及实验条件
　　2.2.1竹原纤维的基本拉伸性能
　　试验仪器型号：YG001N型电子式单纤维强力仪
　　试验条件：拉伸力学性能测试按照GB/T14337—1993进行。试样的夹持长度为10mm,拉伸速度以试样拉伸至断裂所用时间为20（+2）秒为宜，竹原纤维设定为2mm/min，竹浆纤维设定为7mm/min，预加张力为0.5cN/tex，每试样拉伸50次。
　　2.2.2竹原纤维热处理后的力学性能
　　试验仪器型号：熔点仪、YG001N型电子式单纤维强力仪。
　　试验条件：纤维试样呈伸直状由玻璃片夹持，放置于熔点仪上，考虑到纺织纤维在实际加工和服用中的情况，选定70、100、120、140、160、180℃作为温度测试点，选定10、20、30分钟为热处理时间。对经过热处理并冷却48h的纤维在YG001N型电子式单纤维强力仪上进行拉伸性能测试，测试指标包括：断裂强度、断裂伸长率、断裂功、初始模量。
　　3实验结果及结果分析
　　3.1竹原纤维基本力学拉伸性能
　　3.1.1竹原纤维一次力学拉伸性能实验结果
　　实验结果：竹原纤维一次拉伸性能实验结果见表1。

　　测试结果表明，竹原纤维为高强低伸长型纤维，在常温常态下，竹原纤维具有很高的强度，达到6.86cN/dtex，且竹原纤维有很高的初始模量，但它的伸长率低，仅有5.24%。吸湿后竹原纤维的强伸度发生变化。润湿态的竹原纤维的断裂强度是干态时的71.9%，断裂伸长率比干态时高8.78%，湿态时的初始模量和断裂功较之干态时也有明显下降。
　　常态下的竹原纤维的强度明显大于竹浆纤维，约为后者的2.96倍，而断裂伸长率却仅为竹浆纤维的21.2%。润湿态时竹原纤维的强度、断裂伸长率、初始模量、断裂功等的变化与竹浆纤维的趋势相同。润湿态时竹原纤维的强度是竹浆纤维的2.31倍，断裂伸长率为竹浆纤维的20.3%。图1为竹原纤维和竹浆纤维干湿态拉伸曲线，从拉伸曲线的类型来说，竹原纤维和竹浆纤维的拉伸类别不同，竹原纤维属于高强低伸长类型，但竹浆纤维属于低强高伸长类型。此外竹原纤维初始模量较大，说明具有较大抵抗变形的能力。

　　3.2热处理对竹原纤维力学性能的影响
　　3.2.1热处理对竹原纤维强度的影响
　　热处理温度和时间对竹原纤维和竹浆纤维强度影响实验结果见表2、表3。

　　测试结果表明，随着热处理温度逐渐上升，竹原纤维和竹浆纤维的断裂强度均呈下降趋势，且下降的程度很明显。竹浆纤维在180℃处理30分钟后强度下降了47.4%，竹原纤维在180℃处理30分钟后强度下降了36.7%，竹浆纤维处理温度低于120℃时强度下降不明显，而高于此温度纤维强度随__________温度和时间增加显著降低。竹原纤维在处理温度低于140℃时强度下降平缓，而高于此温度纤维强度显著下降，竹原纤维在140℃处理10分钟后强度为原值的92%，而在160℃处理10分钟后强度为原值时的78%。
　　3.2.2热处理对竹原纤维断裂伸长率的影响
　　热处理温度和时间对竹原纤维和竹浆纤维伸长率影响的实验结果见表4、表5

　　表4、表5表明，随着温度上升及处理时间的增加，竹原纤维、竹浆纤维断裂伸长率基本呈下降趋势，这种趋势不及强度明显，下降程度也不大。竹原纤维在140℃以前，断裂伸长率变化并不明显，但温度超过140℃时，随处理时间的增加断裂伸长表现出下降趋势。在热处理时间达到30分钟条件下，竹原纤维断裂伸长率随温度的升高有明显的下降。
　　3.2.3热处理对竹原纤维初始模量的影响
　　热处理温度和时间对竹原纤维及竹浆纤维初始模量影响的实验结果见表6、表7。

表6 不同热处理温度和时间后竹原纤维初始模量(cN/dtex)数值

　　表6、表7表明，竹原纤维热处理时，热处理时间一定，随热处理温度的升高，初始模量呈下降趋势，下降程度较大。处理温度一定时，不同处理时间对初始模量没有明显的影响。
　　竹浆纤维热处理时初始模量没有较明显的变化，只有在大于180℃高温时才表现出下降趋势。
　　3.2.4热处理对竹原纤维断裂功的影响
　　热处理温度和时间对竹原纤维和竹浆纤维断裂功影响见表8、表9。

　　如表8、表9所示，竹原纤维的拉伸断裂功随热处理温度的升高和时间的延长都呈下降趋势，热处理温度达到140℃、热处理时间达到20分下降程度很显著，例如在180℃处理30分钟后断裂功下降了60%。
　　竹浆纤维的拉伸断裂功随热处理温度升高而下降，同断裂伸长一样，处理时间在低于120℃时断裂功的变化不明显，超过此温度随处理时间的延长而明显降低。且在高温较长时间处理后断裂功的损失很大。
　　4结论
　　4.1竹原纤维一次拉伸性能
　　竹原纤维为高强低伸型纤维，在常温干态下，竹原纤维具有很高的强度，达到6.86cN/dtex，且竹原纤维有很高的初始模量，但它的伸长率低，仅有5.24%。吸湿后竹原纤维的强伸度发生变化。湿态的竹原纤维的断裂强度是干态时的71.9%，断裂伸长率比干态时高8.78%，湿态时的初始模量和断裂功较之干态时也有明显下降
　　4.2不同热处理温度、时间对竹原纤维的力学性能影响
　　4.2.1热处理对竹原纤维强度的影响
　　随着热处理温度逐渐上升，竹原纤维的断裂强度呈下降趋势。当热处理温度低于140℃时，竹原纤维断裂强度下降平缓，而高于此温度纤维强度显著下降。在一定温度时，竹原纤维的强度随热处理时间的增加而下降，处理竹原纤维时，长时间高温热处理作用使其强度明显下降。
　　4.2.2热处理对竹原纤维断裂伸长率的影响
　　随着热处理温度和热处理时间的增加，竹原纤维断裂伸长率呈下降趋势，在温度低于140℃，竹原纤维断裂伸长率变化并不明显，但温度超过140℃时，随处理时间的增加，断裂伸长表现出明显下降趋势。
　　4.2.3热处理对竹原纤维初始模量的影响
　　竹原纤维热处理时，处理时间一定，随热处理温度的升高，初始模量呈下降趋势，下降程度较大；处理温度一定，不同处理时间对初始模量没有明显的影响。
　　4.2.4热处理对竹原纤维断裂功的影响
　　竹原纤维的拉伸断裂功随热处理温度的升高和热处理时间的增加都呈下降趋势。