竹原纤维的密度测试

竹原纤维的密度测试
孙中伟，杨建平，郁崇文
(东华大学纺织学院，上海200051)
摘要：探讨了采用比重瓶法测定竹纤维密度的方法。

比重瓶法测定纤维密度操作简单，实验结果较准确。

结果显示竹纤维的密度值约为1．49 g／cm3，较苎麻、棉纤维小，且测量值波动较大，这与竹纤维的结构有密切的关系。

竹纤维是指利用竹材中的纤维素成分制取的纤维。

目前，纺织业界有2种竹纤维的提法，一种是再生竹纤维，即采用类似粘胶纤维的生产工艺把竹材的纤维素溶解制成竹浆然后纺丝制得的竹纤维；另一种是竹原纤维，采用化学脱胶或微生物脱胶方法从竹材中直接提取得到的纤维。

严格地讲，第2种才是真正意义上的竹纤维，这里指的竹纤维是第2种，即竹原纤维。

纤维的密度大小与纤维的组成、大分子排列堆砌以及纤维形态结构有关，是纤维的一项重要指标。

从形态上看，密度是反映纤维内部空隙空腔大小的一个指标，密度越小，表明纤维内部空隙越多。

而纤维内部空隙的大小直接影响纤维的吸湿、保暖、排汗性能，进而影响纤维的穿着舒适性。

密度的大小对纤维的线密度、纱线的体积重量、织物的性质也有影响。

密度较小的纤维有较大的覆盖性，所制作的服装质量较轻，穿着较舒适。

不同的纤维其密度值也不同，因此密度值也可作为纤维鉴别时的参考。

1竹纤维的性能
有关竹纤维的性能已有不少报道，邢声远【1】给出了竹纤维的细度、强力、断裂伸长率等指标，并比较了竹纤维与苎麻纤维的性能差异，认为竹纤维具有较强的抗菌作用和防紫外线能力。

万玉芹【2】对竹纤维的吸湿性能进行了研究，测定了竹纤维在标准状态下的吸放湿特征曲线，认为竹纤维具有较大的回潮率，纤维吸、放湿速度很快，穿着舒适。

唐人成【3】等采用SEM方法分析了天然竹纤维的结构和热性能，指出天然竹纤维截面呈扁平状，纤维中间具有孔洞，纵向存在沟槽，横向有枝节。

ShenQing【4】等人对竹纤维和棉纤维的表面性质作了对比，结果表明竹纤维表面具有和水的表面类似的力学参数，认为竹纤维和人体接触的感觉类似于人的皮肤和水接触的感觉。

有关竹纤维的密度至今未见报道。

2实验
2．1 实验原理
纤维密度的测定方法很多，如浮沉法、液体浮力法、气体容积法、密度梯度管法等。

纺织领域常用的是密度梯度管法，但是此法较复杂，不易操作。

这里探讨使用比重瓶法测定竹纤维的密度。

其原理是【5】，将纤维浸泡在某种液体里，测量所浸纤维排出的液体的体积，以此来代替纤维的体积，从而计算出纤维的密度。

计算公式为：
S=a×S o
a+b=c（1）
其中S——纤维相对密度；a——纤维绝对干重；b——液体与比重瓶总重；c——纤维、液体与比重瓶总重；S o——液体相对密度。

2．2试样与仪器
50 mL比重瓶，精度达0．0001 g的电子天平，实验用竹纤维取自江西。

2．3实验步骤
(1)随机取0．5 g左右的纤维样品，充分扯松，并去除其中的杂质，然后用醚萃取纤维中的油分。

(2)洗净比重瓶，烘干，待冷却后称量比重瓶的重量。

(3)倒入纯水(煮沸后冷却的蒸馏水)，称量比重瓶和液体总重量。

(4)烘干待测纤维和比重瓶，待两者冷却后，将纤维加入比重瓶，称量比重瓶和纤维的总重量。

(5)向比重瓶中加入纯水，完全浸没纤维，加热比重瓶至沸腾，并用玻璃棒搅拌，以彻底排除纤维集合体中的空气。

煮沸30min ，冷却后加满纯水，称量比重瓶和纤维以及纯水三者的重量。

为保证实验精度，以上称量均需2次，且相差不能超过2％。

由于环境的温湿度变化对测试结果有较大的影响，整个称量过程要在恒温恒湿条件下进行。

为了验证结果的准确性，选棉纤维、苎麻纤维、涤纶纤维做实验对比。

2．4结果分析
按照以上步骤，分别测定几种纤维的密度，表1为实验所得几组密度值。

(1)比重瓶法中常用的液体有乙醚、乙醇等，主要是考虑到这些液体不会渗入纤维，提高实验精度。

而反复的试验中发现这几种液体挥发性太大，使得实验结果有很大偏差，因此，决定选用挥发性较小的水作浸泡纤维的液体。

(2)当纤维完全浸没在水中时，纤维在吸收水分的同时，自身的体积也在增大，且纤维
的体积增量与所吸收的水的体积增量是相等的【6】
，也就是说，纤维的吸湿对比重的测量没有影响。

试验结果却显示，对于吸湿性差的涤纶，密度测定结果准确且波动小。

而对于吸湿性好的棉麻，结果有波动且密度值稍微偏大。

所以用水作浸泡液体对吸湿性好的纤维的密度测量有一定影响，但是较乙醚、乙醇作浸泡液体时要准确的多。

(3)从表1可以看出，虽然同为纤维素纤维，竹纤维的密度 (平均值)与棉纤维、苎麻的相差较大，比苎麻小0．04，这与竹纤维的结构有很大的关系。

竹纤维由典型的纤维素I 组
成，结晶度约为72％【3】。

从竹纤维的横截面及纵向的微观照片(图1、图2)可以看出，纤维表面有竹节，粗细分布不均匀，纤维表面有无数微细凹槽，横截面呈不规则腰圆形，内部有较大的中腔，横截面上布满了大大小小的空隙，且边缘有裂纹。

正是这些空隙、凹槽与裂纹的存在，导致竹纤维的密度较小。

图1 竹纤维的横截面形态
图2 单根竹纤维的纵向形态
(4)相对棉、苎麻和涤纶纤维而言。

竹纤维的密度波动比较大，最大值与最小值之间相差0．05，CV值为1．31，竹纤维的不均匀性是造成密度值波动较大的主要原因。

首先，由竹材的结构可知【7】，竹纤维分为2种，即厚壁纤维和多层纤维(图1中的1和2)，从图中即可看出，这两种纤维的形态结构相差较大，前者壁较厚，空腔较小，后者壁较薄，空腔较大，裂纹多，这种结构的不均匀性必然会造成纤维的密度值波动，若取样中厚壁纤维多一些则密度偏大，反之则会偏小。

其次，从图2可以看出，竹纤维在竹材中的分布也有影响。

从竹材外层到竹材内部，纤维素的含量是逐渐减少的，木质素的含量不断增加，从这两个部位制取的纤维长度、宽度，
以及形态等差异较大，这也会影响密度值。

图3 毛竹内外层化学成分对比
注：外层指竹筒刮去青皮后表层厚约1 mm的竹片，内层指去除竹筒外层的剩余部分
3结论
(1)比重瓶法测定纤维密度操作简单，实验结果较准确，尤其适合测定吸湿性差的纤维密度。

(2)竹纤维的密度值约为1．49 g／cm3，较苎麻、棉纤维等要小，且测量值波动大，这与竹纤维的结构有密切的关系。

(3)竹纤维密度较小，用之制成的服装质量较轻，穿着舒适，加之良好的吸湿排汗能力，适宜作夏季面料。

注；本文摘自《纺织科技进展2007.1》75-76。