牛角瓜纖維開(kāi)發(fā)的研究進(jìn)展

靳美琦,譚宇豪,李毓陵,*,薛文良,馬顏雪,丁 亦,王克毅,許建初,陳 鵬

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 201620;2.中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所山地未來(lái)研究中心,云南 昆明 650201;3.宜興市中長(zhǎng)色織有限公司,江蘇 無(wú)錫 214211)

牛角瓜因外形類似于牛角而得名,國(guó)內(nèi)生長(zhǎng)在云南、兩廣和海南等地區(qū),為多年生植物,在干熱河谷、曠野瘠地、荒山荒坡、江灘海岸等生態(tài)脆弱環(huán)境下表現(xiàn)出很好的適應(yīng)性,尤其耐鹽堿與干旱,適宜在熱帶地區(qū)生長(zhǎng)[1]。牛角瓜纖維,也稱水晶棉,是一種新型天然纖維素纖維,輕質(zhì)柔軟如羊絨,光澤如蠶絲般亮白,高中空度也使其纖維制品的保暖性好、隔音、導(dǎo)濕透氣,可用于功能性紡織品的開(kāi)發(fā)[2]。相比于同樣中空的木棉纖維[3],牛角瓜纖維長(zhǎng)度更長(zhǎng),為21～39 mm,此外,它還具有良好的抗菌、防霉、防蛀特性,是生態(tài)友好的“綠色纖維”,眾多特性使得牛角瓜纖維可以作為救生浮力材料、輕質(zhì)復(fù)合材料及家紡填充材料等[4]。在世界能源危機(jī)和環(huán)境惡化日趨嚴(yán)重的今天,結(jié)構(gòu)與性能獨(dú)特的牛角瓜纖維有望成為一種新的天然原料,滿足紡織品市場(chǎng)對(duì)舒適化、功能化和美觀化的需求。

早期的牛角瓜經(jīng)常用于藥物產(chǎn)品等的研發(fā)[5-8],牛角瓜的植株本身也是綠肥,表現(xiàn)出優(yōu)異的生態(tài)經(jīng)濟(jì)植物特點(diǎn)[9-11]。汁液含有石油的化學(xué)成分,有著“植物石油”的美譽(yù),有助于開(kāi)發(fā)液體燃料,具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[12-13]。近年來(lái),牛角瓜果實(shí)內(nèi)的纖維開(kāi)始用于服用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化,常與棉紗混紡用于織造舒適、美觀、保暖的面料,但由于其纖維表面光滑,且無(wú)明顯轉(zhuǎn)曲,純紡產(chǎn)品比較少見(jiàn)[14]。此外,牛角瓜纖維中非纖維素含量較高,導(dǎo)致其易脆斷,斷裂強(qiáng)度不高。因此,牛角瓜的價(jià)值仍未被深度挖掘,從種植到纖維產(chǎn)品應(yīng)用整個(gè)過(guò)程的工藝或技術(shù)是其在紡織領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需要優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)。

針對(duì)牛角瓜纖維結(jié)構(gòu)與性能,從牛角瓜植株的種植技術(shù)、纖維的提取與養(yǎng)生預(yù)處理、紡織加工與應(yīng)用等方面對(duì)現(xiàn)有的研究進(jìn)行綜述。通過(guò)分析牛角瓜纖維的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀,尋求需要改進(jìn)的關(guān)鍵工藝或技術(shù),以期推進(jìn)牛角瓜纖維產(chǎn)品的紡織產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

1 牛角瓜纖維結(jié)構(gòu)與性能

牛角瓜纖維由于不同尋常的特性,吸引了眾多學(xué)者對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)注。費(fèi)魏鶴等[15]測(cè)試了牛角瓜纖維的表面形態(tài),并分析纖維微觀結(jié)構(gòu)。李璇等[16]鑒別了牛角瓜纖維內(nèi)部所含的主要成分,發(fā)現(xiàn)其中有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等存在。牛角瓜纖維中的纖維素含量遠(yuǎn)低于棉,含有的半纖維素和木質(zhì)素成分較高,其果膠和脂蠟質(zhì)的含量也比較高。楊雪[17]研究了牛角瓜纖維的基本理化性能如長(zhǎng)度、細(xì)度、線密度、力學(xué)性能及吸濕性能等,并與同屬天然纖維素纖維的棉和木棉進(jìn)行了對(duì)比分析。李穎[18]測(cè)試了牛角瓜纖維從宏觀到微觀的各種性能,分析纖維的耐化學(xué)試劑性、含糖量和抗菌性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛角瓜纖維內(nèi)部并不含有抗菌物質(zhì),且其纖維含糖量極高,易于細(xì)菌生長(zhǎng)。崔玉梅系統(tǒng)地研究牛角瓜纖維的結(jié)構(gòu)與性能,并與木棉和棉纖維做對(duì)比,它們的果實(shí)、纖維表面和橫截面形態(tài)對(duì)比分別如圖1、2、3所示。從圖1可看出木棉和棉纖維的果實(shí)狀態(tài)相似,都是呈團(tuán)狀彎曲,而牛角瓜果實(shí)裂開(kāi)后纖維連接著囊和種子,呈較筆直的形態(tài),這種果實(shí)狀態(tài)的不同也對(duì)3種纖維性能測(cè)試產(chǎn)生一定影響;從圖2和圖3看出牛角瓜纖維的縱向及橫截面特征與木棉相似,都是縱向光滑、大中空橫截面,而與天然轉(zhuǎn)曲、腰圓形截面的棉不同,這種結(jié)構(gòu)的異同會(huì)影響纖維的性能以及后續(xù)的紡紗織造工作,也會(huì)影響最終產(chǎn)品的應(yīng)用。

圖1 牛角瓜、木棉、棉纖維的果實(shí)

圖2 牛角瓜、木棉、棉纖維表面形態(tài)

圖3 牛角瓜、木棉、棉纖維橫截面形態(tài)

牛角瓜纖維與木棉、棉纖維的性能指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1。與木棉相比,牛角瓜纖維腔寬與壁厚的比值以及中空度稍大,故牛角瓜纖維后道產(chǎn)品的保暖性與木棉相近甚至更好;牛角瓜纖維的長(zhǎng)度較長(zhǎng),斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)較大,故牛角瓜纖維的可紡性較木棉好。與棉相比,牛角瓜纖維的長(zhǎng)度和細(xì)度離散較大,且斷裂強(qiáng)度較小、體積密度較小,會(huì)影響后道紡紗工序及產(chǎn)品品質(zhì);但牛角瓜纖維回潮率和含水率較棉纖維高,吸濕性較好。因此,牛角瓜纖維的眾多優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出了其應(yīng)用于功能性紡織品的巨大潛力。但是,牛角瓜纖維表面光滑,無(wú)明顯轉(zhuǎn)曲,導(dǎo)致各纖維間的抱合力低,故需增摩。牛角瓜纖維的纖維素含量不高,非纖維素含量尤其木質(zhì)素含量高導(dǎo)致柔韌性差,故需增韌和增柔。牛角瓜纖維的中空度高、易脆斷、斷裂強(qiáng)度低,故需增強(qiáng)。綜上可知,牛角瓜纖維無(wú)法直接作為纖維原料用于紡織產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),必須先對(duì)纖維進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)處理。

表1 牛角瓜纖維與木棉、棉纖維性能的比較

此外,牛角瓜纖維在測(cè)試上述性能時(shí),因其結(jié)構(gòu)的特殊性,并不能完全按照棉纖維測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。牛角瓜纖維和木棉纖維都是天然中空纖維,與中空有關(guān)的測(cè)試方法都可以考慮借鑒木棉纖維,但是,除了相同的中空結(jié)構(gòu),兩者在長(zhǎng)度和單纖維直徑分布等方面又有很多差異,也會(huì)影響纖維性能的測(cè)試方法。因此,探究目前棉纖維、木棉纖維的性能測(cè)試方法是否適用于牛角瓜纖維,以及建立合理的牛角瓜纖維性能測(cè)試方法和評(píng)價(jià)體系十分的重要。

2 牛角瓜種植

牛角瓜果實(shí)的質(zhì)量、產(chǎn)量與其種植技術(shù)和方式密不可分。魏靜等[20]重點(diǎn)研究了牛角瓜的施肥技術(shù)、栽植密度和株型控制,發(fā)現(xiàn)牛角瓜的栽培規(guī)模和產(chǎn)量都有了很大的提高。于國(guó)棟等[21]通過(guò)對(duì)云南東川和元陽(yáng)等多個(gè)干熱河谷中的牛角瓜進(jìn)行對(duì)比,得到了單株結(jié)實(shí)量與單枝、單位冠幅的結(jié)實(shí)量以及分枝數(shù)性狀的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)選育結(jié)實(shí)量大的單株能夠明顯增大牛角瓜果實(shí)的產(chǎn)量。Berkman[22]綜述了牛角瓜的繁殖方式以及水分、土壤、光照、營(yíng)養(yǎng)對(duì)其生長(zhǎng)的影響,認(rèn)為使用浸種和低溫冷凍可以提高種子發(fā)芽率,并且在疏松土壤種植的行間距在0.6 m為宜。Winthrop[23]闡述了牛角瓜種子采集、溫室育苗和幼苗移植及除草施肥管理的整個(gè)過(guò)程,并研究了種植間距對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。劉鵬[24]對(duì)牛角瓜幼苗做了氮、磷、鉀肥不同配比的培育測(cè)試,發(fā)現(xiàn)適宜牛角瓜生長(zhǎng)的最佳方案,可以促進(jìn)產(chǎn)量和質(zhì)量提升。袁曉慧[25]也開(kāi)展了氮、磷、鉀肥的不同用量水平對(duì)牛角瓜株高、地徑、葉片數(shù)和冠幅生長(zhǎng)等生理指標(biāo)影響的施肥試驗(yàn),確定了牛角瓜生長(zhǎng)期的最佳施肥方案。

種植密度、施肥技術(shù)及環(huán)境因素(如溫度、濕度等)均會(huì)影響牛角瓜的產(chǎn)量和質(zhì)量,因此種植技術(shù)的優(yōu)化是保證得到優(yōu)質(zhì)牛角瓜纖維的前提。

3 提纖部分

牛角瓜果實(shí)結(jié)構(gòu)[26]如圖4所示,其果實(shí)由果殼、種子(籽)、纖維和囊四部分組成。牛角瓜纖維提取的主要過(guò)程為:鮮果脫水后成熟→果實(shí)開(kāi)裂→打開(kāi)果縫→從果殼內(nèi)取出纖、籽、囊→將纖維與籽、囊分離除雜。其中,鮮果脫水開(kāi)裂是提纖的前提。

圖4 牛角瓜果實(shí)結(jié)構(gòu)圖

3.1 果實(shí)干燥

由于牛角瓜果實(shí)完全成熟后會(huì)發(fā)生自然開(kāi)裂,果實(shí)內(nèi)的纖維會(huì)隨風(fēng)飄散導(dǎo)致無(wú)法收集,故采摘一般設(shè)定在果實(shí)成熟至纖維能自然釋放的3～4周內(nèi)。這個(gè)時(shí)間段內(nèi)離體果實(shí)的含水率比較高,大約75%～80%,果實(shí)極易發(fā)霉,不便于存儲(chǔ)。此外,果實(shí)含水率高時(shí),會(huì)導(dǎo)致果縫不易打開(kāi),進(jìn)而引起纖維無(wú)法分離。因此,必須將果實(shí)干燥到低含水率(8%～10%)才適宜提纖加工[22]。

牛角瓜果實(shí)不易脫除水分,在野外干燥通常需要1個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間,而高溫下暴曬會(huì)損害果實(shí)品質(zhì),常采用自然風(fēng)干和熱風(fēng)干燥等傳統(tǒng)方式。有工廠分兩個(gè)階段干燥,為避免收購(gòu)的鮮果在長(zhǎng)途運(yùn)輸中發(fā)生果實(shí)霉變,在果實(shí)收購(gòu)地用大網(wǎng)眼洋蔥袋吊掛干燥,脫去60%水分;半干果的脫水由工廠內(nèi)特制的大型烘干機(jī)完成[27]。竹架平攤干燥與網(wǎng)袋吊掛干燥均可使果實(shí)在2～8天內(nèi)開(kāi)果。果實(shí)越重,果實(shí)開(kāi)裂所需時(shí)間越長(zhǎng),采取按果實(shí)重量分組干燥的方法,能夠提高干燥效率和降低能耗。碰撞和擠壓果實(shí)都能實(shí)現(xiàn)果實(shí)開(kāi)縫,但應(yīng)對(duì)果實(shí)進(jìn)行熟化處理使之統(tǒng)一成熟度。相比自然干燥和低溫烘燥,崔玉梅等[4]采用微波實(shí)現(xiàn)了牛角瓜果實(shí)的拓縫提纖,可以大大提高干燥效率。但如果單獨(dú)使用微波干燥,果實(shí)內(nèi)部溫度不宜控制,也易造成纖維強(qiáng)力受損。因此,在選用合適的果實(shí)干燥方式基礎(chǔ)上,必須優(yōu)化干燥工藝參數(shù)保證良好的果實(shí)開(kāi)縫效果。

3.2 纖維提取

牛角瓜果實(shí)干燥開(kāi)裂后,對(duì)其內(nèi)部纖維的分離和提取是重要的環(huán)節(jié)。人工采集纖維的方式效率低下,往往利用機(jī)械方式或?qū)ｉT的提取裝置。但是,采用單純的機(jī)械分離方式提取纖維,必然帶來(lái)纖維的損傷和囊片的碎裂,增加纖維純凈且無(wú)損提取的難度。由于牛角瓜纖維束、碎囊片和籽間空氣動(dòng)力學(xué)特性有顯著差異,氣流分離纖維和雜質(zhì)被廣泛采用。

Ragsdale等[27]采用的提取裝置包括果殼破裂、纖籽囊等采集以及纖維分離幾個(gè)部分,前期以機(jī)械方式,后期采用氣流進(jìn)行分離,對(duì)纖維損傷小,但是機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。Bargen等[28]利用碾搓的摩擦力與剪切力的共同作用,將牛角瓜果殼腹縫撕裂,但無(wú)法保證將不同形狀和成熟度的果殼全部開(kāi)果。黃惠民等[29]通過(guò)加熱對(duì)牛角瓜開(kāi)殼,憑借纖維與果殼和雜質(zhì)間的重量差異,以風(fēng)力將纖維收集到上部,其他物質(zhì)則受重力作用掉入底部篩網(wǎng)。此分離方式高效且纖維純凈,但破殼筒內(nèi)相互作用過(guò)多會(huì)對(duì)纖維造成刮擦和磨損,影響纖維質(zhì)量,不利于后序紡織加工。劉黨賜[30]設(shè)計(jì)的除雜裝置可以將牛角瓜纖維與囊、籽分離,以應(yīng)對(duì)并解決牛角瓜纖維、囊和籽分離難的問(wèn)題。但是,該裝置在使用時(shí)仍需要給棉羅拉握持住金屬片打手進(jìn)行除雜,得到的纖維含雜率在3%左右,且纖維會(huì)出現(xiàn)擊打損傷,無(wú)法得到高純、高質(zhì)的纖維。嚴(yán)靜[26]對(duì)牛角瓜纖維與籽、囊沉降性能進(jìn)行了初步探究。陳冬冬[31]則進(jìn)一步對(duì)牛角瓜纖維與籽、囊進(jìn)行了懸浮性能差異實(shí)驗(yàn),并研究了一種水晶棉纖雜分離專用裝置[32],該裝置的除雜效果明顯,且輸出羅拉為木質(zhì)材質(zhì),減少對(duì)中空纖維的損傷,但并沒(méi)有通過(guò)具體試驗(yàn)來(lái)證明其裝置內(nèi)部對(duì)纖維的損傷。此外,該裝置喂入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也只是參考振動(dòng)給棉機(jī)的形式,并沒(méi)有針對(duì)牛角瓜進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。

李剛等[33-35]基于微波催熟和氣懸分離原理陸續(xù)設(shè)計(jì)了幾種牛角瓜纖維的提取裝置,通過(guò)微波作用使牛角瓜果實(shí)內(nèi)部的水分子高速運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生氣壓使果實(shí)爆破,并利用吸風(fēng)裝置將纖維收集,對(duì)纖維進(jìn)行有效分離獲得純凈的牛角瓜纖維。其中一種連續(xù)式牛角瓜纖維提取裝置[34],解決了牛角瓜纖維提取困難、提取不純凈等問(wèn)題,提高了提取效率和提取質(zhì)量,解決了囊籽纖維分離難、提取純凈率低的問(wèn)題并且能夠降低提取成本?？蓾M足高生產(chǎn)效率、低纖維損傷、低纖維損失、低能耗、生態(tài)環(huán)保等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求,具有良好的推廣應(yīng)用前景。

因此,在牛角瓜提纖過(guò)程中,利用微波技術(shù)干燥和氣流除雜展現(xiàn)出高效、低成本且纖維損傷小等優(yōu)勢(shì),值得進(jìn)一步研究。

4 養(yǎng)生預(yù)處理

纖維預(yù)處理方式一般為溶液浸漬法與溶液噴淋法。浸漬法是將纖維浸漬在配制好的溶液中,纖維與溶液能發(fā)生充分的接觸、反應(yīng)與作用。噴淋法是將溶液分層噴淋到散纖維上,然后對(duì)纖維進(jìn)行攪拌翻滾使之均勻。噴淋法的浴比小,纖維與溶液接觸的充分性與均勻性不及浸漬法。目前已有一些研究利用這兩種方法對(duì)牛角瓜纖維進(jìn)行養(yǎng)生預(yù)處理。

羅江玲等[36]采用表面膜化處理增強(qiáng)牛角瓜纖維,提高了其斷裂強(qiáng)度及彈性模量。黃惠民[37]通過(guò)碾壓和蒸汽加濕,增強(qiáng)了牛角瓜纖維間抱合,使其易成條。之后又以NaCl溶液熟化增加纖維韌性,并以NaOH溶液硬化進(jìn)行纖維增強(qiáng)[38]。此外,還利用化學(xué)助劑鞣化處理增摩,提高纖維間的抱合力,利于紡紗[39]。董華[40]研究發(fā)現(xiàn),以反應(yīng)濃度20 g/L,反應(yīng)溫度40℃,反應(yīng)時(shí)間30 min下的碳酸鈉弱堿處理,牛角瓜纖維表面的粗糙度增加,而非纖維素類物質(zhì)含量減少,引起脆性降低,韌性增強(qiáng)。羅艷[41]還利用淀粉乳液來(lái)處理牛角瓜纖維,測(cè)試發(fā)現(xiàn)可以起到增強(qiáng)增摩的效果。由于牛角瓜纖維質(zhì)量很輕,紡紗時(shí)牽伸區(qū)位置中纖維很難被控制,受力作用易出現(xiàn)漂浮現(xiàn)象,對(duì)后續(xù)加工產(chǎn)生了影響,需對(duì)纖維進(jìn)行增重。于是,馬灣灣[42]將水和甘油配比97∶3處理實(shí)現(xiàn)增重的目的,甘油附著在纖維表面或進(jìn)入空腔,同時(shí)甘油與纖維不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而影響纖維自身性能。Zhao等[43]制備了一種功能性增塑劑對(duì)牛角瓜纖維進(jìn)行紡紗前處理,纖維表面覆蓋了一層薄膜,形態(tài)變得較為粗糙,中空腔也有少量的增塑劑填充,牛角瓜纖維的力學(xué)性能得到了全面提升,使牛角瓜纖維具有更大的可紡性。因此,牛角瓜纖維的養(yǎng)生預(yù)處理對(duì)其性能具有至關(guān)重要的作用,決定了纖維的可紡性和產(chǎn)品應(yīng)用的前景,如深入研究,可更大程度地挖掘牛角瓜纖維的價(jià)值。

5 紡紗部分

利用堿性試劑處理牛角瓜纖維,主要目的是增強(qiáng)增摩,并以紗線質(zhì)量來(lái)評(píng)價(jià)處理效果。Mansi等[44]用濃度1%～8%的NaOH溶液和3%～15%的水溶性黏合劑分別處理牛角瓜纖維,改善了牛角瓜纖維紡紗成網(wǎng)成條性差的問(wèn)題。Sakthivel等[45]用濃度為5%的NaOH溶液在室溫下處理牛角瓜纖維5 min,經(jīng)過(guò)處理后的纖維成功紡出了含75%牛角瓜纖維的19.4 tex牛角瓜/棉混紡紗。但Sakthivel同時(shí)發(fā)現(xiàn),用NaOH溶液處理纖維,纖維易黏結(jié),開(kāi)松梳理困難,且纖維綜合性能出現(xiàn)輕度退化。Karthik等[46]的研究結(jié)果則與此相反,用堿處理(5%NaOH溶液處理10 min)和染色處理改性纖維,纖維的強(qiáng)伸性能均有所提高,初始模量減小,說(shuō)明堿處理反而使纖維增強(qiáng)和增韌;與染色改性纖維比較,堿作用后纖維的摩擦因數(shù)增加更顯著,梳棉落棉率和生條棉結(jié)數(shù)降低,生條短絨減少,紗線的強(qiáng)力增大,成紗CV值、紗疵和毛羽均降低。與棉混紡后,對(duì)混紡紗及其織物的研究[38]發(fā)現(xiàn),環(huán)錠紡得到的紗線強(qiáng)度低,并且紗線毛羽多,紡紗時(shí)還會(huì)出現(xiàn)繞羅拉和膠輥,以及多次斷頭的情況,而緊密紡得到的紗線各方面的性能都有極大提升,但紡紗時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)類似的情況。此外,劉曉莉[14]研究混紡Modal纖維/牛角瓜纖維紗線,發(fā)現(xiàn)該紗線的性能比棉紗差。

牛角瓜纖維的純紡紗線或織物很少,導(dǎo)致其在服用領(lǐng)域推廣受限。牛角瓜紗線綜合性能較棉紗差,但手感、色澤等更好?，F(xiàn)有的牛角瓜紗線多為混紡紗,且混紡比較低,紗線線密度大,純紡產(chǎn)品難以生產(chǎn)。因此,今后牛角瓜纖維在紡紗上需要制備更高性能、更細(xì)線密度以及更高混紡比的紗線。

6 織造部分

由于牛角瓜混紡紗線強(qiáng)力低的特點(diǎn),為了滿足織造需求,一般先對(duì)紗線進(jìn)行性能優(yōu)化,然后,選擇適當(dāng)?shù)纳蠙C(jī)工藝進(jìn)行織造。目前已有一些學(xué)者嘗試對(duì)牛角瓜混紡紗進(jìn)行織造。Drean等[47]制備了30 tex環(huán)錠紗,牛角瓜纖維的混紡比分別設(shè)置為25%、33%和50%,織造平紋織物。對(duì)成紗強(qiáng)力的測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)牛角瓜纖維的混紡比增加后,紗線強(qiáng)度等性能都變差。蔣曉[48]和饒良魁[49]都選用牛角瓜/棉(70/30)混紡紗,經(jīng)上漿處理后織成平紋和2/1斜紋的梭織物與雙羅紋和空氣層針織物,測(cè)試后發(fā)現(xiàn)牛角瓜織物與棉織物相比,在保暖性能、接觸冷暖感、懸垂性能和風(fēng)格等方面都可以滿足服用性能的要求,且牛角瓜針織物的保暖性能要優(yōu)于棉針織物的保暖性能。羅艷[41]選用牛角瓜/棉混紡比分別為30/70、40/60和50/50,以及牛角瓜/棉/滌綸混紡比分別為30/20/50、40/27/33、50/33/17的6種混紡紗織成針織物,測(cè)試結(jié)果表明牛角瓜/棉/滌綸混紡織物的拉伸性能、耐磨性、透氣性優(yōu)于牛角瓜/棉混紡織物,而保暖性和透濕性略差,且牛角瓜纖維的含量越大,兩類混紡織物的保暖性越好。馬灣灣[42]采用2根紗線合股并線的方法對(duì)紗線性能進(jìn)行優(yōu)化,織成緯平針織物,結(jié)果表明,牛角瓜織物的服用性能均較好,牛角瓜纖維適合開(kāi)發(fā)輕質(zhì)保暖型內(nèi)衣面料。劉曉莉[14]選用牛角瓜纖維/Modal混紡紗、純棉紗及Modal紗為緯紗,純棉紗為經(jīng)紗的6種梭織物,測(cè)試發(fā)現(xiàn)含牛角瓜纖維的織物各項(xiàng)性能未達(dá)到最好,可能是因?yàn)榕＝枪侠w維含量較少,且在加工過(guò)程中對(duì)纖維產(chǎn)生了一定的損傷。

牛角瓜織物多采用牛角瓜混紡紗織成簡(jiǎn)單組織的梭織物和針織物,織物組織種類的單一性也導(dǎo)致其在家紡和服裝領(lǐng)域應(yīng)用受限。因此,今后可以嘗試開(kāi)發(fā)出不同組織結(jié)構(gòu)的針織、梭織物,也需要進(jìn)一步優(yōu)化紡紗織造、前處理及后整理的過(guò)程,盡可能保留牛角瓜纖維的優(yōu)良性能,從而提高產(chǎn)品的檔次。

7 染整部分

牛角瓜纖維中蠟質(zhì)和果膠含量偏高,結(jié)晶度低,結(jié)構(gòu)較疏松,并且纖維表面光滑,都導(dǎo)致染料的上染率低,這就促使許多研究來(lái)試圖提升牛角瓜纖維的染色性能。高靜等[50]用不同顏色的沙拉菲尼爾直接上染,探究了多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)上染率的影響。龍丹等[51]研究了靛藍(lán)染料染色的最佳工藝,并分析了果膠、蠟質(zhì)對(duì)靛藍(lán)染料上染率、染色深度的影響。Bahreini等[52]研究活性染料對(duì)牛角瓜纖維的染色性能,所用染料為活性染料C.I.活性黃3和C.I.活性紅120,并紡制了純棉紗、純牛角瓜紗和棉/牛角瓜(75/25)混紡紗。對(duì)3種紗線用浸染法染色的結(jié)果顯示,活性染料染牛角瓜纖維的得色深度淺于棉纖維,但牛角瓜/棉混合纖維的得色深度大于棉纖維?？傮w看,純牛角瓜纖維對(duì)活性染料的上染率高于純棉,牛角瓜/棉混紡纖維的染色性能優(yōu)于純牛角瓜纖維,這些研究結(jié)果都表明牛角瓜纖維對(duì)活性染料可染。

牛角瓜纖維的染色性能與棉纖維相似,但由于其半纖維素含量高、表面光滑等原因,染色前需要對(duì)牛角瓜纖維進(jìn)行預(yù)處理,從而提高染料的上染率。

8 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

根據(jù)牛角瓜纖維不同的性能特點(diǎn),已有學(xué)者在牛角瓜產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及應(yīng)用上進(jìn)行了探索。牛角瓜纖維與木棉纖維相似,有極大的中空度,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上也可參考木棉纖維,制成保暖面料或充當(dāng)絮用填充料;質(zhì)輕,相對(duì)密度小,可作如浮力材料等紡織輕質(zhì)材料;色澤光亮,表面光滑,手感柔軟,可紡制高檔紡織品;回潮率和含水率較棉纖維高,吸濕性好,可做吸濕排汗且舒適度高的保暖內(nèi)衣等服裝產(chǎn)品[53];具有抗菌性能,可制成具有抗菌效果的內(nèi)衣內(nèi)褲等貼身衣物及床上用品等,也可在非織造衛(wèi)生材料領(lǐng)域使用,制成牛角瓜醫(yī)用紗布、抑菌衛(wèi)生巾及抑菌定型棉等無(wú)紡布產(chǎn)品[54-57]。

除上述優(yōu)勢(shì)以外,牛角瓜纖維的密度小、斷裂強(qiáng)度低、表面光滑無(wú)轉(zhuǎn)曲等特點(diǎn),也導(dǎo)致其纖維易飛花、易脆斷、抱合力差從而不利于后序的紡織加工,制約了其在紡織方面的應(yīng)用。為改善牛角瓜纖維這些缺點(diǎn),需要對(duì)牛角瓜纖維進(jìn)行增重、增摩和增韌等養(yǎng)生處理,這些過(guò)程需要一定的資金支持,相比于棉纖維就增加了投入成本。因此,在應(yīng)用方面也需要盡可能將牛角瓜纖維獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大,應(yīng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出能充分凸顯牛角瓜纖維優(yōu)勢(shì)特性的紡織面料、服裝和家紡等中高檔產(chǎn)品,走高端產(chǎn)品路線,提高產(chǎn)品附加值。

9 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合牛角瓜纖維的結(jié)構(gòu)與性能,綜述了其開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀,包括牛角瓜種植、提纖、養(yǎng)生、紡織加工和應(yīng)用等方面?，F(xiàn)有研究成果表明牛角瓜纖維可初步開(kāi)發(fā)應(yīng)用于紡織領(lǐng)域,但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo),仍有許多關(guān)鍵技術(shù)或工藝問(wèn)題需要去突破。今后可以重點(diǎn)發(fā)揮牛角瓜纖維的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)勢(shì),從纖維提取和養(yǎng)生兩個(gè)角度深入研究,如合理利用微波處理技術(shù)(微波-熱風(fēng)組合干燥或真空微波干燥),實(shí)現(xiàn)果實(shí)的高效低損干燥;弱堿預(yù)處理減小纖維內(nèi)的非纖維素含量,再以淀粉、甘油等進(jìn)行養(yǎng)生增強(qiáng)增韌等。此外,還可制定牛角瓜纖維相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),以更好地評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能,為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。