孫 哲，畢松梅

(安徽工程大學紡織服裝學院，安徽蕪湖241000)

咖啡纖維是臺灣興采實業(yè)有限公司依靠自己的科技研究發(fā)明出來的，該纖維的優(yōu)點是具有較大的比表面積和吸附能力，具有升溫保暖、除臭環(huán)保、防紫外線等功效［1］，最大的特點是使用的材料為廢棄的咖啡渣.

如今，很多企業(yè)都有咖啡纖維系列的服裝產(chǎn)品.用咖啡纖維做成的服裝更加自然、環(huán)保，擁有較好的透氣性和導熱散熱性，手感柔軟光滑，并具有吸濕快干、除臭環(huán)保、負離子“呼吸”等功效，非常適合制作貼身內(nèi)衣和夏季服裝，所以深受市場和消費者的歡迎.本研究以咖啡纖維的基本化學結構和性能為基礎，詳細地測試和分析了咖啡纖維的可紡性和應用前景.

1 生產(chǎn)過程

1.1 咖啡纖維的生產(chǎn)過程

咖啡纖維是將廢棄的咖啡渣通過1 000℃以上的煅燒處理，在咖啡渣的晶相與孔隙呈穩(wěn)定狀態(tài)時，運用納米技術將其研磨成200納米級左右的粉體，然后在后加工過程中加入紡絲液，紡成紗線.

生產(chǎn)咖啡纖維的關鍵在母粒，母粒制作的關鍵在咖啡碳復方粉體.

1.2 咖啡碳復方粉體的制作過程

咖啡碳復方粉體的制作流程見圖1.

圖1 咖啡碳復方粉體的制作流程Fig.1 The production process of coffee carbon compound powder

2 實驗部分

2.1 紅外光譜測試

利用傅里葉紅外光譜儀對粉末樣品進行測試.根據(jù)紅外光譜的工作原理，分析咖啡纖維分子中所包含的基團以及親水基團的多少.

2.2 XRD測試

利用德國布魯克公司D8-Ⅱ型X射線粉末衍射儀進行測試，測試結果用Jade軟件進行分析，得出咖啡纖維的結晶度.

2.3 纖維形態(tài)測試

樣品必須保證干燥、無腐蝕.將纖維整齊地依次填滿纖維切片器的切口，再用刀片將兩端多余的纖維切除.在纖維兩面都滴入火棉膠，約2 h后火棉膠凝固，旋轉螺母推出纖維，用刀片平滑地切斷纖維，樣品的制備完成［2］.將纖維樣品(至少2份)放入電子顯微鏡仔細觀察，一份橫放，一份豎放.

2.4 纖維長度分布測試

利用手排法將纖維束一端按照長短順序整齊地排列在黑絨板上，作圖并計算長度.

2.5 纖維細度測試

利用中段切斷稱量法，將纖維捋順拉平，切斷長度LC取10 mm，然后用纖維切斷器將纖維切斷，稱得質量為m(單位mg)，用鑷子數(shù)纖維根數(shù)n(n＞1 500)，計算公制支數(shù)

2.6 單纖維拉伸性能測試

利用電子式單纖維強力儀將單根纖維的一端用鑷子放入上夾持器，另一端用下夾持器夾緊，上下夾持器之間的距離為10 mm，預張力為1.3 cN/dtex，實驗次數(shù)為50次.

2.7 纖維回潮率測試

利用DHG-9140型電熱恒溫鼓風干燥箱和電子天平，在105℃時將試樣連續(xù)烘90 min后關閉電源在箱內(nèi)進行第一次稱量，再開啟電源待溫度上升至105℃后，將試樣連續(xù)烘10 min進行第二次稱量.兩次試樣的質量之差與第二次的質量之比小于0.05%，第二次所稱質量即試樣的干燥質量.

3 結果與分析

3.1 紅外光譜化學結構

咖啡纖維、棉纖維和麻纖維的紅外光譜圖見圖2.

圖2 纖維紅外光譜圖Fig.2 The infrared spectrogram of coffee and other fiber

由圖2可知，在3 500～3 000 cm-1區(qū)域內(nèi)，可看到咖啡纖維的羥基基團的透光率約為28%，棉纖維約為22%，麻纖維約為20%.根據(jù)文獻［3］中透光率與羥基含量成正比的結論可知，咖啡纖維的羥基基團含量大于棉纖維和麻纖維.羥基基團是高分子中常見的親水基團，親水基團的數(shù)量對纖維的吸濕性有著很重要的決定作用，親水基團的數(shù)量越多，吸濕性能就越好.由實驗得知，咖啡纖維的吸濕性能優(yōu)于棉纖維和麻纖維.

圖3 咖啡纖維X衍射圖Fig.3 The X-ray diffraction diagram of coffee fiber

3.2 XRD結晶度

咖啡纖維的X衍射圖見圖3.利用Jade軟件測試得，咖啡纖維的結晶度約為53%，低于棉纖維，可知咖啡纖維的結構較疏松.

3.3 形態(tài)結構

咖啡纖維的縱橫向形態(tài)見圖4.

圖4 咖啡纖維縱橫向形態(tài)Fig.4 The longitudinal and transverse form of coffee fiber structure

從圖4可知，咖啡纖維的直徑為10～15 μm，橫截面為不規(guī)則多邊形，比表面積較大，增加了咖啡纖維的表面吸附效果和吸濕性.縱截面粗糙、凹凸不平，有利于纖維的透氣傳熱.

3.4 長度

咖啡纖維的長度分布見圖5.由圖5可知，咖啡纖維的有效長度為55 mm，中間長度為48 mm，短纖維(長度小于27 mm的纖維)百分率為54.55%.

3.5 細度

咖啡纖維的細度如表1所示.可知咖啡纖維的細度和棉纖維接近.

圖5 咖啡纖維長度分布圖Fig.5 The length distribution of coffee fiber

表1 咖啡纖維與其他纖維的細度Tab.1 The fineness indexes of coffee and other fibers

3.6 拉伸性能

咖啡纖維的拉伸性能指標如表2所示.咖啡纖維的斷裂伸長率平均值為7.1%，在紡紗過程中，有利于成紗.但是，咖啡纖維的斷裂強度較低，平均斷裂強度小于2 cN/dtex，這使得咖啡纖維容易發(fā)生斷裂，不利于生產(chǎn).

表2 咖啡纖維和其他纖維的物理機械性能［4-5］Tab.2 The tensile properties of coffee and other fibers

3.7 回潮率

測得咖啡纖維的回潮率為0.5%.

4 結論

咖啡纖維的長度與細度與棉纖維接近，但其斷裂強度低，生產(chǎn)過程中容易發(fā)生斷裂，成紗困難.如果能提高咖啡纖維的斷裂強度，將大大提高它在市場上的占有率.

［1］趙菊梅.咖啡紗的性能和應用前景分析［J］.遼寧絲綢，2010(4):25-26.

［2］余序芬.紡織材料實驗技術［M］.北京:中國紡織出版社，2004:48-50.

［3］呂家申.紅外光譜法測定羥基硅油中羥基含量［J］.化學世界，1997(7):377-380.

［4］周衡書.竹纖維紡紗與織造性能研究［J］.紡織學報，2004(5):91.

［5］李汝勤，宋鈞才.纖維和紡織品的測試原理和儀器［M］.上海:中國紡織大學出版社，1995:50-54.