顧秦榕， 謝春萍， 王廣斌， 劉新金,3， 蘇旭中

(1. 江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122； 2. 新疆天山毛紡織股份有限公司，烏魯木齊 830054； 3. 江蘇蘇絲絲綢股份有限公司，江蘇 宿遷 223700)

研究與技術(shù)

羅布麻纖維結(jié)構(gòu)與性能測試研究

顧秦榕1， 謝春萍1， 王廣斌2， 劉新金1,3， 蘇旭中1

(1. 江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122； 2. 新疆天山毛紡織股份有限公司，烏魯木齊 830054； 3. 江蘇蘇絲絲綢股份有限公司，江蘇 宿遷 223700)

羅布麻纖維屬于天然纖維，由于其具有較強(qiáng)的抑菌保健功能，相應(yīng)的功能性紡織品的開發(fā)正愈發(fā)受到重視。文章對羅布麻纖維的成分、表面形貌特征、纖維長度、吸濕性能、力學(xué)性能、抗菌性能進(jìn)行了測試分析，并將羅布麻纖維的這些特性與紗線的可紡性、抑菌性結(jié)合起來研究，為其紡紗加工、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)。結(jié)果表明：羅布麻纖維通常與其他纖維進(jìn)行混紡，其纖維縱向溝槽及中腔使得厭氧菌無法生存，適合加工成具有抑菌性的襪子、內(nèi)衣等功能性紡織品。

羅布麻纖維；功能性纖維；微觀性能；抑菌性能；可紡性

羅布麻[1]又名野麻、澤漆麻等，屬夾竹桃科，因其長在羅布泊平原上而盛名，是一種野生高級紡織纖維植物。羅布麻具有非?？少F的藥用價值，其入藥年代可以追溯到幾千年以前，《本草綱目》等經(jīng)典藥學(xué)巨著均有記載。近年來，馬成[2]通過動物降壓試驗和降脂篩選試驗，研制出一種活性成分——羅布麻甲素，其具有降壓降脂作用；周春鈴[3]采用經(jīng)典抑郁動物模型對羅布麻葉總黃酮的抗抑郁作用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明羅布麻葉總黃酮具有明確的抗抑郁作用；李明華[4]對羅布麻的提取物進(jìn)行抑菌測試表明，羅布麻纖維提取物對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌及真菌都具有抑制作用，并且羅布麻纖維提取物的抑菌活性主要集中在乙酸乙酯部位，進(jìn)一步證實了羅布麻纖維具有抑菌性能。目前，國內(nèi)正在開發(fā)利用羅布麻纖維，現(xiàn)已有羅布麻系列保健紡織品上市。

羅布麻纖維長度與棉纖維相近，纖維具有光澤柔和潔白，質(zhì)地柔軟的特點。但由于纖維表面光滑，縱向無卷曲，抱合力較小，因此在紡紗加工中容易散開，難以成網(wǎng)[5]。本研究對羅布麻纖維成分、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、縱向及截面形態(tài)進(jìn)行了分析，將其力學(xué)性能及抑菌性能與其他麻類纖維進(jìn)行比較，期望所得結(jié)論能為其紡紗加工提供了一定的理論依據(jù)。

1 試 驗

1.1 原料品種與組分

選用新疆羅布麻纖維，其主要成分與其他麻類纖維一樣，有果膠、木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、水溶物、蠟質(zhì)、灰分等。羅布麻纖維的纖維素與半纖維素含量和苧麻亞麻纖維相差不大，分別為65.63%、13.49%，但果膠和木質(zhì)素含量比亞麻苧麻纖維高出許多，分別是8.26%、6.3%[6]。非纖維素含量愈大，纖維糾纏在一起，影響其可紡性、染色性等。因此羅布麻纖維必須經(jīng)過脫膠處理，去除果膠、木質(zhì)素等非纖維素物質(zhì)，最常采用的方法是化學(xué)脫膠處理[7]，同時不能損傷纖維而影響其紡紗性能。纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與纖維的力學(xué)性能息息相關(guān)，結(jié)晶度決定著纖維斷裂強(qiáng)度，結(jié)晶度愈高，斷裂強(qiáng)度愈大；取向度高則纖維模量高，伸長降低。羅布麻纖維的結(jié)晶度為63.07%，取向度為98.6%[6]。

1.2 材料與試劑

材料：羅布麻纖維，亞麻纖維，苧麻纖維，棉纖維(南通雙弘紡織有限公司)；

藥品：胰蛋白胨(BR)、牛肉浸膏(BR)、瓊脂粉(BR)、磷酸氫二鈉十二水(AR)、磷酸二氫鈉二水(AR)、氯化鈉(AR)、氫氧化鈉(AR)，均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；

菌種：大腸桿菌BL21(DE3)，由江南大學(xué)生物工程學(xué)院提供。

1.3 試驗設(shè)備

YXQ-LS-75G型立式壓力蒸汽滅菌器、BSD-YF-2000型立式雙層智能精密型搖床、BSP-250型生化培養(yǎng)箱(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)，T6型紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(榮華儀器制造有限公司)，6175-3C型臺式pH計(上海任氏電子有限公司)，AH-100型精密移液器(奧豪斯儀器有限公司)，EL204型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)，Nicolet iS10傅里葉紅外光譜儀(美國賽默飛世爾公司)，SU 1510型掃描電鏡(日本日立公司)，YG 002C型纖維檢測系統(tǒng)(寧波紡織儀器廠)，Y 172型切片器、YG 001B單纖維電子強(qiáng)力儀、YG 747型通風(fēng)式快速八籃烘箱(南通宏大實驗儀器有限公司)。

將被測纖維及對照樣稱取國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定樣品0.75 g的3.13%，即0.023 g，用牛皮紙包好，在壓力蒸汽滅菌鍋內(nèi)以壓力0.1 MPa，溫度121 ℃滅菌20 min。配置接種菌液放置到裝有30 mL PBS的試樣錐形瓶中，棉纖維及空白樣錐形瓶在搖床里以24 ℃，250 r/min零時刻振蕩(振蕩2 min)，稀釋取樣。再將所有的試樣錐形瓶包括棉纖維及空白樣錐形瓶以24 ℃，150 r/min振蕩1 h，稀釋取樣，將所有的平板放置在37 ℃的培養(yǎng)箱里培養(yǎng)24 h。其中被測三種麻類纖維不需要進(jìn)行零時刻振蕩，僅做定時振蕩，空白樣是為了檢驗試驗菌的活性。

2 測試方法

2.1 紅外光譜分析法

采用Nicolet iS10傅里葉紅外光譜儀，用溴化鉀壓片的方法將纖維壓成薄片放置在樣品架上對羅布麻纖維進(jìn)行紅外光譜測試。掃描次數(shù)：10次，分辨率：4 cm-1，波數(shù)范圍：650～4 000 cm-1。

2.2 纖維形態(tài)觀察

采用SU 1510型掃描電鏡對羅布麻纖維的縱向及截面形態(tài)進(jìn)行觀察，將適量的羅布麻纖維均勻平鋪于導(dǎo)電膠布上進(jìn)行縱向的觀察。

采用Y 172型切片器將羅布麻纖維進(jìn)行切片，然后將被切片向上的樣品放置在載玻片上采用YG 002C型纖維檢測系統(tǒng)進(jìn)行橫向的觀察。

2.3 纖維強(qiáng)力測試

采用YG 001B單纖維電子強(qiáng)力儀測試?yán)w維強(qiáng)力，各項參數(shù)設(shè)置分別為：夾持距離10 mm，夾持速度10 mm/min，預(yù)加張力0.1 cN。測試?yán)w維斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長等參數(shù)，測試50組取均值。

2.4 纖維吸濕性能測試

采用YG 747型通風(fēng)式快速八籃烘箱測試羅布麻纖維吸濕回潮率。

2.5 纖維抗菌性能測試

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 209944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》，將試樣羅布麻纖維及對照樣纖維分別裝入一定濃度的試驗菌液的三角瓶中，在規(guī)定溫度下振蕩一定時間，測定三角燒瓶內(nèi)菌液在振蕩一定時間后的活菌濃度，以此評價試樣的抗菌效果。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅外光譜分析

圖1是羅布麻、苧麻、亞麻三種麻類纖維的紅外光譜圖，其中3 400、2 900、1 432、1 164、1 058 cm-1處對應(yīng)的是纖維素的特征吸收峰。

圖1 紅外吸收光譜圖Fig.1 Infrared absorption spectra

從圖1可以看出，羅布麻、苧麻、亞麻三種麻類纖維的特征峰、光譜曲線大致相同,只是特征透射率強(qiáng)度不同。這說明這三種麻纖維的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)大致相同，但含量并不完全一致。在3 400 cm-1附近的波數(shù)對應(yīng)的應(yīng)該是分子內(nèi)O—H的伸縮振動，此時羅布麻的峰值最高，其次是亞麻、苧麻纖維。同時三者出現(xiàn)些許的峰位置偏移，這便印證了麻纖維的化學(xué)組成大致相同，可是含量并不一致的情況。

3.2 纖維長度細(xì)度分析

纖維的長度和細(xì)度是衡量纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)，影響纖維的紡紗工藝、紗線質(zhì)量、織物外觀、手感等方面。不同纖維的細(xì)度、長度及整齊度不同。將隨機(jī)抽取的100根纖維的長度進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。精干羅布麻纖維的平均長度為23 mm，纖維長度上下浮動范圍達(dá)到40 mm，纖維大多集中在10～30 mm，長度整齊度較差，在紡紗加工過程中難以成網(wǎng)，所以通常與棉、毛等其他纖維進(jìn)行混紡。

圖2 精干羅布麻纖維長度分布Fig.2 Length distribution of apocynum venetum fiber

雖然羅布麻纖維的細(xì)度和棉纖維細(xì)度較為接近，但是測量纖維細(xì)度的方法沒有棉纖維的成熟，目前羅布麻纖維細(xì)度的測量尚沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)。由于纖維長度較短，無法采用切斷稱重法測定纖維線密度，所以本研究采用測量纖維直徑代替纖維細(xì)度的方法[8]。假定羅布麻纖維的橫截面是圓形，羅布麻纖維直徑與其線密度之間的關(guān)系如下：

(1)

式中：d為羅布麻纖維直徑，μm；Ndt為羅布麻纖維線密度，dtex；λ為羅布麻纖維密度，g/cm3。

其中羅布麻纖維密度與棉相近，約為1.552 g/cm3[8]，經(jīng)測得羅布麻纖維的直徑約為16 μm，代入式(1)，算得線密度約為3.12 dtex。

3.3 表面形貌分析

3.3.1 截面形態(tài)

羅布麻纖維的橫截面具有多樣性，如圖3所示。這些截面形態(tài)各異，有圓形有腰圓形也有橢圓形，并且這些形狀大小不一，可見羅布麻纖維粗細(xì)不勻。

圖3 羅布麻纖維截面光學(xué)顯微圖Fig.3 Optical microscope images of the cross section ofapocynum venetum fiber

纖維截面內(nèi)含中腔，有的中腔呈圓形，有的中腔呈細(xì)長型，這些形態(tài)不一的中腔有助于儲存氧氣，使得羅布麻纖維具備良好的吸濕透氣性能，也使得厭氧菌無法在里面生存[9]。

3.3.2 縱向結(jié)構(gòu)

羅布麻纖維的縱向結(jié)構(gòu)形態(tài)與其他麻類纖維相類似，如圖4所示。從圖4(a)(b)可以看出，羅布麻纖維縱向有距離大小不等的橫節(jié)存在，有的橫節(jié)較寬，而有的橫節(jié)較窄；在橫節(jié)處纖維較粗，纖維表面還有豎紋存在，這樣使得氧氣很容易進(jìn)入[10]，具備良好的吸濕性能；并且還可以明顯地看到羅布麻纖維含有中腔，中腔幾乎是連續(xù)的；但是羅布麻纖維表面還有些許膠質(zhì)存在，沒有完全脫膠。從圖4(c)(d)可以看出，纖維表面無卷曲，較為光滑，有的纖維表面有些許的麻結(jié)存在，同一根纖維上有的麻結(jié)多，有的麻結(jié)少，也有的纖維沒有麻結(jié)，這些麻結(jié)可以增強(qiáng)纖維間的抱合力，增強(qiáng)可紡性能。從圖4(e)(f)可以看出，羅布麻纖維頭端是封閉的，邊角較尖，相比纖維身體其頭端纖維較窄[11]。

3.4 力學(xué)性能分析

纖維的強(qiáng)度是纖維具有可紡性能的必要條件之一，纖維強(qiáng)度越高，其成紗強(qiáng)度也越高，可紡性能越好。由于羅布麻纖維間抱合力差而難以純紡，一般與其他纖維進(jìn)行混紡。不同纖維混紡成紗，其成紗強(qiáng)力與很多因素有關(guān)，有纖維間的滑移也有單根纖維斷裂的因素[12]。纖維在進(jìn)行拉伸試驗時，從中間斷裂試驗即有效，從兩端斷裂則無效。羅布麻纖維、亞麻、苧麻的拉伸斷裂測試結(jié)果如表1所示。由表1可見，羅布麻纖維屬于低伸高模型[13]，顯得剛硬而帶脆性，其斷裂強(qiáng)度在亞麻與苧麻之間。因此，羅布麻具有優(yōu)良的可加工性、挺括的服用性能，并能夠抵抗較大的變形。

圖4 羅布麻纖維縱向形態(tài)Fig.4 Longitudinal morphologyof apocynum venetum fiber

表1 三種麻類纖維的拉伸斷裂性能Tab.1 Tensile property of three type of hemp fibers

3.5 吸濕性能分析

纖維的吸濕性會影響纖維的結(jié)構(gòu)、形態(tài)及所有的物理性能，纖維的吸濕性強(qiáng)弱通常采用回潮率來表征。將三組等質(zhì)量的羅布麻纖維放置在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下調(diào)濕24 h，然后放置在105 ℃的快速烘箱中烘干30 min，待前后測試的干燥質(zhì)量差不超過0.5%時，選取后一次的質(zhì)量作為干燥質(zhì)量。根據(jù)如下所示回潮率公式計算出纖維回潮率，測試3次取平均值。

(2)

式中：W為羅布麻纖維回潮率，%；G為羅布麻纖維濕重，g；G0為羅布麻纖維干重，g。

經(jīng)測試，羅布麻纖維在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的回潮率可達(dá)6.9%，吸濕速度慢，放濕速度快。羅布麻纖維的干爽性及透氣性均較好，所以適合加工成襪子、內(nèi)衣等貼身衣物。

3.6 抗菌性分析

抗菌產(chǎn)品的開發(fā)已經(jīng)成為紡織材料、紡織品設(shè)計領(lǐng)域的一大熱點，而天然纖維是開發(fā)醫(yī)療保健功能紡織品的首選。羅布麻纖維因其含有蒽醌類物質(zhì)及黃酮類化合物[14]而具有優(yōu)異的抗菌性能。

試驗樣品的抗菌性能通過抑菌率進(jìn)行評價，可按下列公式計算得出：

(3)

式中：xs為抑菌率，%；A為被測纖維振蕩前的平均菌落數(shù)，個；B為被測纖維振蕩后的平均菌落數(shù)，個。

如果振蕩后的平均菌落數(shù)大于振蕩前的平均菌落數(shù)，抑菌率則為0。經(jīng)式(3)計算分析，羅布麻、苧麻、亞麻、棉纖維對大腸桿菌的抑菌情況如表2所示。

表2 幾種天然纖維纖維的抑菌率Tab.2 Antibiotic property of natural fibers

試驗表明，在麻類纖維中羅布麻、苧麻、亞麻纖維均有著非常優(yōu)異的抑菌性能，苧麻的抑菌性能最好，其次是亞麻纖維、羅布麻纖維，但三者的抗菌性差異不是很明顯。棉纖維不具抑菌性，振蕩試驗后菌落沒有減少反而增多。

4 結(jié) 論

1)羅布麻纖維平均長度23 mm，長度整齊度差，通常與棉、毛等其他纖維進(jìn)行混紡；截面呈多樣性，表面光滑并伴有溝槽；羅布麻纖維屬于低強(qiáng)高伸型，透氣吸濕性好，適合加工成襪子、內(nèi)衣等貼身衣物。

2)在羅布麻、亞麻、苧麻三種麻類纖維的抗菌性研究中，三者的抑菌作用均較為明顯，并沒有較大的差異。目前，苧麻及亞麻紡紗、織造與產(chǎn)品開發(fā)的工藝已經(jīng)趨向成熟，而羅布麻纖維產(chǎn)品國內(nèi)已經(jīng)開始開發(fā)利用，但未見開發(fā)純羅布麻的醫(yī)療保健用品，因此對于羅布麻纖維工藝及抗菌產(chǎn)品的開發(fā)有待繼續(xù)研究。

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Study on microstructures and properties of apocynum venetum fiber

GU Qinrong1, XIE Chunping1, WANG Guangbin2, LIU Xinjin1,3, SU Xuzhong1

(1.Key Laboratory of Eco-textile Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2.Xinjiang Tianshan
Wool Textile Company, Urumchi 830054,China; 3. Jiangsu Susi Silk Co.,Ltd., Suqian 223700,China)

Apocynum venetum fiber is a kind of natural fiber. Because of its strong antimicrobial property, the corresponding development of functional textile is increasingly valued. The paper studied the composition, surface morphology features, length, hydroscopicity, mechanical property and antibiotic property of apocynum fiber. Besides, these features of apocynum venetum fiber were researched in combination of spinnability and antibiotic property of yarn to provide certain theoretical foundation for spinning and industrial production. The results show that, apocynum fiber is often blended with other fibers, and the longitudinal grooves and lumen make anaerobic bacteria unable to survive in the fiber. Thus, it is suitable for being processed into socks, underwear and other functional textiles with antibiotic property.

apocynum venetum fiber; functional fiber; microstructures; antibiotic property; spinnability

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.02.003

2016-07-18;

2016-12-11

江蘇省博士后科研資助計劃項目(1501146B)；中國博士后科學(xué)基金項目(2015M581722)；江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK2012254)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研項目(BY2014023，BY2012051，BY2013015-24)；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項目(BA2014080)；紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新項目(hnfx14002)；廣東省產(chǎn)學(xué)研項目(2013B090600038)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(蘇政辦發(fā)〔2014〕37號)；前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2016022-27)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2016022-27)；新疆自治區(qū)重點研發(fā)項目(2016B02025-1)

顧秦榕(1993-)，女，碩士研究生，研究方向為羅布麻混紡產(chǎn)品的開發(fā)。通信作者：謝春萍，教授，wxxchp@vip163.com。

TS102.229

A

1001-7003(2017)02-0011-05 引用頁碼: 021103