蘇揚帆， 葛明橋*,2

(1. 江南大學 紡織服裝學院，江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

木棉樹不僅具有觀賞價值，其果實中的木棉纖維還可作為紡織原材料。云南地區(qū)的少數民族就有用木棉制成床上用品，并用木棉被褥作為女兒陪嫁之物的習俗。而“木棉袈裟”等服用紡織品更是因其手工制作、工藝精細、耗時長久而顯得珍貴。木棉纖維屬于天然纖維素纖維，具有中空超輕、保暖性好、天然抗菌、吸濕導濕等特性，因此被稱為“植物軟黃金”和“長在樹上的羊絨”[1-2]。

1 木棉纖維

木棉纖維取自部分木棉科植物的果實纖維，在中國，木棉纖維主要來自于木棉樹。成年木棉樹木棉纖維產量每株為5 ～ 8 kg，目前包括中國在內的木棉纖維全球年產量約19.5 萬t。正在花期的木棉樹、紅色木棉花及成熟木棉果實如圖1～圖3所示。

圖1 正在花期的成年木棉樹Fig.1 Kapok tree in flowering

圖2 木棉花形貌Fig.2 Appearance of kapok flower

圖3 成熟木棉果實Fig.3 Mature kapok fruit

常見的木棉纖維有白、黃及黃棕3種顏色。將木棉果實中的木棉種子剔出，或將木棉種子裝入籮筐中篩動，即可初步得到用于紡織加工的木棉纖維。

1.1 木棉纖維的形態(tài)結構

木棉纖維單纖維長度為8 ～ 32 mm，直徑為20 ～ 45 mm。另根據孫景俠等[3]對木棉纖維微觀結構的觀察，可以得知木棉纖維表面較光滑，轉曲較少；木棉纖維還具有兩端封閉，中間較粗的氣囊結構以及大中空的管壁狀結構。此外木棉纖維的單纖密度為0.29 g/cm3，單纖線密度為0.4～3.2 dtex，是目前世界上發(fā)現最細的天然纖維[3]。

1.2 木棉纖維的物化性能

木棉纖維中空度達80%以上，在水中可承受自身20～36 倍的質量而不下沉[4]。另外經過化學分析可知，木棉纖維主要成分為纖維素(質量分數約為64%)，木質素(質量分數約為13%)，水分(質量分數為8.6%)，水溶性物質(質量分數為4.7% ～ 9.7%)以及少量灰分、木聚糖和蠟質[5]。

此外同等條件下，木棉纖維的吸濕導濕性均優(yōu)于白棉和彩棉[6]，木棉的回潮率為10.75%，纖維結晶度為35.9%。另外還有文獻表明木棉對汗液的吸濕率和導濕率分別可達185.5%和95.18%[7]。

木棉纖維在常溫稀酸、NaOH條件下穩(wěn)定不溶解，但在一定條件下會溶解于濃度較高的酸溶液。木棉纖維起始熱分解溫度可達296 ℃，熱穩(wěn)定性能和棉纖維相當[8]。此外木棉纖維驅螨率可達87.54%，抑菌率在99%以上，具有良好的抗菌效果[9]。

1.3 木棉纖維與普通細絨棉的比較

木棉纖維和棉纖維均為單細胞纖維，但后者屬于種子纖維，由棉籽表皮細胞伸長和加厚形成；而木棉纖維則屬于果實纖維，由附著于木棉蒴果殼的內壁細胞發(fā)育生長而形成。

張冶等[1]將木棉纖維和普通細絨棉纖維的性能對比發(fā)現：相比棉纖維的縱向轉曲形態(tài)，木棉纖維縱向結構光滑，光澤更好；木棉的中空度遠大于棉纖維，而結晶度低于棉纖維，且吸濕回潮率高于棉纖維，所以木棉纖維具有更優(yōu)異的吸濕導濕性能。

2 木棉纖維的染色性能

木棉纖維可用直接染料染色，但是存在上染率底、勻染性差的問題。同樣條件下，木棉纖維的上染率只有63%，而棉纖維可以達到88%。這可能是木棉纖維中存在的木質素和半纖維素與纖維素互相糾纏，使部分纖維素羥基被阻蔽，導致染料分子不能順利進入纖維內部。此外，木棉纖維特殊的形態(tài)結構，也可能是導致木棉纖維染色性能較棉纖維差的原因。

周曉英[10]探討了木棉纖維的染色性能以及染色工藝。先對木棉散纖維進行預處理(堿處理和漂白處理)，再使用直接染料染色法和活性染料染色法對其染色，并對比染色效果；對木棉纖維進行陽離子改性，并比較改性前后的染色性能；采用稀土同浴染色工藝和稀土預媒染色工藝對木棉纖維進行染色并分析染色工藝及染色效果。結果發(fā)現：①鹽的加入可有效提高直接染料對木棉纖維的上染率，染色溫度以50 ℃為宜；而電解質和堿劑則可促進活性染料對木棉纖維的染色效果。②在木棉纖維上引入陽離子基團，對其進行陽離子改性可提高陰離子染料對木棉纖維的染色性能。③稀土預媒工藝與稀土同浴工藝的上染率相差不大，但前者固色率較低，因此認為稀土同浴染色工藝更適用于木棉纖維。

3 木棉纖維的可紡性和混紡紗開發(fā)

3.1 木棉纖維的可紡性

因為木棉纖維的纖維素含量較低，纖維表面轉曲較少，故木棉纖維的抱合力差。此外木棉纖維的相對扭轉剛度為71.5×10-4cN·cm2/tex，遠高于棉纖維的相對扭轉剛度7.74×10-4cN·cm2/tex。木棉纖維手扯長度較短，為15 ～ 20 mm；纖維線密度僅有0.4 ～ 3.2 dtex。這些都降低了木棉纖維在傳統(tǒng)環(huán)錠紡過程中的加捻效率，提高了紡紗斷頭率和純紡難度[1]。

目前，上海攀大實業(yè)(集團)有限公司、際華3542 公司、山東陵縣寶鼎紡織公司、江蘇東華紡織公司等多家企業(yè)均應用氣流紡技術開發(fā)木棉紗線產品，但是當前木棉紗的加工仍主要采用轉杯紡和環(huán)錠紡兩種方法。生產結果表明：轉杯紡加工對纖維的長度要求較低；轉杯紡過程中，紗線受到的張力較小；轉杯紡成紗條干更均勻，常發(fā)性疵點粒數少。因此，轉杯紡木棉紗的紗線質量比環(huán)錠紡木棉紗更符合實際生產需求。

3.2 木棉纖維的混紡

目前業(yè)內開發(fā)的木棉纖維紡織品主要以木棉與天然纖維或化學纖維的混紡為主，木棉纖維混紡質量分數為30%～70%。但較常見的木棉/棉混紡紗中木棉質量分數一般低于50%，紗線支數一般低于18.2 tex，這類木棉/棉混紡紗加工難度較小，且成紗質量可以滿足后續(xù)加工的要求。

李楊[11]將木棉纖維與棉纖維、滌綸以及粘膠纖維進行不同比例的混紡，并對混紡得到的紗線進行性能測試。結果表明：木棉混紡紗的條干均勻度相比純棉紗較差；木棉纖維混紡比例提高會降低木棉混紡紗的條干均勻度，使混紡紗的細節(jié)、粗節(jié)、棉結增加，紗線強力下降；木棉/棉混紡紗的斷裂伸長率較純棉紗高。

馬琴等[12]采用緊密紡技術將木棉纖維和柔絲蛋白纖維混紡，再根據木棉和柔絲蛋白纖維的特性對各工序工藝參數進行適當調整，得到了強力和耐磨強度良好、紗線外觀柔和、具備負氧離子釋放功能的木棉/柔絲蛋白紗線。

除了木棉和其他纖維的兩組分混紡，目前還有多組分木棉纖維混紡產品的研究報道。邱衛(wèi)兵等[13]設計了18.2 tex的m(精梳棉)∶m(木棉)∶m(三維卷曲彈性聚酯短纖)=40∶35∶25緊密紡工藝流程和工藝參數，通過纖維的合理搭配，前紡技術的改造和后紡緊密紡的優(yōu)化，成功完成了設計生產，在800 m/min的絡筒速度下，絡筒生產效率為82.5%。

此外劉梅城等[14]采用混紡包芯技術，成功紡制了m(粘膠)∶m(滌綸)∶m(木棉)∶m(銀纖維)=45∶35∶10∶10的27.8 tex長絲包芯紗。洪杰等[15]也成功設計生產了m(粘膠)∶m(滌綸)∶m(木棉)=50∶40∶10的27.8 tex經紗，開發(fā)了的粘/滌/木棉經紗混紡織物。

4 木棉纖維產品的開發(fā)與應用

4.1 木棉絮料和填充物

木棉纖維直徑小，中空度達80%以上，是一種保暖性能極佳的紡織材料[16]。而傳統(tǒng)的紡織加工技術工藝流程長，在生產中容易對木棉纖維的性能造成影響[17]。非織造加工技術工藝流程較短，可減少對木棉纖維的損傷，較好地保持木棉纖維原有結構，更好地保留其保暖性和蓬松性。

由于木棉纖維的直徑小，壓縮彈性和強度差等，木棉填充絮料在使用過程中容易被壓扁發(fā)生氈化，甚至出現局部破洞，從而降低絮料的柔軟舒適度和保暖性。為了改善木棉絮料的彈性，李素英等[18]將天然木棉纖維與滌綸按m(天然木棉纖維)∶m(滌綸)=60∶40的混紡比例進行加工。結果表明：非織造技術可以用于加工木棉纖維，且能較好地保持木棉纖維的中空度；合適的工藝條件可以紡制性能良好的非織造制品；木棉/滌綸非織造制品的厚度、透氣量、保暖性和壓縮彈性率等性能都與其面密度有關。

樊星等[19]也以木棉纖維、滌綸、棉纖維為原料得到保暖絮片，并分析了原料混紡比、預針刺機針刺密度及深度等工藝參數對產品性能的影響。結果表明：木棉/滌綸混紡針刺保暖絮片與其他纖維和滌綸混紡保暖絮片相比，保暖性能更好；當混紡組分和針刺深度相同時，針刺密度的增加會一定程度降低木棉混紡絮片的保暖性能。此外還出現了一種新的成網技術[20]：即將木棉纖維原料混合均勻后，進行開松除雜，然后再利用纖維成網技術,使木棉纖維形成更好的聚集狀態(tài)，以此來提高木棉纖維紡織品的拉伸斷裂強度及壓縮彈性。

4.2 服裝面料

4.2.1高效保暖內衣 由國內紡織工作者自主研發(fā)的木棉保暖內衣，經檢測保暖率高達49%。木棉保暖內衣不僅保暖率高于全棉、滌棉及羊絨保暖內衣，其透氣性、柔軟性以及舒適性也優(yōu)于純棉內衣。

4.2.2針織面料 木棉纖維經染整后處理去除纖維表層的蠟質后，可用于吸濕導濕紡織品的生產，如運動用吸濕快干針織T恤面料等。常向真[21]以m(木棉)∶m(棉)= 20∶80的14.8 tex混紡紗和75 D / 72 F竹炭聚醋纖維，按m(混紡紗)∶m(竹炭聚醋纖維)=44.5∶55.5的比例混紡，設計了雙面斜紋提花組織的竹炭木棉針織面料。并通過精煉酶煮練酶、中性拋光酶和活性染色一浴法拋光染色，以及柔軟拉幅，使產品具有中空保暖、防霉防蛀、除臭抑菌等優(yōu)良特性。

曹毅等[22]也設計開發(fā)了一系列含木棉纖維的混紡緯編針織面料，以m(棉)∶m(木棉)∶m(粘膠)= 61∶24∶15的 18.2 tex混紡紗為原料開發(fā)緯平針組織面料；以m(棉)∶m(莫代爾)∶m(木棉)= 45∶30∶25的14.6 tex混紡紗為原料開發(fā)雙羅紋組織面料；以18.2 tex混紡紗(m(棉)∶m(木棉)∶m(粘膠)= 61∶24∶15)、14.6 tex混紡紗 (m(棉)∶m(莫代爾)∶m(木棉)= 45∶30∶25)、27.8 tex (棉)純紡紗為原料開發(fā)襯墊組織面料。

4.2.3機織面料 木棉的機織面料包括牛仔布、毛巾織物、絨類等。因為木棉纖維比棉纖維細度和保暖吸濕性更好，手感柔軟，所以木棉機織面料服用性能優(yōu)于傳統(tǒng)純棉機織面料。陳玉波等[23]成功開發(fā)了木棉/棉絲光牛仔面料：原料經紗為18.2 tex× 2 棉股線，緯紗為36.4 tex (m(木棉)∶m(棉)=40∶60)氣流紡紗線；采用球經繩狀染色；織造環(huán)境溫度控制在25～30 ℃，相對濕度控制在85%～90%；絲光后整理堿的質量濃度控制在170 g/L以下。最后織物性能測試符合FZ/T 81006—2007的各項牛仔服裝服用安全性能的標準要求。

侯小偉等[24]采用常規(guī)棉紡生產工藝結合木棉和毛處理工藝，成功紡制出了毛巾用38.9 tex(m(棉)∶m(木棉)=70∶30)竹節(jié)紗，并以該竹節(jié)紗為毛經紗，以18.2 tex× 2棉股線為地經紗，在比利時畢加諾噴氣織機上生產出了素緞刺繡毛巾織物。

4.3 戶外用品

由于木棉纖維高度中空、質量小、浮力好且保暖性佳，可以用于戶外探險和旅游等領域。木棉纖維織成的漂浮物，質輕易攜、快干不吸水。人們去海邊或湖邊旅游，可攜帶木棉野營被褥，白天作為水上休閑娛樂的漂浮墊使用，上岸后稍加晾曬又可用于夜間露宿的保暖被褥[25]。

5 結語

受耕地以及牧場資源的限制，棉花和羊毛等傳統(tǒng)天然纖維的供給量很難再實現大幅度增長。而隨著生活水平的提高，人們對紡織服裝的舒適性、環(huán)保性都有了更高的要求。木棉具有綠色環(huán)保，薄壁中空、柔軟質輕、抗菌除螨以及吸濕導濕等良好特性，符合舒適環(huán)保的著裝要求，具有較好的市場開發(fā)前景和發(fā)展空間。積極開發(fā)如木棉等尚未充分利用的環(huán)境友好型纖維資源及其紡織技術，是中國紡織服裝產業(yè)實現轉型和可持續(xù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一。

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