王 承， 尚雪彤， 付思雨， 傅佳佳

(江南大學(xué) 江蘇省功能紡織品工程技術(shù)研究中心，江蘇 無錫 214122)

紡織業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)支柱行業(yè)和重要民生產(chǎn)業(yè)，在國際上具備明顯的競爭優(yōu)勢，在解決就業(yè)、發(fā)展經(jīng)濟(jì)、繁榮市場等眾多方面發(fā)揮著極其重要的作用。目前，化學(xué)纖維占據(jù)紡織業(yè)纖維加工量的2/3，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及全球人均纖維使用量的不斷提升，預(yù)計(jì)未來5～10年全球纖維量將以年均3%的速度持續(xù)增長，且主要增量來源于化學(xué)纖維[1]。與此同時，伴隨而來的全球人口持續(xù)增長、化石能源枯竭等諸多問題也愈發(fā)嚴(yán)峻，可持續(xù)發(fā)展觀念深入人心。因此，人們將視線逐漸集中在節(jié)能環(huán)保、性能優(yōu)異、可持續(xù)發(fā)展的天然纖維的開發(fā)利用上。

21世紀(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及審美、消費(fèi)觀念的改變，人們對紡織品的要求也在不斷提高：日常穿著領(lǐng)域，在滿足基本著裝及使用需求的前提下，人們開始關(guān)注吸濕透氣、抗菌環(huán)保、蓄熱保暖、保健養(yǎng)生等方面的性能[2]；在衛(wèi)生保健領(lǐng)域，則偏重織物的抗菌除臭以及愈合保健功能，特殊性能的纖維制品也可延伸應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)材料上[3]；在安全防護(hù)領(lǐng)域，偏向于織物的阻燃抗靜電、環(huán)保無毒、抗紫外線、成本低廉等特點(diǎn)[4]。此外，隨著國內(nèi)紡織業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，紡織產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已逐漸從勞動密集型向創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，并在新型材料的開發(fā)上取得一定進(jìn)展，新型紡織纖維(如竹纖維、羅布麻、大豆纖維、牛奶纖維、甲殼素纖維等)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展勢頭迅猛。纖維科技的進(jìn)步極大推進(jìn)了新型纖維的開發(fā)，拓展了紡織纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，為下游產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供源源不斷的動力，同時也更新了新時期人們追求低碳環(huán)保、舒適健康的綠色生活理念[1]。

近年來，竹纖維作為一種綠色環(huán)保的天然植物纖維，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬且發(fā)展迅速[5]，文中主要對竹纖維(包括竹原纖維和竹漿纖維)在服裝、家紡以及產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)行了整理與介紹，并對竹纖維的未來發(fā)展趨勢加以展望。

1 竹纖維概述

1.1 竹纖維分類

新型材料竹纖維是一種柔軟細(xì)滑、抗菌保健、綠色環(huán)保的天然纖維素纖維[6]，目前紡織領(lǐng)域應(yīng)用的竹纖維主要可分為竹原纖維和竹漿纖維兩大類。

1.1.1竹原纖維 竹原纖維是采用物理、化學(xué)等方法制備而成的天然竹纖維[7]，其主要制取過程如圖1所示。①利用機(jī)械方式將原竹材進(jìn)行加工，得到竹片；②將竹片在沸水中進(jìn)行煮煉；③通過壓碎裝置將竹絲分解成細(xì)絲狀；④待得到細(xì)小竹絲之后，將其放入壓力鍋中進(jìn)行蒸煮，以便去除部分果膠、半纖維素、木質(zhì)素；⑤利用生物酶進(jìn)一步分解竹絲中的木質(zhì)素、半纖維素、果膠，以獲取纖維素纖維；⑥對得到的纖維素纖維進(jìn)行清洗、漂白、上油、開松梳理，最終獲得竹原纖維。

1.1.2竹漿纖維 竹漿纖維是按照要求將竹片制成竹漿，做成漿粕后再利用濕法紡絲制備而成的纖維[8]。目前竹漿纖維已實(shí)現(xiàn)批量工業(yè)化生產(chǎn)，工藝較為完善。已實(shí)現(xiàn)竹漿纖維批量生產(chǎn)的企業(yè)包括吉林化纖有限責(zé)任公司、上?；w漿粕總廠和四川成都天竹竹資源開發(fā)有限公司等。

圖1 竹原纖維制取過程Fig.1 Manufacturing process of bamboo raw fibers

1.2 竹纖維性能

竹子本身帶有一種獨(dú)特的成分，通常稱之為“竹琨”，該成分的存在使竹纖維具備天然的防螨、防臭、除蟲等功能，同時具有抑菌抗菌、吸濕透氣等特點(diǎn)。此外竹材自身生長迅速，成材期短，可再生能力出眾，可自然降解，節(jié)能環(huán)保。

1.2.1竹原纖維 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下竹原纖維斷裂強(qiáng)度為4.72 cN/dtex，斷裂伸長率為3.48%，干濕強(qiáng)力比為81.4%[8]。其縱向分布有橫節(jié)，粗細(xì)不均，表面具有眾多微細(xì)的凹槽；橫向?yàn)椴灰?guī)則的腰圓形和橢圓形，內(nèi)帶中腔，橫截面布滿各式空隙，并且邊緣帶有裂紋，與苧麻纖維的截面十分相似。竹原纖維具有的裂紋、凹槽與空隙仿若毛細(xì)管，可起到瞬間吸收、蒸發(fā)水分的作用，回潮率約為11.8%，被譽(yù)為一種“會呼吸的纖維”。同棉纖維織物相比，竹原纖維織物的毛細(xì)度更高，傳導(dǎo)液態(tài)水能力更出眾，纖維的透濕和吸放濕性能更優(yōu)，透氣性比棉強(qiáng)3.5倍[9]。

抗菌測試結(jié)果表明，竹原纖維所具備的天然抗菌性能超越人工添加的化學(xué)物質(zhì)，抗菌、殺菌效果較好，其對酸臭的除臭率高達(dá)93%，氨氣除臭率為70%左右[10]，可有效地抑制大腸桿菌、白色念珠球菌、金黃葡萄球菌等，防紫外線性能良好[11]。竹原纖維橫、縱向形態(tài)如圖2所示[9]。

圖2 竹原纖維橫、縱向形態(tài)Fig.2 Appearances of transverse and longitudinal sections of bamboo raw fibers

1.2.2竹漿纖維 竹漿纖維橫截面為不規(guī)則的鋸齒形狀，其表面有向芯層彎曲的趨勢；縱向平直，表面帶有溝槽。竹漿纖維的纖維密度和黏膠纖維較為接近，約為1.52 g/cm3，纖維初始模量較高，抗起球和抗皺性均良好。同竹原纖維相比，竹漿纖維伸長率更大，韌性和剛性更佳，制得的產(chǎn)品較為挺括。此外，竹漿纖維液具有較好的吸濕放濕性能，回潮率約為11.5%，手感舒適，抗菌性能良好。竹漿纖維具有的多孔隙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可在水中瞬時膨脹，水溶性的活性染料能迅速吸附于纖維上并隨之?dāng)U散，使所制成織物的染色均勻且性能優(yōu)越，固色率高且具有較好的光澤。竹漿纖維橫、縱向形態(tài)如圖3所示[12]。

圖3 竹漿纖維橫、縱向形態(tài)Fig.3 Appearances of transverse and longitudinal sections of bamboo pulp fiber

2 竹纖維應(yīng)用及發(fā)展

中國紡織行業(yè)有著極其悠久的發(fā)展歷史，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，紡織行業(yè)逐步完善并形成了以服裝用、家紡用及其他產(chǎn)業(yè)用紡織品為體系的現(xiàn)代紡織業(yè)，3種紡織品終端產(chǎn)品占比分別為47%，28%，25%[13]。其中，產(chǎn)業(yè)用紡織品均為專門設(shè)計(jì)，具備特定功能，并應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、土木建筑、交通運(yùn)輸、航空航天、農(nóng)牧漁業(yè)等諸多領(lǐng)域。

竹纖維可代替棉花及其他纖維進(jìn)行紡紗，性能優(yōu)異且發(fā)展空間巨大。竹原纖維目前處于起步階段，其可紡性相對較差，需應(yīng)用短紡系統(tǒng)或與其他種類的天然纖維進(jìn)行混紡，進(jìn)而運(yùn)用于服裝、家紡及產(chǎn)業(yè)用紡織品中；竹漿纖維可通過化學(xué)方法進(jìn)行制備，依托紡織設(shè)備進(jìn)行加工，生產(chǎn)工藝較為完善且纖維性能出眾，應(yīng)用范圍更為廣泛。

2.1 服裝用

21世紀(jì)伴隨著綠色環(huán)保、低碳節(jié)能時代的到來，消費(fèi)者越來越崇尚親近自然、回歸自然，對紡織品休閑舒適、綠色安全方面的要求越來越高。竹纖維本身具有較好的吸水性、透氣性、耐磨性、染色性，還有天然的除螨、防臭、抗菌抑菌、抵抗紫外線等性能。竹子自身含有豐富的鈣、磷、鋅、鎂等礦物質(zhì)以及利于人體健康的維生素B，其獨(dú)特的抗菌除臭性能可抑制日常細(xì)菌及螨蟲，且對人體皮膚起到一定的保健抗皺作用，也可有效去除氨氣、消除酸臭，生物降解比較容易，是真正意義上的天然綠色環(huán)保型纖維。

竹纖維的這些特征使其在服裝用領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。竹原纖維可與不同種類的紗線(如滌綸、棉、黏膠、甲殼素、Coolmax等)進(jìn)行混紡[11]。竹漿纖維可同真絲、棉、羊毛、亞麻、滌綸、腈綸等制備混紡紗線[14]，并可進(jìn)一步加入納米珍珠粉等物質(zhì)，協(xié)同制備抗菌養(yǎng)顏、天然親膚、生態(tài)可降解的珍珠粉竹漿纖維，應(yīng)用于高檔功能型服裝面料的開發(fā)中[15]。竹漿纖維制備而成的面料因懸垂性好、容易染色、綠色舒適，被廣泛應(yīng)用于服裝中。純竹纖維類的平紋、斜紋以及混紡面料，可應(yīng)用于襯衫、牛仔褲、休閑裝、孕嬰服裝以及針織內(nèi)衣等。

2.2 家紡用

竹原纖維不使用化學(xué)試劑，加工制備過程對纖維中的抗菌成分破壞較小，因此天然竹子的抗菌性能夠得到較大程度的保留，但是因其生產(chǎn)難度較大且成本較高，在家用紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用較少，目前絕大部分的竹纖維家紡產(chǎn)品由竹漿纖維制備而成。

竹漿纖維制品當(dāng)前在家用紡織品中的應(yīng)用十分廣泛，包括床品套件、提花毯、家居服、毛巾等，所制得的竹纖維家紡制品性能優(yōu)越。竹漿纖維經(jīng)提花工藝織造制備而成的床品套件，織物觸感涼而不冰、溫馨細(xì)膩，透氣性、吸水性、耐磨性、固色性良好；優(yōu)質(zhì)竹漿纖維面料制備而成的提花毯類，親膚舒爽、柔軟細(xì)膩，且透氣性好，爽滑不易粘身，健康環(huán)保，厚實(shí)耐用；天然竹漿面料制備的親膚面料，吸汗透氣、清爽舒適，且具有一定的保健抗菌功能；竹漿纖維制備而成的竹纖維毛巾抗菌性能優(yōu)越，親膚舒適、綠色保?。灰灾駶{纖維為原料制成的精梳棉織物，透氣性、吸水性、耐磨性、染色性較好，色牢度高不易褪色，細(xì)膩爽滑、健康衛(wèi)生。

2.3 產(chǎn)業(yè)用

2.3.1醫(yī)療衛(wèi)生用 國內(nèi)用竹纖維制備醫(yī)用敷料的相關(guān)專利總數(shù)較多，其中抗菌醫(yī)用敷料相關(guān)的專利30項(xiàng)，增強(qiáng)生物材料性能相關(guān)的5項(xiàng)，多功能止血繃帶相關(guān)的3項(xiàng)，醫(yī)用紡織品相關(guān)的60余項(xiàng)[16]。竹纖維因其卓越的抗菌性能、廣闊的來源，在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

1)醫(yī)療輔助產(chǎn)品。在醫(yī)療輔助產(chǎn)品中，可用竹漿纖維制備抗菌抑菌的各類病房護(hù)具，如毛巾、口罩、防護(hù)服、嬰兒護(hù)具、腰背護(hù)具等。竹漿纖維所富含的銅離子對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌均有抗菌作用，可將其應(yīng)用于抗菌針織物。蔡京昊等[17]利用銅離子、殼聚糖及竹漿纖維的特性，對織物進(jìn)行抗菌整理，以制備竹漿纖維糖尿病襪子，增強(qiáng)其抗菌功效及耐水性、緩釋性，制得的產(chǎn)品對糖尿病足慢性潰瘍以及傷口感染等疾病具有一定治療效果。竹原纖維制得的抗菌材料對MRSA菌、黃色葡萄球菌等有良好的抗菌效果，可應(yīng)用于醫(yī)用敷料[12]。WANG Yaru等[18]制備而成的銀、氧化銀復(fù)合竹纖維膜，證實(shí)可直接消滅大腸桿菌。

2)其他醫(yī)療創(chuàng)新應(yīng)用。竹纖維可與其他材料組合，開發(fā)出新型止血基材產(chǎn)品，如與棉質(zhì)纖維、玻璃纖維及高嶺土[19-21]等材料相結(jié)合。以竹原纖維作為基材，配備高嶺土所得的止血敷料止血效果良好，且透氣性佳，利于創(chuàng)面愈合，配合H型止血繃帶使用，對于傷員頭部、四肢及胸腹部等部位均有理想的止血效果[22]。玻璃纖維同竹原纖維結(jié)合[21]制備而成的適用于戰(zhàn)爭的止血繃帶，可在幾分鐘內(nèi)快速止血，不易感染且有助于愈合。

此外，竹纖維來源廣闊、綠色無污染、可再生利用，符合醫(yī)用生物復(fù)合材料應(yīng)具備的可自然降解及對人體無害的性能[23]，可作為醫(yī)用復(fù)合材料的性能增強(qiáng)劑，在人體組織修復(fù)、神經(jīng)導(dǎo)管、關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)支架、外科整形手術(shù)、縫合線及肌腱修復(fù)裝置等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。堿處理后的竹原纖維同聚羥基脂肟酸酯相結(jié)合，可增強(qiáng)醫(yī)用材料的熱穩(wěn)定及力學(xué)性能，加快結(jié)晶速度，降低熔體流動速率，是良好的醫(yī)用復(fù)合材料增強(qiáng)劑[24]。

2.3.2交通工具用 在交通工具方面，竹原纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛度強(qiáng)等性能特征，逐漸成為各大生產(chǎn)商的重點(diǎn)關(guān)注材料之一。以熱塑性樹脂聚丙烯作為基體、竹原纖維作為增強(qiáng)材料制備而得的復(fù)合材料，性能優(yōu)異且環(huán)保無毒，兼具抗霉變、阻燃等性能[25]，是制備汽車、軌道交通工具的重要基礎(chǔ)性材料。許斌等[26]嘗試?yán)弥窬S管束自身具備的強(qiáng)力學(xué)性能，采用科學(xué)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造出高強(qiáng)度、可降解的交通工具外殼部件，以替代傳統(tǒng)的碳纖維和玻璃纖維，其固化過程使用膠粘劑，具有生物可降解性，實(shí)現(xiàn)了原料來源的可持續(xù)發(fā)展；制得的成品美觀大方、尺寸穩(wěn)定性良好、強(qiáng)度高質(zhì)量輕。

汽車生產(chǎn)方面，目前國內(nèi)外已開發(fā)眾多種類的汽車用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要應(yīng)用于頂蓬、內(nèi)飾板、衣帽架、座椅背板、行李箱、阻尼材料等方面[27]。以汽車內(nèi)竹原纖維制內(nèi)飾板為例，事故發(fā)生時竹原纖維因其自身具備的獨(dú)特韌性，不易被破壞，所得產(chǎn)品可使總質(zhì)量降低20%，從而極大地降低車輛的油耗以及廢氣排放值，可完全替代先前的玻璃纖維復(fù)合材料，提高汽車內(nèi)飾板的整體性能。圖4為竹原纖維內(nèi)飾板。竹纖維自身可再生利用、綠色無污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，能減少對環(huán)境的破壞，并可在一定程度上對單一常規(guī)性材料的物理、化學(xué)及力學(xué)性能進(jìn)行改善，從而解決以往材料所存在的不足和缺陷。此外，趙德金[28]嘗試將竹材研磨成粉末狀，進(jìn)而利用機(jī)械物理混合法制備出竹粉/熱塑性樹脂復(fù)合粉末激光燒結(jié)材料，可應(yīng)用于汽車用零件的加工制造中。

圖4 竹原纖維內(nèi)飾板Fig.4 Interior panels made of bamboo raw fibers

2.3.3土木工程用 在21世紀(jì)綠色建筑理念下，以天然可再生、性能出眾的建筑材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能耗高、效率低的鋼筋混凝土材料，是新時期土木工程領(lǐng)域的創(chuàng)新方向，也是當(dāng)前面臨的巨大挑戰(zhàn)。竹原纖維可直接與聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制備竹纖維增強(qiáng)材料[18,23]，應(yīng)用于土木工程實(shí)踐中。

CHEN Xiaoya等[16]利用24%的馬來酸鹽接枝聚丙烯(MAPP)作為復(fù)合材料的相容劑，制備竹原纖維增強(qiáng)聚丙烯(PP)復(fù)合材料。結(jié)果表明：竹原纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著增加，與商業(yè)用木漿板相比，質(zhì)量更輕、價格更低、防水性更好，且抗拉強(qiáng)度高出木漿板3倍以上。ZULKARNAIN N A[29]等對竹材增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用堿化處理的方法或采用商業(yè)性保護(hù)涂層可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的室外性能，進(jìn)而擴(kuò)展天然材料/聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

此外，現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，一般采取現(xiàn)代膠合技術(shù)制成，以空心圓竹作為基材的復(fù)合材料，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括輕型竹結(jié)構(gòu)房屋、裝配式活動板房、大空間框架、橋梁等[30]，且竹結(jié)構(gòu)建筑在成本、環(huán)保、建造速度等方面優(yōu)勢顯著。2008年世界首座可供車輛通行的竹結(jié)構(gòu)橋梁在湖南耒陽投入使用，其承重大梁及竹梁間的橫隔板均采用竹材，并以螺栓相連，橋梁整體則采用高性能纖維增強(qiáng)塑料與竹結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，整體防水。

3 結(jié) 語

作為一種真正意義上的天然綠色環(huán)保型纖維，竹纖維自身的優(yōu)越性能契合當(dāng)前消費(fèi)者對于休閑、舒適、綠色、環(huán)保、安全等方面的更高需求，發(fā)展前景良好。 但目前竹纖維在開發(fā)利用上還存在一定的不足。竹原纖維因剛性大、纖維硬挺、抱合力差、可紡性差等缺陷，導(dǎo)致其生產(chǎn)難度較大，開發(fā)應(yīng)用有限。未來需深入開展基礎(chǔ)性理論研究，從基礎(chǔ)研究的角度探索纖維結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)機(jī)理性研究，以尋求工藝生產(chǎn)的突破口，進(jìn)而推進(jìn)竹纖維在紡織領(lǐng)域中的進(jìn)一步開發(fā)利用。