張建明 王曉菲 崔 潔

（德州恒豐紡織有限公司，山東德州，253500）

紡織品高品質(zhì)化已成為現(xiàn)代紡織工業(yè)的主要發(fā)展方向，也是提高產(chǎn)品檔次和附加值的有效途徑。進(jìn)入21 世紀(jì)，人們更加崇尚回歸自然，追求舒適保健、低碳環(huán)保的生活，對(duì)紡織品的需求在品質(zhì)上有了更高的要求。因此，植物染色產(chǎn)品的深度開(kāi)發(fā)，對(duì)滿足市場(chǎng)需求、引領(lǐng)色紡紗向高端化方向發(fā)展具有重要意義。

植物染亦稱草木染，是我國(guó)傳統(tǒng)的染色方法，距今已有3 000 多年的歷史。作為取材于天然植物的植物染色技術(shù)，在化學(xué)染料還未被人類廣泛應(yīng)用前，植物染料一直是紡織印染生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用量最大的染色原料。盡管植物染因化工染料的興盛而退出紡織印染大眾化市場(chǎng)，但其在全球紡織印染技藝領(lǐng)域從未間斷，比如國(guó)內(nèi)的軋染、蠟染等技藝依然有應(yīng)用，在日本、韓國(guó)、意大利等國(guó)家依然有固定人群從事著植物染色藝術(shù)制作［1-4］。在我國(guó)，目前有十幾家小批量差異化專業(yè)從事植物染色紡織品經(jīng)營(yíng)的單位。植物染色紡織品因?yàn)槿旧T多綜合技術(shù)差于化學(xué)染色技術(shù)，所以沒(méi)有實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，時(shí)至今日植物染料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用似乎只能與“手工藝術(shù)制作”、“高端消費(fèi)品”、“小眾化消費(fèi)者”等聯(lián)系在一起，所以植物染色的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)的工業(yè)化任重道遠(yuǎn)。與傳統(tǒng)的植物染色技術(shù)相比，成本大幅降低，效率大幅提高，質(zhì)量更加穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一，是實(shí)現(xiàn)植物染色產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展方向［5］。

植物染纖維色紡紗生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，比如梳棉生產(chǎn)過(guò)程中纖維纏繞刺輥和錫林、分梳較難、靜電大難成條；并條生產(chǎn)過(guò)程中纖維纏繞羅拉和膠輥，纖維發(fā)黏堵塞喇叭口，生產(chǎn)速度較低；粗紗生產(chǎn)過(guò)程中纖維纏繞膠輥；細(xì)紗生產(chǎn)過(guò)程中膠輥帶花、纖維纏繞網(wǎng)格圈等；紡紗工藝全過(guò)程中粉塵嚴(yán)重，有色顆粒物附著在針布、膠輥和羅拉上；含色量受限，不能生產(chǎn)某些產(chǎn)品等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)纖維進(jìn)行可紡性分析，發(fā)現(xiàn)植物染色纖維的表面性能是影響其可紡性的主要原因，包括表面雜質(zhì)、摩擦及靜電性能等。我們采用掃描電鏡、摩擦因數(shù)測(cè)試儀等對(duì)植物染莫代爾纖維的表面性能進(jìn)行了研究，為后續(xù)改善植物染纖維可紡性提供理論基礎(chǔ)。

1 植物染莫代爾纖維種類及試驗(yàn)儀器

對(duì)本色莫代爾纖維進(jìn)行植物染色，分別為茜草植物染莫代爾纖維，紅色；姜黃植物染莫代爾纖維，黃色；靛藍(lán)植物染莫代爾纖維，藍(lán)色。采用S-3000N 型掃描電鏡測(cè)試?yán)w維表面特征；X-ACT 型能譜測(cè)試儀測(cè)試分析纖維表面成分。XCF-1A 型纖維摩擦因數(shù)測(cè)試儀和YG321 型纖維電阻儀，了解植物染后纖維的導(dǎo)電性能及摩擦因數(shù)變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 植物染纖維掃描電鏡

按照隨機(jī)取樣的方法取3 種植物染莫代爾纖維，用S-3000N 型掃描電鏡觀察纖維形貌。將纖維貼在樣品臺(tái)上，噴金處理約140 s，掃描電壓15 kV 或20 kV，放大1 000 倍，環(huán)境溫度23 ℃，相對(duì)濕度60%。圖1 為幾種植物染纖維表面掃描電鏡圖片。

圖1 幾種莫代爾纖維的掃描電鏡圖

從圖1 中可以看出，3 種植物染纖維表面附著著不同的顆粒物。經(jīng)過(guò)植物染色后纖維表面的顆粒物使得纖維表面非常粗糙，其中藍(lán)色纖維表面附著物呈結(jié)塊狀，顆粒物大小在3 μm～10 μm；紅色、黃色纖維表面附著物分布比較均勻，其中紅色纖維表面顆粒物為圓形顆粒狀，黃色纖維表面顆粒物為片狀，兩種顆粒物大小在0.5 μm～4 μm。纖維表面附著的顆粒物是工業(yè)化紡紗過(guò)程中出現(xiàn)粉塵及針布、膠輥和羅拉上附著有色顆粒物的主要原因，也是影響植物染纖維可紡性的重要原因。

2.2 纖維的靜電性能

2.2.1 纖維綜合摩擦因數(shù)

將3 種植物染莫代爾纖維按照隨機(jī)取樣的方式分別取樣30 組，用XCF-1A 型纖維摩擦因數(shù)測(cè)試儀測(cè)試?yán)w維的摩擦性能；張力夾負(fù)荷為0.20 cN，摩擦輥速度30 r/min（測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)），摩擦輥下降速度10 mm/min（測(cè)定靜摩擦因數(shù)），下降時(shí)間6 s，總時(shí)間范圍15 s，金屬輥直徑8 mm，測(cè)試溫度25 ℃，相對(duì)濕度65%。最后用綜合摩擦因數(shù)表征纖維的摩擦性能，綜合摩擦因數(shù)=動(dòng)摩擦因數(shù)×40%+靜摩擦因數(shù)×60%。

測(cè)試結(jié)果表明：茜草植物染莫代爾纖維的綜合摩擦因數(shù)0.254，姜黃植物染莫代爾纖維的綜合摩擦因數(shù)0.255，靛藍(lán)植物染莫代爾纖維的綜合摩擦因數(shù)0.273；本色莫代爾纖維綜合摩擦因數(shù)0.196。結(jié)合圖1 中植物染莫代爾纖維的掃描電鏡可以看出，植物染莫代爾纖維的表面附著物顆粒越大，纖維的綜合摩擦因數(shù)也越大。纖維的綜合摩擦因數(shù)大，摩擦產(chǎn)生的附加張力增大，斷頭率增加，嚴(yán)重影響成紗過(guò)程中成卷、梳理、牽伸、卷繞等工藝。

2.2.2 纖維質(zhì)量比電阻

按照隨機(jī)取樣的方式，每種纖維取15 g，共3份樣品，置于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（溫度20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度65 %±2 %）平衡4 h 以上，采用YG321型纖維電阻儀測(cè)試?yán)w維的靜電性能，采用質(zhì)量比電阻表征纖維的靜電性能。纖維質(zhì)量比電阻=纖維平均電阻值×纖維質(zhì)量/兩極板之間距離的平方。其中，纖維平均電阻值單位為Ω，纖維質(zhì)量取15 g，兩極板之間距離取2 mm。

按照以上方法測(cè)試莫代爾纖維的質(zhì)量比電阻結(jié)果為：茜草植物染莫代爾纖維質(zhì)量比電阻6.01×109Ω·g/cm2，姜黃植物染莫代爾纖維質(zhì)量比電阻7.87×109Ω·g/cm2，靛藍(lán)植物染莫代爾纖維質(zhì)量比電阻5.32×109Ω·g/cm2，均遠(yuǎn)大于本色莫代爾纖維的質(zhì)量比電阻4.91×108Ω·g/cm2。纖維的質(zhì)量比電阻越高，纖維摩擦越易產(chǎn)生靜電，且靜電不易散逸，導(dǎo)致纖維相互排斥，纖維蓬松不易成卷、成網(wǎng)、成條，纖維易吸附在通道或機(jī)件上形成纏繞、堵塞斷頭，影響其可紡性。

2.3 纖維表面固體物能譜元素

將3 種植物染莫代爾纖維按照隨機(jī)取樣的方式，取一定量的纖維，放入蒸餾水中，機(jī)械攪拌10 min，提取清洗液離心后真空干燥備用。

將上述提取的干燥固體物平鋪在樣品臺(tái)上，采用X-ACT 型能譜測(cè)試儀測(cè)試3 種固體物，測(cè)試加速電壓20 kV，采集時(shí)間10 s，探測(cè)器ADD。測(cè)試結(jié)果表明：茜草染料組成元素為C（64.57%）、O（29.11%）、AI（4.69%）及少量的Si、Ti、S、Ca、Cl、Fe；姜黃染料組成元素為C（45.50%）、O（37.17%）、AI（11.75%）、Si（2.22%）及少量的Ca、Cu、S、Mg、Na、Cl；靛藍(lán)染料組成元素為C（48.86%）、O（38.28%）、Ca（5.26%）、Si（3.06%）、Al（2.28%）及少量的Cu、Mg、S、Fe、Na、Cl、Zn。固體顆粒物中大多為植物染料顆粒；其他元素可能來(lái)自于植物提取過(guò)程中殘留或染色過(guò)程中引入的媒染劑。

分析認(rèn)為：植物染莫代爾纖維表面固體物成分均為媒染劑中的黏土成分，基本為硅鋁酸鹽以及少量的鎂、鐵、鈉、鈣等無(wú)機(jī)鹽；通過(guò)掃描電鏡圖片也可清晰地看到纖維表面的顆粒物，這些顆粒的附著均會(huì)對(duì)纖維的表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其可紡性，尤其是牽伸、卷繞等，與機(jī)械、橡膠等接觸時(shí)都會(huì)產(chǎn)生吸、纏現(xiàn)象。因此，要想實(shí)現(xiàn)植物染纖維的紡織工業(yè)化生產(chǎn)，必須對(duì)植物染莫代爾纖維原料進(jìn)行再處理，以改善纖維表面的物理性能，提高其可紡性。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)測(cè)試3 種植物染莫代爾纖維的表面性能可知，植物染莫代爾纖維存在纖維表面附著顆粒含量較多、纖維質(zhì)量比電阻較高、纖維綜合摩擦因數(shù)較大等問(wèn)題；這對(duì)3 種莫代爾纖維的可紡性造成了一定程度的影響。要改善3 種植物染莫代爾纖維的可紡性，需要去除纖維表面附著的顆粒物，并對(duì)纖維進(jìn)行養(yǎng)生處理，改善纖維的靜電及摩擦性能，因此探究纖維養(yǎng)生處理技術(shù)及研究養(yǎng)生裝備十分重要。