竹纤维的开发和应用
近年来,随着经济的发展和人民生活水平的提高,绿色环保纤维越来越受到重视,人们开始试图从更多的植物中提取纤维。竹纤维就是一种由我国自行研发成功的以竹子为原料、环保型的再生纤维素纤维。它具有良好的吸湿性、悬垂性和染色性;手感柔软,导湿性好;具有良好的天然光泽、抗菌性和抗紫外线性能,被誉为“21世纪最具有发展前景的健康面料”。
1 开发意义
(1)我国竹资源丰富,竹面积居世界第一。竹子成材期短(2 - 3 a即可成林) ,是速生丰产的纤维素原料,具有一次造林可持续利用的特点。(2)竹纤维是一种绿色、可再生、可降解的资源性纤维。竹子2 - 3a即可再生利用。竹纤维使用后可直接被生物降解,回归自然,不会对环境造成任何污染。(3)竹纤维是一种凉爽、舒适的纤维。竹纤维的横截面上布满了许多大大小小的孔隙,可以迅速地吸收大量的水分、通透大量气体,因此,竹纤维织物被称为“会呼吸的面料”。竹纤维细而柔软,具有回弹性,不易折皱,且重量很轻。因而以竹纤维制造的服装比目前已有的任何纤维服装都更凉爽、舒适。
2 国内外研究现状
竹纤维具有绿色环保、抗菌、除臭、吸湿放湿、抗紫外线等优良性能。国内外学者为开发出具有更广泛用途的竹纤维而进行不懈的努力。国外学者研究了赖氨酸二异氰酸酯(LD I)对聚合乳酸( PLA) /竹纤维(BF)和聚丁烯琥珀酸酯( PBC) /竹纤维性能的影响,指出LD I可提高PLA /BF和PBC /BF聚合物的耐水性、拉伸性、界面粘结性能。Qing et al研究了竹纤维与棉纤维的区别,指出竹纤维含有的路易斯酸含量高出棉纤维的2倍多;竹纤维与皮肤接触质感也更好。Tommy et al研究了竹纤维的密度对其强度的影响,指出厚壁组织的纤维强度高。日本专利研发的以竹为原料的天然纤维人造丝,是按照一般的天然纤维人造丝的制法进行加工的。即将竹先制成竹浆,用碱和二硫化碳处理,然后溶解在NaOH中,经纺丝、凝固等工艺,即可制得人造丝。用这种纤维制成的布帛,既有优良的挺括性,又有麻纤维的手感,同时吸湿性和散湿性都很好。夏冬对竹纤维织物的前处理进行了研究,介绍了竹纤维的酶退浆工艺,并对其碱氧煮漂工艺的烧碱浓度、双氧水用量、汽蒸时间等因素进行了试验研究,分析了强力、白度、毛效等试验指标。吴济宏等对竹纤维吸湿快干面料进行了研究,指出采用双面组织结构或将强力高的涤纶纱线编织在织物的里层,可以弥补其湿强相对较低的不足,保证加工的顺利进行,使面料里层较干爽。闫红芹等对竹纤维进行热处理试验,对得到的断裂强度、断裂伸长、模量、断裂功的保持率,与热处理温度和热处理时间的关系进行了研究,结果表明,不超过120 ℃的温度对竹纤维力学性能的影响不大,但在高温下较长时间处理后各项力学性能显著下降。因此温度和时间对竹纤维的力学性能都具有衰减作用,但温度的影响大于时间。专利介绍了一种对临床上常见菌株有很好杀伤效果的竹纤维纱布,该纱布广泛用于创面敷料、婴儿尿布、卫生巾、口罩等。
3 竹纤维的开发利用
竹纤维是从竹子中提取出来的一种天然纤维材料,竹纤维除了具有天然纤维素纤维的优良特性外,其织物经特定加工后,具有很高的绿色环保性、良好的透气性、独特的回弹性、瞬间吸水性及较强的纵向和横向强度等,因而受到越来越多行业的重视与利用,广泛用于纺织、建筑等行业。
3. 1 纺织
竹纤维同棉毛纤维相比具有一系列优越性。竹纤维的横截面布满椭圆形孔隙,可以在瞬间吸收并蒸发水分;此外还具备良好的吸湿性与透湿性;同时还有适当的光洁度,这是因为外表面光滑有利于光的反射,减少辐射热的吸收。因此夏天穿用竹子制作的服装会感到较凉爽。余钢利用竹纤维具有的抗菌性,柔软舒适,吸湿、透气性好等特点,制造出一种天然抗菌内裤和袜子。另外,竹纤维与亚麻纤维复合兼备这2种纤维的优点,其织物既凉爽抑菌,又柔软亮丽;既吸湿透气,悬垂性又好,克服了纯亚麻产品的厚重和粗犷的缺点。
3. 2 经济墙板
经济墙板原是木纤维水泥空心墙板的简称,是以水泥、砂和木纤维为原料制成的一种新型墙体材料。用竹纤维制备的经济墙板综合了竹纤维和水泥两者的良好特性,具有防火、隔音、隔热、耐水、防蛀及安装简便、经济实用等优点。经济墙板主要用作各类建筑物的内墙、高速公路的隔音墙及各类围墙等。与传统的墙体材料相比,该产品的性能特点更适合于现代建筑的墙体材料。此外,由于经济墙板的抗弯、抗压性能较好,可作为单层楼房的承重墙。
3. 3 造纸
竹造纸的研究、开发早在1700多年前的西晋时代就已经开始了,那时采用人工制作,制纸过程周期长,不用漂白剂漂白,生产出来的纸颜色发黄。20世纪六七十年代起,我国轻工业部造纸工业科学研究所、华南理工大学等单位对竹造纸进行了深入研究、开发,使竹造纸实现了大规模的工业化生产。竹的纤维长,可塑性好,竹材纤维平均长度一般在1. 3 - 2. 5 mm,接近云杉( 1. 85 - 2. 84 mm) 、红松(2. 01 - 2. 42mm)等针叶树,比马尾松的(3. 05 - 4. 25 mm)短。可见,竹纤维与木纤维较接近,也被广泛用于造纸工业。
3. 4 竹炭纤维
竹炭纤维的加工方法是竹炭加工的第1步,之后,将竹纤维拉长并与化纤、棉线等交织在一起。竹炭纤维保留了竹纤维的抗菌,除臭,抗紫外线,吸湿、放湿等优良特性。但竹炭纤维具有比竹纤维更良好的吸附性能,所以其应用领域更加广阔。
3. 5 竹纤维与玻璃纤维复合
竹/玻璃纤维复合建筑材料是以竹纤维为主要原料,添加玻璃纤维和填充材料复合而成的一种三维复合材料。竹/玻璃纤维复合可替代以钢、木为主的各种建筑结构。这样,不仅可以保护我国日益减少的森林资源,而且可节约大量能源,降低建筑造价。竹/玻璃纤维复合建筑材料是一种超混杂复合材料。该复合材料是利用一种纤维或基体的优点来弥补另一种纤维或基体的不足,从而更加完善。以竹/玻璃纤维复合建筑材料为主体骨架的模板组成的活动房屋,具有以下几个优点:减轻建筑物的自重;节约能源;可靠性高;经久耐用,此外,它还具有耐腐蚀、不怕风吹雨淋及雨水浸泡、防火性强等特点。
3. 6 竹纤维与树脂复合
竹纤维与树脂复合制作的竹纤维增强塑料是用竹纤维为增强材料,以树脂(如环氧树脂、不饱和聚脂树脂以及乙烯基树脂等)作为基体材料的复合材料。其中纤维是主要受力部分,树脂将纤维粘成整体,既能使纤维整体受力,又能保护纤维免受机械损坏或化学腐蚀。以竹纤维和树脂复合制作的竹纤维增强塑料的强度相当高,可以作为许多土建工程的主、次承力构件,耐腐性比钢材好,也可以应用于交通运输、建筑、管道、家具等行业。
4 开发前景
21世纪是人类追求绿色、环保的时代。竹纤维产品的特点正迎合了人们的这种需求。另外,棉、丝材料由于受自然条件、农民收益等因素的制约,增产潜力有限,而竹纤维依仗其化纤、棉和丝纤维都不可比拟的优势,将占有很大一部分的市场份额,因此具有广阔的市场前景。发展竹产业有利于林业的发展,有利于保护生态环境,同时又绿化了国土,因此,既有显著的经济效益,又有良好的生态效益和社会效益,这对于发展我国经济具有十分重要的意义。因此,竹纤维的开发、应用前景极其广阔。
5 结语
竹纤维是一种天然的绿色环保纤维,它不但具有普通人造纺织纤维的可纺性、吸湿性和染色性,还有许多独特的保健和防护性能,所以竹纤维的开发具有广阔的市场前景。我国竹资源非常丰富,我们应当对竹纤维这种新材料进行更加全面的研究,对它进行更加充分的开发和利用。(来源:亚热带农业研究 第3卷第1期 2007年2月)
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