什么是木棉纖維？
木棉纖維是一種天然非棉纖維，屬被子植物門(mén)雙子葉植物綱錦葵目木棉科植物，約有20屬180種，廣泛產(chǎn)于熱帶及亞熱帶地區(qū)。我國(guó)現(xiàn)有木棉植物共7屬9種，主要分布在廣東、廣西、云南、海南、福建、四川和臺(tái)灣等亞熱帶地區(qū)川。
目前應(yīng)用的木棉纖維主要指木棉屬的木棉種、長(zhǎng)果木棉種和吉貝屬的吉貝種3種植物果實(shí)內(nèi)的綿毛，是一種單細(xì)胞果實(shí)纖維。木棉纖維有白、黃和黃棕色3種顏色。木棉纖維是天然環(huán)保型纖維，是目前尚未充分開(kāi)發(fā)利用的小品種天然纖維。在石油資源日益緊缺和生態(tài)環(huán)保日益重要的今天，研究和開(kāi)發(fā)具有獨(dú)特性能的木棉纖維就顯得尤為必要。
木棉纖維的的基本性能 1、物理性能 木棉纖維縱向呈圓柱形，表面光滑，無(wú)轉(zhuǎn)曲，光澤好。纖維中段較粗，稍端較細(xì)，兩端封閉，細(xì)胞中充滿空氣，中空度高達(dá)80%一90% ,縱向易折，容易被壓扁，是迄今為止中空度最高的纖維。 橫截面為圓形或橢圓形，截面細(xì)胞未破裂時(shí)呈氣囊狀結(jié)構(gòu)，破裂后纖維呈扁平帶狀，不存在類(lèi)似棉纖維次生胞壁纖維素淀積的過(guò)程。胞壁厚度僅為0.5一2μm，接近透明，胞寬壁厚比值為20，表面存在較多的蠟質(zhì)，較為光滑，不易吸水，不易纏結(jié)，其有獨(dú)特的薄壁、大中空結(jié)構(gòu)。 木棉纖維縱向形態(tài) 木棉纖維橫截面形態(tài) 木棉纖雄根端電吸照片 薄壁、大中空結(jié)構(gòu) 木棉纖維獨(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)決定了其與其他天然纖維素纖維具有不同的基本性能。 通過(guò)木棉纖維與棉纖維的性能對(duì)比可以看出： (1) 木棉纖維線密度為0.9~1.2dtex，細(xì)度僅為棉纖維的1/2，中空率卻是普通纖維的2~3倍，是目前最細(xì)的天然纖維素纖維。 纖維長(zhǎng)度較短，表面蠟質(zhì)的存在會(huì)降低纖維之間的抱合力；同時(shí)纖維中含有大量木質(zhì)素，提高了纖維的扭轉(zhuǎn)剛度，導(dǎo)致加捻困難，拉伸斷裂伸長(zhǎng)隨之降低，所有這些性能都會(huì)導(dǎo)致木棉纖維紡出的紗線強(qiáng)力低、毛羽多，因此木棉纖維不適宜單纖維紡紗，通常將其與其他纖維進(jìn)行混紡，以改善其可紡性，同時(shí)混紡紗不適合做表面光潔、滑爽度高的織物，但適合制作起絨或要求手感蓬松、柔軟的織物。 (2) 由于木棉纖維極高的中空度和極薄的細(xì)胞壁，導(dǎo)致其相對(duì)密度小，質(zhì)量輕，纖維集合體在水中可承受自重20-36倍的負(fù)荷而不致下沉，其有較好的浮力性能，同時(shí)賦予木棉纖維極好的隔音性和保暖性。 (3) 木棉纖維的回潮率高于棉纖維，具有較好的吸濕性，主要是由于木棉纖維內(nèi)部非纖維家物質(zhì)含量較高，親水性好，能快速地吸水膨脹，大量木質(zhì)素的存在以及內(nèi)部空氣的流動(dòng)，加快了水分在纖維內(nèi)部輸送的速度；同時(shí)，纖維獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)使得纖維比表面積增大，這些都會(huì)使木棉纖維具有優(yōu)異的吸濕導(dǎo)濕性能。 (4) 木棉纖維壓縮模量較小，受壓后容易產(chǎn)生變形，極易被壓扁。當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，纖維空腔內(nèi)的空氣會(huì)被擠出，產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形，導(dǎo)致保暖性降低。研究表明，干燥和潮濕的木棉纖維在受到相同壓力時(shí)，干操纖維內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)的損失要小于潮濕纖維，塑性變形程度輕。因此，在紡織加工時(shí)，可適當(dāng)降低環(huán)境相對(duì)濕度來(lái)保持纖維內(nèi)部的大中空結(jié)構(gòu)，以提高保暖性。 (5) 木棉纖維縱向表面光滑，無(wú)轉(zhuǎn)曲，橫截面為圓形，平均光折射率高于棉纖維，光澤較好，可被用于增光材料。 2、化學(xué)性能 （1）耐酸堿性 木棉纖維具有較好的耐酸堿性能，常溫下，稀酸和NaOH溶液不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。在不同的溶解條件下，分別將木棉纖維置于不同的酸性和堿性溶劑中，一定時(shí)間后纖維的溶解情況見(jiàn)表。 （2）染色性 木棉纖維上染率較低，僅為63%，可用于染色的染料種類(lèi)較少，通常采用直接染料對(duì)其進(jìn)行染色。主要是由于纖維中含有大量木質(zhì)素和非纖維素類(lèi)物質(zhì)，它們與纖維素大分子互相糾纏以及分子間作用力的影響，阻礙了纖維素上部分羥基的活性，染料分子不能順利進(jìn)入纖維內(nèi)部，導(dǎo)致織物染色不勻、色牢度差。 （3）熱性能 熱降解溫度是表征纖維熱穩(wěn)定性最重要的指標(biāo)，研究表明，木棉纖維的熱降解溫度比棉低，熱穩(wěn)定性差。雖然木棉纖維的熱降解溫度低，但是纖維在開(kāi)始產(chǎn)生熱降解后，達(dá)到最大降解速率需要的時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)生熱降解的溫度區(qū)間大，時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí)，較低的結(jié)晶度和半纖維素含量過(guò)高均會(huì)造成木棉纖維熱穩(wěn)定性能差。 （4）保暖性 木棉纖維具有優(yōu)異的保暖性能：一方面纖維中空度高，內(nèi)部充滿大量空氣，很容易形成靜止空氣層，由于靜止空氣的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)均小于干燥纖維，導(dǎo)致纖維傳導(dǎo)熱阻高；另一方面纖維孔隙率高達(dá)102%，紗體蓬松，超細(xì)纖維容易進(jìn)人織物空隙中，纖維間孔隙變小，散熱量減少，兩者都會(huì)增加木棉纖維的保暖性。 （5）抗菌性 木棉纖維抗菌的主要原因有兩方面：從纖維結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，木棉纖維壁薄、高中空，比表面積大，纖維內(nèi)部空隙中富含氧氣，阻礙了厭氧菌在纖維表面的繁殖；從纖維化學(xué)組成上來(lái)說(shuō)，纖維中含有的黃酮類(lèi)和三萜類(lèi)物質(zhì)，對(duì)細(xì)菌有較好的抵抗性。由于木棉纖維中含有部分蠟質(zhì)，表面拒水、親油，纖維中的抗菌物質(zhì)不能及時(shí)溶出纖維，因此在進(jìn)行抗菌性測(cè)試時(shí)，宜采用吸收法。當(dāng)采用高溫高壓對(duì)木棉纖維試樣進(jìn)行滅菌時(shí)，由于黃酮類(lèi)物質(zhì)在高溫時(shí)會(huì)發(fā)生分解，因此測(cè)得的抑菌率會(huì)低于醫(yī)用酒精滅菌的抑菌率。 木棉纖維在紡織中的應(yīng)用 隨著現(xiàn)代紡織技術(shù)的快速發(fā)展，以及木棉纖維所具有的強(qiáng)吸濕、抗菌、防螨、防霉、不易纏結(jié)、生態(tài)、保暖等優(yōu)良特性能，目前，在紡織領(lǐng)域主要集中于產(chǎn)業(yè)用和服裝用紡織品兩大方面。 （1）浮力材料 木棉纖維密度小、質(zhì)量輕，拒水大中空結(jié)構(gòu)，在水中可承受自重的20一30倍而不下沉，是很好的浮力材料。通過(guò)對(duì)木棉、cattail、 milkweeds、玻璃纖維等多種纖維集合體進(jìn)行浮力試驗(yàn)，結(jié)果表明木棉纖維是最佳的浮力材料，且經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡后，浮力下降極?。桓稍锖罄w維集合體浮力恢復(fù)如初。以木棉纖維為填充料做成的救生衣在穿著使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生老化現(xiàn)象，耐用性好。 由于木棉纖維中空度高，易被壓扁破裂，使得作為救生衣或其他浮力材料長(zhǎng)期使用后，經(jīng)擠壓浮力會(huì)有所下降。研究表明，木棉纖維浮力材料的最佳體積質(zhì)量為0.036了g/cm3~0.05g/cm3。并可通過(guò)分層鋪絮以及熱熔粘合技術(shù)等處理工藝，提高纖維集合體的抗壓縮性能，更好地滿足浮力材料要求。 （2）吸油材料 當(dāng)前，工業(yè)中使用較多的吸油材料為熔噴PP無(wú)紡布、木棉纖維和高吸油性樹(shù)脂，其中木棉纖維成本最低，在天然吸油材料中用量最大。木棉纖維表層含有蠟質(zhì)，疏水親油性好，可吸收約為自重30倍的油量，是丙綸的3倍，無(wú)論是植物油還是礦物油，都能被其充分吸收，可用于海上浮油的處理。 木棉纖維對(duì)廢油的吸附性強(qiáng)、吸收速度快，制作吸油材料時(shí)只需對(duì)其進(jìn)行浸泡風(fēng)干即可使用，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械擠壓后便能快速恢復(fù)吸附性，可重復(fù)多次使用，并可回收多余的油脂，極大地降低了生產(chǎn)成本。 （3）吸聲隔熱材料 木棉纖維特有的薄壁、大中空結(jié)構(gòu)，使其具有熱含量大、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸音效率高等性能，可用作房屋的吸聲層和隔熱層材料，比單獨(dú)的毛纖維材料具有更好的熱滯留性，起到較好的隔音、隔熱效果。 （4）增強(qiáng)體復(fù)合材料 研究表明，將木棉與棉按2:3制成織物，并用NaOH對(duì)混紡織物進(jìn)行處理，提高纖維集合體之間的粘附力，然后與不飽和樹(shù)脂按一定體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行復(fù)合制得的材料可用作增強(qiáng)體復(fù)合材料。將經(jīng)酸或堿處理后的木棉與棉的混紡織物浸泡于改性后的聚丙烯樹(shù)脂溶液中，復(fù)合材料的柔性模量和撓曲強(qiáng)度會(huì)有所提高，使用較少的纖維既可達(dá)到玻璃纖維增強(qiáng)體材料的效果。 （5）保暖填充材料 紡織材料的保暖性主要是通過(guò)阻斷熱量的傳播途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，材料本身比表面積越大、內(nèi)部存儲(chǔ)的靜止空氣越多，則保暖性越好。木棉纖維不吸潮，防蟲(chóng)、防蛀，非常適宜作為枕芯、棉被、褥墊等的填充材料。利用木棉纖維的這些特性，可制成中藥保健枕。但由于木棉纖維壓縮模量小，彈性較差，經(jīng)反復(fù)擠壓后，填充料的蓬松性和保暖性會(huì)明顯降低，絮片強(qiáng)度低，限制了木棉纖維在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。 為了彌補(bǔ)木棉纖維壓縮彈性差的缺點(diǎn)，可將木棉纖維、壓縮彈性好的化學(xué)纖維、低熔點(diǎn)纖維等混合鋪網(wǎng)，再經(jīng)熱熔枯合處理，既可充分利用木棉纖維的保暖性，又可保證纖維集合體較為理想的聚集狀態(tài)，提高絮片填充料的強(qiáng)度和彈性，可作為中高檔被褥絮片、靠墊等的填充材料。 （6）服裝、家紡面料 木棉纖維長(zhǎng)度短，紡成的紗線強(qiáng)度低、毛羽多，纖維可紡性差，一般難以單獨(dú)紡紗。通常將其與棉、粘膠等其他纖維混合紡紗，綜合各自優(yōu)點(diǎn)，可紡制出光澤好、手感柔軟的面料。試驗(yàn)證明，將棉纖維、木棉纖維、氨綸三者按比例進(jìn)行混合紡紗，織成的服裝面料彈性舒適、吸濕導(dǎo)濕、保暖性好。 通過(guò)將木棉纖維進(jìn)行前處理，使其表面形成較多毛刺，以增大纖維之間的抱合力，可實(shí)現(xiàn)木棉纖維單獨(dú)紡紗。同時(shí)，木棉纖維混紡紗線具有抗菌、防螨、抗靜電、抗起球、吸濕導(dǎo)濕、柔軟親膚等性能，可用于制作內(nèi)衣、文胸、床單、枕套、毛毯、浴衣、泳衣等服裝和家紡產(chǎn)品。
