[00049572]竹纤维制备技术及其产品

　　竹纤维制备技术及其产品项目建议书

　　（竹原纤维、竹浆短纤维、竹浆纤维长丝、竹炭纤维及其鉴别）

　　近年来，我国纺织科技工作者自主研发了新型的纺织纤维--竹纤维。目前，竹纤维主要有竹原纤维、竹浆纤维和竹炭纤维三大类。它们不但具有吸放湿快、透气性好的特性，而且具有抗菌、抑菌、防异味、抗紫外线等特殊功能。利用这些特性与功能，可将竹原纤维、竹浆纤维、竹炭纤维纯纺或与动物纤维、植物纤维、再生纤维素纤维、蛋白质纤维、合成纤维等混纺，开发出品种繁多的高技术含量、高附加值的竹纤维纺织品，为纺织企业带来丰厚的经济利益。

　　一、竹原纤维的制取

　　（一）竹原纤维的制取工艺

　　竹原纤维是去除竹材中的木质素、脂肪、果胶等物质，并离析出纤维素纤维。整个制取过程符合环保要求，对人体无害，对环境无污染。

　　竹原纤维制取的工艺流程：前处理→预分解→分解→梳理成条→竹原纤维成品。

　　1．前处理工序

　　前处理工序包括整料、制竹片和浸泡三个过程。整料是将竹材去枝节、尖梢、根部，刮去竹青，锯成一定长度的竹筒。制竹片是采用机械竹机或手工将竹筒劈成宽度2cm左右的竹片。浸泡是将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中，该脱胶剂是一种不含酸、碱、化学药剂的天然植物汁剂。

　　2．预分解工序

　　将浸泡竹片取出，用水冲洗净，去除附着在竹片上的浸泡液和析出的糖、脂、胶等残物。分解是用机械压扁竹片，接着用成丝机分解成粗纤维，再用水冲洗，去除胶质物。

　　3．分解工序

　　将预分解工序获得的粗纤维放入蒸煮锅中，加热到一定的温度，再加压处理一定时间，将粗纤维继续分解成较细的纤维，并用水冲洗，去除胶质物。采用离心式脱水机，脱去水分。采用软化剂软化纤维，使纤维具有一定的柔软度。

　　4．梳理成条工序

　　梳纤是用梳理设备将干燥后的纤维梳理成束纤维（或单纤维）。除去纤维中大部分超短纤维、并丝、粉末等疵杂物，使竹原纤维质量得到保证。

　　（二）竹原纤维制取中的技术要点

　　1．竹原纤维是一种结晶度、取向度较高的天然纤维素纤维，在制取竹原纤维的工艺中，不得改变天然纤维的相对分子质量及大分子排列结构。

　　2．竹原纤维脱胶不是脱得越净越好，因为竹原纤维单纤维很短，将单纤维一根一根地粘接起来，成为有可纺性的束纤维。

　　3．制取竹原纤维应采取绿色加工工艺，保留竹原纤维天然的独特功能，如抗菌物质不受破坏，不损失抗菌、抑菌性。

　　4．竹原纤维结晶度高、纤维刚性大、硬挺，无转曲等缺陷，都影响纺纱性能和染色性能。因此，很有必要对竹原纤维进行生物改性，以此改变竹原纤维的结晶度与定向度，改善竹原纤维的延伸性和弹性，改善竹原纤维毛细管效应，提高着色率。竹原纤维改性后将大大提高纯纺纱及织物的档次。

　　5．竹原纤维色泽偏黄，采用生物漂白剂或环保型漂白剂进行漂白，可使竹原纤维具有一定的白度和光泽。

　　二、竹浆短纤维的制造

　　（一）竹浆短纤维的制造工艺

　　制造竹浆纤维主要有溶剂纺丝法、粘胶纺丝法。

　　1．溶剂纺丝法

　　一般采用干喷、湿纺工艺。由于溶液纺丝法生产条件较苛刻，对浆粕品质要求高，溶液回收难，最终产品成本高。

　　国内竹浆纤维生产厂家基本上都采用成本较低的粘胶纺丝法，但不属于环保型生产工艺。

　　2．粘胶纺丝法

　　用湿喷、湿纺工艺纺丝制成竹纤维。用此方法制造竹浆纤维虽环保性较差，但改善了竹纤维的性能，消除了竹原纤维刚性大、硬挺的缺点，染色性较好，强力、韧性、耐磨性较高，可纺性能优良。其工艺流程如下：

　　（1）制浆工艺流程：

　　风干竹片→预水解→蒸煮→疏解→筛选→氯化→漂白→除砂→抄浆→烘干→竹浆粕成品

　　（2）纺丝工艺流程：

　　竹浆粕→粉碎浆粕→浸渍→溶解→过滤→脱泡→熟成→纺丝→塑化→水洗→上油→干燥→竹纤维成品

　　（二）竹浆短纤维制造中的技术要点

　　竹浆纤维制造不同于普通粘胶纤维，由于竹材原料的特性带来制取竹浆纤维的困难，对设备和工艺技术要求更高。

　　1．制浆技术关键

　　根据竹材的化学成分和生态结构制定适宜的制浆工艺，制取高品质浆粕才能制备均匀、稳定的纺丝液和性能优良的竹浆纤维。制造竹浆粕中应重点把握好几个环节。

　　（1）脱除木质素。竹材中含有20%～30%的木质素，木质素是由苯基丙烷结构单元，通过碳-碳链和醚键连接而成的具有三维空间结构的网状高分子聚合物，不能形成纤维，制浆时，必须将其除去，否则会给纤维制造和纤维成品质量带来不利影响。

　　视竹材原料结构的紧密程度，可在脱除木质素过程中采用预处理

　　①预处理。将合格的竹片进行预处理，木质素引起α-芳基醚键部分的碎片化作用，为黄化反应奠定了基础。增加了木质素的亲水性，使部分木质素溶出。

　　②处理过程。蒸煮过程是脱除木质素的最重要反应，其结果使木质素大分子裂开生成碱木质素与硫化木质素溶于溶液中，竹纤维也溶解出来并分离成浆。

　　（2）降低半纤维含量。竹材中半纤维素含量在16%～21%。纤维素经破坏降解后变为半纤维素，生产中以聚戊糖表示。竹浆粕中半纤维素含量过度，对纺丝工艺和竹纤维品质都有影响。半纤维素的聚合度低，混入纤维成品中使纤维强度、耐磨性及耐多次变形性降低。竹浆纤维中木质素降到4%以内，半纤维素降到2%以内，纤维将有较好的可纺性。

　　（3）清除灰分。竹材化学组成中灰分较多，且含大量的二氧化硅、氧化铁等物质，它们大部分沉积在竹表面层，给制浆时化学剂液的回收带来一定难度，还影响浆液的质量。采用蒸煮的方法可将其去除，但蒸煮的时间与温度要适宜，时间不宜过长，温度不宜过高，并加强多段漂白、水洗等工艺措施，这样可清除绝大部分灰分。

　　2．竹材浆粕的质量指标

　　竹材在制取浆粕的过程中，去除木质素、半纤维素、灰分后，竹材浆粕质量良好，可供制胶、纺丝之用。不同竹材浆粕的质量指标见表1。

　　表1 竹材浆粕的质量指标

　　竹材品种 甲基纤维素(%) 戊糖(%) 树脂(%) 灰分(%) 含铁量(%) 水分(%) 聚合度 白度(%)

　　慈竹 98.30 2.91 0.05 0.22 3.81 8.45 674 80.0　　毛竹 97.76 3.21 0.05 0.16 2.29 8.30 694 83.0

　　注：此质量指标不是标准，只供参考。

　　（三）竹浆短纤维纺丝技术的关键

　　1．竹浆液黏度

　　为了使纺丝过程顺利进行，必须制成质量均一、稳定、并有良好的过滤性和纺丝性能的黏胶。制胶过程中，由于竹浆粕的反应性能和蓬松度较差，使碱纤维素的生成速度减慢，影响了碱纤维素的均匀性，也使黄化溶解过程受到影响，造成黏胶过滤性、可纺丝性差，经常出现断丝现象。竹浆黏胶与纺丝质量及纺丝效率有密切关系，所以，制胶时应优选工艺参考数，保证浆液黏度良好。

　　2．竹浆纤维强度

　　竹浆纤维强度是表示竹纤维性能和纱线品质的重要指标，在制浆、制胶、纺丝过程中，一定要保证和提高竹浆纤维强度。工艺中应从以下几点进行调整。

　　（1）将竹浆粕聚合度控制在600～700。

　　（2）纺丝时加入变性剂，延伸其成型，使纤维在第一次液浴中高倍拉伸，第二次液浴中牵伸达1.6倍。

　　（3）热牵伸由Ⅰ道改为Ⅱ道，经过Ⅱ道热牵伸后，湿模系数控制在1.2～1.4。

　　目前已经开发了竹浆粕的变性生产工艺、两步法等一系列新工艺技术，可改善竹浆粕可纺性、纤维白度、竹浆纤维强力等物理性能。

　　三、竹浆纤维长丝的制造

　　（一）竹浆纤维长丝的制造工艺

　　1．制造工艺流程

　　竹浆粕（半浆）→浆粕粉碎并注入水搅拌疏解→预酸化→漂白→脱氯→浸渍→老成→黄化→溶解→纺丝粘胶→纺丝→成品

　　2．主要工艺参数

　　（1）纺丝竹浆粕主要质量指标见表2。

　　表2 竹浆纤维长丝纺丝竹浆粕质量指标

　　竹浆粕 甲基纤维素 灰分 铁含量 白度 铜氨液黏度 吸碱率 反应性能②
　　状态 含量(%) (%) (%) (%) (mPa·s) (%) (s)

　　浆粕 96～97.8 70.91 ＞132.0 ＜40.6 17.8～20.8 729 750

　　成品浆 96.2 0.14 16.0 71.6 13.1 653 ＞250

　　标准浆① 94±0.2 ≤0.20 ≤12.0 70±2 12±0.1 ≥500 ＞250

　　①为企业标准
　　②试验温度为20℃

　　（2）主要艺参数与工艺措施。

　　①浆的提纯。打浆池装水2/3左右，启动打浆机。将竹浆片投入池中打碎并注水，注水量视浓度而定。

　　②预酸化。预酸池内加酸前。直接加入盐酸进行预酸化。

　　③浆氯漂。加酸循环均匀后，可进行氯化处理。

　　④浆碱化。浆开始用生产水洗涤，然后加温，加碱，达到一定浓度和温度后持续碱化，最后用水洗。

　　⑤脱氯。漂白结束。

　　⑥原液制备。

　　⑦纺丝粘胶的组成见表3。

　　表3 竹浆纤维长丝纺丝粘胶的组成及工艺参数

　　项目 甲基纤维素 NaOH 黏度 熟碱度 温度 酯化度
含量（%） 　含量（%） （落球法,s） （mL） （℃） （%）

　　数据 8.20～8.50 5.6～6.0 42 12.0～1.30　　 10～14 40～53
(15%NH4Cl)
　　⑧纺丝工艺。纺丝采用FCT3000型连续式纺丝机。纺丝速度为150m/min，纤维规格为133dtex/42f。

　　（二）竹浆纤维长丝制造中的技术要点

　　1．半浆的工艺处理主要是降糖、除灰、提高白度和反应性能，实际上是加强漂白和精制。提高反应性能，主要靠破坏竹纤维的微晶结构。

　　2．竹浆黏度小于或等于16mPa·s时，但成品浆的聚合度要保持在550左右。黏度若大于16mPa·s，应直接加入酸化处理。漂白过程中具有明显的增溶作用，会使聚合度和有机灰分降低，也影响竹浆纤维的强度等物理性能。

　　3．浆粕精制的关键是漂白工艺，选择浆有效氯含量的漂白工艺，可以制得白度和黏度俱佳的浆粕。

　　氯化浓度和浆粕白度、黏度的关系如图1和图2所示。

　　浆液含氯量（g/L） 浆液含氯量（g/L）

　　图1 氯化浓度与浆粕白度的关系 图2 氯化浓度和浆粕黏度的关系

　　4．竹纤维细胞致密，不易溶解，通过低温浸渍可以制得过滤性和可纺性都近似棉短绒原料的纺丝液。

　　5．纺丝中通过调整黏胶熟成温度和凝固浴温度，可以有效控制纤维剩余酯化度，从而提高可纺性和生产稳定性。

　　黏胶熟成温度、凝固浴温度与纤维剩余酯化度的关系分别见图3和图4。

　　黏胶熟成温度（℃） 黏胶熟成温度（℃）

　　图3 黏胶熟成温度与丝条剩余酯化度的关系 图4 凝固浴温度与丝条剩余酯化度的关系

　　6．竹浆纤维长丝生产最好是从制浆-制胶-纺丝连续性的工艺。这可保证竹材质量，直接制浆，不需浆粕疏解等工序，缩短了工艺流程，确保了制胶质量和纺丝质量。

　　7．竹浆纤维长丝生产中，避免纤维素分子结构受到破坏，影响竹浆纤维的物理性能。

　　8．浆在提纯处理中，洗浆因竹纤维较短、较细，浆粕流失量较多，因此，应提高过滤网的网眼目数，以防浆粕流失，并有利于回收，节约成本与资源。

　　四、竹炭纤维的制造

　　竹炭是竹材资源开发的又一个全新的具有优异性能的环保型原料。竹炭具有很强的吸附分解能力，能吸湿、干燥、消臭、抗菌，并具有负离子穿透等特殊功能。利用其特殊功能可开发出一系列的竹炭纺织纤维，竹炭纤维纺织品正日渐走入人们的生活。

　　（一）竹炭纤维的制造工艺

　　竹炭纤维的制造方法较为简便，其具体工艺流程如下：

　　1．纺丝类竹炭纤维制造工艺流程

　　（1）竹炭粘胶纤维。在粘胶纺丝过程中，将纳米级竹炭微粉末经特殊工艺制成的乳浆添加到粘胶中，乳浆要混合均匀，分散均匀，再将纺丝酸浴的组成做适当调整即可拉丝成型，制备合格的竹炭粘胶纤维。

　　（2）竹炭涤纶、竹炭丙纶等纤维。首先要将竹材经高温干燥炭化工艺处理（或经土窑烧制）形成竹炭→竹炭加工成纳米级竹炭微粉末→再经特殊工艺加工制成竹炭母粒。将竹炭母粒加入涤纶或丙纶等切片中混合，经熔融纺丝法制成纤维。纤维制取的工艺流程如下：

　　2．竹炭涂层织物制造工艺流程

　　由于竹炭粉末不能直接涂覆在纤维表面，而采用织物涂层法。主要是将纳米级竹炭浆，在黏合剂等助剂的作用下，涂覆在织物纤维表面，从而使织物具有竹炭的一些特殊功能。涂层有单面涂层法、双面涂层法和夹层法。制造涂层织物需经过以下工艺流程：

　　基布（坯布）→轧平→涂竹炭浆→烘干→（轧光→焙烘→再轧光→成品

　　竹炭涂层技术也引入涂料印花工艺中，将竹炭浆直接印在纺织品上。

　　（二）竹炭纤维制造中的技术要点

　　1．竹炭选材。烧制竹炭一般选用5年以上的毛竹，最好用8年以上老龄竹竹秆的中部和底部。这类竹材烧制的竹炭硬度较高，运输时不会粉碎；此外，这类竹材多孔，钾、钙、钠、镁、铁、锰、硅、锗等有益于身体健康的矿物质的含量较多，抗电磁波性较好。

　　2．纺丝过程中加入竹炭粉末量要合理，黏胶中加入竹炭粉乳浆量、涤纶和丙纶切片中加入竹炭母粒量的多少，除影响纤维的强力、断裂伸长率等物理性能，还影响吸附力、生化性能和其他特殊功能。

　　3．纺丝过程中，应均匀加入竹炭粉末。量的均匀是指经检测纺制纤维中的竹炭粉末含量基本相等。这使纤维的各种特性基本上表征一致。

　　4．竹材未完全炭化，会影响竹炭粉末的加工性和产品质量。

　　5．竹炭母粒含水率高低很重要。

　　6．确定竹炭母粒添加量后，纺丝速度很重要，两者应匹配。纺丝速度不宜过高，宜选择小的喷丝头拉伸比和较低的剪切速率，以防熔体破裂。

　　7．竹炭粉末颗粒的粒径。涤纶超细特纤维直径在5μm左右时，竹炭粉末颗粒直径为50nm，基本上对纤维强度没有很大影响。竹炭粉末颗粒直径越小，对纺丝熔液的分散性和均匀性越有利，但加工成本增加。

　　五、竹纤维的鉴别

　　竹纤维鉴别是根据竹纤维素的化学成分、外观形态、内部微观结构、物理性质、化学性质等方面进行鉴别的。

　　为了有效地鉴别出竹纤维，并与棉、麻等天然纤维；Lyocell纤维、Modal纤维、普通粘胶纤维等再生纤维素纤维；羊毛、蚕丝等蛋白纤维和大豆、牛奶等再生蛋白纤维；介于蛋白与纤维素性质的甲壳素纤维等纤维之间存在差异进行观察与比较，加以区别。