第四节 维管束纤维

维管束纤维取自植物的维管束细胞。目前对维管束纤维的开发和利用主要是各种性能优良、风格独特的竹纤维。竹是一种常绿植物，速生丰产，种植成活率高，生长周期短，2～3年即可成林砍伐，且还具有生长过程中不需撒药、施肥，不怕旱涝，不会对生态环境造成不利影响等优点。

中国是世界上竹类品种最多的国家。我国早在5000年前就开始了对竹的开发利用，制造箭矢、书简、笔管、编制竹器以及造纸等。我国的竹资源非常丰富，种植面积达420万公顷，位居世界第一位。对竹资源在纺织领域的开发和利用我国已走在了世界的前列，现在用于纺织工业的有竹原纤维和竹纤维素加工的黏胶纤维，另外还有可以用于环境清洁的竹炭纤维。

竹纤维（bamboo fiber）是一种原生竹纤维，也可称为竹原纤维。它是利用特种材料将竹材中的木质素、果胶、糖类物质等除去，再通过机械、蒸煮等物理方法，从竹竿中直接分离出来的纯天然的竹纤维。竹纤维是由我国自主研发的新型天然植物纤维，它可以在棉纺设备上纺制竹纤维纱线，并应用于建筑材料、汽车制造、环境保护等领域。

1.竹纤维的初加工 竹纤维的初加工分为前处理、分解、成形和后处理工序。

（1）前处理工序：将竹材料去枝、节、尖梢，锯成相应长度的竹筒，用机械方法将竹筒劈成一定宽度的竹片，再将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中。

（2）分解工序：蒸煮→水洗→分丝。将竹片连同浸泡液一起加热到特定的温度，同时施加一定压力，去除杂质。再经水洗，除去浸泡液。用机械轧压分丝后再用成丝机分解出粗纤维束。

（3）成形工序：蒸煮→分丝→还原→脱水→软化。将粗纤维分解为更细的纤维束并脱胶、脱水，最后加软化剂使竹纤维具有一定柔软度。

（4）后处理工序：竹纤维烘燥至含水率低于10%，然后用梳理机对其进行梳理，整理成工艺纤维，并且除去短纤维。

2.竹纤维的化学组成 竹纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，总量占纤维干质量的90%以上，其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素、灰分等。竹纤维的化学成分随竹的品种和生长地区而异，纤维素含量一般为40%～53%。竹的化学成分与竹竿高度及部位密切相关，竹杆外侧的纤维素明显多于内侧，而木质素是内侧多于外侧。竹中的蛋白质、淀粉、脂肪、果胶等，对竹纤维的色泽、气味、抗虫、抗菌性能有密切关系。不同产地竹材的化学组成见表3-12。

3.竹纤维结构 竹材秆部由表皮组织、维管束组织、基本组织及髓腔等几个部分组成，而竹秆的维管束组织存在着两类纤维群体，如图3-18所示为茶秆竹壁局部截面图。竹纤维多沿竹材轴向排列，竹节部分纤维较少，并且分布不规则；竹材中竹纤维沿径向从内层到外层是逐渐增加的，且竹材外层有蜡状物质。

竹纤维细胞壁有两类结构。一类纤维细胞壁呈多层结构，且由宽层与窄层交替组合而成（各4～5层），其中宽层木质素含量较少，窄层木质素含量较高。多层结构类型的纤维主要存在于维管束组织的周边部位，约占纤维总数的50%左右，如图3-19（a）所示。另一类纤维细胞壁很厚，胞腔狭小，纤维次生壁内层由两个宽层组成，且中部的宽层较内部宽层宽得多，如图3-19（b）所示。竹纤维壁上的纹孔稀少，且纹孔口较小，细胞腔也较小。

在竹纤维束结构中，纤维的胞间物质是木质素果胶无定形的胶黏体。纤维初生胞壁中微原纤被半纤维素、木质素和果胶填充分隔而排列稀疏，呈不规则网状结构。纤维次生胞壁外层中较厚，其微原纤的取向偏离纤维的轴向而更接近横向；纤维次生胞壁的中层是细胞壁中最厚的一层，它的结构决定了纤维的性质；次生胞壁内层的微原纤取向几乎与纤维轴向平行。竹纤维结晶度约为31.6%。

4.竹纤维的形态结构 天然竹纤维单纤维细长，呈纺锤状，两端尖。纵向有横节，粗细分布很不均匀，纤维内壁比较平滑，胞壁甚厚，胞腔小，纤维表面有无数微细沟槽，有的壁层上有裂痕。竹纤维的横截面为不规则的椭圆形或腰圆形，有中腔，且截面边缘有裂纹，在其横截面上还有许多近似于椭圆形的空洞，其内部存在着许多的管状腔隙。竹纤维是一种天然多孔、中空纤维。

5.竹纤维主要性能

（1）纤维规格：竹纤维单纤维长1.33～3.04mm，宽10.8～22.1μm，其长宽比为79.5～210。

（2）断裂比强度与断裂伸长率：竹纤维断裂比强度为3.49cN/dtex，断裂伸长率为5.1%。

（3）初始模量：竹工艺纤维干态初始模量为22.70cN/dtex，湿态初始模量为6.30cN/dtex。

（4）吸湿性：竹纤维的多孔、多缝隙和中空结构，具有良好的吸湿性、渗透性、放湿性及透气性能，竹纤维在标准状态下的回潮率可达11.64%～12%，纤维保水率为34.93%。在温度为36℃、相对湿度100%的条件下，竹纤维的回潮率可达45%，且吸湿速率特别快。竹纤维的径向湿膨胀率为15%～25%。

（5）密度：竹纤维很轻，是天然纤维中最轻的纤维，其密度为0.679～0.680g/cm³。

（6）抗菌性：竹本身具有独特的抗菌性，在其生长过程中无虫蛀、无腐烂，不需使用杀虫剂和农药。因此竹纤维与苎麻、亚麻等麻类纤维同样具有天然的抗菌性能。日本纺织检验协会对竹纤维抗菌性的测试结果为：竹纤维产品24h抑菌率达71%。特别是大肠杆菌等4种细菌，在竹纤维中40min以上将会被全部杀死。竹纤维的天然抗菌性对人体安全，不会引起皮肤的过敏反应。表3-13为竹纤维与苎麻、亚麻纤维的抗菌性能测试结果。