竹纖維在紡織上的應用及發展

王 承， 尚雪彤， 付思雨， 傅佳佳

(江南大學 江蘇省功能紡織品工程技術研究中心，江蘇 無錫 214122)

紡織業作為國民經濟的傳統支柱行業和重要民生產業，在國際上具備明顯的競爭優勢，在解決就業、發展經濟、繁榮市場等眾多方面發揮著極其重要的作用。目前，化學纖維占據紡織業纖維加工量的2/3，隨著全球經濟的高速發展以及全球人均纖維使用量的不斷提升，預計未來5～10年全球纖維量將以年均3%的速度持續增長，且主要增量來源于化學纖維[1]。與此同時，伴隨而來的全球人口持續增長、化石能源枯竭等諸多問題也愈發嚴峻，可持續發展觀念深入人心。因此，人們將視線逐漸集中在節能環保、性能優異、可持續發展的天然纖維的開發利用上。

21世紀隨著科學技術的進步以及審美、消費觀念的改變，人們對紡織品的要求也在不斷提高：日常穿著領域，在滿足基本著裝及使用需求的前提下，人們開始關注吸濕透氣、抗菌環保、蓄熱保暖、保健養生等方面的性能[2]；在衛生保健領域，則偏重織物的抗菌除臭以及愈合保健功能，特殊性能的纖維制品也可延伸應用在生物醫學材料上[3]；在安全防護領域，偏向于織物的阻燃抗靜電、環保無毒、抗紫外線、成本低廉等特點[4]。此外，隨著國內紡織業的轉型發展，紡織產業結構已逐漸從勞動密集型向創新型轉變，并在新型材料的開發上取得一定進展，新型紡織纖維(如竹纖維、羅布麻、大豆纖維、牛奶纖維、甲殼素纖維等)應運而生，發展勢頭迅猛。纖維科技的進步極大推進了新型纖維的開發，拓展了紡織纖維的應用領域，為下游產業的創新提供源源不斷的動力，同時也更新了新時期人們追求低碳環保、舒適健康的綠色生活理念[1]。

近年來，竹纖維作為一種綠色環保的天然植物纖維，應用領域不斷拓寬且發展迅速[5]，文中主要對竹纖維(包括竹原纖維和竹漿纖維)在服裝、家紡以及產業上的應用進行了整理與介紹，并對竹纖維的未來發展趨勢加以展望。

1 竹纖維概述

1.1 竹纖維分類

新型材料竹纖維是一種柔軟細滑、抗菌保健、綠色環保的天然纖維素纖維[6]，目前紡織領域應用的竹纖維主要可分為竹原纖維和竹漿纖維兩大類。

1.1.1竹原纖維 竹原纖維是采用物理、化學等方法制備而成的天然竹纖維[7]，其主要制取過程如圖1所示。①利用機械方式將原竹材進行加工，得到竹片；②將竹片在沸水中進行煮煉；③通過壓碎裝置將竹絲分解成細絲狀；④待得到細小竹絲之后，將其放入壓力鍋中進行蒸煮，以便去除部分果膠、半纖維素、木質素；⑤利用生物酶進一步分解竹絲中的木質素、半纖維素、果膠，以獲取纖維素纖維；⑥對得到的纖維素纖維進行清洗、漂白、上油、開松梳理，最終獲得竹原纖維。

1.1.2竹漿纖維 竹漿纖維是按照要求將竹片制成竹漿，做成漿粕后再利用濕法紡絲制備而成的纖維[8]。目前竹漿纖維已實現批量工業化生產，工藝較為完善。已實現竹漿纖維批量生產的企業包括吉林化纖有限責任公司、上海化纖漿粕總廠和四川成都天竹竹資源開發有限公司等。

圖1 竹原纖維制取過程Fig.1 Manufacturing process of bamboo raw fibers

1.2 竹纖維性能

竹子本身帶有一種獨特的成分，通常稱之為“竹琨”，該成分的存在使竹纖維具備天然的防螨、防臭、除蟲等功能，同時具有抑菌抗菌、吸濕透氣等特點。此外竹材自身生長迅速，成材期短，可再生能力出眾，可自然降解，節能環保。

1.2.1竹原纖維 標準狀態下竹原纖維斷裂強度為4.72 cN/dtex，斷裂伸長率為3.48%，干濕強力比為81.4%[8]。其縱向分布有橫節，粗細不均，表面具有眾多微細的凹槽；橫向為不規則的腰圓形和橢圓形，內帶中腔，橫截面布滿各式空隙，并且邊緣帶有裂紋，與苧麻纖維的截面十分相似。竹原纖維具有的裂紋、凹槽與空隙仿若毛細管，可起到瞬間吸收、蒸發水分的作用，回潮率約為11.8%，被譽為一種“會呼吸的纖維”。同棉纖維織物相比，竹原纖維織物的毛細度更高，傳導液態水能力更出眾，纖維的透濕和吸放濕性能更優，透氣性比棉強3.5倍[9]。

抗菌測試結果表明，竹原纖維所具備的天然抗菌性能超越人工添加的化學物質，抗菌、殺菌效果較好，其對酸臭的除臭率高達93%，氨氣除臭率為70%左右[10]，可有效地抑制大腸桿菌、白色念珠球菌、金黃葡萄球菌等，防紫外線性能良好[11]。竹原纖維橫、縱向形態如圖2所示[9]。

圖2 竹原纖維橫、縱向形態Fig.2 Appearances of transverse and longitudinal sections of bamboo raw fibers

1.2.2竹漿纖維 竹漿纖維橫截面為不規則的鋸齒形狀，其表面有向芯層彎曲的趨勢；縱向平直，表面帶有溝槽。竹漿纖維的纖維密度和黏膠纖維較為接近，約為1.52 g/cm3，纖維初始模量較高，抗起球和抗皺性均良好。同竹原纖維相比，竹漿纖維伸長率更大，韌性和剛性更佳，制得的產品較為挺括。此外，竹漿纖維液具有較好的吸濕放濕性能，回潮率約為11.5%，手感舒適，抗菌性能良好。竹漿纖維具有的多孔隙網狀結構，可在水中瞬時膨脹，水溶性的活性染料能迅速吸附于纖維上并隨之擴散，使所制成織物的染色均勻且性能優越，固色率高且具有較好的光澤。竹漿纖維橫、縱向形態如圖3所示[12]。

圖3 竹漿纖維橫、縱向形態Fig.3 Appearances of transverse and longitudinal sections of bamboo pulp fiber

2 竹纖維應用及發展

中國紡織行業有著極其悠久的發展歷史，隨著經濟社會的發展與科學技術的進步，紡織行業逐步完善并形成了以服裝用、家紡用及其他產業用紡織品為體系的現代紡織業，3種紡織品終端產品占比分別為47%，28%，25%[13]。其中，產業用紡織品均為專門設計，具備特定功能，并應用于醫療衛生、土木建筑、交通運輸、航空航天、農牧漁業等諸多領域。

竹纖維可代替棉花及其他纖維進行紡紗，性能優異且發展空間巨大。竹原纖維目前處于起步階段，其可紡性相對較差，需應用短紡系統或與其他種類的天然纖維進行混紡，進而運用于服裝、家紡及產業用紡織品中；竹漿纖維可通過化學方法進行制備，依托紡織設備進行加工，生產工藝較為完善且纖維性能出眾，應用范圍更為廣泛。

2.1 服裝用

21世紀伴隨著綠色環保、低碳節能時代的到來，消費者越來越崇尚親近自然、回歸自然，對紡織品休閑舒適、綠色安全方面的要求越來越高。竹纖維本身具有較好的吸水性、透氣性、耐磨性、染色性，還有天然的除螨、防臭、抗菌抑菌、抵抗紫外線等性能。竹子自身含有豐富的鈣、磷、鋅、鎂等礦物質以及利于人體健康的維生素B，其獨特的抗菌除臭性能可抑制日常細菌及螨蟲，且對人體皮膚起到一定的保健抗皺作用，也可有效去除氨氣、消除酸臭，生物降解比較容易，是真正意義上的天然綠色環保型纖維。

竹纖維的這些特征使其在服裝用領域有著越來越廣泛的應用。竹原纖維可與不同種類的紗線(如滌綸、棉、黏膠、甲殼素、Coolmax等)進行混紡[11]。竹漿纖維可同真絲、棉、羊毛、亞麻、滌綸、腈綸等制備混紡紗線[14]，并可進一步加入納米珍珠粉等物質，協同制備抗菌養顏、天然親膚、生態可降解的珍珠粉竹漿纖維，應用于高檔功能型服裝面料的開發中[15]。竹漿纖維制備而成的面料因懸垂性好、容易染色、綠色舒適，被廣泛應用于服裝中。純竹纖維類的平紋、斜紋以及混紡面料，可應用于襯衫、牛仔褲、休閑裝、孕嬰服裝以及針織內衣等。

2.2 家紡用

竹原纖維不使用化學試劑，加工制備過程對纖維中的抗菌成分破壞較小，因此天然竹子的抗菌性能夠得到較大程度的保留，但是因其生產難度較大且成本較高，在家用紡織品領域的應用較少，目前絕大部分的竹纖維家紡產品由竹漿纖維制備而成。

竹漿纖維制品當前在家用紡織品中的應用十分廣泛，包括床品套件、提花毯、家居服、毛巾等，所制得的竹纖維家紡制品性能優越。竹漿纖維經提花工藝織造制備而成的床品套件，織物觸感涼而不冰、溫馨細膩，透氣性、吸水性、耐磨性、固色性良好；優質竹漿纖維面料制備而成的提花毯類，親膚舒爽、柔軟細膩，且透氣性好，爽滑不易粘身，健康環保，厚實耐用；天然竹漿面料制備的親膚面料，吸汗透氣、清爽舒適，且具有一定的保健抗菌功能；竹漿纖維制備而成的竹纖維毛巾抗菌性能優越，親膚舒適、綠色保健；以竹漿纖維為原料制成的精梳棉織物，透氣性、吸水性、耐磨性、染色性較好，色牢度高不易褪色，細膩爽滑、健康衛生。

2.3 產業用

2.3.1醫療衛生用 國內用竹纖維制備醫用敷料的相關專利總數較多，其中抗菌醫用敷料相關的專利30項，增強生物材料性能相關的5項，多功能止血繃帶相關的3項，醫用紡織品相關的60余項[16]。竹纖維因其卓越的抗菌性能、廣闊的來源，在醫療領域應用越來越廣泛。

1)醫療輔助產品。在醫療輔助產品中，可用竹漿纖維制備抗菌抑菌的各類病房護具，如毛巾、口罩、防護服、嬰兒護具、腰背護具等。竹漿纖維所富含的銅離子對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌均有抗菌作用，可將其應用于抗菌針織物。蔡京昊等[17]利用銅離子、殼聚糖及竹漿纖維的特性，對織物進行抗菌整理，以制備竹漿纖維糖尿病襪子，增強其抗菌功效及耐水性、緩釋性，制得的產品對糖尿病足慢性潰瘍以及傷口感染等疾病具有一定治療效果。竹原纖維制得的抗菌材料對MRSA菌、黃色葡萄球菌等有良好的抗菌效果，可應用于醫用敷料[12]。WANG Yaru等[18]制備而成的銀、氧化銀復合竹纖維膜，證實可直接消滅大腸桿菌。

2)其他醫療創新應用。竹纖維可與其他材料組合，開發出新型止血基材產品，如與棉質纖維、玻璃纖維及高嶺土[19-21]等材料相結合。以竹原纖維作為基材，配備高嶺土所得的止血敷料止血效果良好，且透氣性佳，利于創面愈合，配合H型止血繃帶使用，對于傷員頭部、四肢及胸腹部等部位均有理想的止血效果[22]。玻璃纖維同竹原纖維結合[21]制備而成的適用于戰爭的止血繃帶，可在幾分鐘內快速止血，不易感染且有助于愈合。

此外，竹纖維來源廣闊、綠色無污染、可再生利用，符合醫用生物復合材料應具備的可自然降解及對人體無害的性能[23]，可作為醫用復合材料的性能增強劑，在人體組織修復、神經導管、關節軟骨修復支架、外科整形手術、縫合線及肌腱修復裝置等方面有著廣泛的應用前景。堿處理后的竹原纖維同聚羥基脂肟酸酯相結合，可增強醫用材料的熱穩定及力學性能，加快結晶速度，降低熔體流動速率，是良好的醫用復合材料增強劑[24]。

2.3.2交通工具用 在交通工具方面，竹原纖維增強復合材料因其質量輕、強度高、剛度強等性能特征，逐漸成為各大生產商的重點關注材料之一。以熱塑性樹脂聚丙烯作為基體、竹原纖維作為增強材料制備而得的復合材料，性能優異且環保無毒，兼具抗霉變、阻燃等性能[25]，是制備汽車、軌道交通工具的重要基礎性材料。許斌等[26]嘗試利用竹維管束自身具備的強力學性能，采用科學可行的結構設計，制造出高強度、可降解的交通工具外殼部件，以替代傳統的碳纖維和玻璃纖維，其固化過程使用膠粘劑，具有生物可降解性，實現了原料來源的可持續發展；制得的成品美觀大方、尺寸穩定性良好、強度高質量輕。

汽車生產方面，目前國內外已開發眾多種類的汽車用纖維增強復合材料，主要應用于頂蓬、內飾板、衣帽架、座椅背板、行李箱、阻尼材料等方面[27]。以汽車內竹原纖維制內飾板為例，事故發生時竹原纖維因其自身具備的獨特韌性，不易被破壞，所得產品可使總質量降低20%，從而極大地降低車輛的油耗以及廢氣排放值，可完全替代先前的玻璃纖維復合材料，提高汽車內飾板的整體性能。圖4為竹原纖維內飾板。竹纖維自身可再生利用、綠色無污染，符合可持續發展的要求，能減少對環境的破壞，并可在一定程度上對單一常規性材料的物理、化學及力學性能進行改善，從而解決以往材料所存在的不足和缺陷。此外，趙德金[28]嘗試將竹材研磨成粉末狀，進而利用機械物理混合法制備出竹粉/熱塑性樹脂復合粉末激光燒結材料，可應用于汽車用零件的加工制造中。

圖4 竹原纖維內飾板Fig.4 Interior panels made of bamboo raw fibers

2.3.3土木工程用 在21世紀綠色建筑理念下，以天然可再生、性能出眾的建筑材料代替傳統的能耗高、效率低的鋼筋混凝土材料，是新時期土木工程領域的創新方向，也是當前面臨的巨大挑戰。竹原纖維可直接與聚酯、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制備竹纖維增強材料[18,23]，應用于土木工程實踐中。

CHEN Xiaoya等[16]利用24%的馬來酸鹽接枝聚丙烯(MAPP)作為復合材料的相容劑，制備竹原纖維增強聚丙烯(PP)復合材料。結果表明：竹原纖維增強聚丙烯復合材料的力學性能顯著增加，與商業用木漿板相比，質量更輕、價格更低、防水性更好，且抗拉強度高出木漿板3倍以上。ZULKARNAIN N A[29]等對竹材增強聚酯復合材料進行了研究，發現運用堿化處理的方法或采用商業性保護涂層可進一步提高復合材料的室外性能，進而擴展天然材料/聚合物復合材料的應用領域。

此外，現代竹結構是一種新型的結構體系，一般采取現代膠合技術制成，以空心圓竹作為基材的復合材料，應用領域廣泛，包括輕型竹結構房屋、裝配式活動板房、大空間框架、橋梁等[30]，且竹結構建筑在成本、環保、建造速度等方面優勢顯著。2008年世界首座可供車輛通行的竹結構橋梁在湖南耒陽投入使用，其承重大梁及竹梁間的橫隔板均采用竹材，并以螺栓相連，橋梁整體則采用高性能纖維增強塑料與竹結構復合而成，整體防水。

3 結 語

作為一種真正意義上的天然綠色環保型纖維，竹纖維自身的優越性能契合當前消費者對于休閑、舒適、綠色、環保、安全等方面的更高需求，發展前景良好。 但目前竹纖維在開發利用上還存在一定的不足。竹原纖維因剛性大、纖維硬挺、抱合力差、可紡性差等缺陷，導致其生產難度較大，開發應用有限。未來需深入開展基礎性理論研究，從基礎研究的角度探索纖維結構，加強機理性研究，以尋求工藝生產的突破口，進而推進竹纖維在紡織領域中的進一步開發利用。