萬壽菊纖維：新一代天然纖維

O.Sadalkar, R.Shinde, A.Rathod, R.Sawant

賈瓦哈拉爾達爾達工程與技術研究所(印度)

從環境角度看，天然纖維具有獨特的性質。幾十年來，韌皮纖維被廣泛用作各種紡織用途的原材料。這類纖維是通過各種漚制方法從植物莖中提取的。漚制過程中微生物的生長與繁殖有助于從植物莖中分離纖維。

萬壽菊花在節日期間具有特殊的重要性，市場上對這種花卉全年都有著固定的需求。萬壽菊花以其色彩和諧而聞名。萬壽菊有許多不同的品種，Tagetes erecta L是其中的一種，它的花和葉子比其他品種的萬壽菊小。萬壽菊植株(圖1)通常生長在陽光充足的地方。從萬壽菊花中提取的精油在治療血脂性肥胖、腸道炎癥及提高免疫等醫學領域有著廣泛的應用。萬壽菊花油還具有抗氧化的作用。

圖1 萬壽菊植株

萬壽菊常見于熱帶和亞熱帶地區。印度就種植有多個品種的萬壽菊，應用于花園、室內裝飾及其他特殊場合。

韌皮纖維的化學成分和形態結構復雜，包含不同分級組織和不同含量的多種化學成分。天然纖維主要由纖維素、木質素和果膠等纖維素物質組成。這些韌皮纖維常用于制備各種常規和非常規紡織產品。大多數天然韌皮纖維在低成本、低密度、高韌性和優良的生物降解性等方面均優于玻璃纖維和碳纖維等增強纖維。隨著全球環境污染的加劇，人們對天然、可生物降解韌皮纖維的需求日益增長，其可用于替代碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維等合成纖維。

近年來，隨著在汽車和建筑材料等輕量化工程領域的廣泛應用，天然纖維受到越來越多的關注。這些天然纖維在環境安全方面發揮著重要作用。天然纖維具有完全可再生、環保、強度高、耐磨損、成本低及可生物降解等特性。

1 材料與方法

1.1 材料

萬壽菊纖維是采用積水漚法從萬壽菊植物莖中提取的(圖2)。漚制是微生物和水分作用于植物莖部的過程，它通過溶解纖維束周圍的細胞組織和果膠，使纖維與莖分離。在漚制過程中，將捆扎的萬壽菊莖浸入積水箱中，隨著漚制過程中生物降解程度的漸進，纖維會松散開并從木質莖上分離出來。將萬壽菊束浸入40～50 cm深的水中，漚制過程持續15～20 d。當植物的皮易于與莖分離時，說明可以提取纖維了。在這個過程中，輕輕刷洗莖桿以去除木漿，采用剝離法從莖稈上分離纖維，然后使用清水洗滌提取的纖維并在室溫下晾干。

圖2 從萬壽菊莖中提取纖維

1.2 測試方法

采用不同的測試方法對萬壽菊纖維的物理特性進行研究。

1.2.1 纖維強度

纖維強度通常是衡量紡織纖維的主要特性。采用Instron 強力儀，根據 ASTM D 3822 標準測試萬壽菊纖維的強度和伸長率。

1.2.2 伸長率

伸長率指標用纖維斷裂時的伸長率表征。采用 Instron強力儀測試萬壽菊纖維的斷裂伸長率。

1.2.3 纖維線密度

纖維線密度用于表征給定粗細紗線橫截面中纖維的根數。

1.2.4 含水率

含水率是紡織材料非常重要的特性，它用于表征纖維的吸濕特性。

1.2.5 扭轉剛度

纖維的扭轉剛度用于表征其抗扭曲性。扭轉剛度定義為在纖維中加入單位捻度所需的耦合，即單位長度試樣兩端之間的扭轉角。

1.2.6 彎曲剛度

彎曲剛度定義為將纖維彎曲到單位曲率半徑所需的力偶，它與軸向模量直接相關。

2 結果與討論

2.1 強度

纖維強度測試結果如圖3所示。可以看出，萬壽菊纖維的強度與亞麻、黃麻和棉纖維相當。纖維強度主要取決于纖維的分子結構和組成。

圖3 纖維強度

2.2 伸長率

纖維伸長率測試結果如圖 4 所示。可以看出，萬壽菊纖維的伸長率與黃麻、亞麻和苧麻纖維相近，原因可能是這幾種纖維具有相似的聚合物、分子結構和組成。

圖4 纖維伸長率

2.3 纖維線密度

萬壽菊纖維的線密度為25.7 tex。纖維線密度對成紗和織物的質量具有重要的影響。纖維線密度增大，紗線的抗彎曲和抗扭轉剛度成比例下降。

2.4 含水率

纖維含水率測試結果如圖5所示。由圖5可以看出，萬壽菊、棉、黃麻、亞麻和苧麻纖維的含水率分別為9.77%、7.34%、12.00%、10.00%和6.97%，表明萬壽菊纖維的吸濕性較好。纖維吸濕性可能與纖維的形態結構和組成有關。

圖5 纖維含水率

2.5 扭轉剛度

纖維扭轉剛度用于表征纖維的抗扭曲性能。萬壽菊纖維的扭轉剛度為 84.82×10-5N/cm2。扭轉剛度取決于纖維的形狀、生長條件和纖維壁厚。

2.6 彎曲剛度

纖維的彎曲剛度可定義為與紡織纖維彎曲性能有關的剛度。萬壽菊纖維的彎曲剛度為2.48×106N/mm2。紗線或纖維直徑是影響織物剛度的最重要的結構特性。

3 結論

萬壽菊纖維的強度接近亞麻、黃麻和棉纖維，纖維伸長率與黃麻、亞麻和苧麻纖維相近，纖維含水率與棉、黃麻、亞麻和苧麻纖維相似。由此可知，這種萬壽菊纖維作為一種新一代天然纖維，與其他天然纖維類似，具有獨特的性能，在紡織領域及其相關行業如產業用紡織品行業具有潛在的應用前景。