01木棉纖維的特性及應(yīng)用

▲ 纖維來源與分布

木棉纖維，這種天然非棉纖維，源自被子植物門雙子葉植物綱錦葵目木棉科植物。它廣泛分布于熱帶及亞熱帶地區(qū)，我國則主要產(chǎn)于廣東、廣西、云南、海南、福建、四川和臺灣等地。目前，我們主要利用的是木棉屬的木棉種、長果木棉種以及吉貝屬的吉貝種這三種植物的果實內(nèi)綿毛，這些綿毛作為單細(xì)胞果實纖維，具有白、黃和黃棕色三種迷人色彩。作為一種天然環(huán)保型纖維，木棉纖維尚未得到充分開發(fā)利用，但在石油資源日益緊缺、生態(tài)環(huán)保愈發(fā)重要的今天，其獨特性能愈發(fā)受到研究人員的青睞。

▲ 木棉纖維的獨特性能

木棉纖維作為一種天然環(huán)保型纖維，具有許多獨特的性能。其細(xì)長、光滑和獨特的中空結(jié)構(gòu)，使得其表現(xiàn)出優(yōu)異的吸濕性、透氣性和保暖性。此外，木棉纖維還具有優(yōu)異的抗皺性和染色性，使得紡織品在保持原有性能的基礎(chǔ)上，更加美觀耐用。這些獨特性能使得木棉纖維在紡織領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

▲ 物理特性

木棉纖維的形態(tài)特征顯著，其縱向呈現(xiàn)圓柱形，表面細(xì)膩光滑，缺乏轉(zhuǎn)曲，因而光澤度極佳。纖維的中段相對較粗，而稍端則更為細(xì)長，兩端封閉且內(nèi)部充滿空氣，使得其中空度高達80%~90%。這種結(jié)構(gòu)特點使得木棉纖維在縱向方向上易于折斷，同時也容易被壓扁。值得注意的是，木棉纖維的中空度是目前已知纖維中最高的。

在橫截面觀察，木棉纖維呈現(xiàn)圓形或橢圓形，其截面細(xì)胞在未破裂時呈現(xiàn)出氣囊狀的結(jié)構(gòu)。一旦細(xì)胞破裂，纖維便呈現(xiàn)出扁平帶狀。值得注意的是，木棉纖維并不存在類似棉纖維的次生胞壁纖維素淀積的過程。其胞壁厚度極薄，范圍在0.5 μm至2 μm之間，近乎透明，且胞寬壁厚比值高達20。此外，纖維表面富含蠟質(zhì)，使得其質(zhì)地光滑不易吸水，同時也降低了纏結(jié)的可能性。這種獨特的薄壁、大中空結(jié)構(gòu)使得木棉纖維在物理特性上獨具一格。

木棉纖維具有高中空度和薄細(xì)胞壁，賦予其浮力大、易彎曲、吸濕性強的特點，然而，由于其纖維長度較短，且表面存在蠟質(zhì)，這會在一定程度上降低纖維間的抱合力。同時，纖維中大量的木質(zhì)素雖然提高了其扭轉(zhuǎn)剛度，但也導(dǎo)致加捻困難，進而降低了拉伸斷裂伸長。這些特性共同影響了木棉纖維紡出的紗線，使其強力較低、毛羽較多。因此，單纖維紡紗對于木棉纖維來說并不適宜，通常我們會將其與其他纖維進行混紡，以改善其可紡性。

▲ 化學(xué)性能

木棉纖維耐酸堿，抗菌性出色，但染色性較低。木棉纖維展現(xiàn)出優(yōu)良的耐酸堿特性。在常溫條件下，稀酸和NaOH溶液對其結(jié)構(gòu)無顯著影響。同時，木棉纖維因纖維壁薄、高中空的特點以及黃酮類和三萜類物質(zhì)的存在，而具備出色的抗菌性能。

然而，木棉纖維的上染率相對較低，僅為63%，這限制了可用于染色的染料種類，通常主要采用直接染料進行染色。這主要是因為纖維內(nèi)含有大量的木質(zhì)素和非纖維素類物質(zhì)，它們與纖維素大分子相互糾纏，以及分子間作用力的影響，都降低了纖維素上部分羥基的活性。因此，染料分子難以深入纖維內(nèi)部，導(dǎo)致織物染色不均，色牢度亦不佳。

▲ 木棉纖維的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代紡織技術(shù)的迅猛發(fā)展，木棉纖維因其出色的吸濕性、抗菌性、防螨性、防霉性、不易纏結(jié)的特性以及生態(tài)環(huán)保和保暖等多重優(yōu)良特性，在紡織領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這些特性使得木棉纖維成為產(chǎn)業(yè)用和服裝用紡織品兩大領(lǐng)域的重要原料。

▲ 浮力材料與吸油材料

木棉纖維以其密度小、質(zhì)量輕、拒水大中空結(jié)構(gòu)的特點，在水中能夠承受自重的20~30倍而不下沉，展現(xiàn)出卓越的浮力性能。經(jīng)過一系列浮力試驗的對比，木棉纖維被證實為最佳的浮力材料，且其浮力在長時間浸泡后仍能保持穩(wěn)定，干燥后也能迅速恢復(fù)。因此，以木棉纖維為填充料制成的救生衣不僅穿著舒適，而且耐用性好，不會產(chǎn)生老化現(xiàn)象。

同時，在工業(yè)領(lǐng)域，木棉纖維被廣泛應(yīng)用于吸油材料。木棉纖維因密度低、拒水性好而成為優(yōu)秀浮力材料和吸油材料。相較于其他吸油材料，木棉纖維的成本更低，且在天然吸油材料中的用量最大。其表層含有的蠟質(zhì)賦予了它疏水親油的特性，使得它能吸收約為自重30倍的油量，這一性能優(yōu)于丙綸等傳統(tǒng)吸油材料。

▲ 吸聲隔熱與復(fù)合材料

木棉纖維獨特的薄壁和大中空結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的吸聲和隔熱性能。木棉纖維作為吸聲隔熱材料效果顯著，同時可以提升復(fù)合材料的強度和耐磨性。其熱含量大、導(dǎo)熱系數(shù)低以及吸音效率高的特點，使得它非常適合用作房屋的吸聲層和隔熱層材料。

此外，木棉纖維還可作為增強體復(fù)合材料的原料。其高強度、高模量的特性使得它能夠顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性。

▲ 保暖填充與面料用途

木棉纖維是優(yōu)良保暖填充材料，但其在紡織面料應(yīng)用上需要與其他纖維混紡以提高可紡性和性能。木棉纖維因其不吸潮、防蟲蛀的特性，成為枕芯、棉被、褥墊等填充材料的理想選擇。然而，木棉纖維壓縮模量小、彈性差，長期使用后填充料的蓬松度和保暖性會顯著降低，這在一定程度上限制了其在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。

為了克服這一缺點，可以將木棉纖維與壓縮彈性好的化學(xué)纖維和低熔點纖維混合，通過熱熔黏合處理來優(yōu)化纖維集合體的聚集狀態(tài)，從而提高絮片填充料的強度和彈性。這樣的混合材料非常適合作為中高檔被褥絮片、靠墊等的填充材料。

另外，盡管木棉纖維長度短、紡紗性能差，但將其與其他纖維如棉、粘膠等混合紡紗，可以充分利用各自的優(yōu)勢，紡制出既美觀又實用的面料。實驗證明，將棉纖維、木棉纖維和氨綸以一定比例混合紡紗，得到的服裝面料不僅彈性舒適，還具有吸濕導(dǎo)濕和保暖等多重功能。通過特定的前處理技術(shù)，木棉纖維紡制的面料也可以實現(xiàn)單獨紡紗，具備顯著的抗菌、防螨性能。

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