第四节 纺织竹纤维的相关研究现状
一、竹纤维的制取研究
竹纤维的制取技术研究自1997年开始，至2004～2005年达到高潮，期间林业、纺织界的企业、院校、研究院所的相关人员都做了大量的工作，但由于制取难度很大，所制取的竹纤维束太粗，硬丝、并丝很多，木质素残余较多，与纺织用纤维所应具备的细度、手感、韧性还有很大差距，大多仍处于研究中。回顾这几年的历史，科研人员主要从以下几方面开展研究工作。
由于竹材有着与麻类纤维相似的非纤维素物质，所以竹纤维制取的研究重点大多放在脱胶方法及其工艺的研究上，参考麻脱胶方法，大多采用化学脱胶法、化学物理联合法或化学生物联合法。
在化学脱胶法中，仍以碱法脱胶简单易行、脱胶效果显著且易于控制。2003年东华大学的万玉芹在纺织用竹纤维脱胶、细化工艺研究中，主要探讨了氢氧化钠的化学脱胶方法，但制得的竹纤维细度在13～19tex，断裂强度为3.099cN/dtex，断裂伸长率为 3.48%，残胶率（8%～11%）和残余木质素含量（7%～14%）比麻类纤维高出很多，无法达到后道纺纱工艺的要求。天津工业大学王春红等将闪爆后的慈竹纤维以1.5%的尿素溶液在（40±5）℃的恒温水浴中浸泡、然后酸洗，再在含有质量浓度为8g/L的NaOH、15g/L的Na2SO3、4g/L的洗衣粉、1g/L的渗透剂的溶液中，以恒温水浴（100±5）℃煮3h，最后柔软处理，所得纤维细度为5～9tex，断裂强度为5.4cN/dtex。2006年苏州大学的徐伟对爆破后的竹材采用烧碱法进行纤维提取研究，得到竹纤维提取条件为碱浓度10～ 30g/L，100～115℃，但文中所提取的竹纤维并非以纺织用途为目标。湖南株洲雪松有限公司与中南林学院合作开发采用的方法是：前处理用2%氨水和4%尿素溶液混合的软化剂浸泡1h，随后在该混合液中蒸煮1h，温度为100℃，得到粗纤维；该粗纤维再通过碱液蒸煮，在1%的NaOH溶液中蒸煮30min，温度为70℃，进一步润胀竹纤维，同时进一步抽提半纤维素，将粗纤维分为更细的纤维束，用水冲洗后脱水、上油、干燥。这样制取的竹纤维线密度为5.00～8.33tex，平均断裂强度为4.29cN/dtex，平均断裂伸长率为5.32%。碱法脱胶工艺的研究中，由于碱脱胶不能大量去除抗碱性极强的木质素，因此制得纤维粗、硬，无法满足纺织加工要求，故常常配合尿素预处理或采用高浓度的碱液、长时间的蒸煮，但即使如此纤维细度仍达不到要求，而且碱处理浓度过高或多重化学处理对环境污染严重。
为此，2004年东华大学张魏进行了竹纤维精细化加工的研究。在他的论文中对生物脱胶法进行了摸索，采用丹麦诺维信公司提供的半纤维素酶、果胶酶、木质素酶对竹纤维进行生物化学联合脱胶处理，结果表明生物脱胶使竹纤维的胶质含量有一定的减少、对纤维细度的减小也有一定贡献，而且它赋予纤维柔软的特点，是一种较好的辅助脱胶手段。但酶脱胶法使竹纤维的胶质减少量非常有限，且并未使竹纤维的细度发生突破性进展，竹纤维的细度仍在13.23 tex（化学脱胶法为13.65 tex）。生物酶脱胶法成本高、对环境条件要求苛刻、工艺条件很难把握；由于竹材中含有多种非纤维素物质，故脱胶用酶必然是多种酶的复配，然而其中对竹材脱胶最重要的木质素酶至今国内外技术尚不成熟；加之竹材茎秆皮层组织紧密，细胞组织中又有大量空气存在，生物酶很难渗透其中，因此生物酶只能作为一种辅助性的脱胶方法。化学生物联合脱胶法因工艺流程长，生物酶对竹纤维的脱胶细化效果不显著而未得到实际应用。
化学脱胶联合机械处理的化学物理联合脱胶方法是竹纤维制取的必然途径，只是对竹材来说，采用何种有效的机械处理方式、机械作用的大小，这些是在竹纤维制取方法中需要研究的。
脱胶方法及其工艺的研究只是竹纤维制取中的一部分，而竹材成纤方法的研究是竹纤维制取中更为重要的环节，也是与其他韧皮纤维的加工工艺所不同的地方。此方面曾经尝试过的方法有闪爆法、超声波法、机械牵伸法、机械梳理法、机械碾压法及其多种方法的组合等。
闪爆法在日本主要用在包括竹材在内的、用于复合材料、板材的林业原料的制备上，近年在纺织领域也作为韧皮类纤维脱胶时的前处理方法之一。它首先用高温高压对原料进行热处理，使原料中水分和各组分吸收高热能量，使半纤维素降解、木质素软化和部分降解；在闪爆过程中，利用高温高压热汽和高温液态水共同作用于竹材，瞬间完成绝热膨胀过程，对外做功；膨胀的汽体以冲击波的形式作用于竹材，而使纤维分离。2007年北京服装学院的杨中开与北京林业大学合作进行了闪爆法对竹纤维的制取，此外天津工业大学的王春红、苏州大学的徐伟均采用闪爆后的竹材进行纤维的制取，结果表明：闪爆法作为竹纤维制取时的前处理方法，虽然能够对纤维束产生劈裂作用，使纤维间产生较大孔隙，并去除纤维表面的杂质，但闪爆后的竹材形态不均匀会加剧化学处理的不均匀性及纤维尺寸的不均匀性，致使一定量的纤维长度过短而无法使用。总之，闪爆法不能对竹材起到均匀的分纤作用。
超声波在近年韧皮纤维的脱胶中起到了很好的辅助作用。万玉芹采用超声波处理法讨论了其对竹纤维细化的效果，发现超声波震荡可以在一定程度上达到纤维细化的目的，但效果不显著且存在细化不匀现象。
张魏将机械牵伸法应用于竹纤维的制取，与机械碾压法比较，结果表明采用机械牵伸对束纤维细度的降低有一定作用，但纤维细度仍在13.54tex。
阆中棉纺织厂、四川省外贸公司和东方远成机械有限公司联合成立了竹纤维研制小组，对竹纤维及其在棉纺设备上的可纺性进行了探索。将12～18个月的慈竹经过去青和用齿轮反复轧压后，进行部分脱胶，制得的竹纤维束细度为20～50 tex，硬丝、并丝很多，含水也较大，达13%以上，并且由于脱胶不足，色泽黄，在干燥状态下，粉尘较大，潮湿时强度又非常低，所以在加工前对竹纤维进行烘干和上油两道预处理，先将竹纤维烘干，使之达到强度最高点后，利用圆梳机进行几道梳理，尽量去除并丝、硬丝，使纤维线密度降低。文中采用了机械碾压与圆梳机梳理的机械组合作用方式，其中圆梳机梳理的机械方式，效率较高，但加工过程纤维被压断、扯断，所得纤维短、粗、韧性差，很难用于纺织加工。
浙江林学院的张蔚等对竹材成纤方法、机理进行了初步的研究。文中提出了热-机械耦合开纤法，将竹片先经高温高压蒸煮软化，再采用机械外载将竹片夹裂松解产生微裂纹，并使这些裂纹沿平行于纤维方向扩展以引发竹材开纤，然后在另一外加载荷的协同作用下，促使竹材宏观裂纹不断扩展，实现其界面脱粘分层，从而获得粗纤维，粗纤维再经后续的软化、梳理等一系列工序获得细纤维。但文中只是对竹材成纤机理进行了初步的理论探讨，具体的机械作用方式、引发方式、作用力大小等还在研究中。在其后续的文献中，提出了压辊碾压、梳针梳理等作用方式，但未见制取纤维的物理形态指标报道。
在竹材成纤方法的研究上，由于竹材成纤机理研究薄弱，而导致竹材成纤方法的不合理，如机械牵伸法并不适合竹材、闪爆法对竹材成纤作用不均匀，控制不好还会导致竹纤维质量恶化、超声波法效果有待于进一步考证。因此，从了解竹材特性入手、从竹材成纤机理出发，寻找有效的竹材成纤方法是竹纤维制取的关键。
二、竹纤维的结构性能研究
在竹纤维制取工艺研究的基础上，万玉芹、徐伟、蒋建新等对所制取的纤维进行结构分析与性能研究。但是因所制取的竹纤维束粗、硬、木质素含量高，还不是真正意义上的纺织纤维，故其结构性能分析不全面、不够深入且无法从纺织角度对其进行有效的性能评价。其中徐伟从竹纤维化学性能、染色性能角度进行了研究，蒋建新从林学角度进行了研究，何建新则将毛竹材分离成单纤维状态后对其形态结构、超分子结构进行了分析。北京服装学院的王越平对自行制取的纺织竹纤维从结构与性能进行了全面的测试与表征，从而为纺织领域的相关研究人员对竹纤维建立起正确的认识提供了帮助。
竹纤维力学性能（包括单纤维和束纤维状态）对于竹纤维的应用及竹材宏观力学性能的分析有着重要意义。国际竹藤中心的曹双平对竹单纤维的力学性能测试方法以及几种植物短纤维力学性能的表征做了系统的研究；国际竹藤中心的陈红对不同分离方法离析出来的竹单纤维的力学性能进行了比较。
北京服装学院的胡淑芬对竹纤维的亲水性能，从单纤维、束纤维到纤维集合体进行了系统的研究，并与其他麻类纤维、棉纤维做比较，了解了竹纤维的亲水特点。国际竹藤中心的席丽霞测试并验证了竹纤维的抗菌性能。
三、其他方面研究
在东华大学张魏的论文中，对从广西采集的五种竹材与浙江毛竹从化学成分上进行了比较，以此为主要依据进行了竹材的筛选，其他论文仅采用了四川慈竹或浙江毛竹为原料，未在竹材上进行深入探讨。
东华大学的张魏还将二甲基二环氧乙烷（DMD）应用于漂白工艺，对竹纤维进行强化脱木质素研究，结果表明其对竹纤维木质素的脱除有一定的作用，木质素含量从22%下降到13%。对于纺织用竹纤维来说，该木质素含量仍过高，有必要探讨更为有效的木质素去除方法。
竹纤维的开发也受到日本的高度关注，日本坂本和夫在1993年即获得竹纤维制造的专利；日本Toyo Press有限公司开发了一种可有效地将竹子分裂成纤维的系统，该系统生产的竹纤维可以替代玻璃纤维用于纤维增强整形材料的生产；Deshpande, AP介绍了一种用机械化学联合法制取竹纤维的工艺，该系统结合了传统的压模工艺和碾磨工艺，制取的竹纤维用于各向同性的复合材料的生产。总之，日本关于竹纤维的报道大多集中在工业用复合材料方面，纺织用竹纤维的报道很少。美国也多集中在竹纤维复合材料的研究上，其他国家在此方面研究很少。
在竹纤维制取的基础上，还需要进行竹纤维的软化、细化，提高白度，在此过程中木质素的脱除是关键。纺织用竹纤维的制取是国内外研究的一个新课题，因此有待于大量的研究工作。