摘  要：笤帚苗纖維綠色環保且具有優良的力學性能。本文對笤帚苗纖維進行開發性研究，先測定和分析了纖維化學成分，并與其它植物纖維進行比較，對分離和提取笤帚苗纖維的工藝進行了初步探索。利用正交試驗設計脫膠工藝并根據極差分析選擇優化工藝條件。測試并分析了纖維長度、寬度以及長寬比等維度參數。結果表明，笤帚苗纖維化學成分與竹纖維相近，優化工藝制得的纖維強度達到27.50cN/tex，接近于黃麻及竹纖維強度，適合作復合材料的增強體。
    近年來國內外針對資源緊缺以及環境的破壞和污染問題開展了一系列以“綠色、環保、可持續發展”為主題的研究，并取得了一定進展。其中，新型植物纖維的開發既可以充分利用自然資源又可以豐富紡織材料種類，近年來引起了人們的廣泛關注。國內外對新型植物纖維的開發研究目前還處于起步階段，多以纖維處理、可紡性研究為主。其中菠蘿葉纖維的開發研究較多，如菠蘿纖維的性能、紡紗工藝研究；長菠蘿葉纖維的化學表面改姓及其應用的研究以及對菠蘿葉纖維作為增強材料的制備方法及性能評價的研究團等。此外，棕葉纖維、龍須草纖維、烏拉草纖維、蕁麻纖維以及大麻纖維等一系列開發研究通過對植物纖維脫膠以及紡紗工藝探討，得到具有理論價值的試驗結果，對本研究具有一定的啟發性。
1  笤帚苗應用及開發現狀
    笤帚苗是一種高粱作物，生命力強，耐干旱，易于種植、生長周期短，價格低廉。我國管帚苗種植主要集中在黑龍江、吉林和內蒙古東部，由于近年來市場較好，的播種面積增長較快，遼寧、山東、甘肅、陜西以及中原地區也有一定面積的種植和加工。多年來笤帚苗一直用來制作清潔用具如笤帚、炊帚等，天然環保，經濟耐用，但產品附加值不高。由于笤帚苗纖維長度較長，色澤好，韌性強，具有優良的力學性能。因而開發笤帚苗纖維的紡織用途，充分利用自然資源，滿足消費者對“綠色”產品的需求，具有一定的研究和開發價值。目前國內外關于笤帚苗纖維開發方面的研究尚未見相關報道。
2  化學成分測定與分析
    笤帚苗的化學成分是笤帚苗纖維制取的基礎性工作，根據其化學成分的定量分析，確定原料各成分的百分含量，從而制定適合的脫膠以及提取纖維等制造工藝。由于目前還沒有針對笤帚苗纖維成分測定的相關標準，因此采用標準GB5889-86苧麻化學成分定量分析方法進行測試。表1所示為笤帚苗與其它幾種植物纖維原料化學成分的含量比較。
    從表1中可以看出，答帚苗纖維的化學成分與其它麻類纖維相似，各成分含量與竹纖維接近。其中笤帚苗纖維中脂臘質、果膠等含量不高，木質素含量高于幾種麻類纖維，纖維素含量相對低一些，但與竹纖維接近。
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3  纖維脫膠處理
    笤帚苗纖維與麻纖維類似，纖維素之間靠膠質和半纖維素相連，為了提取笤帚苗纖維以便研究其性能，必須去除膠質，破壞纖維之間的連接，從而使單纖維之間易于分離。目前常用的化學脫膠方法主要有化學煮練法、生物酶法和化學生物結合法以及超聲波法等。本研究根據答帚苗與其它植物纖維的成分比較，以及對麻類纖維的脫膠工藝分析，制定了笤帚苗堿氧-浴脫膠漂白的工藝流程。即利用NaOH和H2O2的共同作用達到脫膠的目的，通過NaOH與非纖維素物質的作用，去除笤帚苗中的半纖維素、果膠、部分木質素等非纖維素成分，保留纖維素成分與部分膠質。另外NaOH還為雙氧水的氧化漂白作用提供了一個堿性環境，雙氧水不僅起到漂白的作用，而且還可以氧化并去除木質素。這樣可以在達到脫膠目的的同時避免脫膠流程過長，工序多的缺陷。
    利用正交試驗設計的理論，針對脫膠后笤帚苗纖維的強度性能指標和影響此指標的四個因素，即NaOH濃度A、H2O2濃度B、反應時間C、反應溫度D，每個因素取三個水平，各水平值由先期基礎性試驗確定，設計的因素水平表如表2所示。
   
4  纖維測試與分析
4.1  纖維形態測試[-page-] 
    經脫膠漂白后，纖維顏色呈淺金黃色，濕態時較柔軟爽滑，干后有粗硬感，手感與麻纖維類似。圖1所示為笤帚苗纖維的干濕形態。
    圖1
    取脫膠后的纖維用顯微鏡觀察法測試纖維寬度，手排法測試纖維長度，具體見表3。由表3可以看出，經過脫膠的笤帚苗纖維長度、寬度離散性很大，主要是由笤帚苗纖維經過脫膠后分離為束纖維，而每束纖維包含的單纖維根數有很大差異造成的，這一點與其它植物類纖維如麻類相類似。短纖百分率為36.2%．纖維長度不夠整齊．單獨紡紗會有一定難度。纖維長寬比超過1700且束纖維強度高達到27.50cN/tex，見表4，接近于黃麻強度(26.01cN/tex）以及竹纖維強度（35.7cN/tex）。由此可以看出，經脫膠處理的答帚苗纖維適合作復合材料的增強體。
    
    無論是用作紡織纖維原料還是增強材料，纖維的力學性能是關鍵因素。由此以纖維強力為主要參考因素，對脫膠工藝進行優化選擇。將脫膠處理后的纖維進行束纖強力測試，測得的數據進行正交試驗分析，得到極差數據分析表4。
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    A、B、C、D四個因素的極差分別為R1、R2、R3、R4。通過計算，由表4可以看出，R3、R4值較大，R1值小。這反映了當因素C、D的水平變動時，指標波動較大，因素A的水平變動時，指標波動小。由此可以根據極差的大小順序排出因素的主次：主→次，CDAB。即主要的是反應時間（因素C），其次是反映溫度（因素D），NaOH濃度（因素A）以及H2O2濃度（因素B）的影響程度相對其它兩項要差一些?？紤]到雙氧水不但具有漂白作用，同時可以氧化去除木質素，而笤帚苗纖維中木質素含量較高，所以HZOZ含量可以稍高些。綜上，考慮纖維無論是用作紡紗或是非織造材料，其強度越大越好，所以選取纖維強度大的3#方案試驗條件A1B3C3D3為優，即NaOH濃度lOg/L，H2O2濃度16g/L，時間90min，溫度100℃。
5  結 論
    (1)笤帚苗纖維的化學成分中纖維素含量經測得為43.90%，木質素含量偏高，各成分與竹纖維接近；
    (2)采用正交試驗法進行化學脫膠，通過纖維強力的極差分析，得到優化的脫膠工藝，即NaOH濃度lOg/L, H2O2濃度16g/L,時間90min,溫度100℃；
    (3)優化脫膠工藝處理后的笤帚苗纖維強度與黃麻纖維以及竹纖維接近，力學性能優良；
    (4)笤帚苗纖維色澤較好，來源廣泛，值得進一步研究開發。