麻纤维的性能、梳前准备和梳理工艺
姜繁昌 （东华大学）
0 前言
龙舌兰麻属于单字叶草本植物，属龙舌兰科。龙舌兰麻有50多个品种，其中主要的有剑麻（又称西泽尔麻）、灰叶剑麻、番麻、马盖麻、假菠萝麻等。
剑麻是一种宝贵的热作资源，也是我国具有广阔发展前景和巨大出口潜力的优势产业。剑麻种植主要分布在经济欠发达的区域，在推进农业结构调整、增加农民收入以及促进出口创汇方面发挥着重要作用。我国剑麻主要分布在广东、广西、海南、福建和云南五省区，其中主产区广东、广西和海南的剑麻面积和纤维产量分别占全国的92%和94%，广东和广西植区大面积麻田从种植到收获己初步实现机械化，机械化综合作业水平达到85%。
剑麻纤维较长（束纤维），色泽光白，质地坚韧，强力高，耐磨，耐腐蚀，耐低温，吸湿放湿快，在水湿条件下，纤维强力更高，伸长率低，经海水浸泡不易腐蚀。由于剑麻纤维具有上述特点，因而适合航海用品等。目前剑麻产品不断开发，已可制作剑麻地毯、墙布、高级抛光轮等产品，产品供不应求，经济效益好。为了进一步开发我国热带及亚热带资源，发展龙舌兰麻生产，提高产品质量，必须对龙舌兰麻的理化性能和纺纱工艺进行研究。
1 纤维的基本性能
1.1 纤维细胞（单纤维）
一张成熟的龙舌兰麻叶片含有1000~1200个纤维束，1个纤维束中含有60~150个纤维细胞。龙舌兰麻的单纤维纵面呈梭状，横断面呈多角形或近卵圆形。单纤维中腔明显大小不一，一般呈卵圆形。单纤维细胞长度、宽度如表1所示。
龙舌兰麻单纤维长度一般为1.5~3mm，平均约2.2mm。宽度一般为14~20μm，长宽比约90~150，其中剑麻纤维较大。由此可见，龙舌兰麻不可能以单纤维进行纺纱，而必须用束纤维（即工艺纤维）进行纺纱。
1.2 束纤维长度
龙舌兰麻束纤维长度测试结果如表2所示。
从测试结果可知，剑麻纤维的主体长度为90~100cm，占20.4，其中50cm以上的纤维为82.2%，而长度大于110cm以上的纤维为6.6%，若以短于50cm以下的纤维为短纤维，则短纤维率均在22%~25%左右。束纤维长度均基本相似，其中以灰叶剑麻束纤维平均长度最长，假菠萝麻束纤维平均长度最短，长度不匀率均在22%~25%左右。
1.3 工艺纤维细度
工艺纤维细度如表3所示。
从测试结果可知，工艺纤维的细度以剑麻和杂种487较细，而细度不匀率均基本相似，约在21%左右，而根、中、梢部工艺纤维之差均在4%~10%，龙舌兰麻的工艺纤维平均细度为21.75 tex，细度不匀率为20.84%，根部工艺纤维的细度比中部工艺纤维细度平均粗4.4%~9.2%，中部工艺纤维细度比梢部平均粗亦为4.4%~9.2%。
1.4 工艺纤维断裂强度及伸长率（见表4）
测试结果表明，番麻强度较低，其他品种均在70~100kg/300mm·g之间，强度较大，断裂伸长率均在2%~3%。
1.5 柔软度（见表5）
1.6 纤维的吸湿放湿过程
纤维的回潮率随品种及所处环境温度、湿度条件不同而产生变化，回潮率如表6所示。吸放湿速度变化曲线见图1、2。
图1表示剑麻纤维的吸湿曲线，用3小时对剑麻纤维进行烘干，然后在恒温恒湿（T=20.5℃，RH=78%）条件下测试纤维回潮率随时间的变化规律；图2表示剑麻纤维的放湿曲线，把纤维完全浸湿后挤干，在恒温恒湿条件下测试纤维回潮率随时间的变化规律。
1.7 纤维的抗腐蚀性能
1.7.1 NaCl浓度对剑麻纤维强力的影响
NaCl浓度与剑麻纤维强力的关系试验结果如表7所示，变化曲线见图3。
从试验结果可知，剑麻纤维经NaCl溶液处理后，断裂强力下降，并且随着NaCl浓度的增加，断裂强力下降亦增加。
1.7.2 NaCl溶液温度对剑麻纤维强力的关系
试验结果如表8和图4。
从试验结果可知，剑麻纤维断裂强力随NaCl溶液温度的增加而降低，平均降低8.4%，NaCl温度对剑麻纤维断裂强力的影响比NaCl浓度的影响较小。
1.7.3 
溶液温度对剑麻纤维强力的影响
处理对剑麻纤维强力的影响见图5。
剑麻纤维受
溶液浸泡后，则随着
溶液浓度的增加，纤维强力下降较大，
溶液浓度从0.5%增加到2.5%时，强力下降幅度约50%左右，因此损伤较大，而浸泡时间在10~30 min内，对强力损伤无明显影响，因此剑麻纤维对
的抗腐蚀性较差，在产品的后整理过程中要特别注意。
综上所述，剑麻纤维对NaCl有一定的抗腐蚀性，这也验证了纤维素纤维具有一定的耐碱性能的规律，所以剑麻纤维适合航海用等产品的开发和应用。
1.8 剑麻纤维的化学成分
按照苎麻的化学成分定量分析方法（GB5889-86）对剑麻纤维的化学成分进行系统分析。其测试结果如表9所示（表9中的1#~5#代表不同处理的参数，见表10）。
从测试结果可看出，由于剑麻纤维是采用机械刮麻来取得工艺纤维的，纤维中胶质含量高，木质素的含量大大高于其他麻类纤维中的含量，而脂蜡质的含量很低，因此导致剑麻工艺纤维支数低，在梳理过程中分裂劈细纤维困难，纺较高支数的细纱难度很大。特别是木质素含量高，使纤维刚度大，弹性和伸长率小，纤维易在空气中氧化泛黄；脂蜡质含量偏低，亦使纤维刚硬和粗糙，影响纤维的可纺性。为了提高工艺纤维的细度，应当考虑在机械刮麻的基础上，再进行生物脱胶或化学脱胶，或生物和化学联合脱胶，这是一个发展方向。
对剑麻进行碱处理后，可使含胶量高的剑麻纤维脱去一部分胶质，从而提高其纤维素的含量，尤其是使木质素的含量减少，改善纤维的柔软性和弹性。在高浓度、较高温度的碱液中进行较长时间的处理，木质素的含量更有明显的减少。
2 梳理前的准备工序
由上述可知，剑麻纤维是硬质纤维，纤维粗硬，抱合力差，工艺纤维特数高，但吸湿放湿快，而纺纱加工困难，所以必须提高它的可纺性，加油和堆仓发酵具有重要作用，它是剑麻纤维加工工艺的关键工序之一，对产品质量有较大影响，必须给以足够重视。
给湿是使纤维达到一定的回潮率，提高纤维的强力、断裂伸长率和柔软度，减少纺纱时的静电现象，减少落麻及麻屑的飞扬。加油的目的就是保持纤维的回潮率，防止水分很快蒸发，同时可以增加纤维的柔软度。剑麻纤维加油给湿以后，必须进行堆仓，使乳化液充分渗透到纤维的内部，同时使乳化液在纤维上分布均匀，渗透均匀。影响堆仓发酵的主要因素是堆仓时间、温度、堆仓密度和给乳化液率等。
2.1 堆仓时间与堆仓温度的关系
堆仓时间与堆仓温度如表11所示。
从表11可看出，随着堆仓时间的增加，堆仓温度亦增加，由于剑麻纤维经机械刮青后，还存在较多胶质，因此为果胶菌等繁殖创造了有利条件，由于温度的不断增加，说明堆仓过程中有发酵作用。从堆仓时间与温度变化可知，在夏季，堆仓24 h，温度只增加10%；若堆仓48 h，则温度可增加30%；若堆仓120 h，则温度可增加135%。在较冷的冬季亦具有同样的规律，但增加温度的绝对值较小，其堆仓时间与温度增加的幅度如图6所示。
堆仓时间小于48 h时，温度增幅比夏季小；堆仓时间在72 h时，则相反；当堆仓时间大于72 h时，增幅又比夏季减小。因此在生产上以掌握堆仓时间为主，而麻仓温度用来表明堆仓过程是否正常，剑麻堆仓时间一般应控制在72~96 h为宜，较冷季节时间应更长些。堆仓时间过短，则对改善剑麻纤维可纺性不利，亦不利于乳化液渗透均匀。一般说来，堆仓时间愈长，堆仓温度亦愈高，但堆仓温度的高低，还受外界季节变化，气温条件、麻仓的密封性和保温程度、纤维堆积密度等因素影响。若外界气温高，麻仓密封程度好，堆积密度大，则易使油麻堆积发热。但堆仓温度过高，对纤维强力有较大影响，因此必须适当控制，表12表示堆仓密度与堆仓温度的关系。
从表12可以看出，在堆仓时间一定的条件下，随着堆仓密度的增加，堆仓温度亦随之增加，堆仓密度较大，有利于果胶菌等的繁殖，提高堆仓温度。剑麻纤维的堆仓温度一般应控制在180~220 kg/m3。
2.2 堆仓时间与纤维柔软度
表13表示堆仓时间与纤维柔软度的关系。
从表13可以看出，随着堆仓时间的增加，纤维柔软度提高，但当原麻柔软度较大时，则随着堆仓时间的增加，纤维柔软度增幅较大；而原麻柔软度较小时，则纤维柔软度增幅较小。说明原麻柔软度的高低对堆仓后纤维柔软度的改善效果有较大影响，应给予重视。
当堆仓时间为48 h时，纤维柔软度增幅分别为15%和4.5%左右；当堆仓时间为120 h时，纤维柔软度增幅分别为89%和37%左右。
所以，堆仓时间与纤维柔软度的改善有密切关系，对纺纱质量有较大影响。
2.3 堆仓时间与麻堆中乳化液渗透均匀度
堆仓时间与麻堆中乳化液渗透均匀度、细纱麻粒、细纱重量不匀率的关系见表14。
从表14可以看出，随着堆仓时间的增加，乳化液渗透均匀度提高，即CV%值降低。当堆仓时间从24 h增加到48 h时，CV%值可降低18.23%；当堆仓时间为120 h时，则CV%值可降低76.4%。由于堆仓时间长，堆仓温度提高，除使乳化液在麻堆中横向渗透均匀外，同时可使乳化液从表面渗透至纤维内部，使纵向渗透均匀，从而使纤维的柔软度增加，且较均匀，提高了纤维的可纺性，有利于纺纱工艺及细纱质量的提高。所以剑麻纤维堆仓时间在堆仓温度正常情况下，以较长为宜。
乳化油渗透均匀度与细纱中麻粒和重量不匀率有较大关系，随着乳化油渗透均匀度的增加，细纱中的麻粒下降。当渗透不匀率为22%左右时，麻粒降低较明显，可降低约24%左右；当渗透不匀率为22%~18%时，麻粒无明显变化；而当CV%值在18%~9%时，麻粒反稍有增加。细纱重量不匀率的变化亦有同样趋势，这可能是由于纤维强力有所下降之故，在针板牵伸中纤维易断裂而形成麻粒，使麻粒及重量不匀率增加。
2.4 加油率与细纱强力、麻粒和重量不匀率的关系
加油率与细纱强力的关系见表15，加油率与细纱麻粒和重量不匀率的关系见表16。
从表15可以看出，随着加油率的增加，细纱强力随之提高，加油率由2%增加到10%时，则强力可提高82.15%，而加油率从10%增加到12%时，则细纱强力无明显提高。
从表16可以看出，随着加油率的增加，细纱重量不匀率CV%下降，加油率由2%增加到10%时，细纱重量不匀率CV%值可下降28.46%，加油率继续增加，则重量不匀率无明显下降。所以剑麻纤维加油率以8%~10%为宜。
随着加油率的增加，麻粒下降，加油率2%增加到10%时，麻粒下降22.35%，加油率继续增加，则麻粒无明显降低。随着加油率的增加，细纱重量不匀率CV%下降，加油率由2%增加到10%时，细纱重量不匀率CV%值可下降28.46%，加油率继续增加，则重量不匀率无明显下降。所以剑麻纤维的加油率以8%~10%为宜。
综上所述，有以下几点：
（1）堆仓时间与堆仓温度有密切关系，堆仓时间增加，则温度提高，时间愈长，温度增加幅度越大，外界气候对堆仓温度有一定影响，在生产上以掌握堆仓时间为主，而堆仓温度用来表明堆仓过程是否正常。
（2）堆仓密度与堆仓温度有关。在同样条件下，堆仓密度越大，则堆仓温度就越高。
（3）堆仓时间与纤维柔软度有关。在同样条件下，堆仓时间愈长，则纤维柔软，改善纤维的可纺性。
（4）堆仓时间与麻堆中乳化油的渗透均匀度有关。时间越长，则乳化油的渗透越均匀。
（5）加油率与细纱强力、麻粒和细纱重量不匀率有密切关系，加油率以8%~10%为宜。
（6）剑麻纤维的堆仓时间应控制在72~96 h，目前生产中的堆仓时间均为24 h是偏低的，不利于细纱质量的提高。堆仓密度应在180~220 kg/m3，有利于纤维可纺性改善。
（7）目前剑麻纺生产中，只给油而不给水（即不采用乳化油的方法喷于纤维上），因而纤维回潮率偏低，且剑麻纤维吸放湿很快，不利于生产的进行，建议采用喷乳化液的方法，适当增加纤维的回潮率，有利于纤维可纺性的改善，有利于生产的进行，有利于细纱质量的提高。
3 剑麻纤维的梳理工艺
由于剑麻工艺纤维长度长，经机械刮青后，麻束中的工艺纤维相互间缠结，牵连在一起的较多，平行伸直度较差，且由于工艺纤维粗硬，支数低，纺纱支数亦低，各道工序喂入定量重，所以在生产实践中均采用针板牵伸对纤维进行梳理。一般要经9道针板牵伸，即：头道栉梳机→二道栉梳机→三道栉梳机→四道栉梳机→头道针梳机→二道针梳机→三道针梳机→四道针梳机→针梳牵伸细纱机。其中第1~4道栉梳机均采用水平式双区针帘针梳牵伸机构进行梳理，而针梳机则采用针板牵伸进行梳理。各道工序的针密由小到大；而纤维定量由大到小，使梳理强度逐渐提高，以符合逐渐梳理原则。
3.1 针板牵伸的梳理作用
在针板牵伸机构中，当纤维的头端被前罗拉钳口握持，它即以前罗拉的速度向前运动，其后部便从针板中抽出。由于纤维和针板的相对运动，纤维的中、后部就受到针板梳针的梳理。如以各针板在某一纤维上梳理的总长度表示该纤维的受梳强度，那么受梳强度可按下法计算。
如图7所示，设纤维长为l，该纤维头端刚进入前钳口，开始以前罗拉的速度运动，牵伸机构的无控制区为a，针板间距为b。当第一块针板从1移至0（针板在0处下降）时，针板移动了距离b，而纤维则移动了Eb（E为牵伸倍数），因此针板的梳理长度为b（E-1），该梳理长度在纤维上的位置是从1开始向后移至b（E-1）的这段长度。这段梳理长度在图7（1）中以线段I表示。同理可求得第二块针板的梳理长度为2b（E-1），在图中用II表示。以此类推。第n1块针板的梳理长度正好梳到纤维的尾端。当然后面针板梳理长度都算到纤维的尾端为止，第n1+1块针板的梳理长度是l - a-（n1+1）b。其余类推。最后一块针板（第n1+ n2块）梳理长度为l- a-（n1+ n2）b，该梳理长度应大于或等于零。第n1块针板以后各块针板的梳理长度也用线段表示在图中。
由图7中线条可清楚看出，从第一至第n1块针板的梳理长度呈等差级数变化；从第n1+1至n1+ n2块针板的梳理长度也呈等差级数变化。这样就不难算出l长纤维的总梳理长度G：
由于纤维的总梳理长度就表示纤维的受梳强度，故从式中可见，受梳强度与牵伸倍数E有关。E愈大，受梳强度也愈大。但是两者不呈线性关系，当牵伸倍数在4、5倍以上时，E的增加对受梳强度影响不大。受梳强度与无控制区a有很大关系，减少无控制区有利于梳理。受梳强度还与针板间隔b成反比。因此针板间距小不仅有利于控制纤维，也有利于提高纤维梳理强度。最后，受梳强度与纤维长度有密切关系。短纤维的受梳强度大大低于长纤维的受梳强度，从一根纤维的受梳强度分布就不难理解了，参见图7中（2）。任何一跟纤维的前部有（a+b）一段完全得不到梳理，此段以后越靠近尾端梳理强度越高。所以短纤维的受梳强度大为减弱，短于（a+b）的纤维根本不受梳理。反过来说，要梳理好短纤维或梳开和分散短纤维束，就必须减小针板间的间距b和无控制区a。当然，针板上采用细密的钢针也有助于加强梳理。
3.2 针梳机梳理后工艺纤维长度、细度变化
试验测定了栉梳机和针梳机各工序工艺纤维长度、细度的变化。其长度分布如图8~10所示。从图中可知，原麻及针梳机各工序麻条中工艺纤维长度曲线分布无明显差异。长度分布范围在5~130cm，短纤维率约为50%左右。
针梳各工序的工艺纤维加权平均长度、长度变异系数、纤维支数和纤维变异系数见表17。
从表17可知，工艺纤维支数为15~100Nm；而工艺纤维的长度、细度和变异系数各工序均无明显变化。麻结（因较大，在工厂中称麻团）中纤维长度为10~130cm，若按根数计算，组成麻结的工艺纤维长度为10~60cm，约占80%，而平均支数为54Nm左右。麻结的纤维根数占5.2%左右，重量约占3.5%左右。
各工序剑麻纤维长度、细度无明显变化，说明针梳机的梳理作用，对工艺纤维的分裂劈细作用较差，这是由于剑麻纤维只经过机械刮青，而没有进行其他方法的进一步脱胶，因此单纤维之间联系紧密，且粗硬，难于对工艺纤维进行分裂劈细。同时也说明各工序的针密较小，麻条定量过重，因此梳理度较小，亦影响对工艺纤维的分裂劈细作用。因此加强对剑麻纤维的预处理，提高纤维的柔软度，进一步提高工艺纤维的细度，是提高剑麻纤维可纺性和纺高支细纱的关键。剑麻纤维的长度和支数不均匀较大，分别为82%和35%左右，短纤维率达50%以上，这些特性给针梳和纺纱过程中纤维运动的控制增加了很大难度，因此如何控制好牵伸过程中纤维的运动，是改善麻条和细纱不匀的一个关键因素。
从麻结（麻团）中纤维的长度来看，10~130 cm都有；但从根数比例来看，长度在60 cm以下的纤维比例约占80%。因此可以说，短纤维是形成麻结的重要因素之一。同时从麻结的形成亦可看出，提高机械刮青的质量，减少残留在纤维上的麻糠，亦是减少麻粒的重要因素，因麻结中的麻粒含量较高，其重量约占麻结重量的5%~15%。
试验表明，当剑麻纤维刮青后，若留在剑麻纤维中的麻糠越多，则细纱中的麻粒亦多，其试验结果如表18所示。
从表18可知，随着纤维中麻糠重量的增加，则细纱中麻粒也越多，对细纱质量有较大影响，因此剑麻的刮青质量十分重要，应尽量去除麻糠，所以在机械刮青过程中，必须对纤维进行冲洗，以进一步去除麻糠。从表中亦可看出，纺纱支数越高，则麻粒较少，说明选用原料的优势，对细纱麻粒的形成亦有一定关系。
3.3 梳理后麻条中纤维平行伸直度、麻粒和麻条不匀率的变化
经针梳机梳理后，麻条中纤维平行伸直度、麻粒和麻条不匀率的变化如表19所示。
从表19可知，随着针梳机道数的增加，麻条中纤维平行伸直度改善，有利于细纱质量的提高，麻条不匀率随着针梳机道数的增加而下降，但三与四道之间不匀率下降不明显。麻粒随着针梳机道数的增加而显著增加，从四道栉梳机至四道针梳机，其麻粒增加了33倍，而从头道针梳机至四道针梳机，其麻粒增加了3倍，可见随着针板牵伸机构针密的增加，麻粒有较大幅度的增加。因此针板牵伸机构中的工艺参数是麻粒增加的重要因素。因此必须加强对针板的维修保养工作，减少和消除针板的缺针、断针和缺针板，定时做好针板的清洁工作，梳针的针尖必须保持锐利和良好的光洁度，防止超针现象的产生，是减少麻粒的重要途径。麻粒的增加，对剑麻地毯等产品有较大影响，因此减少麻粒十分重要。
从表中还可看出，随着针梳机道数的增加，麻条不匀率逐渐减少，有利于细纱质量的提高。
3.4 各道针梳机工艺参数与主要技术条件
各道针梳机工艺参数与主要技术条件见表20、21。
4 结语
剑麻是我国具有特色优势的天然纤维原料，尽管现代科技不断取得进步，但是剑麻纤维所具有的质地坚韧、富于弹性、拉力强、抗撕裂、耐磨、防腐等特性是合成纤维无法替代的，尤其是剑麻纤维具有不污染环境、不易产生静电等优点，被广泛地用于制造生活和环保用品。由于剑麻纤维的天然特色和良好的市场环境，近年来国外的巴西、坦桑尼亚等剑麻主产国已高度重视剑麻生产，越南、泰国等国家也正在谋求发展剑麻种植业，剑麻产业的发展势头非常强劲。目前，我国入世的过渡期已经结束，贸易的准入条件更加开放，剑麻贸易十分活跃，在这新形势下找准剑麻科研切入点，提高剑麻科技创新能力是推动我国剑麻业高效可持续发展的关键。
剑麻工艺纤维长度长，经过机械刮青后不再进行脱胶，在生产实践中均采用针板牵伸对纤维进行梳理，一般要经过8道栉梳机和针梳机，经梳理后的剑麻纤维，其长度和细度无明显变化，主要原因是经机械刮青后，没有进行化学或生物脱胶，因而工艺纤维的分裂劈细困难，影响了可纺细纱支数，因此在纺高支纱时，可探索进一步生物脱胶。经针梳梳理后，纤维的平行伸直度有较大改善，有利于细纱质量的提高。减轻喂入定量，增加梳针针密等措施，以提高梳理度，亦有利于质量的提高。提高剑麻纤维的机械刮青质量，减少纤维中麻糠的含量，对细纱中麻结减少具有较大影响。
梳前准备工艺的工艺参数，如堆仓温度、堆仓时间、堆仓密度等，加乳化液率的多少均对细纱的质量有较大的影响，应需充分注意。
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《梳理技术》创刊于2000年，由金轮针布公司和原上海纺科院部分老专家，在梅自强院士（已故）的指导下联合创办。黄锡畴、许鉴良先后任主编。目前，杂志由辽东学院孙鹏子教授担任主编，并拥有一支国内外学界权威、行业技术专家组成的编委队伍。
《梳理技术》每期发行一万多份，读者覆盖高校、科研机构、纺织企业各层面。成为纺织行业梳理领域内公认的具有极高专业性、权威性的技术刊物。
《梳理技术》的宗旨是助力纺织行业进步，致力于行业技术的突破与提升，积极倡导学术争鸣，为技术交流提供平台，坚持免费提供给读者的原则，愿与广大客户和各界朋友携手共创梳理技术美好未来！