摘  要：笤帚苗纤维绿色环保且具有优良的力学性能。本文对笤帚苗纤维进行开发性研究，先测定和分析了纤维化学成分，并与其它植物纤维进行比较，对分离和提取笤帚苗纤维的工艺进行了初步探索。利用正交试验设计脱胶工艺并根据极差分析选择优化工艺条件。测试并分析了纤维长度、宽度以及长宽比等维度参数。结果表明，笤帚苗纤维化学成分与竹纤维相近，优化工艺制得的纤维强度达到27.50cN/tex，接近于黄麻及竹纤维强度，适合作复合材料的增强体。
    近年来国内外针对资源紧缺以及环境的破坏和污染问题开展了一系列以“绿色、环保、可持续发展”为主题的研究，并取得了一定进展。其中，新型植物纤维的开发既可以充分利用自然资源又可以丰富纺织材料种类，近年来引起了人们的广泛关注。国内外对新型植物纤维的开发研究目前还处于起步阶段，多以纤维处理、可纺性研究为主。其中菠萝叶纤维的开发研究较多，如菠萝纤维的性能、纺纱工艺研究；长菠萝叶纤维的化学表面改姓及其应用的研究以及对菠萝叶纤维作为增强材料的制备方法及性能评价的研究团等。此外，棕叶纤维、龙须草纤维、乌拉草纤维、荨麻纤维以及大麻纤维等一系列开发研究通过对植物纤维脱胶以及纺纱工艺探讨，得到具有理论价值的试验结果，对本研究具有一定的启发性。
1  笤帚苗应用及开发现状
    笤帚苗是一种高粱作物，生命力强，耐干旱，易于种植、生长周期短，价格低廉。我国管帚苗种植主要集中在黑龙江、吉林和内蒙古东部，由于近年来市场较好，的播种面积增长较快，辽宁、山东、甘肃、陕西以及中原地区也有一定面积的种植和加工。多年来笤帚苗一直用来制作清洁用具如笤帚、炊帚等，天然环保，经济耐用，但产品附加值不高。由于笤帚苗纤维长度较长，色泽好，韧性强，具有优良的力学性能。因而开发笤帚苗纤维的纺织用途，充分利用自然资源，满足消费者对“绿色”产品的需求，具有一定的研究和开发价值。目前国内外关于笤帚苗纤维开发方面的研究尚未见相关报道。
2  化学成分测定与分析
    笤帚苗的化学成分是笤帚苗纤维制取的基础性工作，根据其化学成分的定量分析，确定原料各成分的百分含量，从而制定适合的脱胶以及提取纤维等制造工艺。由于目前还没有针对笤帚苗纤维成分测定的相关标准，因此采用标准GB5889-86苎麻化学成分定量分析方法进行测试。表1所示为笤帚苗与其它几种植物纤维原料化学成分的含量比较。
    从表1中可以看出，答帚苗纤维的化学成分与其它麻类纤维相似，各成分含量与竹纤维接近。其中笤帚苗纤维中脂腊质、果胶等含量不高，木质素含量高于几种麻类纤维，纤维素含量相对低一些，但与竹纤维接近。
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3  纤维脱胶处理
    笤帚苗纤维与麻纤维类似，纤维素之间靠胶质和半纤维素相连，为了提取笤帚苗纤维以便研究其性能，必须去除胶质，破坏纤维之间的连接，从而使单纤维之间易于分离。目前常用的化学脱胶方法主要有化学煮练法、生物酶法和化学生物结合法以及超声波法等。本研究根据答帚苗与其它植物纤维的成分比较，以及对麻类纤维的脱胶工艺分析，制定了笤帚苗碱氧-浴脱胶漂白的工艺流程。即利用NaOH和H2O2的共同作用达到脱胶的目的，通过NaOH与非纤维素物质的作用，去除笤帚苗中的半纤维素、果胶、部分木质素等非纤维素成分，保留纤维素成分与部分胶质。另外NaOH还为双氧水的氧化漂白作用提供了一个碱性环境，双氧水不仅起到漂白的作用，而且还可以氧化并去除木质素。这样可以在达到脱胶目的的同时避免脱胶流程过长，工序多的缺陷。
    利用正交试验设计的理论，针对脱胶后笤帚苗纤维的强度性能指标和影响此指标的四个因素，即NaOH浓度A、H2O2浓度B、反应时间C、反应温度D，每个因素取三个水平，各水平值由先期基础性试验确定，设计的因素水平表如表2所示。
   
4  纤维测试与分析
4.1  纤维形态测试[-page-] 
    经脱胶漂白后，纤维颜色呈浅金黄色，湿态时较柔软爽滑，干后有粗硬感，手感与麻纤维类似。图1所示为笤帚苗纤维的干湿形态。
    图1
    取脱胶后的纤维用显微镜观察法测试纤维宽度，手排法测试纤维长度，具体见表3。由表3可以看出，经过脱胶的笤帚苗纤维长度、宽度离散性很大，主要是由笤帚苗纤维经过脱胶后分离为束纤维，而每束纤维包含的单纤维根数有很大差异造成的，这一点与其它植物类纤维如麻类相类似。短纤百分率为36.2%．纤维长度不够整齐．单独纺纱会有一定难度。纤维长宽比超过1700且束纤维强度高达到27.50cN/tex，见表4，接近于黄麻强度(26.01cN/tex）以及竹纤维强度（35.7cN/tex）。由此可以看出，经脱胶处理的答帚苗纤维适合作复合材料的增强体。
    
    无论是用作纺织纤维原料还是增强材料，纤维的力学性能是关键因素。由此以纤维强力为主要参考因素，对脱胶工艺进行优化选择。将脱胶处理后的纤维进行束纤强力测试，测得的数据进行正交试验分析，得到极差数据分析表4。
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    A、B、C、D四个因素的极差分别为R1、R2、R3、R4。通过计算，由表4可以看出，R3、R4值较大，R1值小。这反映了当因素C、D的水平变动时，指标波动较大，因素A的水平变动时，指标波动小。由此可以根据极差的大小顺序排出因素的主次：主→次，CDAB。即主要的是反应时间（因素C），其次是反映温度（因素D），NaOH浓度（因素A）以及H2O2浓度（因素B）的影响程度相对其它两项要差一些。考虑到双氧水不但具有漂白作用，同时可以氧化去除木质素，而笤帚苗纤维中木质素含量较高，所以HZOZ含量可以稍高些。综上，考虑纤维无论是用作纺纱或是非织造材料，其强度越大越好，所以选取纤维强度大的3#方案试验条件A1B3C3D3为优，即NaOH浓度lOg/L，H2O2浓度16g/L，时间90min，温度100℃。
5  结 论
    (1)笤帚苗纤维的化学成分中纤维素含量经测得为43.90%，木质素含量偏高，各成分与竹纤维接近；
    (2)采用正交试验法进行化学脱胶，通过纤维强力的极差分析，得到优化的脱胶工艺，即NaOH浓度lOg/L, H2O2浓度16g/L,时间90min,温度100℃；
    (3)优化脱胶工艺处理后的笤帚苗纤维强度与黄麻纤维以及竹纤维接近，力学性能优良；
    (4)笤帚苗纤维色泽较好，来源广泛，值得进一步研究开发。