纖維測定儀研究大麻纖維的吸濕和放濕特性

大麻纖維的種植、加工及應用具有十分悠久的歷史，人類積累了大量與大麻纖維相關的歷史經驗、文獻和資 料。但是，因為近百年中大麻受到禁種管理，使大麻纖維結構和性能缺乏系統的研究與分析。同時，由于濕度對纖維的品質及紡紗加工具有較為顯著的影響，而國內 外在此方面的文獻報道不夠全面。因此本文對大麻纖維的結構、形態與吸濕性能及其成紗品質的研究具有一定的新穎性，并可為從事大麻研究領域的科技工作者提供 理論參考。

大麻纖維中含有的膠質會以物理或化學的方法使得纖維素之間的粘結加固，可使原本較短的大麻纖維以束纖維 形態存在于大麻韌皮纖維之中，增加大麻工藝纖維的長度。大麻纖維的結晶度較高，無定形區相對較小，其結晶完整性較好，大分子鏈段排列規整，這正是大麻纖維 強度高、斷裂伸長小、模量大并造成其剛硬的根本原因。大麻纖維縱向凹凸不平、有麻節、粗細不勻，：橫截面形狀差異較大，內有空腔及大量嵌套孔洞，其表面覆 有大量膠質，多以束纖維形式集中。大麻纖維中含有大量的極性親水基團，纖維的吸濕性非常好。由于巨原纖縱向分裂而呈現許多裂縫和孔洞，并且通過毛細管道與 中腔連通，各種孔洞之間相互嵌套，此結構不僅使大麻纖維具有良好的吸濕性，還具有良好的散濕性。在相同的環境條件下，大麻纖維的回潮率略高于棉纖維，吸 濕、放濕速率明顯高于棉。從吸濕曲線來看，大麻纖維的吸濕和放濕平衡回潮率曲線基本屬于反s形，說明大麻纖維的吸濕可以利用皮爾斯、海爾伍德大麻纖維作為 一種綠色的天然紡織原料，其研究與應用越來越受到廣泛的關注，因其本身具有多種優異性能，對其展開的研究符合環境保護的要求及國家紡織產業開發的原則。纖 維結構與性能之間的關系是纖維高分子物理學的基本內容，纖維的結構是決定其性能的內在因素，性能是纖維結構的宏觀表現，而纖維的性能直接影響成紗工藝與質 量。

大麻纖維本身的結構決定了其具有吸、放濕快的特性，而目前對于大麻纖維的形態、結構的研究探討不足；大麻纖維的吸濕性及吸濕后性能的變化尚未作出系統的分析：回潮率對大麻純紡紗、大麻棉混紡紗成紗質量的影響尚不明確。基于上述問題，本文開展了一系列的研究工作，利用纖維測定儀對大麻的纖維含量進行確定，即進行定量研究，以期對大麻纖維的開發及應用提供理論參考。主要完成的工作有：

(1)介紹了大麻纖維的發展史、分類及優異特性，從大麻纖維的歷史、傳播、萎縮、新生幾個方面進行了闡 述。針對近幾年大麻研究熱度的不斷升溫，介紹了國內外大麻纖維的研究現狀，查閱并整理了與本文相關度較大的大麻纖維的結構、形態、吸濕性、紡紗加工性能及 物料平衡模型方程方面的文獻。

(2)測試了大麻纖維的化學成分及化學組成，并從加工程度、纖維部位、種植條件等方面對影響大麻纖維化 學組成較為關鍵的幾個因素進行了分析，采用紅外光譜、X射線衍射及X光小角散射等方法測試了大麻纖維的結晶結構，在分析測試大麻纖維分子結構及結晶結構的 基礎上，推測出纖維素、木質素、酚類物質及微量金屬元素可能發生的部分結合，并繪制了大麻纖維的結構模型示意圖。采用光學顯微鏡、掃描電鏡及透射電鏡對大 麻纖維的形態特征進行了測試分析。

(3)從親水性基團、纖維結晶度、纖維比表面積及內部孔隙、纖維中伴生物及雜質和環境對吸濕性的影響幾 個方面對纖維的吸濕機理和理論進行了闡述。分析了大麻纖維的吸濕滯后性，不同回潮率下纖維的吸濕、放濕曲線，纖維的吸濕等溫線，纖維芯吸性能及濕度對大麻 纖維梳理長度及細度的影響。

(4)針對大麻纖維吸濕快、放濕快的特性，結合目前國內外對物料平衡含水率的分析，優選出5種常用模 型，利用非線性回歸方法進行統計分析并評價三因素等溫線模型對不同細度大麻纖維吸濕、放濕等溫線數據的擬合效果，選出適等提出的吸濕理論來解釋。但從放濕 過程來看，其滯后性較小，說明大麻纖維的放濕速度較快，證明了大麻纖維具有吸濕快、放濕快的特性。大麻纖維的芯吸性能測試說明大麻纖維具有較強的芯吸性 能；通過對紅色液體的吸附效果來看，水分子在大麻織物中的擴散速度明顯較棉織物快大麻纖維在梳理時的上機回潮不宜過大，也不宜過小，通過對比得出回潮率范 圍在12內進行大麻纖維的梳理效果較好，梳理后的大麻纖維長度均一度好，細度均一，手感蓬松柔軟。

(5)1500nm、2500nm大麻纖維的吸濕、放濕等溫線分別與修正后的Halsey模型、 Chung-Pfost模型擬合效果較好；3000nm大麻纖維的吸濕等溫線與修正后的Chung-Pfost模型擬合效果較好；其放濕等溫線與修正后的 Halsey模型擬合效果較好。對于各細度大麻纖維，以上各模型計算出的理論等溫線與試驗值吻合程度較好。

(6)大麻纖維吸濕后，不同分裂度大麻纖維的斷裂強度、斷裂伸長率、動一摩擦因數及導電性能均有不同幅度的提高，而抗彎剛度有不同幅度的降低，表明了水分對大麻纖維的柔韌性能具有一定的改善作用。

(7)采用局部加濕的方法對大麻纖維進行表面噴霧，麻條回潮的提高在一定程度上改善了成紗質量。借助灰色近優綜合判定的數學方法對大麻純紡紗線和大麻/棉混紡線的品質進行評定。