植物染也称草木染，是中国传统的染色方法，距今已有3000多年的历史，其色素源于自然种植的植物，植物染纺织产品的制作首先对纤维进行染色，并在纺纱环节进行配色，用色纺工艺组合不同的纤维，进一步丰富了植物染色的色彩，很好地解决了面料的手感问题，也保证了颜色的重现性，为实现植物染产品的规范化、标准化打下了良好基础，也为植物染色工业化找到了一条很好的路径。
在植物染纤维色纺生产过程中，经常会出现一些技术问题，如：
（1）梳棉静电严重，分梳、成条困难，易出现缠绕刺辊、锡林的现象。
（2）并条易缠绕罗拉、皮辊，纤维发粘，易堵塞喇叭口，生产速度较低。
（3）粗纱易缠绕皮辊。
（4）细纱易出现皮辊带花、缠绕网格圈等现象。
（5）纺纱过程中粉尘严重，在针布、皮辊、罗拉上易附着有色颗粒。
（6）含色量受限，有些色号不能正常生产。
对纤维进行可纺性分析，发现植物染色纤维的表面性能是影响其可纺性的主要原因，包括表面杂质、摩擦系数及静电性能等，因此采用SEM、EDS、摩擦测试及静电测试等来对植物染色纤维的表面性能进行分析，以改善植物染纤维的可纺性。
一、纤维种类
茜草植物染色纤维（红色，代号R）
姜黄植物染色纤维（黄色，代号Y）
靛蓝植物染色纤维（蓝色，代号B）
本色纤维（本色，代号M）
二、 实验仪器
本实验所用仪器见表1。
三、实验方案
根据植物染纤维在生产过程中表现出来的粘、缠现象和出现粉末性物质等情况，对植物染纤维进行表面性能分析，并对其影响可纺性的因素进行探讨。
（1）对植物染纤维进行SEM表征测试，即对植物染纤维表面扫描电镜测试。
（2）对植物染纤维的静电性能进行测试，了解纤维植物染处理后导电性能及摩擦系数的变化情况。
（3）对植物染纤维进行表面能谱测试，分析其表面成分，对改善可纺性提供参考。
四、试验内容及结果
4.1植物染纤维SEM表征
按照随机取样的方法取三种颜色植物染色纤维，采用扫描电镜（SEM）对三种植物染色纤维进行形貌观察，将纤维贴在样品台上进行喷金处理约140s，采用S-3000N扫描电镜对样品进行观察，扫描电压为15kV或20kV，放大倍数为1000倍，环境温度为23℃，相对湿度为60%，测试结果见表2，四种颜色植物染纤维表面扫描电镜图片见图1-4。
从图1-3中可以看出，三种植物染色纤维的表面都不同程度地附着的颗粒物，三种颜色纤维经过植物染色后纤维表面的颗粒物使得纤维表面非常粗糙，其中蓝色纤维表面附着物呈结块状，颗粒物大小在3-10μm左右；红色、黄色纤维表面附着物分布比较均匀，其中红色纤维颗粒物为圆形颗粒状，黄色纤维颗粒物为片状，两种颗粒物大小在0.5-4μm左右；纤维表面颗粒物附着是工业化纺纱过程中出现的粉尘及有色颗粒物附着在针布、皮辊、罗拉等现象的主要原因，这也是影响三种植物染纤维可纺性的重要原因。
4.2 植物染纤维静电性能测试
4.2.1植物染纤维综合摩擦系数试验
将三种植物染色纤维按照随机取样的方式，分别取30组试样，用XCF-1A纤维摩擦系数测试仪测试纤维的摩擦性能；张力夹负荷为200×10-3cN, 摩擦辊转速30rpm（测定动摩擦系数）, 摩擦辊下降速度10mm/min（测定静摩擦系数），下降时间6s，总时间范围15s，金属棍直径为8mm，测试温度为25℃，湿度为65%。最后用综合摩擦系数表征纤维的摩擦性能，综合摩擦系数=动摩擦系数×40% +静摩擦系数×60%。
按照以上方法对白色纤维及三种颜色纤维的综合摩擦系数测试，结果见图5，茜草植物染色纤维的综合摩擦系数为0.254，姜黄植物染色纤维综合摩擦系数为0.255，靛蓝植物染色纤维综合摩擦系数为0.273，三种植物染色纤维综合摩擦系数均远大于白色纤维（0.196），由三种植物染纤维的SEM来看，植物染纤维的表面附着物颗粒越大，纤维的综合摩擦系数也越大。纤维的综合摩擦系数大，摩擦产生的附加张力增大，断头率增加，严重影响成纱过程中成卷、梳理、牵伸、卷绕等工艺，这也是造成植物染纤维可纺性差的重要原因。
4.2.2植物染纤维质量比电阻试验
按照随机取样的方式，三种植物染色纤维分别取15g试样，置于标准大气条件下（温度20℃±2℃，湿度65%±2%）平衡4小时以上，采用YG321型纤维电阻仪测试纤维的静电性能，采用质量比电阻ρm[ρm=Rm/L2，式中R为纤维的平均电阻值（Ω）；m为纤维质量（15g）；L为两极板之间的距离（2mm）]来表征纤维的静电性能，测试结果见图6，茜草植物染色纤维质量比电阻为6.01×109（Ω·g/cm2），姜黄植物染色纤维质量比电阻为7.87×109（Ω·g/cm2），靛蓝植物染色纤维质量比电阻为5.32×109（Ω·g/cm2），其质量比电阻都远大于白色末代纤维4.91×108（Ω·g/cm2）的质量比电阻。纤维的质量比电阻越高，纤维摩擦越易产生静电，且静电越不易散逸，导致纤维相互排斥，须条蓬松，不易成卷、成网、成条，纤维易吸附在通道或机件上，形成缠绕、堵塞断头，纤维的静电性能也是影响可纺性的重要因素。
4.3 植物染纤维表面固体物EDS能谱元素测试
按照随机取样的方式，分别取一定量的三种植物染色纤维，放入蒸馏水中，机械搅拌10min，取清洗液离心后真空干燥、备用。
将上述提取的干燥固体物平铺在样品台上，采用能谱仪（EDS）对三种纤维清洗液析出的固体物进行测试，测试加速电压为20kV，始时间：10%，探测器ADD。
测试结果见表3，茜草、姜黄染料的主要组成元素为：C、H、O，靛蓝染料的主要组成元素为：C、H、O、N，固体颗粒物中大多为植物染料颗粒，其它元素可能来自于植物提取过程中残留或染色过程中引入的媒染剂。
通过查阅资料和对相关元素的测试分析可知：
植物染纤维表面固体物成分均为媒染剂中的粘土成分，其成分为硅铝酸盐、少量的镁、铁、钠、钙组成，这些成分的附着，均会对纤维的表面结构产生影响，进而影响纤维的可纺性，尤其是在牵伸、卷绕等部位，纤维与罗拉、皮辊等元件接触时，都会产生吸、缠现象。
五、结 语
通过对纤维表面性能的测试分析可知，三种植物染色纤维存在表面附着颗粒含量多、纤维质量比电阻高、纤维综合摩擦系数大等问题，这对三种颜色纤维可纺性造成了一定程度的影响。所以，要改善三种植物染色纤维的可纺性，要首先对去除纤维表面附着颗粒性物质，再对纤维进行养生处理，从而改善纤维的静电及摩擦性能。
作者：张建明 德州恒丰纺织有限公司
编辑：中国纱线网新媒体团队
