[科普中国]-天然纤维

天然纤维是自然界原有的或经人工培植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纺织纤维，是纺织工业的重要材料来源。全世界天然纤维的产量很大，并且在不断增加，是纺织工业的重要材料来源。

尽管20世纪中叶以来合成纤维产量迅速增长，但是天然纤维在纺织纤维年总产量中仍约占50%。

简介天然纤维来源于有机原料，根据原来的来源可以将天然纤维分为植物纤维（主要由纤维素组成）和动物原料纤维（主要由蛋白质组成）。

自然界存在的天然纤维主要有，棉花，麻类，蚕丝和动物毛。其中棉花和麻类的分子成份主要是纤维素，而蚕丝和毛类的分子成份主要是蛋白质（呈聚酰胺高分子形式存在）。

天然界除棉花、麻类外，树木、草类也大量生长着纤维素高分子，然而树木、草类生长的纤维素，不是呈长纤维状态存在，不能直接当作纤维来应用。将这些天然纤维素高分子经过化学处理，不改变它的化学结构，仅仅改变天然纤维素的物理结构，从而制造出来可以作为纤维应用的而且性能更好的纤维素纤维，这个技术称为人造纤维技术。人造纤维是化学纤维的一种，合成纤维是化学纤维的另一种。人造纤维仅有“粘胶丝”（称人造棉）一个种类，它的化学成份是纤维素高分子。1

天然纤维和化学纤维相比，具有长度、细度不均一；吸湿性、抗熔性较好；强力、伸长能力小；抗静电性好等特点。

分类天然纤维的种类很多﹐长期大量用于纺织的有棉﹑麻﹑毛﹑丝四种。棉和麻是植物纤维，毛和丝是动物纤维。石棉存在于地壳的岩层中，称矿物纤维，是重要的建筑材料，也可以供纺织应用。棉纤维的产量最多，用途很广，可供缝制衣服、床单、被褥等生活用品，也可用作帆布和传送带的材料，或制成胎絮供保温和作填充材料。麻纤维大部分用于制造包装用织物和绳索，一部分品质优良的麻纤维可供作衣着。羊毛和蚕丝的产量比棉和麻少得多，但却是极优良的纺织原料。用毛纤维制成呢绒，用丝纤维制成绸缎，缝制作衣着，华丽庄重，深受人们喜爱。在纺织纤维中，只有毛纤维具有压制成毡的性能。毛纤维也是纤制地毯的最好的原料2。

植物纤维主要组成物质是纤维素，又称为天然纤维素纤维。是由植物上种籽、果实、茎、叶等处获得的纤维。根据在植物上成长的部位的不同，分为种子纤维、叶纤维和茎纤维。

1.种子纤维：棉、木棉等；

2.叶纤维：剑麻、蕉麻等；

3.茎纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄麻等。

动物纤维主要组成物质是蛋白质，又称为天然蛋白质纤维，分为毛和腺分泌物两类。

1.毛发类：绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛等；

2.腺分泌物：桑蚕丝、柞蚕丝等。

人造纤维用纤维素、蛋白质等天然高分子物质为原料，经化学加工、纺丝、后处理而制得的纺织纤维。用失去纺织加工价值的纤维原料，经人工溶解或熔融再抽丝而制成，其原始的化学结构不变，纤维成分仍分别为纤维素和蛋白质，而形成的物理结构、化学结构变化的衍生物，组成成分为纤维素醋酸酯纤维。

1.再生纤维素纤维：粘胶纤维、富强纤维、铜氨纤维等；（其区别为用烧碱、二氧化硫不同的溶液溶解）

2.纤维素酯纤维：醋酯纤维；

3.再生蛋白质纤维：大豆纤维、花生纤维等。

其它纤维合成纤维

用人工合成的高分子化合物为原料经纺丝加工制得的纤维。

1.普通合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等；

2.特种合成纤维：芳纶、氨纶、碳纤维等。

无机纤维

以矿物质为原料制成的纤维，如：玻璃纤维、金属纤维等。

矿物纤维

主要成分是无机物，又称为天然无机纤维，为无机金属硅酸盐类，如石棉纤维。

化学纤维

用天然的或人工合成的高分子化合物为原料经化学纺丝而制成的纤维。可分为人造纤维、合成纤维、无机纤维。3

常见的天然纤维常见的天然纤维有棉、麻、毛、丝四种。4

棉纤维棉纤维中的组成物质主要是天然纤维素，它决定棉纤维的主要物理、化学性质。成熟正常的棉纤维纤维素含量约为94%。另外，还含有蛋白质、脂肪、蜡质糖类等。棉纤维若含有较多的糖分，在纺纱过程中容易绕罗拉、绕胶辊等，影响工艺过程的顺利进行和产品质量。在纺纱前要进行降糖处理。棉纤维的蜡质有利于纺纱工艺顺利进行，但蜡质影响纤维的吸湿性、染色性，因此在染整加工时须将蜡质去除。

麻纤维麻纤维的主要组成物质是纤维素，但其纤维素的含量比棉纤维少。原麻纤维素含量一般只有60%~80%，视麻类品种而定，苎麻、亚麻含量高些，黄麻槿麻则低些。除纤维素外还有木质素、果胶、脂肪及蜡质、灰分和糖类物质等。

麻纤维的手感大都比较粗硬而不柔软，尤其是黄麻、植麻等，因此麻类织物做成的服装穿着时有刺痒感。大麻是麻类纤维中最细软的一种，单纤维纤细而且末端分叉呈饨角绒毛状，用其制作的纺织品无需经特殊处理就可避免其他麻类产品对皮肤的刺痒感和租硬感。

毛纤维毛纤维的种类很多，有从绵羊身上取得的绵羊毛，山羊身上取得的山羊线、山羊毛骆驼身上取得的骆驼绒、骆驼毛，羊驼身上取得的羊驼毛，兔子身上取得的兔绒、兔毛以及从牛、马、牦牛、鹿身上取得的牛毛、马毛、牦牛毛和鹿绒等。纺织用毛类纤维中，用量最多。毛纤维的主要组成物质为不溶性蛋白质，称为角蛋白。

羊毛的细度与它的各项物理性质都有密切的联系。一般来说，羊毛越细，其细度就越均匀，强度越高，天然卷曲多，鳞片密，光泽柔和脂肪含量高，但长度偏短。细度是决定羊毛品质好坏的重要指标。细度细有利于成纱强力和成纱条干及成纱线密度，能织制精纺毛织物，使织物表面光洁，纹路清晰，手感滑爽。

蚕丝蚕丝的主要组成物质是丝朊，也是一种蛋白质所以与羊毛纤维相似，但耐酸性较羊毛差，是较耐弱酸而不耐碱。

蚕丝具有其他纤维所不能比拟的美丽光泽，优雅悦目。

案例天然彩色棉

天然彩棉是一种自身具有天然色彩的棉花新品种，具有色泽自然、质地柔软、穿着舒适、不用染色加工、能减少污染环境的一种生态环保纤维。彩棉基本色调有棕色和绿色两大类，由于彩棉深浅不一，可显现出多种颜色。彩棉虽然有许多优点，但存在可纺性差，颜色种类少，色泽不稳定、易变色等缺点。彩棉形态结构与白棉相似，纤维较细、生成的纤维素次生胞壁很薄，胞腔很大，色素主要分布在纤维次生胞壁中。彩棉中纤维素含量占85-90%，而白棉中纤维素含量在94%左右。其余物质主要是蜡质，其含量是白棉的6-13倍，灰分含量是白棉的1.4-1.6倍，蛋白质含量是白棉的1.75-2.1倍，含氮物质也较多。彩棉中铜、铁、锌、铝含量高于白棉，其它金属含量低于白棉。彩棉中天然色素不稳定，在染整加工中遇酸和碱、氧化剂易变色，加工中要注意变色问题。

天然纤维

新疆中国彩棉(集团)股份有限公司自育品种和美国BC公司彩棉品质指标基本接近。国内培育的彩棉纤维长度接近于普通白色陆地棉品种，同时培育了长度达32mm、强度为27CN/tex以上的中长绒彩棉新品，并逐渐解决彩棉的质量和产量低的难点。

日前开发的产品有纯彩棉、彩棉/白棉、彩棉/天丝、彩棉/Modal等混纺或交织、色织的针织和机织纺织品。

天然彩色茧丝

蚕(茧)丝是天然纤维中珍贵品种，素称纤维皇后，而天然彩色茧丝更为珍贵。天然彩色茧丝色彩自然、色调柔和、色泽丰富而艳丽，有些颜色采用染色加工难以达到的色泽。桑蚕彩色茧丝主要有黄红茧系和绿茧系两大类，黄红茧系包括淡黄、金黄、肉色、红色、蒿色、锈色等;绿茧系包括竹绿和绿色两种。黄红茧系的颜色来自桑叶中的类胡萝卜素(-胡萝卜素、新生胡萝卜素)和叶黄素色素(叶黄素、蒲公英黄素、紫黄素、次黄嘌呤黄素);绿茧丝的色素主要为黄酮色素。

天然彩色茧丝的特性:1、柞蚕、天蚕、野桑蚕、蓖麻蚕、琥珀蚕等所吐的丝大部分内部有很多空隙，最多达10%，是一种多孔蛋白质纤维，轻盈漂逸、吸湿性优良、透气性好、穿着舒适，2、天然彩色茧丝具有很好的紫外线吸收能力，对UV-B透过率小于0.5%，UV-A和UV-C透过率不足2%。 茧丝外层丝胶有很好的抗菌作用，用野蚕丝无纺布接种黄色葡萄球菌、绿浓杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌等，使接种的细菌数减少99.9%。4、抗氧化功能好:生物在生命活动中，在不良环境中会不断产生多种活性氧自由基 ，这些自由基氧化能力强，能破坏生物机体。彩色茧丝分解这些自由基的能力远远高于白茧丝，其中绿色茧丝能分解90%左右活性自由基，黄色茧丝分解50%左右自由基。将彩色茧丝制成内衣，或者做化妆品有很好护肤养颜作用，免除这些活性基对人体的危害。在天然彩色茧丝的开发应用方面，日本、中国、泰国、柬埔寨、越南、印度等进行了很多研究工作。中国地域广大，大部分地区都适宜开发彩色桑蚕茧和野蚕茧资源。彩色资源开发应用，关键技术是品种选育和制丝技术。彩色蚕茧线色泽较稳定，在染整加工中变色较小，有一定的耐光牢度，是开发高档纺织品的极优材料。

原竹纤维

竹纤维有两种:一种为天然竹纤维(也称原竹纤维)，另一种为竹浆粘胶纤维(属再生纤维素纤维)。天然竹纤维大多以纤维束存在，在物理-机械及化学加工过程中不破坏竹材的纤维素结构，只去除纤维素束内外的杂质(木质素、多戊糖、竹粉和果胶等)，保留天然竹纤维素形态、分子结构和聚集态结构。原竹纤维的优点很多:有较高的强度，吸湿排汗性好，具有很好的抗菌性能和抗紫外线功能，制成服装具有凉爽舒适性。但原竹纤维在纤维提取过程中保留着纤维束状态，长度差异大，短者约2cm左右，最长的与竹节相近(约30cm左右)，纤维纤度较粗，离散度大，手感稍有粗硬。产量较低，还未实现工业化生产，价格偏高。由于原竹纤维性状和结构与苎麻相近，容易鱼目混珠。5

鉴别鉴别方法：4

①鉴别的方法有手感、目测法、燃烧法、显微镜法、溶解法、药品着色法以及红外光谱法等。在实际鉴别时，常常需要用多种方法，综合分析和研究以后得出结果。

②一般的鉴别步骤如下：

A. 首先用燃烧法鉴别出天然纤维和化学纤维。

B. 如果是天然纤维，则用显微镜观察法鉴别各类植物纤维和动物纤维。如果是化学纤维，则结合纤维的熔点、比重、折射率、溶解性能等方面的差异逐一区别出来。

C. 在鉴别混合纤维和混纺纱时，一般可用显微镜观察确认其中含有几种纤维，然后再用适当方法逐一鉴别。

D. 对于经过染色或整理的纤维，一般先要进行染色剥离或其它适当的预处理，才可能保证鉴别结果可靠。

鉴别方法：

1、手感目测法：此法适用于呈散纤维状态的纺织原料。

(1)、棉纤维比苎麻纤维和其它麻类的工艺纤维、毛纤维均短而细，常附有各种杂质和疵点。

(2)、麻纤维手感较粗硬。

(3)、羊毛纤维卷曲而富有弹性。

(4)、蚕丝是长丝，长而纤细，具有特殊光泽。

(5)、化学纤维中只有粘胶纤维的干、湿状态强力差异大。

(6)、氨纶丝具有非常大的弹性，在室温下它的长度能拉伸至五倍以上。

2、显微镜观察法：是根据纤维的纵面、截面形态特征来识别纤维。

(1)、棉纤维：横截面形态：腰圆形，有中腰；纵面形态：扁平带状，有天然转曲。

(2)、麻（苎麻、亚麻、黄麻）纤维：横截面形态：腰圆形或多角形，有中腔；纵面形态：有横节，竖纹。

(3)、羊毛纤维：横截面形态：圆形或近似圆形，有些有毛髓；纵面形态：表面有鳞片。

(4)、兔毛纤维：横截面形态：哑铃型，有毛髓；纵面形态：表面有鳞片。

(5)、桑蚕丝纤维：横截面形态：不规则三角形；纵面形态：光滑平直，纵向有条纹。

(6)、普通粘纤：横截面形态：锯齿形，皮芯结构；纵面形态：纵向有沟槽。

(7)、富强纤维：横截面形态：较少齿形，或圆形，椭圆形；纵面形态：表面平滑。

(8)、醋酯纤维：横截面形态：三叶形或不规则锯齿形；纵面形态：表面有纵向条纹。

(9)、腈纶纤维：横截面形态：圆形，哑铃形或叶状；纵面形态：表面平滑或有条纹。

(10)、氯纶纤维：横截面形态：接近圆形；纵面形态：表面平滑。

(11)、氨纶纤维：横截面形态：不规则形状，有圆形，土豆形；纵面形态：表面暗深，呈不清晰骨形条纹。

(12)、涤纶、锦纶、丙纶纤维：横截面形态：圆形或异形；纵面形态：平滑。

(13)、维纶纤维：横截面形态：腰圆形，皮芯结构；纵面形态：1~2根沟槽。

3、密度梯度法：是根据各种纤维具有不同密度的特点来鉴别纤维。

(1)、配定密度梯度液，一般选用二甲苯四氯化碳体系。

(2)、标定密度梯度管，常用的是精密小球法。

(3)、测定和计算，将待测纤维进行脱油、烘干、脱泡预处理，做成小球投入平衡后，根据纤维悬浮位置，测得纤维密度。

4、荧光法：利用紫外线荧光灯照射纤维，根据各种纤维发光的性质不同，纤维的荧光颜色也不同的特点来鉴别纤维。各种纤维的荧光颜色具体显示：

(1)、棉、羊毛纤维：淡黄色

(2)、丝光棉纤维：淡红色

(3)、黄麻（生）纤维：紫褐色

(4)、黄麻、丝、锦纶纤维：淡蓝色

(5)、粘胶纤维：白色紫阴影

(6)、有光粘胶纤维：淡黄色紫阴影

(7)、涤纶纤维：白光青天光很亮

(8)、维纶有光纤维：淡黄色紫阴影。

5、燃烧法：根据纤维的化学组成不同，燃烧特征也不同，从而粗略地区分出纤维的大类。几种常见纤维的燃烧特征判别对照如下：

(1)、棉、麻、粘纤、铜氨纤维：靠近火焰：不缩不熔；接触火焰：迅速燃烧；离开火焰：继续燃烧；气味：烧纸的气味；残留物特征：少量灰黑或灰白色灰烬。

(2)、蚕丝、毛纤维：靠近火焰：卷曲且熔；接触火焰：卷曲，熔化，燃烧；离开火焰：缓慢燃烧有时自行熄灭；气味：烧毛发的气味；残留物特征：松而脆黑色颗粒或焦炭状。

(3)、涤纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，冒烟，缓慢燃烧；离开火焰：继续燃烧，有时自行熄灭；气味：特殊芳香甜味；残留物特征：硬的黑色圆珠。

(4)、锦纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，冒烟；离开火焰：自灭；气味：氨基味；残留物特征：坚硬淡棕透明圆珠。

(5)、腈纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，冒烟；离开火焰：继续燃烧，冒黑烟；气味：辛辣味；残留物特征：黑色不规则小珠，易碎。

(6)、丙纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，燃烧；离开火焰：继续燃烧；气味：石蜡味；残留物特征：灰白色硬透明圆珠。

(7)、氨纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，燃烧；离开火焰：自灭；气味：特异味；残留物特征：白色胶状。

(8)、氯纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，燃烧，冒黑烟；离开火焰：自行熄灭；气味：刺鼻气味；残留物特征：深棕色硬块。

(9)、维纶纤维：靠近火焰：熔缩；接触火焰：熔融，燃烧；离开火焰：继续燃烧，冒黑烟；气味：特有香味；残留物特征：不规则焦茶色硬块。

应用天然纤维主要用作衣物及各种纺织品。粘胶丝主要用于代替部分棉花，做各种织物及服装等。粘胶丝纤维还可用做碳纤维的原料，来烧制高强度高模量碳纤维，还可以在成纤过程中将纤维素溶液纺制成“中空”的管状纤维，用做污水处理，饮用水净化技术（制作饮用“矿泉水”）中的膜分离材料。

天然纤维及人造纤维产业主要在纺织领域，研发各种适于市场需求的物美价廉纺织产品及服装制品等，是纺织行业的主要目标之一。而天然纤维作为高分子来讲，研究它的化学改性及高分子资源的综合利用，是天然纤维资源另一方面的研究课题。

历史以造纸浆粕的纤维素高分子为原料的 “人造纤维”最早出现于19世纪未叶，1890年出现了将纤维素分子硝化改性后溶于乙醇或乙醚做成溶液，而后经喷丝板挤出成丝，在凝固浴中凝固成型的湿法纺丝“人造纤维”技术。1905年进一步改进成将纤维素分子直接溶于碱性二硫化碳溶液，然后再湿法纺丝的技术，这种纤维称为粘胶丝。之后又出现铜氨溶液技术。以二硫化碳为溶剂的纺丝技术和铜氨溶液技术一直应用到上世纪60～70年代，后因所用溶剂的环境污染问题，而渐渐被淘汰。上世纪80年代初，欧洲出现了可溶解纤维素高分子的“N-甲基吗啉氮氧化合物”的新溶剂，这种溶剂无毒而且可以回收，因此出现了对环境无污染的“绿色粘胶丝”新工艺（Lyocell）的研发，并于90年代初工业化。我国的绿色粘胶丝技术（Lyocell），从2000年起开始逐步产业化。6

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学