本发明涉及一种分散单根纤维的方法，尤其涉及一种将纤维团或纤维束分离以得到完整单根纤维的方法。
背景技术：
为深入研究植物纤维或动物纤维，一般需要将纤维分散以获得形态完整的单根纤维。目前，分散纤维的主流方法主要有高频疏解机疏解法和瓦力打浆机打浆法。
高频疏解机疏解法是将首先浆板或者纤维团加入到水中至植物纤维完全润湿，获得浓度不超过5％的悬浮液；然后将该悬浮液转入高频疏解机中进行疏解分散，并可根据所需分散程度设置高频疏解机的转速，从而在基本不损伤植物的纤维的前提下完成植物纤维的分散。但是，高频疏解机本身是造纸行业纸浆系统中的工业化疏解设备，尤其适合短纤维及二次纤维的疏解，并不适合植物纤维的分散，因此最终得到的纤维悬浮液匀度较差，单根植物纤维的分散效果自然也较差。并且，采用高频疏解机疏解法，完成单次植物纤维疏解分散所需原料量较大，所得悬浮液较多，不适合单根纤维的研究。
瓦力打浆法是目前用于植物纤维分离的另一种常用方法，其是将浆板或者纤维团置于水中至纤维完全润湿，获得浓度不超过10％的悬浮液；然后将该悬浮液转入瓦力打浆机以进行打浆处理，并可根据所需植物纤维的分散程度控制打浆时间，直到纤维分散至所需状态。采用瓦力打浆法进行纤维的分离，同样具有分散效果差的缺点，而且由于瓦力打浆机的切断作用较强，所以最终植物纤维的形态不完整，植物纤维破坏严重，不利于实验室中植物纤维的观察和研究。
因此，期待开发一种分散纤维的新方法，能够在获得单根纤维的同时保证单根纤维形态的完整性。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种分散单根纤维的方法，不仅能够获得单根纤维，而且能够保证单根纤维形态的完整性。
为实现上述目的，本发明所提供的分散单根纤维的方法，包括：将待分散的纤维团或纤维束、水和玻璃珠置于容器中，随后晃动该容器，直至待分散的纤维团或纤维束与水形成基本透明的混合物。
根据本发明的技术方案，将玻璃珠、水以及待分散的纤维团或待分散的纤维束在容器中混合并进行晃动，在晃动过程中，玻璃珠开始运动并互相发生碰撞，利用玻璃珠之间的碰撞，使纤维团或纤维束中的纤维逐渐分离并分散到水中，最终实现单根纤维的完全分散，形成透明或基本透明的混合物。同时，采用该方法进行纤维团或纤维束进行分离，在显微镜下观察，所得单根纤维略有分丝帚化，但纤维形态几乎没有发生变化，因此该方法基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根纤维。
可以理解，上述容器最好能够封口或具有较小的开口，避免在晃动过程中物料的洒出；并且，上述容器还应具有一定的强度，能够承担玻璃珠碰撞过程中所产生的冲击力。在本发明具体实施过程中，所用的容器为广口瓶。
可以理解，当所需物料较多时，可选择较大的容器，比如选择较大规格(大小)的广口瓶。
并且，由于广口瓶为透明，还可以在操作过程中观察纤维团或纤维束的分离情况。在本发明具体实施过程中，一般首先会观察到纤维团或纤维束在水中分散成絮状，最后会逐渐变为基本透明的混合物。
本发明中所谓的基本透明，指的是在肉眼观察下，比如观察广口瓶内的混合物呈澄清或基本澄清，未见絮状物质。
关于如何将纤维团或纤维束进行分离以获得单根纤维，并同时保证单根纤维形态的完整性，发明人做了大量的尝试，研究发现，当所用玻璃珠的尺寸为0.5cm～0.8cm(即5mm～8mm)时，玻璃珠之间的碰撞对纤维所造成伤害几乎可忽略不计。
具体的，上述玻璃珠的形状可以是正球形，也可以是椭球型，最好不具有尖锐的棱角，以避免对纤维造成伤害。在本发明具体实施过程中，所用玻璃珠为正球形玻璃珠，其直径为0.5cm～0.8cm，比如0.6cm。
发明人在实验过程中也曾尝试采用其它材质的微珠，比如当使用塑料等材质较软的微珠时，其在碰撞过程中所产生的作用力不足以实现对纤维团或纤维束的有效分离；而采用陶瓷等材质太硬的微珠，其在碰撞过程中所产生的作用力难免会对分离后的单根纤维造成伤害。
可以理解，玻璃珠用量过多或过少，都会影响单根纤维的分散效率和分散效果。一般情况下，玻璃珠所占的体积为容器容积的1/4～2/3。在晃动容器过程中，水不仅是为纤维的分散以及玻璃珠的运动提供足够的空间，而且也起到了类似“润滑剂”的作用。在本发明具体实施过程中，水的加入量应至少没过玻璃珠，一般控制水面高出玻璃珠高度2cm～3cm。
本发明中，玻璃珠所占的体积，是将玻璃珠置于容器中时，比如置于广口瓶内时所占的体积，包括所有玻璃珠体积之和以及相邻玻璃珠之间的缝隙。水与纤维束或纤维束则填充在玻璃珠之间的缝隙中。
本发明中，上述方法中所使用的水，可以根据实际对所获得的单根纤维的应用目的合理选择，比如若单根纤维是用于实验分析研究，则一般选择蒸馏水、去离子水或纯净水；当然，若对单根纤维的应用要求不高，也可以使用自来水。
根据本发明的方法，尤其适用于待分散的纤维团或纤维束中的纤维长度为0.5mm～30mm的情况，具有很好的分散效果。对于不同长度的纤维，可以根据纤维的长度合理调整物料浓度，以实现更好的分离效果，一般情况下，待分散的纤维团或待分散的纤维束与水之间的质量比可控制在1：(200～800)。
不难理解，纤维越长，为达到更好的分离效果，所需的水就越多，或者说物料浓度越低。比如当纤维的长度为0.9mm～30mm时，一般可控制待分散的纤维团或纤维束与水之间的质量比为1：(300～800)，比如1：350，再比如1：700。
而若纤维的长度较短，比如0.5mm～0.9mm，一般可控制待分散的纤维团或纤维束与水之间的质量比为1：(200～800)。为节约用水，可进一步将待分散的纤维团或纤维束与水之间的质量比控制在1：(200～300)。
本发明中所谓纤维的长度，指的是将纤维团或纤维束中的纤维完全分离所得单根纤维的长度。可以理解，由于纤维团(或纤维束)中的纤维长度不可能完全一致，因此可以根据实际情况合理调整纤维团(或纤维束)与水之间的配比。
上述晃动容器，具体可以是控制容器做钟摆运动。在本发明的一种实现方式中，是将待分散的纤维团或纤维束、水和玻璃珠置于容器中，随后控制容器作钟摆运动，直至待分散的纤维团或纤维束与水形成基本透明甚至透明的混合物。
上述采用钟摆运动的分离方式，尤其适合物料浓度较低的情况，比如分散的纤维团(或纤维束)与水之间的质量比为1：(600～800)，进一步如1：700，经过大约1分钟～3分钟，即可完成。当然，此种分离方式，也比较适合所需单根纤维的量较少的情况，比如仅需要几克的纤维。
本发明中所谓的“钟摆运动”，是指以容器的顶部为中心，围绕着该中心在一定范围内作摆动，则容器的长度(或者高度)即为摆长。上述钟摆运动的实现，可以采用手动进行，比如手动快速摇晃广口瓶，也可以借助相关的仪器设备进行，本发明在此不做特别限定。
其中，上述钟摆运动的振荡幅度不超过90度，即整个容器在不超过90度的范围内来回摆动、且振荡频率不少于3次/秒(比如振荡幅度为80度，则每摆动80度的振荡作为1次)。在上述条件下进行钟摆运动，不仅能够实现单根纤维的有效分散，而且通过调整振荡频率，还能够控制纤维的分散程度，避免影响纤维的完整性。
具体的，上述晃动容器，包括：
首先控制容器做钟摆运动，直至待分散的纤维团或纤维束在水中分散成絮状，
然后将容器置于漩涡混合器中，直至得到基本透明的混合物。
在本发明的一种实现方式中，是将待分散的纤维团或纤维束、水和玻璃珠置于容器中，然后控制容器做钟摆运动，直至待分散的纤维团或纤维束在水中分散成絮状，然后将容器置于漩涡混合器中，直至得到基本透明的混合物。
按照此种分离方式，首先实现纤维团或纤维束的初步分离，然后经过漩涡混合器的进一步分离，从而实现纤维团或纤维束的彻底分离，获得形态完整的单根纤维。可以理解，此种分离方式，尤其适合物料浓度较高的情况，比如纤维团(或纤维束)与水之间的质量比为1：(300～600)，比如1：350。当然，此种分离方式，也同样适合单根纤维的需求量较大的情况。
具体的，一般控制上述钟摆运动的振荡幅度不超过90度，即整个容器在90度范围内来回摆动、且振荡频率不少于3次/秒。
漩涡混合器是一种将振荡和涡旋巧妙结合的实验室仪器。利用偏心旋转使试管等容器中的液体产生涡流，加速玻璃珠间无序碰撞，实现纤维分离。具体的，一般控制漩涡混合器的转速为1500转/分钟～2800转/分钟；一般漩涡混合器的工作频率为50hz。在整个操作过程中，可以维持漩涡混合器的转速恒定，也可以适当改变漩涡混合器的转速，比如先在低转速下进行，再调节到高转速，在本发明一具体实施方式中，漩涡混合器首先在1500转/分钟的转速下工作10秒，然后在2300转/分钟的转速下工作10秒钟，最后在2800转/分钟的转速下工作30秒钟。
经发明人大致统计，使用漩涡混合器对纤维团或纤维束进行分离，所需能耗是高频疏解机的三分之一，是瓦力打浆机的八分之一到十分之一，因此不仅能够获得形态完整的单根纤维，而且还解决了目前高频疏解机疏解法和瓦力打浆法等所需能耗较高的问题。
本发明中所述的纤维团或纤维束，可以是动物纤维团或动物纤维束，也可以是植物纤维团或植物纤维束，尤其是指植物纤维脱除木质素和半纤维素后，呈团状或束状的产物。
所谓呈束状，是指单根纤维以平行或基本平行的状态集合成束所得的纤维束。
本发明对于上述纤维不做特别限定，可以是木材纤维(针叶木、阔叶木)，也可以是非木材纤维(禾本科、韧皮、叶部纤维、种毛)，半木材(棉杆)，还可以是合成人造纤维。
在本发明具体实施过程中，待分散的纤维团(或纤维束)为棉纤维、木材纤维或竹纤维的纤维团(或纤维束)。
本发明提供的分散单根纤维的方法，利用玻璃珠之间的碰撞实现单根纤维的分离，并具有分离效果明显、所得单根纤维形态完整的优点，从而能够有利于纤维的实验室研究或制备纤维标本等应用。
并且，根据该方法，还能够根据所需单根纤维的质量、纤维的长度等因素灵活调整操作条件，因而该方法还具有操作简单、工艺灵活的优势，同时还降低了分散单根纤维过程中所需的能耗。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的木材纤维团分散完成后的照片；
图2为本发明实施例1所得到的单根木材纤维的显微镜照片；
图3为本发明实施例2提供的木材纤维团分散完成后的照片；
图4为本发明实施例3提供的棉纤维团分散完成后的照片；
图5为本发明实施例4提供的棉纤维团分散完成后的照片；
图6为本发明实施例5提供的竹纤维分散完成后的照片；
图7为本发明实施例6提供的竹纤维分散完成后的照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中所用的漩涡混合器，生产厂家为常州朗越仪器制造有限公司、设备型号为xh-c、工作频率为50hz。
实施例1
本实施例提供一种分散单根纤维的方法，包括如下步骤：
1、将木材纤维团、纯净水和玻璃珠倒入广口瓶中，其中，木材纤维团中的木材纤维的长度约为1mm，直径为15μm～20μm左右；所用的玻璃珠是直径为0.6cm的圆形玻璃珠；玻璃珠所占的体积为广口瓶容积的三分之一左右；木材纤维团与纯净水之间的质量比为1：350，且纯净水的液面高出玻璃珠高度2.5cm左右。
用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，且平均摆动频率控制在3次/秒，经过大约1.5分钟后，即可观察到广口瓶内的木材纤维团在纯净水中分散成絮状。
2、将步骤1的广口瓶置于漩涡混合器中，先在2000转/分钟的转速下工作20秒钟，可观察到广口瓶内的絮状物有所分散，继续在2800转/分钟的转速下工作40秒钟，取出广口瓶，其照片如图1所示。肉眼也可观察到，广口瓶内的液体基本澄清透明。
图2是本实施例所分离得到的单根木材纤维的显微镜照片，由图2可明显观察到，本实施例所获得的单根木材纤维，略有分丝帚化，但木材纤维的形态几乎没有发生变化，因此，采用本实施例的方法，基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根木材纤维。
实施例2
本实施例提供一种分散单根纤维的方法，包括如下步骤：
将木材纤维团、纯净水和玻璃珠倒入广口瓶中，其中，木材纤维团中的木材纤维的长度平均为1mm左右，直径为15μm～20μm左右；所用的玻璃珠是直径为0.6cm的圆形玻璃珠；玻璃珠所占的体积为广口瓶容积的三分之一左右；木材纤维团与纯净水之间的质量比为1：700，且纯净水的液面高出玻璃珠高度2.5cm左右。
用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，且平均摆动频率控制在3次/秒，经过大约20秒后，观察到广口瓶内的纤维团分散成多个小块絮状物，继续保持前面的频率晃动广口瓶，继续晃动40秒，即可观察到广口瓶内的液体基本澄清透明，其照片如图3所示。
在显微镜下观察所得的单根木材纤维，略有分丝帚化，但木材纤维的形态几乎没有发生变化，因此，采用本实施例的方法，基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根木材纤维。
实施例3
本实施例提供一种分散单根纤维的方法，包括如下步骤：
1、将棉纤维团、纯净水和玻璃珠倒入广口瓶中，其中，棉纤维团中的棉纤维的长度在25mm～30mm，直径为30μm左右；玻璃珠是直径为0.6cm的正圆形玻璃珠；玻璃珠所占的体积为广口瓶容积的四分之一左右；棉纤维团与纯净水之间的质量比为1：350，且控制纯净水的液面高出玻璃珠高度2.5cm左右。
用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，且平均摆动频率控制在3次/秒，经过大约1.5分钟后，即可观察到广口瓶内的棉纤维团在纯净水中分散成絮状。
2、将步骤1的广口瓶置于漩涡混合器中，先在1500转/分钟的转速下工作10秒钟，然后在2300转/分钟的转速下工作10秒钟，最后在2800转/分钟的转速下工作30秒钟，取出广口瓶，其照片如图4所示，肉眼也可观察到，广口瓶内的液体基本澄清透明。
在显微镜下观察所得的单根棉纤维，略有分丝帚化，但棉纤维的形态几乎没有发生变化，因此，采用本实施例的方法，基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根棉纤维。
实施例4
本实施例提供一种分散单根纤维的方法，包括如下步骤：
将棉纤维团、蒸馏水和玻璃珠倒入广口瓶中，其中，棉纤维团中的棉纤维的长度在25mm～30mm，直径为30μm左右；所用的玻璃珠是直径为0.6cm的圆形玻璃珠；玻璃珠所占的体积为广口瓶容积的三分之一左右；棉纤维团与蒸馏水之间的质量比为1：700，且蒸馏水的液面高出玻璃珠高度2.5cm左右。
用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，平均摆动频率控制在3次/秒，经过大约10秒后，观察到广口瓶内混合物有所分散，大块纤维团分散成小块，有絮状物出现，再继续保持之前频率晃动广口瓶，到一分钟时，肉眼可观察到，广口瓶内纤维团完全分散成较为均匀的悬浮液，广口瓶内的液体基本澄清透明，其照片如图5所示。
在显微镜下观察所得的单根棉纤维，略有分丝帚化，但棉纤维的形态几乎没有发生变化，因此，采用本实施例的方法，基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根棉纤维。
实施例5
本实施例提供一种分散单根纤维的方法，包括如下步骤：
1、将竹纤维团、蒸馏水和玻璃珠倒入广口瓶中，其中，竹纤维团中的竹纤维的平均长度约为4mm，直径为25μm左右；所用的玻璃珠是直径为0.6cm的圆形玻璃珠；玻璃珠所占的体积为广口瓶容积的三分之一左右；竹纤维团与蒸馏水之间的质量比约为1：350，且蒸馏水的液面高出玻璃珠高度2.5cm左右。
用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，且平均摆动频率控制在3次/秒，经过大约1.5分钟后，即可观察到广口瓶内的竹纤维团在蒸馏水中分散成絮状。
2、将步骤1的广口瓶置于漩涡混合器中，先在1800转/分钟的转速下工作10秒钟，可观察到广口瓶内的絮状物有所分散；然后在2500转/分钟的转速下工作10秒钟，可观察到广口瓶内的絮状物几乎完全消失；最后继续在2800转/分钟的转速下工作30秒钟，取出广口瓶，其照片如图6所示，肉眼也可观察到，广口瓶内的液体基本澄清透明。
在显微镜下观察所得的单根竹纤维，略有分丝帚化，但竹纤维的形态几乎没有发生变化，因此，采用本实施例的方法，基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根竹纤维。
实施例6
本实施例提供一种分散单根纤维的方法，包括如下步骤：
将竹纤维团、去离子水和玻璃珠倒入广口瓶中，其中，竹纤维团中的竹纤维的平均长度约为4mm，直径为25μm左右；所用的玻璃珠是直径为0.6cm的圆形玻璃珠；玻璃珠所占的体积为广口瓶容积的三分之一左右；竹纤维团与去离子水之间的质量比为1：700，且去离子水的液面高出玻璃珠高度2.5cm左右。
用手晃动容量瓶做钟摆运动，摆动幅度不超过90度，平均摆动频率控制在3次/秒，经过大约20秒钟后，观察到广口瓶内的纤维团分散成小块团状物，保持之前晃动频率继续晃动广口瓶一分钟后，即可观察到广口瓶内的混合物基本分散均匀，液体基本澄清透明，如图7所示。
在显微镜下观察所得的单根竹纤维，略有分丝帚化，但竹纤维的形态几乎没有发生变化，因此，采用本实施例的方法，基本不会对单根纤维造成伤害，因而能够获得形态完整的单根竹纤维。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。