紡織材料學(xué)教案4 動(dòng)物纖維

1、.第四章 天然蛋白質(zhì)纖維教學(xué)目標(biāo)：1、了解羊毛的基本知識(shí)，熟悉羊毛纖維的主要性能，了解羊毛的主要性能與紡紗工藝及成紗質(zhì)量的關(guān)系，了解羊毛主要性能的測(cè)試，了解特種動(dòng)物毛絨纖維及其主要特征。2、了解蠶絲的種類，蠶絲的特征、主要性能及其應(yīng)用情況，了解蠶絲的品質(zhì)評(píng)定方法。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、教學(xué)重點(diǎn)天然蛋白質(zhì)纖維的特性和主要性能。學(xué)習(xí)建議通過觀察實(shí)物樣品和顯微鏡標(biāo)樣，從宏觀和微觀兩方面觀察認(rèn)識(shí)纖維；通過記憶和理解，掌握纖維的主要特性；結(jié)合實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)，掌握主要性質(zhì)的測(cè)試方法，熟悉有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。第一節(jié) 毛纖維wool一、羊毛概述羊毛為角蛋白物質(zhì)，分為高硫角蛋白、存在于羊毛的無序和基質(zhì)部分；低硫角蛋白，存在

2、于原纖有序結(jié)構(gòu)中，為典型的a螺旋角蛋白分子。羊毛截面為圓形或橢圓形，外向內(nèi)分為鱗片層、皮質(zhì)層和髓質(zhì)層。 毛是指主體支撐的毛發(fā)較長(zhǎng)和粗硬，絨是簇生的纖維較短和細(xì)軟。二、. 羊毛纖維的結(jié)構(gòu)特征1羊毛纖維的組成 羊毛纖維的基本組成是氨基酸螺旋大分子，氨基酸是哺乳動(dòng)物組織的基本組成。羊毛角蛋白大分子的構(gòu)成及相互鏈接作用如圖2-11所示，是多交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，尤其是二硫鍵(SS)。 *;圖2-11 角蛋白大分子的構(gòu)成及分子間作用2羊毛纖維的組織結(jié)構(gòu)羊毛纖維是多細(xì)胞結(jié)構(gòu)體，有兩類細(xì)胞：鱗片細(xì)胞和皮質(zhì)細(xì)胞。每一個(gè)鱗片是一個(gè)細(xì)胞，稱為表皮細(xì)胞(cuticle cell)，由細(xì)胞間質(zhì)CMC(cell membrane

3、 complex)粘結(jié)組合成羊毛表面的連續(xù)覆蓋層。皮質(zhì)細(xì)胞(cortex cell)有正皮質(zhì)(ortho-cortex)細(xì)胞和副皮質(zhì)(para-cortex)細(xì)胞之分。羊毛的髓質(zhì)層。 圖2-12 羊毛纖維各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖 3羊毛的鱗片鱗片為角質(zhì)化細(xì)胞，在成形后失去了細(xì)胞核和原生質(zhì)，形成為死細(xì)胞組織的角質(zhì)薄片。圖2-13 羊毛鱗片表層膜結(jié)構(gòu)示意圖4羊毛的皮質(zhì)細(xì)胞由于正、副皮質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致一剛一柔，一伸一縮，是羊毛的整體外觀形態(tài)呈彎曲狀。正皮質(zhì)位于彎曲的外側(cè)；副皮質(zhì)位于彎曲的內(nèi)側(cè)。圖2-14 羊毛纖維的天然卷曲5細(xì)胞間質(zhì) (CMC)圖2-15 羊毛纖維的細(xì)胞間質(zhì)三、我國(guó)綿羊的分類及其品種紡

4、織用毛纖維最主要的是綿羊毛，通常稱作羊毛，或者稱毛纖維。綿羊毛按細(xì)度和長(zhǎng)度可分為超細(xì)毛、細(xì)毛（18 27mm，長(zhǎng)<12cm）、半細(xì)毛（25 37mm，長(zhǎng)<15cm）、粗毛（20 70mm，為異質(zhì)毛）和長(zhǎng)毛（>36mm，長(zhǎng)15 30cm）。按羊種品系可分為改良毛與土種毛兩大類。美利奴羊 哈薩克羊 按羊毛的分級(jí)可分為支數(shù)毛和級(jí)數(shù)毛。按羊毛質(zhì)地均勻性分有同質(zhì)毛和異質(zhì)毛。按顏色分為本色毛和彩色羊毛。四、我國(guó)進(jìn)口羊毛的種類和品質(zhì)1、澳大利亞羊毛2、新西蘭羊毛2、 拉圭羊毛3、 阿根廷羊毛4、 俄羅斯羊毛五、我國(guó)羊毛的分等（又稱商業(yè)分等）我國(guó)的綿羊毛收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在執(zhí)行的是1993年4月發(fā)

5、布的GB152393綿羊毛新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。同質(zhì)毛分為：細(xì)羊毛特等、細(xì)羊毛一等、細(xì)羊毛二等、半細(xì)羊毛特等、半細(xì)羊毛一等、半細(xì)羊毛二等；基本同質(zhì)毛分為改良羊毛一等；異質(zhì)毛分為分為改良羊毛二等。羊毛的工業(yè)分級(jí)：a無髓毛（絨毛） b兩型毛 c粗毛 d死毛以往工業(yè)分級(jí)是根據(jù)羊毛的物理指標(biāo)和外觀形態(tài)分為支數(shù)毛和級(jí)數(shù)毛兩大類。支數(shù)毛屬異質(zhì)毛，其物理指標(biāo)有平均線密度、線密度離散、粗腔毛率、油汗高度和毛叢長(zhǎng)度；級(jí)數(shù)毛屬基本同質(zhì)毛和異質(zhì)毛，其物理指標(biāo)有平均線密度、粗腔毛率。六、羊毛的主要性能1、化學(xué)性質(zhì)在羊毛分子結(jié)構(gòu)中含有大量的堿性和酸性側(cè)基。因此毛纖維具有既呈酸性又呈堿性的兩性性質(zhì)。2、羊毛的線密度羊毛的線密度指

6、標(biāo)：平均直徑品質(zhì)支數(shù)：羊毛的品質(zhì)支數(shù)表示平均直徑在某一范圍內(nèi)的羊毛線密度指標(biāo)。羊毛線密度與紡紗及成紗品質(zhì)的關(guān)系：線密度與毛織物的品質(zhì)和風(fēng)格的關(guān)系：3、羊毛纖維的長(zhǎng)度毛叢長(zhǎng)度；伸直長(zhǎng)度。長(zhǎng)毛紡紗系統(tǒng)中毛纖維長(zhǎng)度要在9cm以上，粗梳毛紡系統(tǒng)中毛纖維長(zhǎng)度可在5.5cm以上。4、羊毛的卷曲及其測(cè)定5、羊毛的摩擦性能和縮絨性（1）羊毛的摩擦性能（2）羊毛的縮絨性羊毛在濕熱及化學(xué)試劑作用下，經(jīng)機(jī)械外力反復(fù)擠壓，纖維集合體逐漸收縮緊密，并相互穿插糾纏，交編氈化。這一性能，稱為羊毛的縮絨性。6、羊毛纖維的強(qiáng)度、伸度7、羊毛纖維的油脂含量脂汗由脂蠟和汗質(zhì)兩部分組成。一般細(xì)羊毛含的油脂多，粗羊毛和土種毛含的油脂少

7、。我國(guó)細(xì)羊毛的油脂含量10%20%，土種毛含量在3%7%；澳大利亞細(xì)羊毛含量在14%25%。七、羊毛改性技術(shù)的應(yīng)用 ·無氯化或低氯化學(xué)改性處理技術(shù)通過改性處理讓羊毛纖維表面鱗片剝落，從而改善了纖維的表面性能，使羊毛變的柔軟、光滑，且纖維細(xì)度有所降低。這中技術(shù)能夠提高羊毛的可紡支數(shù)，制成的產(chǎn)品具有手感好、光澤柔和、抗起球及較好的染色性能等，并可達(dá)到防縮機(jī)可洗要求。 ·低溫等離子體處理技術(shù)利用低溫等離子體處理對(duì)羊毛表面產(chǎn)生刻蝕作用，降低羊毛細(xì)度、增加纖維間的抱和力，從而提高可紡支數(shù)(相當(dāng)于羊毛等級(jí)提高一檔以上)。這種技術(shù)能夠改善可紡性(紡紗斷頭可減少20以上)，并可應(yīng)用于兔毛等

8、特種動(dòng)物纖維。 ·生物酶處理技術(shù)應(yīng)用生物酶可對(duì)羊毛纖維進(jìn)行剝鱗減量處理。對(duì)于改善毛織物手感、光澤和染色性能以及防起球有顯著效果，如經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理還可達(dá)到防氈縮的要求。該技術(shù)不會(huì)造成環(huán)境污染，有良好的發(fā)展前景。 ·高收縮羊毛改性技術(shù)這種技術(shù)以高彈作為重點(diǎn)，日東洋紡公司已成功地將此種羊毛商品化。其加工方法是在制條階段，將拉伸狀態(tài)下定形的-未經(jīng)定形的羊毛纖維以6535的比例混合成專，然后紡制成紗，最后進(jìn)行熱水松弛處理，利用未收縮羊毛在紗支中構(gòu)成弧形彎曲而產(chǎn)生高回彈紗。 ·羊毛拉伸技術(shù)將羊毛纖維進(jìn)行變性處理，然后采用機(jī)械拉伸方法將其拉長(zhǎng)(約增加50)、變細(xì)(細(xì)度減少11

9、20)，最后施加定形處理使其形態(tài)耐久應(yīng)用。該方法可將中等細(xì)度長(zhǎng)毛加工成超細(xì)、超長(zhǎng)羊毛，極大提高羊毛使用價(jià)。由于在牽伸階段發(fā)生羊毛纖維間的相互摩擦與擠壓，從而使羊毛纖維的截面由原先圓形化為多棱角形，與此同時(shí)纖維直徑也變細(xì)了34m。 第二節(jié) 其他動(dòng)物（特種動(dòng)物）纖維簡(jiǎn)介一、山羊絨山羊絨是山羊的絨毛，通過抓、梳獲得，稱抓毛。山羊絨又叫“開士米”或克什米爾（Cashmere）。山羊絨顏色有白、紫、青色，我國(guó)紫色較多。山羊絨無髓質(zhì)，強(qiáng)伸性、彈性都優(yōu)于相同細(xì)度的綿羊毛。二、馬海毛馬海毛（Mohair）是土耳其安哥拉山羊毛的音譯商品名稱。南非、土耳其和美國(guó)為馬海毛的三大產(chǎn)地。馬海毛的世界年產(chǎn)量約3萬(wàn)噸。馬海

10、毛是異質(zhì)毛。馬海毛的細(xì)度約10m 90m，長(zhǎng)度約12cm 26cm。馬海毛的特點(diǎn)是直、長(zhǎng)、有絲光。三、兔毛用于紡織的兔毛主要為普通兔毛和安哥拉兔毛。安哥拉兔毛為長(zhǎng)毛兔毛，有不同品系。兔毛有5 30m的絨毛（約占90%）與30 100m的粗毛（10%）兩類纖維，絨毛的平均直徑約11.515.9m。絨毛與粗毛都有發(fā)達(dá)的髓腔，為多腔多節(jié)結(jié)構(gòu)，所以比重輕、吸濕性好，但強(qiáng)度低。兔毛密度小，纖維細(xì)軟、制品蓬松、輕質(zhì)。兔毛表面光滑、少卷曲，所以光澤強(qiáng)，但鱗片厚度較低、紋路傾斜，且表面存在類滑石粉狀物質(zhì)，故摩擦系數(shù)小、抱合力差、易落毛，紡紗性能差。 四、駱駝絨駱駝絨是從駱駝身上自然脫落或梳絨采集獲得。駱駝身上

11、的外層毛粗而堅(jiān)韌，稱為駱駝毛，在外層粗毛之下有細(xì)短柔軟的絨毛，稱為駱駝絨。五、綿羊絨綿羊絨是土種粗綿羊毛（包括裘用綿羊）異質(zhì)毛被中的底層絨毛。六、羊駝毛羊駝毛強(qiáng)力較高，斷裂伸長(zhǎng)率大，加工中斷頭率低。與羊毛相比，羊駝毛長(zhǎng)度較長(zhǎng)，1540cm，細(xì)度偏粗，2030m，不適合紡高支紗。羊駝毛表面的鱗片貼伏、鱗片邊緣光滑，卷曲少、卷曲率低，順、逆鱗片摩擦系數(shù)較羊毛小，所以，羊駝毛富有光澤、有絲光感，抱合力小、防氈縮性較羊毛好。羊駝毛的洗凈率高達(dá)90以上，不需洗毛直接應(yīng)用。七、牦牛絨與牦牛毛牦牛絨(毛)大多是黑色、褐色，少量白色。從牦牛剪下來的毛被中有粗毛和絨毛，絨毛有很高的紡用價(jià)值。牦牛絨由鱗片層與皮質(zhì)

12、層組成，髓質(zhì)層極少。牦牛絨鱗片呈環(huán)狀，邊緣整齊，緊貼于毛干上。有無規(guī)則卷曲，縮絨性與抱合力較小。牦牛絨平均直徑約20m，平均長(zhǎng)度30mm 40mm。牦牛絨的斷裂強(qiáng)力在4.4 cN左右，高于山羊絨、駝絨、兔毛。第三節(jié) 天然絲纖維（silk）命名即該植物名+蠶絲構(gòu)成。有家蠶絲和野蠶絲之分。桑蠶為家養(yǎng)，是最大宗的絲纖維；野蠶絲的主要代表為柞蠶絲。一、蠶絲的組成及分子結(jié)構(gòu)不溶性蛋白質(zhì)絲朊。由絲素和絲膠組成，它們都是蛋白質(zhì)。絲素不容于水。桑蠶絲絲素占70%80%，柞蠶絲絲素占85%。二、蠶絲的形成和形態(tài)結(jié)構(gòu)1桑蠶絲桑蠶又稱家蠶，由桑蠶繭繅得的絲稱為桑蠶絲。桑蠶繭由外向內(nèi)分為繭衣、繭層和蛹襯三部分。其中繭

13、層可用來做絲織原料，繭衣與蛹襯因細(xì)而脆弱，只能用做絹紡原料。一根蠶絲由兩根平行的單絲（絲素），外包絲膠構(gòu)成。單絲截面呈三角形。表1-1 桑蠶繭絲的工藝性質(zhì)參數(shù)表指標(biāo)春蠶繭秋蠶繭繭絲長(zhǎng)(m)1000 1400850 950繭絲量(g)0.22 0.480.2 0.4繭層率(%)鮮：18 24；干：48 51繅絲率(%)71 85繅折(kg)220 280解舒長(zhǎng)：500 900m；率：65 80%2柞蠶絲柞蠶在國(guó)外稱中國(guó)柞蠶。由柞蠶繭所繅制的絲稱柞蠶絲。柞蠶生長(zhǎng)在野外的柞樹(即櫟樹)上。柞蠶繭絲的平均細(xì)度為6.16dtex(5.6旦)，比桑蠶繭粗。柞蠶繭的春繭為淡黃褐色，秋繭為黃褐色，而且外層較內(nèi)

14、層顏色深。柞蠶絲的橫截面形狀為銳三角形，更為扁平呈楔狀。桑蠶絲 柞蠶絲圖 兩種蠶絲截面形態(tài)對(duì)比表 柞蠶繭絲的工藝性質(zhì)參數(shù)表指標(biāo)春繭秋繭繭絲長(zhǎng)(m)約600700 1000繭絲量(g)0.24 0.280.42 0.58干繭層率(%)6 11繅絲率(%)60 66繅折(kg)1340 1450解舒長(zhǎng)：360 490m；率：30 50%桑蠶蛹及繭 柞蠶絲及其產(chǎn)品3蜘蛛絲蜘蛛與蠶一樣，屬于節(jié)肢動(dòng)物，蜘蛛是八條腿的蛛形綱成蟲。蜘蛛絲呈金黃色、透明，它的橫截面呈圓形。蜘蛛絲的平均直徑為6.9m，大約是蠶絲的一半，是典型的超細(xì)、高性能天然纖維，與其它天然纖維和化學(xué)纖維的對(duì)比見表。表 蜘蛛絲與部分纖維的性能

15、對(duì)比纖維密度模量強(qiáng)度韌度斷裂伸長(zhǎng)率(g/cm3)(GPa)(GPa)(MJ/m3)(%)蜘蛛絲1.3101.116027錦綸661.150.958018Kevlar491.41303.6503蠶絲1.370.67018羊毛1.30.50.26050鋼絲7.82001.561資料：百萬(wàn)只野生蜘蛛的蛛絲紡出金色布料工人們?cè)诩庸そ鹕闹虢z 用野生蜘蛛的蛛絲織成的金色布料一塊由百萬(wàn)只野生蜘蛛的蛛絲織成的金色布料23日起在紐約美國(guó)自然歷史博物館展出，這是迄今為止世界上唯一一塊用自然蛛絲織成的紡織品。領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的紡織專家西蒙皮爾斯說：“蛛絲具有很好的彈性，跟鋼和凱夫拉纖維相比，它具有難以置信的強(qiáng)大抗拉強(qiáng)度

16、。全球許多科研人員都在試圖復(fù)制蜘蛛絲的拉伸性能，以便把 它應(yīng)用到醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域，但是目前為止，還沒有誰(shuí)能夠100%地復(fù)制出天然蛛絲的性能?！痹诼犝f一名法國(guó)傳教士在馬達(dá)加斯加研究 馬達(dá)加斯加很常見的金色球體蜘蛛蜘蛛的故事后，皮爾斯萌發(fā)了制作蜘蛛蛛絲紡織物的想法。法國(guó)傳教士雅各保羅在19世紀(jì)末曾經(jīng)制造了一個(gè)小型手搖機(jī)用來提取蛛絲，他同時(shí)提取24只蜘蛛的蛛絲，卻沒有傷害到它們。幸運(yùn)的是，皮爾斯也成功地制做出了這種提取蛛絲的機(jī)器，并首次用24只蜘蛛作試驗(yàn)，當(dāng)他們看到金色的蛛絲出來時(shí)興奮不已。 要織出有一定量的紡織品，皮爾斯和他的合作者必須大規(guī)模擴(kuò)大蛛絲產(chǎn)量。1.4萬(wàn)只蜘蛛產(chǎn)出的蛛絲僅有1盎司（約28.

17、35克），而他們需要制作的紡織品重約2.6磅（約1.18公斤），因此需要大量的野生蜘蛛。為了得到盡可能多的蛛絲，皮爾斯和同事分別雇用了幾十名專門收集蜘蛛并把蜘蛛系在抽絲機(jī)器上的工人。由于蜘蛛會(huì)咬人，因此工人們必須樂于跟蜘蛛打交道，而且要特別小心。皮爾斯雇傭的70名工人花了4年時(shí)間在馬達(dá)加斯加的電線桿上收集了100多萬(wàn)只金色球體蜘蛛，而另外12個(gè)工人負(fù)責(zé)從每只蜘蛛身上認(rèn)真抽取約80英尺（約24.4米）長(zhǎng)的蛛絲。最后紡織成2.6磅11英尺×4英尺的紡織品。    金色球體蜘蛛在馬達(dá)加斯加很常見，它因吐出金黃色的絲而出名。由于這種蜘蛛只能在當(dāng)?shù)氐挠昙?/p>

18、產(chǎn)絲，所以收集蜘蛛的工作必須集中在10月至次年6月間完成。一旦蜘絲抽完，蜘蛛將被放回野外，大約經(jīng)過一個(gè)星期，它們又能重新產(chǎn)絲，因此有些蜘蛛會(huì)被重復(fù)利用多次。三、繭的工藝加工繭的工藝加工，一般系指從剝繭到制取生絲的整個(gè)工藝過程，包括剝繭、選繭、煮繭、繅絲和復(fù)整等工序。四、絹紡原料是養(yǎng)蠶業(yè)、繅絲和絲織業(yè)的副產(chǎn)品（一）桑蠶原料桑蠶原料是絹紡廠用得最多的原料，可分為繭類、絲吐類、滯頭和繭衣等幾類。（二）柞蠶絹紡原料柞蠶原料主要來源干繅絲廠的下腳繭和副產(chǎn)品，其次是復(fù)搖與綢廠的少量廢絲。五、蠶絲的性能（一）化學(xué)性質(zhì)蠶絲纖維的酸性大于堿性，是一種弱酸性物質(zhì)。（二）線密度和均勻度桑蠶繭絲的線密度約為2.83.

19、9dtex(2.53.5旦)，經(jīng)脫膠后的單根絲的線密度小于繭絲的一半。柞蠶繭絲略粗，為5.6dtex(5旦)左右。（三）機(jī)械性質(zhì)蠶絲的強(qiáng)度大于羊毛而接近棉，桑蠶絲為2.53.5cN/dtex，濕強(qiáng)比干強(qiáng)下降10%25%；柞蠶絲的強(qiáng)度為33.5cN/dtex，濕強(qiáng)比干強(qiáng)略高4%10%。蠶絲的伸長(zhǎng)率小于羊毛而大于棉，桑蠶絲的斷裂伸長(zhǎng)率為15%25%；柞蠶絲的斷裂伸長(zhǎng)率為23%27%。蠶絲的彈性恢復(fù)能力也小于羊毛而優(yōu)于棉。（四）吸濕性一般大氣條件下，桑蠶絲回潮率可達(dá)8%9%。柞蠶絲達(dá)10%以上，吸濕達(dá)到飽和時(shí)可達(dá)35%，且散濕速度快，吸濕后纖維膨脹，直徑可增加65%。柞蠶絲由于截面比較扁平，織物局部遇水滴后，纖維因吸濕膨脹，改變了單纖維在纖維束或紡織品中的排列角度，當(dāng)光照射到織物上時(shí)，就會(huì)形成反射上的差異，而成水漬印。（五）光學(xué)性質(zhì)絲的顏色因原料繭種類不同而不同，以白色、黃色繭最為常見。我國(guó)飼養(yǎng)的雜交種均為白色，有時(shí)有少量帶不同深淺的淡紅色。絲的光澤是反射的光所引起的感官感覺。由于絲素的三角形截面和絲蛋白的層狀結(jié)構(gòu)，使桑蠶絲脫去絲膠后具有優(yōu)雅悅目的光澤。生絲的光澤與生絲的表面形態(tài)、生絲中的含單絲數(shù)量等有關(guān)。一般地說，生絲截面越接近圓形，光澤柔和均勻，表面越光滑，反射光越強(qiáng)。蠶絲的耐光性較