章琪超，江文斌，傅雅琴

(浙江理工大學(xué)，a.材料與紡織學(xué)院；b.雜志社，杭州 310018)

鮮繭生絲與干繭生絲的結(jié)構(gòu)性能差異研究

章琪超a，江文斌a，傅雅琴b

(浙江理工大學(xué)，a.材料與紡織學(xué)院；b.雜志社，杭州 310018)

為了更好地了解鮮繭繅生絲與干繭繅生絲在結(jié)構(gòu)性能上的差異，以同一產(chǎn)地的蠶繭為研究對(duì)象，分別繅制成鮮繭生絲和干繭生絲。對(duì)生絲的力學(xué)性能、縱向形態(tài)、表面基團(tuán)、結(jié)晶度等進(jìn)行測(cè)試和分析；在此基礎(chǔ)上，將生絲進(jìn)行泡絲處理，對(duì)浸泡后生絲的力學(xué)性能、相關(guān)的品質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：在其他工藝條件相同的條件下，鮮繭生絲與干繭生絲在縱向形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)上差別不大；抱合、潔凈成績(jī)基本相同，但與干繭絲相比，鮮繭生絲的初期絲膠溶失率較大，斷裂伸長(zhǎng)率較小，清潔成績(jī)較低。經(jīng)過(guò)泡絲工序后，鮮繭絲的抱合、清潔、潔凈性能明顯低于干繭絲，這對(duì)后續(xù)的織造可能會(huì)造成一定的負(fù)面影響。

干繭；鮮繭；生絲結(jié)構(gòu)；生絲性能；泡絲

生絲是桑蠶繭繅絲后所得的產(chǎn)品，俗稱真絲。常規(guī)的繅絲工藝是將采集后的鮮繭經(jīng)過(guò)適當(dāng)干燥成為可以儲(chǔ)存的干繭。繅絲時(shí)，先將干繭滲透(真空或溫差滲透)后煮繭，再繅絲、復(fù)搖整理成為一定卷裝形式的生絲[1]。為了區(qū)分，將這種方式生產(chǎn)的蠶繭命名為干繭生絲。近年來(lái)，廣西、山東等地的一些繅絲企業(yè)為了更好地利用繅絲的副產(chǎn)品——蠶蛹和節(jié)省能耗，將采集的鮮蠶繭不再采用烘繭技術(shù)烘干蠶繭進(jìn)行儲(chǔ)存，而是直接運(yùn)入冷庫(kù)速凍，儲(chǔ)藏在冷庫(kù)中?？壗z時(shí)，將冷凍的鮮蠶繭(有的企業(yè)是使用剛收購(gòu)還未冷凍的鮮繭)進(jìn)行真空滲透后不通過(guò)煮繭，直接繅絲、復(fù)搖整理成一定卷裝形式的生絲[2]。與常規(guī)生絲相對(duì)應(yīng)，將其命名為鮮繭生絲。由于兩者繅絲工藝的不同，因此，繅制的生絲在結(jié)構(gòu)性能上會(huì)有一定的差異。黃繼偉等[3]認(rèn)為對(duì)于同一莊口的蠶繭，鮮繭絲的抱合性能低于干繭生絲，但強(qiáng)度略有上升；朱忠祥[4]將鮮繭生絲用作緯絲，進(jìn)行織造，發(fā)現(xiàn)與干繭生絲相比，鮮繭生絲在絡(luò)絲、并絲和捻絲等工序中存在更多的斷頭現(xiàn)象，影響織造效率。

為了了解鮮繭生絲與干繭生絲在性能上的差異，本文以同一產(chǎn)地的蠶繭為研究對(duì)象，分別對(duì)鮮繭生絲與干繭生絲的結(jié)構(gòu)性能及泡絲后生絲的相關(guān)性能進(jìn)行研究，以期為鮮繭生絲的檢驗(yàn)、使用等方面提供參考，同時(shí)為生絲質(zhì)量指標(biāo)的完善，織綢企業(yè)的生絲選購(gòu)提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

同一產(chǎn)地的鮮繭(廣西)，分成A、B兩組，A組鮮繭放入冷庫(kù)，B組通過(guò)常規(guī)的干燥工藝干燥后，放入常規(guī)室溫的繭庫(kù)中。從冷庫(kù)中取出A組蠶繭，真空滲透后，繅絲、復(fù)搖整理，得到規(guī)格為23.3 dtex(20/22D)的鮮繭生絲；從室溫繭庫(kù)中取出B組蠶繭，真空滲透后，煮繭、繅絲、復(fù)搖整理，得到規(guī)格為23.3 dtex(20/22D)的干繭生絲。

將得到的鮮繭絲分成A1、A2和A3三組，干繭絲分為B1、B2和B3三組。

A1、B1的生絲直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析，A2、B2的生絲進(jìn)行織造準(zhǔn)備工序的經(jīng)絲浸泡工藝浸泡后進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析，A3、B3的生絲進(jìn)行織造準(zhǔn)備工序緯絲浸泡工藝浸泡后進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 縱向外觀形態(tài)觀察

抽取鮮繭絲與干繭絲樣品，置于銅片樣品臺(tái)上，鍍金處理后用ULTRA55型掃描電子顯微鏡在200倍下觀察生絲的縱向形態(tài)。

1.2.2 X射線衍射測(cè)試

分別將鮮繭絲和干繭絲用切片器切成微小粉末，采用XTRA型X射線衍射儀(Cu靶，Kɑ射線)對(duì)絲粉末結(jié)晶度進(jìn)行測(cè)試。操作條件：管電壓40kV，管電流為40mA，掃描速度為2°/min，掃描范圍5～50°。用Peakfit軟件對(duì)樣品的X射線衍射曲線進(jìn)行Gaussian法擬合分峰，并根據(jù)公式(1)計(jì)算各樣品結(jié)晶度。

(1)

式(1)中：Xc為樣品的結(jié)晶度，Ic為樣品中結(jié)晶區(qū)對(duì)X射線的衍射程度，Ia為樣品中無(wú)定型區(qū)(非晶區(qū))對(duì)X射線的衍射強(qiáng)度。

1.2.3 紅外光譜測(cè)試

分別將鮮繭絲和干繭絲用切片器切成微小粉末，使用FT-IR紅外光譜儀，掃描范圍為400～4000cm-1，測(cè)定兩種生絲的紅外吸收光譜。

1.2.4 生絲的初期絲膠溶失率測(cè)定

在同一天、同一時(shí)段，分別將鮮繭生絲和干繭生絲置于88℃的水浴鍋，測(cè)定水浴時(shí)間為30min的生絲初期絲膠溶失率η：

(2)

1.2.5 力學(xué)性能測(cè)試

使用XL-II型紗線強(qiáng)伸度儀，測(cè)定生絲的單絲力學(xué)性能[5]。設(shè)置夾持距離為500mm，拉伸速度為500mm/min，有效樣本容量20，取其平均值。

1.2.6 生絲的強(qiáng)伸度、抱合、清潔、潔凈的商檢指標(biāo)

委托中國(guó)浙江出入境檢驗(yàn)檢疫局絲類檢測(cè)中心，按中國(guó)生絲檢驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1798-2008)，對(duì)所制備樣絲的強(qiáng)伸度、抱合、清潔、潔凈等生絲品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 原始鮮繭生絲與干繭生絲的結(jié)構(gòu)性能差異

2.1.1 縱向外觀形態(tài)

圖1為鮮繭生絲與干繭生絲的掃描電子顯微照片。

圖1 鮮繭絲與干繭絲的掃描電子顯微照片

從圖1中可以看出，鮮繭絲和干繭絲的縱向形態(tài)基本相同，一根生絲由多根繭絲組成，但鮮繭絲表面附著細(xì)小絲膠顆粒的現(xiàn)象更加明顯。這主要是由于鮮繭沒(méi)有經(jīng)過(guò)煮繭，絲膠沒(méi)有得到膨潤(rùn)，從而使其在繭絲表面分布不均勻。

2.1.2 結(jié)晶度

鮮繭生絲與干繭生絲的X射線衍射曲線如圖2。

絲素蛋白分為兩種晶體結(jié)構(gòu)：SilkⅠ型和SilkⅡ型，SilkⅠ型的主要衍射特征峰的2θ分別為12.2°(中等)、19.7°(強(qiáng))、24.7°(中等)、28.2°(中等)、32.3°(弱)、36.8°(中弱)，40.1°(中弱)；SilkⅡ型主要衍射特征峰的2θ分別為9.1°(中強(qiáng))、18.9°(中強(qiáng))、20.7°(很強(qiáng))、24.3°(弱)、39.7°(弱)。

圖2 鮮繭絲與干繭絲的X射線衍射圖

由圖2可知，鮮繭生絲和干繭生絲的圖形曲線形狀相似，表明兩者的結(jié)晶結(jié)構(gòu)基本相同，只在衍射峰強(qiáng)度上存在一定差異。利用Peakfit軟件對(duì)其進(jìn)行分峰擬合處理后，可以清楚地看到鮮繭絲和干繭絲均在2θ為10.1、18.3、20.7、24.1、28.6°左右出現(xiàn)了主要衍射吸收峰，且在20.7°左右峰值明顯，該特征峰對(duì)應(yīng)于SilkⅡ結(jié)構(gòu)。這表明鮮繭絲與干繭絲蛋白中同時(shí)存在β-折疊結(jié)構(gòu)和α-螺旋結(jié)構(gòu)，且以SilkⅡ型(β-折疊結(jié)構(gòu))的晶體結(jié)構(gòu)為主。

表1為兩種生絲的結(jié)晶度。根據(jù)圖中曲線計(jì)算，鮮繭絲結(jié)晶度為44.37%，干繭絲結(jié)晶度為49.68%，顯示鮮繭絲的結(jié)晶度略低于干繭絲。

2.1.3 表面基團(tuán)

蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象可以根據(jù)其紅外光譜曲線上的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ及酰胺Ⅴ吸收峰的位置加以分析和判斷。鮮繭絲與干繭絲的紅外光譜圖如圖3所示。

由圖3可知，干繭絲和鮮繭絲的特征峰位置一致，均在3294.4cm-1(酰胺A)、1652.8cm-1(酰胺Ⅰ)、1518.4cm-1(酰胺Ⅱ)、1232.4cm-1(酰胺Ⅲ)、632.8cm-1(酰胺Ⅳ)附近處，這表明兩者的表面基團(tuán)沒(méi)有明顯差異。

表1 生絲的結(jié)晶度

圖3 鮮繭生絲與干繭生絲的紅外光譜圖

2.1.4 生絲的初期絲膠溶失率

生絲的初期絲膠溶失率的大小，表明生絲中易溶絲膠與絲素的附著牢度。煮繭過(guò)程中溫度、時(shí)間、pH值以及工藝條件設(shè)計(jì)不合理等均會(huì)造成絲膠溶失率的不合理增大。為此，對(duì)鮮繭絲和干繭絲水浴時(shí)間為30min的初期絲膠溶失率進(jìn)行了測(cè)定，得到的結(jié)果見表2。

表2 鮮繭絲與干繭絲的初期絲膠溶失率

由表2可知，對(duì)于30min的生絲初期絲膠溶失率，鮮繭絲明顯大于干繭絲，表明鮮繭絲的絲膠更容易從生絲中脫落。

2.1.5 單絲力學(xué)性能

生絲的斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率與蠶絲的絲膠含量及絲素蛋白的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要是由絲素的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)決定的。表3為鮮繭生絲與干繭生絲單絲的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

表3 鮮繭絲與干繭絲單絲斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率

從表3中可以看出，與干繭生絲相比，鮮繭絲的斷裂強(qiáng)度差異不大，伸長(zhǎng)度有所下降，特別是鮮繭絲的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)度的不勻率明顯增大，表明鮮繭生絲的質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

依據(jù)中華人民共和國(guó)生絲檢驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，生絲力學(xué)性能的商業(yè)檢測(cè)采用的是100回的復(fù)絲檢測(cè)。為此，委托中國(guó)浙江省出入境檢驗(yàn)檢疫局絲類檢測(cè)中心按中國(guó)生絲檢驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1798-2008)進(jìn)行檢驗(yàn)，得到的結(jié)果如表4。

表4 鮮繭絲與干繭絲復(fù)絲斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率

從表3和表4可以看出，無(wú)論是單絲測(cè)量還是復(fù)絲測(cè)量，鮮繭絲的平均斷裂強(qiáng)度均與干繭絲差異不大，伸長(zhǎng)度低于干繭絲。

2.1.6 抱合、清潔、潔凈性能

生絲的抱合、清潔和潔凈指標(biāo)的好壞，直接影響生絲的織造性能，對(duì)高速織機(jī)尤為重要。為此，委托浙江省檢驗(yàn)檢疫局絲類檢測(cè)中心對(duì)生絲的抱合、清潔、潔凈指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，得到的結(jié)果見表5。

表5 鮮繭生絲與干繭生絲的抱合、清潔、潔凈性能

從表5中可以看出，兩者的抱合、潔凈性能差別不大，而鮮繭絲的清潔成績(jī)較差。這是因?yàn)轷r繭繭層的解舒抵抗力低，易產(chǎn)生剝離造成清潔差。

2.2 泡絲處理后鮮繭生絲與干繭生絲的性能差異

生絲用作織造原料，往往需要在織造前對(duì)生絲進(jìn)行浸泡，以適當(dāng)軟化絲膠，增加光滑度，有利于織造，且用作經(jīng)絲和緯絲的浸泡工藝略有差異[6]。為此，委托織造企業(yè)對(duì)鮮繭絲和干繭絲分別進(jìn)行經(jīng)絲浸泡工藝浸泡和緯絲浸泡工藝浸泡，并對(duì)浸泡后生絲的相關(guān)性能進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.1 泡絲后生絲的初期絲膠溶失率

生絲泡絲后部分絲膠會(huì)脫落，測(cè)得的泡絲后的初期絲膠溶失率見表6。由表6可知，無(wú)論是在15min還是30min，鮮繭絲的絲膠溶失率均大于干繭絲，表明鮮繭絲的絲膠粘附力差。

表6 泡絲后生絲的初期絲膠溶失率

2.2.2 復(fù)絲的強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)度

由于泡絲后部分絲膠脫落，單絲的力學(xué)性能測(cè)量的準(zhǔn)確度受到一定的影響，因此，對(duì)于泡絲后的鮮繭生絲與干繭生絲委托浙江檢驗(yàn)檢疫局按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)絲強(qiáng)伸度測(cè)試，得到的結(jié)果如表7所示。

表7 鮮繭絲與干繭絲(泡絲)復(fù)絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率

從表7中可以看出，泡絲后的鮮繭絲斷裂強(qiáng)度與干繭絲差異不大，其中作為經(jīng)絲的鮮繭絲伸長(zhǎng)度大于干繭絲，且不勻率小，力學(xué)穩(wěn)定性好；作為緯絲的鮮繭絲伸長(zhǎng)度則略小于干繭絲。

2.2.3 抱合、清潔、潔凈性能

由于織造工序在泡絲工序之后，因此，泡絲后的抱合、清潔、潔凈性能才真正影響織造工序。為此，將生絲委托浙江檢驗(yàn)檢疫局絲類檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)。檢驗(yàn)結(jié)果見表8。從表8可以發(fā)現(xiàn)，雖然與未經(jīng)泡絲的干繭絲相比，鮮繭絲的抱合性、清潔、潔凈差異不大，但經(jīng)過(guò)泡絲后，兩者間的差異明顯增加，這表明即使干繭生絲和鮮繭生絲的商檢等級(jí)相同，但在織造過(guò)程中的使用性能是不一樣的，即鮮繭生絲的使用性能明顯低于干繭生絲。

表8 泡絲后鮮繭絲與干繭絲的抱合、清潔、潔凈成績(jī)

3 結(jié) 語(yǔ)

鮮繭不經(jīng)過(guò)干燥和煮繭直接繅絲，不但可以提高功效，而且可以很好地保全副產(chǎn)品蠶蛹的品質(zhì)，提高絲廠的效益。但是，即使在其他工藝條件相同的情況下，鮮繭生絲與干繭生絲在質(zhì)量上還存在一定的差異。這種差異在經(jīng)過(guò)泡絲工序后，更加明顯。特別是清潔、潔凈和抱合性能，干繭絲的質(zhì)量明顯優(yōu)于鮮繭生絲，表明即使干繭生絲和鮮繭生絲的商檢成績(jī)相同，但在織造過(guò)程中的使用性能是不一樣的，即鮮繭生絲的使用性能明顯低于干繭生絲。建議修訂新的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確判斷鮮繭生絲或干繭生絲，讓織造企業(yè)能根據(jù)需要正確選用原料生絲，并根據(jù)原料選擇相應(yīng)的泡絲工藝。

[1] 陳文興,傅雅琴.蠶絲加工工程[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2013：25-30.

[2] 喬鐵軍,王 侖,張秀琍,等.干繭絲與鮮繭絲抱合指標(biāo)的差異性實(shí)驗(yàn)與分析[J].絲綢,2009，46(10):32-33.

[3] 黃繼偉,洪基武,林海濤,等.鮮繭繅生絲與干繭繅生絲的性能對(duì)比[J].絲綢,2013,50(11):28-32.

[4] 朱忠強(qiáng).鮮繭絲與干繭絲在梭織緯線上的使用比較[J].絲綢,2014,51(4):15-17.

[5] 張彩珍,陳文興,傅雅琴.無(wú)絲鞘繅絲的假捻裝置及工藝研究[J].絲綢,2013,50(11):24-27.

[6] 左葆齊,楊開琳,侯彩萍.國(guó)內(nèi)常用泡絲助劑浸泡效果分析及工藝優(yōu)化[J].蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào),1995,15(1):50-58.

(責(zé)任編輯：陳和榜)

Research on Differences of Fresh Cocoon Raw Silk and Dried Cocoon Raw Silk in Structure and Performance

ZHANGQichaoa,JIANGWenbina,FUYaqinb

(a.College of Materials and Textiles; b.Periodical Agency, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

To have a better understanding of differences of fresh cocoon reeled silk and dried cocoon reeled silk in structure and performance, this study prepares fresh cocoon raw silk and dried cocoon raw silk respectively with silkworm cocoons from the same place of origin as research objects, tests and analyzes mechanical properties, longitudinal morphology, surface group and crystallinity of raw silk, damps raw silk on this basis and tests mechanical properties and relevant quality indexes of raw silk subject to silk damping. The result shows that fresh cocoon raw silk and dried cocoon raw silk do not differ a lot in longitudinal morphology and microstructure when other technological conditions are the same; their cohesion and cleanliness are basically the same. However, compared to dried cocoon silk, fresh cocoon raw silk has a higher early sericin dissolve-loss ratio, lower elongation at break and lower cleanliness. After silk damping, cohesion, cleanliness and cleanability of fresh cocoon silk are obviously lower than those of dried cocoon silk. This might produce certain negative influence on subsequent weaving.

dried cocoon; fresh cocoon; raw silk structure; raw silk performance; silk damping

2014-06-04

2014年繭絲綢發(fā)展專項(xiàng)資金

章琪超(1991-)，女，浙江省杭州人，本科生，材料科學(xué)與工程專業(yè)。

傅雅琴，電子郵箱：fyq01@zstu.edu.cn

TS143.2

A

1009-265X(2015)01-0001-05