山羊絨纖維結(jié)構(gòu)與性能研究現(xiàn)狀

朱樂(lè)樂(lè),李保榮,王軍慶,馬珮珮

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710048)

山羊絨作為一種珍貴的特種動(dòng)物纖維,有軟黃金纖維寶石之稱,具有輕、柔、滑、糯等特性,純山羊絨制品穿著舒適、保暖性強(qiáng)、手感柔軟、滑糯、光澤柔和,深受消費(fèi)者的喜愛[1-2]。因此,深入研究山羊絨纖維的結(jié)構(gòu)與性能,可以為其產(chǎn)品的后續(xù)加工提供重要的理論依據(jù)。

1 山羊絨纖維結(jié)構(gòu)與性能

1.1 山羊絨纖維研究現(xiàn)狀

目前為止,研究有關(guān)山羊絨纖維結(jié)構(gòu)與性能的文獻(xiàn)比較多,其研究方法對(duì)山羊絨的應(yīng)用與開發(fā)有重要參考和借鑒價(jià)值。

Bahuguna等[3]采用SEM 技術(shù)分辨藏羚羊毛纖維及其混紡織物;Varley等[4]通過(guò)SEM 法對(duì)動(dòng)物纖維鱗片層鱗片高度進(jìn)行測(cè)量;Vineis等[5]通過(guò)SEM 法對(duì)羊毛、羊絨和牦牛毛進(jìn)行鑒別;Pielesz等[6]通過(guò)紅外光譜技術(shù)分析探討了染色羊毛的二級(jí)結(jié)構(gòu);Liu等[7]應(yīng)用拉曼光譜對(duì)羊毛纖維拉伸細(xì)化后的二級(jí)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了表征;Eren 等[8]利用FTIR 技術(shù)、X-射線衍射技術(shù)和SEM 技術(shù)分析探討等離子體預(yù)處理、聚苯胺處理羊毛的導(dǎo)電性能;Wang等[9]通過(guò)L-胱氨酸萃取羊毛中的角蛋白,并利用拉曼光譜分析二硫鍵的斷裂情況;Long等[10]在超臨界二氧化碳流體處理對(duì)羊毛纖維的影響一文中使用X-射線衍射技術(shù)、紅外光譜技術(shù)和SEM技術(shù)對(duì)處理后的羊毛纖維進(jìn)行全面探討,分析了超臨界二氧化碳流體處理對(duì)羊毛纖維的表面結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)以及熱學(xué)性能的影響。

國(guó)內(nèi)對(duì)羊絨羊毛纖維的結(jié)構(gòu)及性能方面的研究也有很多報(bào)道。熊磊等[11]利用紅外光譜技術(shù)測(cè)定纖維的結(jié)晶度和取向度,并通過(guò)實(shí)例介紹了測(cè)試的基本方法,包括普帶的選取以及計(jì)算公式等;侯秀良等[12]采取WAXD、DSC 2種分析技術(shù)研究山羊絨及山羊毛的結(jié)晶結(jié)構(gòu),并對(duì)2種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,探討其可靠性;曹季南等[13]分析探討了羊毛紗的熱學(xué)特性,利用熱機(jī)械分析法測(cè)得羊毛紗的熱性能,并從中推導(dǎo)出有關(guān)羊毛結(jié)構(gòu)的特點(diǎn);袁久剛[14]通過(guò)SEM、紅外光譜技術(shù)、XRD 等分析探討了離子液體-蛋白酶處理對(duì)羊毛表面性能的影響;孫梅等[15]對(duì)山羊絨纖維的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,目的是對(duì)內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū)白山羊絨纖維的細(xì)度和鱗片高度進(jìn)行分析;王秀蘭等[16]對(duì)綿羊和山羊品種毛絨纖維的截面皮質(zhì)層的面積進(jìn)行測(cè)量分析,意在探討絨毛纖維皮質(zhì)層的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其截面染色性能;盛冠忠等[17]曾探討有關(guān)山羊絨纖維鑒別的問(wèn)題,總結(jié)了山羊絨鑒別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),探討了光學(xué)顯微鏡法、近紅外光譜法、溶液法、圖像識(shí)別法等技術(shù)在紡織纖維的應(yīng)用現(xiàn)狀。研究表明,光學(xué)顯微鏡法雖然存在分辨率低、對(duì)染色或變異山羊絨識(shí)別困難等缺點(diǎn),但是在目前仍是最為普遍、實(shí)用的檢驗(yàn)技術(shù),并提出了近紅外光譜、掃描電鏡、計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別相結(jié)合鑒別山羊絨的展望。

1.2 山羊絨纖維的結(jié)構(gòu)[18]

羊絨纖維的基本結(jié)構(gòu)決定了其物理機(jī)械性能,絨纖維的鱗片層結(jié)構(gòu)決定了纖維的摩擦、光澤、亮度等性能;絨纖維的皮質(zhì)層結(jié)構(gòu)決定纖維的拉伸、彎曲、剪切、彈性回復(fù)性等機(jī)械性能,絨纖維的抗壓彈性、拉伸、染色、縮絨性、抗褶皺性等都與鱗片層、皮質(zhì)層有著密切的聯(lián)系。

1.2.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

山羊絨纖維由很薄的鱗片層和發(fā)達(dá)的皮質(zhì)層構(gòu)成。鱗片保護(hù)山羊絨纖維不受外界條件影響而引起性質(zhì)的變化,它排列的疏密和附著程度,對(duì)山羊絨纖維的光澤和表面性質(zhì)有很大影響[19-20]。在掃描電鏡下觀察羊絨表面顯示鱗片清晰、整齊,鱗片層較厚,鱗片邊緣較光滑,且鱗片翹角較小,鱗片密度相比較于羊毛密度稀,鱗片層多為環(huán)狀,緊貼毛干,不同品種山羊絨的鱗片密度和排列狀況是不同的;而羊毛表面鱗片清晰,鱗片呈長(zhǎng)條形并且較薄,鱗片間距短,密度較羊絨鱗片密度要高,有的鱗片稍有翹起[21-22]。山羊絨與羊毛相比,鱗片比較稀、平滑,所以羊絨纖維抱合力較差,會(huì)導(dǎo)致山羊絨纖維容易從其制品中滑移出來(lái)而產(chǎn)生掉毛現(xiàn)象。

皮質(zhì)層是由皮質(zhì)細(xì)胞膠合構(gòu)成,是山羊絨纖維的主體,也是決定纖維物理、機(jī)械和化學(xué)性能的基本物質(zhì)。山羊絨在斷面觀察組織細(xì)而致密,同時(shí)具有一定的方向性,山羊絨纖維的皮質(zhì)細(xì)胞大多呈雙邊分布,正、偏皮質(zhì)各居纖維的一側(cè)。所以山羊絨纖維具有不規(guī)則的天然卷曲,山羊絨纖維良好的卷曲說(shuō)明山羊絨制品有好的手感和彈性。羊毛斷面觀察組織疏松,有空洞,方向性不明顯[23-24]。

1.2.2 分子結(jié)構(gòu)

山羊絨纖維的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)與羊毛一樣,它們的基本化學(xué)組成物質(zhì)為蛋白質(zhì),由多種α-氨基酸以肽鍵的形式結(jié)合而成。經(jīng)水解后可以得到20余種不同的氨基酸,兩者只是在各種氨基酸組分上有所不同。山羊絨纖維屬于蛋白質(zhì)類纖維,對(duì)蛋白質(zhì)分子的研究通常有X-射線衍射法、核磁共振法、紅外光譜法、拉曼光譜法等分析方法[25-27]。

1.2.3 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

纖維的結(jié)晶度、取向度是表征纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。所謂結(jié)晶度,是指聚合物材料中結(jié)晶部分的質(zhì)量或體積百分率,表示結(jié)晶的程度;取向度,是指纖維大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度。纖維的結(jié)晶度、取向度對(duì)纖維的熱學(xué)性能、光學(xué)性能、機(jī)械性能、定形性能、耐光老化及耐熱老化性能等影響很大[28-29],因此研究纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)在紡織材料學(xué)領(lǐng)域具有非常重要的意義。

1.3 山羊絨纖維的性能

1.3.1 物理機(jī)械性能[30-33]

(1)細(xì)度與長(zhǎng)度。細(xì)度是紡織纖維最重要的工藝性能之一,它直接關(guān)系到紡紗的特?cái)?shù)、加工的難易以及最終的產(chǎn)品手感。長(zhǎng)度是僅次于細(xì)度的重要工藝指標(biāo),當(dāng)細(xì)度一定時(shí),長(zhǎng)度越長(zhǎng),可紡性越好,紗及其制品的強(qiáng)力越高。山羊絨纖維的細(xì)度與長(zhǎng)度因羊種、生長(zhǎng)地區(qū)、飼養(yǎng)條件等有直接關(guān)系。

(2)卷曲性能。與細(xì)羊毛相比,山羊絨纖維卷曲數(shù)少且不規(guī)則,卷曲大都呈現(xiàn)大波浪形。山羊絨纖維的抱合力較差,這也是因?yàn)槠漭^少的卷曲和稀少的鱗片造成的,因此在紡紗過(guò)程中容易產(chǎn)生掉毛現(xiàn)象。山羊絨纖維良好的卷曲彈性賦予了制品良好的手感。

(3)摩擦性能。山羊絨纖維鱗片數(shù)量少,翹角小,因此其摩擦因數(shù)較小,手感比較柔軟,但纖維間的抱合力較差;纖維順、逆鱗片摩擦因數(shù)的差距決定了纖維的縮絨性,摩擦因數(shù)的差異性越大,則纖維的縮絨性能越好。山羊絨與羊毛纖維的縮絨性都比較好,由于山羊絨鱗片的密度比羊毛稀,所以縮絨性還是比羊毛差一些。由于山羊絨的縮絨性和摩擦因數(shù)均比羊毛纖維要小,纖維間的摩擦阻力減少,使得無(wú)論山羊絨純紡還是混紡織物,山羊絨都易從織物中滑移出來(lái),產(chǎn)生掉毛現(xiàn)象[34]。

(4)機(jī)械性能。山羊絨纖維機(jī)械性能的優(yōu)良直接反映了山羊絨制品的耐穿耐用性。山羊絨纖維在加工制造和成品使用過(guò)程中會(huì)受到許多機(jī)械外力的作用,而這些外力都與纖維的強(qiáng)力有關(guān)。與羊毛纖維相比,山羊絨纖維的強(qiáng)力較低,所以山羊絨在加工過(guò)程中更容易受到損傷,在原絨加工分梳過(guò)程中,絨纖維會(huì)有損傷,使絨纖維長(zhǎng)度明顯變短。

1.3.2 山羊絨纖維的化學(xué)性能[35-36]

山羊絨對(duì)堿和熱反應(yīng)性比羊毛敏感,在堿濃度較低和溫度較低的情況下,羊絨纖維損傷就比羊毛纖維大。在耐酸方面,山羊絨較羊毛更耐酸,經(jīng)濃酸處理后,羊毛的強(qiáng)力、伸長(zhǎng)率損傷均高于山羊絨。在染色性能方面,山羊絨較羊毛纖維容易染色,染色溫度低于羊毛纖維。

2 山羊絨纖維分梳

在山羊絨纖維加工過(guò)程中,山羊絨分梳是山羊絨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一道重要的工序,未經(jīng)過(guò)分梳的原絨纖維中除了細(xì)絨纖維之外,還含有大量的油脂、粗毛、膚皮等雜質(zhì)[37-38]。在紡織加工之前,首先要對(duì)水洗絨進(jìn)行分梳,通過(guò)機(jī)械、氣流等方法將細(xì)絨毛與粗毛、膚皮、雜質(zhì)等進(jìn)行分離,得到干凈的無(wú)毛絨,供紡織加工使用。

分梳工藝流程為:原絨→分選→過(guò)輪→洗絨→烘干→洗凈絨→分選→分梳→包裝→成品[39]。

這種分梳工藝是科學(xué)合理的,有研究和發(fā)展的前途,加工出的分梳山羊絨質(zhì)量好,能夠真正體現(xiàn)出山羊絨柔軟、滑糯等特性,可生產(chǎn)高檔精品,也是國(guó)內(nèi)外大廠家通常采用的工藝流程。

經(jīng)水洗后的山羊絨纖維中的粗毛和絨毛纖維的特征差異比較大,粗毛纖維具有粗、硬、剛直、纖維之間的抱合力小的特點(diǎn),而絨毛纖維則呈現(xiàn)出細(xì)軟、卷曲多、抱合力大的特點(diǎn)。粗毛的長(zhǎng)度與細(xì)度比絨毛纖維大,因此粗毛纖維的抗彎剛度比絨毛纖維大得多[40]。正是這種大的差異才導(dǎo)致山羊絨在分梳過(guò)程中粗毛纖維不容易發(fā)生彎曲,而細(xì)絨纖維容易發(fā)生彎曲,容易彎曲的細(xì)絨纖維則被鋼針?biāo)粘?而不容易彎曲的粗毛不被鋼針?biāo)粘?露出于鋼針表面,由于粗毛的質(zhì)量大于細(xì)絨纖維,所以在分梳機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),部分粗毛纖維就被甩出或者掉落下來(lái),即可將粗毛從細(xì)絨纖維中分離出來(lái)[41-42]。

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了山羊絨纖維結(jié)構(gòu)與性能的研究現(xiàn)狀,對(duì)山羊絨纖維的結(jié)構(gòu)和性能有了更加深刻的了解;山羊絨的分梳工序是一道很重要的環(huán)節(jié),良好的分梳才能為紡織加工提供基礎(chǔ),而山羊絨纖維的結(jié)構(gòu)與性能會(huì)對(duì)山羊絨分梳工序產(chǎn)生影響,因此研究山羊絨纖維的結(jié)構(gòu)與性能對(duì)山羊絨的后續(xù)加工具有重要的參考和應(yīng)用價(jià)值。