新疆多浪羊羊毛纖維性能研究

陳春暉，王金輝，馬雪亭，王 寧，李治江，李蓮瑞

(1.塔里木大學(xué) 機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387；3.塔里木大學(xué) 動物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

新疆多浪羊主要分布在喀什地區(qū)，是一種肉/毛兩用羊，主要用于肉質(zhì)羊的品種研究，近年來因人為品種選育以及外來品種的雜交，多浪羊品種的特征、特性混雜退化[1-3]。目前針對于多浪羊遺傳基因[4-5]以及肉質(zhì)[6-7]的研究較多，而對于多浪羊品種的羊毛的經(jīng)濟利用研究較少，毛紡行業(yè)對于半粗毛的使用與研究也普遍存在忽略現(xiàn)象[8]，不利于多浪羊的綜合價值的利用與開發(fā)，也不利于建立和完善多浪羊品種資源保護體系。

本文對多浪羊羊毛纖維基本形態(tài)、力學(xué)性能、吸濕性、表面性質(zhì)及耐腐蝕性等方面進行基本性能測試，并對其可紡性進行研究分析，可為后續(xù)羊毛纖維的紡紗、織造等提供參考，也可為建立和完善新疆多浪羊品種資源保護和基因溯源體系提供理論依據(jù)，同時把新疆多浪羊品種保護和開發(fā)利用有機結(jié)合，使其得到針對性資源化利用，充分開發(fā)其經(jīng)濟利用價值。

1 實驗部分

1.1 實驗用品

1.1.1 實驗藥品

中性洗滌劑(誠捷化玻儀器有限公司)，元明粉(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，NaOH、H2SO4(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)。

1.1.2 實驗儀器

SU8220型掃描電鏡(日本日立公司)，HH-8型恒溫水浴鍋(常州金壇精達(dá)制造有限公司)，YG(B)216T型八籃烘箱(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，F(xiàn)A-1004型電子天平(上海菁海儀器有限公司)，BEION M3-18A型細(xì)度儀(上海北昂科學(xué)儀器有限公司)，YG005E型電子單纖維強力儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，Y172型切片器(常州第二紡織儀器廠有限公司)，三角瓶、滴管、燒杯(雙城化玻儀器經(jīng)營部)，黑絨板、鑷子(常州第二紡織儀器廠有限公司)，直尺(精度0.1 cm)。

1.1.3 實驗材料

經(jīng)對新疆多浪羊整體羊毛特性的觀察及分析，多浪羊頭部及頸部羊毛較細(xì)，手感較好[8]，故本文實驗用羊毛取自塔里木大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院新疆多浪羊頭部及頸部羊毛。

1.2 實驗方法

1.2.1 洗 毛

采用GB/T 6978—2007《含脂毛洗凈率試驗方法 烘箱法》進行洗毛，浴比為1∶50，清水(50 ℃，10 min)→0.1%洗滌劑、0.5%元明粉(60 ℃，15 min)→0.08%洗滌劑、0.4%元明粉(60 ℃，15 min)→清水(50 ℃，10 min)→清水(50 ℃，10 min)→干燥(60 ℃，1 h)。再經(jīng)八籃烘箱烘干至恒質(zhì)量，洗凈率Ys的計算見式(1)。

(1)

式中：ms、mG分別為洗凈毛干質(zhì)量和原毛(油脂)的質(zhì)量，g；Wk為公定回潮率，%，細(xì)羊毛和半細(xì)羊毛為16%[9]。

1.2.2 表觀形態(tài)

將不同試樣羊毛纖維在真空噴金后，采用掃描電鏡觀察其表面形態(tài)。

1.2.3 回潮率

根據(jù)GB/T 6500—2008《毛絨纖維回潮率試驗方法 烘箱法》測試新疆多浪羊羊毛纖維回潮率及含水率，洗毛后羊毛在標(biāo)況下預(yù)調(diào)濕8 h，稱取濕質(zhì)量，經(jīng)八籃烘箱烘干(100 ℃)至恒質(zhì)量后，稱取干質(zhì)量。由式(2)(3)分別計算含水率M和實際回潮率W。

(2)

(3)

式中：G、G0分別為試樣的濕質(zhì)量和干質(zhì)量，g。

1.2.4 細(xì) 度

采用BEION M3-18A細(xì)度儀對新疆多浪羊羊毛纖維直徑進行測試，3個試樣，每個試樣纖維根數(shù)不少于400根，觀察點數(shù)為625(25×25)。

1.2.5 力學(xué)性能

采用電子單纖維強力儀(YG005E)，對新疆多浪羊羊毛纖維進行測試，拉伸隔距20 mm，速度20 mm/min，測試根數(shù)50，取平均值。

1.2.6 長 度

根據(jù)GB/T 6501—2006《羊毛纖維長度試驗方法 梳片法》測量纖維自然長度和伸直長度。

1.2.7 耐腐蝕性

將洗前羊毛纖維分別浸入H2SO4(pH值2)溶液和NaOH(pH值11)溶液中2 h，烘干后使用掃描電鏡觀察其表面形態(tài)。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 洗 毛

洗毛是去除非纖維類物質(zhì)和不可紡纖維的過程，去除羊毛纖維上的汗脂、雜質(zhì)污垢等。洗毛前、后的羊毛狀態(tài)如圖1所示。

圖1 新疆多浪羊羊毛洗毛前后狀態(tài)

洗毛后纖維間雜質(zhì)被去除，經(jīng)干燥后，羊毛纖維形成一團，因為羊毛纖維在洗滌及干燥過程中經(jīng)攪拌及熱濕作用使羊毛纏結(jié)而形成一團。由式(1)計算可得洗凈率為95.12%。實驗用羊毛取自動物科學(xué)學(xué)院實驗基地，草屑等雜質(zhì)相對較少，洗毛去除了羊毛纖維表面的大部分油脂。

2.2 表觀形態(tài)

2.2.1 縱向形態(tài)

羊毛纖維由外向內(nèi)依次為鱗片層、皮質(zhì)層、髓質(zhì)層。鱗片層是羊毛外層角質(zhì)化細(xì)胞，羊毛品種不同，鱗片的排列形態(tài)及數(shù)量不同，具有指紋性[10]，羊毛纖維鱗片的方向性是羊毛氈縮性的重要因素，也是羊毛光澤度形成的原因。新疆多浪羊羊毛洗毛前、后的縱向形態(tài)掃描電鏡照片見圖2、3。

圖2 洗毛前纖維縱向SEM照片(×1 000)

由圖2可見，洗毛前，纖維表面有明顯的白色油脂，鱗片結(jié)構(gòu)黏結(jié)，張角不明顯。由圖3可見，洗毛后，鱗片層結(jié)構(gòu)層次清晰規(guī)整，呈瓦狀，間距、張角較小，鱗片層具有方向性，洗毛去除了羊毛纖維表面油脂，也是洗凈后羊毛經(jīng)烘箱干燥時因熱濕作用形成一團的原因，由于羊毛鱗片的方向性形成差微摩擦效應(yīng)，表現(xiàn)出氈縮性。

圖3 洗毛后纖維縱向SEM照片(×1 000)

2.2.2 橫截面形態(tài)

不同纖維的截面形態(tài)不同，不同種類的羊毛纖維的橫截面形態(tài)也不盡相同，經(jīng)掃描電鏡觀察新疆多浪羊羊毛纖維橫截面形態(tài)如圖4所示?？梢姡陆嗬搜蜓蛎w維橫截面近似橢圓形，可以看出外層明顯鱗片層狀結(jié)構(gòu)，有部分髓腔。

圖4 新疆多浪羊羊毛橫截面形態(tài)SEM照片(×2 000)

2.3 回潮率

新疆多浪羊羊毛經(jīng)洗毛后羊毛纖維的含水率及回潮率測試結(jié)果見表1。

表1 新疆多浪羊羊毛纖維含水率、回潮率測試結(jié)果

由式(2)(3)計算可得回潮率為11.16%，含水率為10.04%，纖維吸濕性能良好，可減少紡紗過程中因纖維和紡紗原件之間摩擦所產(chǎn)生的靜電。

2.4 長度及卷曲率

纖維長度直接決定纖維的加工性能和使用價值。羊毛纖維有天然卷曲，其長度有“自然長度(L0)”和“伸直長度(L1)”之分。在細(xì)度一定的情況下，纖維愈長，則紡紗性能越好。

羊毛纖維卷曲使羊毛纖維間具有抱合力，也是零正壓力下具有切向阻力的根本原因。羊毛纖維的卷曲與羊毛纖維彈性、氈縮性、織物手感、保暖性等密切相關(guān)。卷曲差異小的羊毛，紡成的毛紗和制品手感較松軟，保暖性及彈性較好[9]。卷曲率(C=(L1-L0)/L0×100%)是單纖維卷曲的常用指標(biāo)。隨機取100根新疆多浪羊羊毛纖維進行纖維自然長度(L0)、伸直長度(L1)測試及卷曲率(C)計算。結(jié)果見圖5。

圖5 新疆多浪羊羊毛纖維長度及卷曲率

羊毛纖維自然長度平均值為84.97 mm，自然長度CV值為19.3%，伸直長度平均值為103.42 mm，伸直長度CV值為19.2%，變異系數(shù)較小?？蓽p少紡紗過程中的纖維不易牽伸的問題，降低紗條條干不勻。卷曲率平均值為21.72%，卷曲率CV值為28.1%，卷曲差異略大。羊毛纖維卷曲率使其在混紡過程中纖維之間具有較好的抱合力，紗條具有一定強度，易于成紗。

2.5 細(xì) 度

經(jīng)測試，新疆多浪羊羊毛經(jīng)洗毛后纖維平均直徑為30.97 μm，直徑CV值為27.3%，標(biāo)準(zhǔn)差為8.45，25 μm以上的羊毛纖維含量占76.47%。參照品質(zhì)支數(shù)對照表[9]，羊毛纖維品質(zhì)支數(shù)為50支，即線密度為17.6 tex。由纖維細(xì)度與紡紗支數(shù)的關(guān)系[11]，羊毛纖維根據(jù)直徑確定其可紡支數(shù)。

(4)

式中：Nm為毛紗公制支數(shù)，S；D為纖維直徑，μm；N為毛紗截面內(nèi)纖維根數(shù)。

紗線截面內(nèi)有足夠的纖維根數(shù)，才能降低隨機不勻。國際羊毛局推薦一般控制在36～40根。由式(4)計算得，純紡條件下，新疆多浪羊羊毛纖維可紡36～40 tex紗線。

2.6 力學(xué)性能

新疆多浪羊羊毛洗毛前后的斷裂強力和斷裂伸長率如圖6、7所示。洗毛前平均斷裂強力為21.49 cN，平均斷裂伸長率為33.63%，洗毛后平均斷裂強力為20.84 cN，平均斷裂伸長率為34.15%。洗毛后，羊毛纖維斷裂強力下降3%，主要是因為洗毛過程中洗滌、機械攪動及烘干的過程對纖維造成了一定的損傷。纖維強度是決定成紗強度最本質(zhì)的因素，新疆多浪羊羊毛洗毛后，纖維強力損失較小，仍具有相應(yīng)成紗能力。

圖6 洗毛前斷裂強力及伸長率

圖7 洗毛后斷裂強力及伸長率

2.7 耐酸堿性

新疆多浪羊羊毛纖維經(jīng)酸、堿浸泡后的SEM照片如圖8所示。在H2SO4(pH值2)溶液中浸泡2 h對羊毛纖維表面鱗片并沒有造成明顯損傷，羊毛纖維的耐酸性很強，而在NaOH(pH值11)溶液中浸泡2 h后，羊毛纖維表面鱗片層不明顯，而鱗片層對羊毛纖維具有保護作用，故堿溶液對纖維造成損害。這與羊毛是蛋白質(zhì)纖維，主要結(jié)構(gòu)是α-氨基酸，鱗片層保護羊毛內(nèi)層組織，抵抗外界機械、化學(xué)侵蝕。鱗片層是外層為角質(zhì)化的蛋白質(zhì)，含硫量較高，次層則是非晶蛋白質(zhì)，含16種胱氨酸，內(nèi)表皮胱氨酸占3%，這也是羊毛纖維耐酸不耐堿，炭化除雜的依據(jù)。

圖8 新疆多浪羊羊毛浸酸、浸堿后SEM照片(×1 000)

3 結(jié) 論

本文通過對新疆多浪羊羊毛的表觀形態(tài)、力學(xué)性能、長度、細(xì)度、回潮率等基本性能測試分析，可得出以下結(jié)論：① 新疆多浪羊羊毛線密度為17.6 tex，可紡36～40 tex紗，屬于半細(xì)毛。② 新疆多浪羊羊毛鱗片層呈瓦狀。③ 新疆多浪羊羊毛回潮率為11.16%，吸濕性較好，可減少紡紗過程中的靜電現(xiàn)象，可紡性良好。④ 新疆多浪羊羊毛力學(xué)性能優(yōu)良，洗毛后仍具有成紗強度，耐酸不耐堿，可用于生產(chǎn)針織制品、大衣呢及工業(yè)用呢。本文可為新疆多浪羊品種的可持續(xù)開發(fā)和種質(zhì)資源開發(fā)與保護提供依據(jù)。