鮮繭生絲與干繭生絲的結構性能差異研究

章琪超，江文斌，傅雅琴

(浙江理工大學，a.材料與紡織學院；b.雜志社，杭州 310018)

鮮繭生絲與干繭生絲的結構性能差異研究

章琪超a，江文斌a，傅雅琴b

(浙江理工大學，a.材料與紡織學院；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構性能上的差異，以同一產地的蠶繭為研究對象，分別繅制成鮮繭生絲和干繭生絲。對生絲的力學性能、縱向形態、表面基團、結晶度等進行測試和分析；在此基礎上，將生絲進行泡絲處理，對浸泡后生絲的力學性能、相關的品質指標等進行測試。結果表明：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、微觀結構上差別不大；抱合、潔凈成績基本相同，但與干繭絲相比，鮮繭生絲的初期絲膠溶失率較大，斷裂伸長率較小，清潔成績較低。經過泡絲工序后，鮮繭絲的抱合、清潔、潔凈性能明顯低于干繭絲，這對后續的織造可能會造成一定的負面影響。

干繭；鮮繭；生絲結構；生絲性能；泡絲

生絲是桑蠶繭繅絲后所得的產品，俗稱真絲。常規的繅絲工藝是將采集后的鮮繭經過適當干燥成為可以儲存的干繭?？壗z時，先將干繭滲透(真空或溫差滲透)后煮繭，再繅絲、復搖整理成為一定卷裝形式的生絲[1]。為了區分，將這種方式生產的蠶繭命名為干繭生絲。近年來，廣西、山東等地的一些繅絲企業為了更好地利用繅絲的副產品——蠶蛹和節省能耗，將采集的鮮蠶繭不再采用烘繭技術烘干蠶繭進行儲存，而是直接運入冷庫速凍，儲藏在冷庫中?？壗z時，將冷凍的鮮蠶繭(有的企業是使用剛收購還未冷凍的鮮繭)進行真空滲透后不通過煮繭，直接繅絲、復搖整理成一定卷裝形式的生絲[2]。與常規生絲相對應，將其命名為鮮繭生絲。由于兩者繅絲工藝的不同，因此，繅制的生絲在結構性能上會有一定的差異。黃繼偉等[3]認為對于同一莊口的蠶繭，鮮繭絲的抱合性能低于干繭生絲，但強度略有上升；朱忠祥[4]將鮮繭生絲用作緯絲，進行織造，發現與干繭生絲相比，鮮繭生絲在絡絲、并絲和捻絲等工序中存在更多的斷頭現象，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，本文以同一產地的蠶繭為研究對象，分別對鮮繭生絲與干繭生絲的結構性能及泡絲后生絲的相關性能進行研究，以期為鮮繭生絲的檢驗、使用等方面提供參考，同時為生絲質量指標的完善，織綢企業的生絲選購提供理論依據。

1 實 驗

1.1 實驗材料

同一產地的鮮繭(廣西)，分成A、B兩組，A組鮮繭放入冷庫，B組通過常規的干燥工藝干燥后，放入常規室溫的繭庫中。從冷庫中取出A組蠶繭，真空滲透后，繅絲、復搖整理，得到規格為23.3 dtex(20/22D)的鮮繭生絲；從室溫繭庫中取出B組蠶繭，真空滲透后，煮繭、繅絲、復搖整理，得到規格為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的生絲直接進行結構性能分析，A2、B2的生絲進行織造準備工序的經絲浸泡工藝浸泡后進行結構性能分析，A3、B3的生絲進行織造準備工序緯絲浸泡工藝浸泡后進行結構性能分析。

1.2 測試方法

1.2.1 縱向外觀形態觀察

抽取鮮繭絲與干繭絲樣品，置于銅片樣品臺上，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。

1.2.2 X射線衍射測試

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)對絲粉末結晶度進行測試。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軟件對樣品的X射線衍射曲線進行Gaussian法擬合分峰，并根據公式(1)計算各樣品結晶度。

(1)

式(1)中：Xc為樣品的結晶度，Ic為樣品中結晶區對X射線的衍射程度，Ia為樣品中無定型區(非晶區)對X射線的衍射強度。

1.2.3 紅外光譜測試

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定

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

(2)

1.2.5 力學性能測試

使用XL-II型紗線強伸度儀，測定生絲的單絲力學性能[5]。設置夾持距離為500mm，拉伸速度為500mm/min，有效樣本容量20，取其平均值。

1.2.6 生絲的強伸度、抱合、清潔、潔凈的商檢指標

委托中國浙江出入境檢驗檢疫局絲類檢測中心，按中國生絲檢驗國家標準(GB/T1798-2008)，對所制備樣絲的強伸度、抱合、清潔、潔凈等生絲品質指標進行檢驗。

2 結果與討論

2.1 原始鮮繭生絲與干繭生絲的結構性能差異

2.1.1 縱向外觀形態

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基本相同，一根生絲由多根繭絲組成，但鮮繭絲表面附著細小絲膠顆粒的現象更加明顯。這主要是由于鮮繭沒有經過煮繭，絲膠沒有得到膨潤，從而使其在繭絲表面分布不均勻。

2.1.2 結晶度

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構：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)、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)、18.9°(中強)、20.7°(很強)、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，表明兩者的結晶結構基本相同，只在衍射峰強度上存在一定差異。利用Peakfit軟件對其進行分峰擬合處理后，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°左右出現了主要衍射吸收峰，且在20.7°左右峰值明顯，該特征峰對應于SilkⅡ結構。這表明鮮繭絲與干繭絲蛋白中同時存在β-折疊結構和α-螺旋結構，且以SilkⅡ型(β-折疊結構)的晶體結構為主。

表1為兩種生絲的結晶度。根據圖中曲線計算，鮮繭絲結晶度為44.37%，干繭絲結晶度為49.68%，顯示鮮繭絲的結晶度略低于干繭絲。

2.1.3 表面基團

蛋白質分子的構象可以根據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沒有明顯差異。

表1 生絲的結晶度

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。煮繭過程中溫度、時間、pH值以及工藝條件設計不合理等均會造成絲膠溶失率的不合理增大。為此，對鮮繭絲和干繭絲水浴時間為30min的初期絲膠溶失率進行了測定，得到的結果見表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 單絲力學性能

生絲的斷裂強度和伸長率與蠶絲的絲膠含量及絲素蛋白的聚集態結構有關，主要是由絲素的結晶區和非結晶區結構決定的。表3為鮮繭生絲與干繭生絲單絲的斷裂強度和斷裂伸長率。

表3 鮮繭絲與干繭絲單絲斷裂強度、斷裂伸長率

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

依據中華人民共和國生絲檢驗的國家標準，生絲力學性能的商業檢測采用的是100回的復絲檢測。為此，委托中國浙江省出入境檢驗檢疫局絲類檢測中心按中國生絲檢驗國家標準(GB/T1798-2008)進行檢驗，得到的結果如表4。

表4 鮮繭絲與干繭絲復絲斷裂強度、斷裂伸長率

從表3和表4可以看出，無論是單絲測量還是復絲測量，鮮繭絲的平均斷裂強度均與干繭絲差異不大，伸長度低于干繭絲。

2.1.6 抱合、清潔、潔凈性能

生絲的抱合、清潔和潔凈指標的好壞，直接影響生絲的織造性能，對高速織機尤為重要。為此，委托浙江省檢驗檢疫局絲類檢測中心對生絲的抱合、清潔、潔凈指標進行測試，得到的結果見表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較差。這是因為鮮繭繭層的解舒抵抗力低，易產生剝離造成清潔差。

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生絲進行浸泡，以適當軟化絲膠，增加光滑度，有利于織造，且用作經絲和緯絲的浸泡工藝略有差異[6]。為此，委托織造企業對鮮繭絲和干繭絲分別進行經絲浸泡工藝浸泡和緯絲浸泡工藝浸泡，并對浸泡后生絲的相關性能進行檢測。

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脫落，測得的泡絲后的初期絲膠溶失率見表6。由表6可知，無論是在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 復絲的強度與斷裂伸長度

由于泡絲后部分絲膠脫落，單絲的力學性能測量的準確度受到一定的影響，因此，對于泡絲后的鮮繭生絲與干繭生絲委托浙江檢驗檢疫局按國家標準進行復絲強伸度測試，得到的結果如表7所示。

表7 鮮繭絲與干繭絲(泡絲)復絲的斷裂強度、斷裂伸長率

從表7中可以看出，泡絲后的鮮繭絲斷裂強度與干繭絲差異不大，其中作為經絲的鮮繭絲伸長度大于干繭絲，且不勻率小，力學穩定性好；作為緯絲的鮮繭絲伸長度則略小于干繭絲。

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檢疫局絲類檢測中心進行檢測。檢驗結果見表8。從表8可以發現，雖然與未經泡絲的干繭絲相比，鮮繭絲的抱合性、清潔、潔凈差異不大，但經過泡絲后，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相同，但在織造過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

3 結 語

鮮繭不經過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品蠶蛹的品質，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量上還存在一定的差異。這種差異在經過泡絲工序后，更加明顯。特別是清潔、潔凈和抱合性能，干繭絲的質量明顯優于鮮繭生絲，表明即使干繭生絲和鮮繭生絲的商檢成績相同，但在織造過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。建議修訂新的檢驗標準，準確判斷鮮繭生絲或干繭生絲，讓織造企業能根據需要正確選用原料生絲，并根據原料選擇相應的泡絲工藝。

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

[2] 喬鐵軍,王 侖,張秀琍,等.干繭絲與鮮繭絲抱合指標的差異性實驗與分析[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比[J].絲綢,2013,50(11):28-32.

[4] 朱忠強.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.國內常用泡絲助劑浸泡效果分析及工藝優化[J].蘇州絲綢工學院學報,1995,15(1):50-58.

(責任編輯：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年繭絲綢發展專項資金

章琪超(1991-)，女，浙江省杭州人，本科生，材料科學與工程專業。

傅雅琴，電子郵箱：fyq01@zstu.edu.cn

TS143.2

A

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