山羊絨纖維結構與性能研究現狀

朱樂樂,李保榮,王軍慶,馬珮珮

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安710048)

山羊絨作為一種珍貴的特種動物纖維,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、手感柔軟、滑糯、光澤柔和,深受消費者的喜愛[1-2]。因此,深入研究山羊絨纖維的結構與性能,可以為其產品的后續加工提供重要的理論依據。

1 山羊絨纖維結構與性能

1.1 山羊絨纖維研究現狀

目前為止,研究有關山羊絨纖維結構與性能的文獻比較多,其研究方法對山羊絨的應用與開發有重要參考和借鑒價值。

Bahuguna等[3]采用SEM 技術分辨藏羚羊毛纖維及其混紡織物;Varley等[4]通過SEM 法對動物纖維鱗片層鱗片高度進行測量;Vineis等[5]通過SEM 法對羊毛、羊絨和牦牛毛進行鑒別;Pielesz等[6]通過紅外光譜技術分析探討了染色羊毛的二級結構;Liu等[7]應用拉曼光譜對羊毛纖維拉伸細化后的二級結構變化進行了表征;Eren 等[8]利用FTIR 技術、X-射線衍射技術和SEM 技術分析探討等離子體預處理、聚苯胺處理羊毛的導電性能;Wang等[9]通過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羊毛纖維的影響一文中使用X-射線衍射技術、紅外光譜技術和SEM技術對處理后的羊毛纖維進行全面探討,分析了超臨界二氧化碳流體處理對羊毛纖維的表面結構、二級結構以及熱學性能的影響。

國內對羊絨羊毛纖維的結構及性能方面的研究也有很多報道。熊磊等[11]利用紅外光譜技術測定纖維的結晶度和取向度,并通過實例介紹了測試的基本方法,包括普帶的選取以及計算公式等;侯秀良等[12]采取WAXD、DSC 2種分析技術研究山羊絨及山羊毛的結晶結構,并對2種方法的計算結果進行對比分析,探討其可靠性;曹季南等[13]分析探討了羊毛紗的熱學特性,利用熱機械分析法測得羊毛紗的熱性能,并從中推導出有關羊毛結構的特點;袁久剛[14]通過SEM、紅外光譜技術、XRD 等分析探討了離子液體-蛋白酶處理對羊毛表面性能的影響;孫梅等[15]對山羊絨纖維的表面結構進行了統計分析,目的是對內蒙古阿拉善地區白山羊絨纖維的細度和鱗片高度進行分析;王秀蘭等[16]對綿羊和山羊品種毛絨纖維的截面皮質層的面積進行測量分析,意在探討絨毛纖維皮質層的形態結構及其截面染色性能;盛冠忠等[17]曾探討有關山羊絨纖維鑒別的問題,總結了山羊絨鑒別技術標準,探討了光學顯微鏡法、近紅外光譜法、溶液法、圖像識別法等技術在紡織纖維的應用現狀。研究表明,光學顯微鏡法雖然存在分辨率低、對染色或變異山羊絨識別困難等缺點,但是在目前仍是最為普遍、實用的檢驗技術,并提出了近紅外光譜、掃描電鏡、計算機圖像識別相結合鑒別山羊絨的展望。

1.2 山羊絨纖維的結構[18]

羊絨纖維的基本結構決定了其物理機械性能,絨纖維的鱗片層結構決定了纖維的摩擦、光澤、亮度等性能;絨纖維的皮質層結構決定纖維的拉伸、彎曲、剪切、彈性回復性等機械性能,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、皮質層有著密切的聯系。

1.2.1 形態結構

山羊絨纖維由很薄的鱗片層和發達的皮質層構成。鱗片保護山羊絨纖維不受外界條件影響而引起性質的變化,它排列的疏密和附著程度,對山羊絨纖維的光澤和表面性質有很大影響[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,會導致山羊絨纖維容易從其制品中滑移出來而產生掉毛現象。

皮質層是由皮質細胞膠合構成,是山羊絨纖維的主體,也是決定纖維物理、機械和化學性能的基本物質。山羊絨在斷面觀察組織細而致密,同時具有一定的方向性,山羊絨纖維的皮質細胞大多呈雙邊分布,正、偏皮質各居纖維的一側。所以山羊絨纖維具有不規則的天然卷曲,山羊絨纖維良好的卷曲說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 分子結構

山羊絨纖維的化學分子結構與羊毛一樣,它們的基本化學組成物質為蛋白質,由多種α-氨基酸以肽鍵的形式結合而成。經水解后可以得到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類纖維,對蛋白質分子的研究通常有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 聚集態結構

纖維的結晶度、取向度是表征纖維聚集態結構的重要參數。所謂結晶度,是指聚合物材料中結晶部分的質量或體積百分率,表示結晶的程度;取向度,是指纖維大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度。纖維的結晶度、取向度對纖維的熱學性能、光學性能、機械性能、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結構在紡織材料學領域具有非常重要的意義。

1.3 山羊絨纖維的性能

1.3.1 物理機械性能[30-33]

(1)細度與長度。細度是紡織纖維最重要的工藝性能之一,它直接關系到紡紗的特數、加工的難易以及最終的產品手感。長度是僅次于細度的重要工藝指標,當細度一定時,長度越長,可紡性越好,紗及其制品的強力越高。山羊絨纖維的細度與長度因羊種、生長地區、飼養條件等有直接關系。

(2)卷曲性能。與細羊毛相比,山羊絨纖維卷曲數少且不規則,卷曲大都呈現大波浪形。山羊絨纖維的抱合力較差,這也是因為其較少的卷曲和稀少的鱗片造成的,因此在紡紗過程中容易產生掉毛現象。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。山羊絨纖維鱗片數量少,翹角小,因此其摩擦因數較小,手感比較柔軟,但纖維間的抱合力較差;纖維順、逆鱗片摩擦因數的差距決定了纖維的縮絨性,摩擦因數的差異性越大,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均比羊毛纖維要小,纖維間的摩擦阻力減少,使得無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,產生掉毛現象[34]。

(4)機械性能。山羊絨纖維機械性能的優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程中會受到許多機械外力的作用,而這些外力都與纖維的強力有關。與羊毛纖維相比,山羊絨纖維的強力較低,所以山羊絨在加工過程中更容易受到損傷,在原絨加工分梳過程中,絨纖維會有損傷,使絨纖維長度明顯變短。

1.3.2 山羊絨纖維的化學性能[35-36]

山羊絨對堿和熱反應性比羊毛敏感,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,經濃酸處理后,羊毛的強力、伸長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程中,山羊絨分梳是山羊絨產業發展的一道重要的工序,未經過分梳的原絨纖維中除了細絨纖維之外,還含有大量的油脂、粗毛、膚皮等雜質[37-38]。在紡織加工之前,首先要對水洗絨進行分梳,通過機械、氣流等方法將細絨毛與粗毛、膚皮、雜質等進行分離,得到干凈的無毛絨,供紡織加工使用。

分梳工藝流程為:原絨→分選→過輪→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合理的,有研究和發展的前途,加工出的分梳山羊絨質量好,能夠真正體現出山羊絨柔軟、滑糯等特性,可生產高檔精品,也是國內外大廠家通常采用的工藝流程。

經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,而絨毛纖維則呈現出細軟、卷曲多、抱合力大的特點。粗毛的長度與細度比絨毛纖維大,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致山羊絨在分梳過程中粗毛纖維不容易發生彎曲,而細絨纖維容易發生彎曲,容易彎曲的細絨纖維則被鋼針所握持,而不容易彎曲的粗毛不被鋼針所握持,露出于鋼針表面,由于粗毛的質量大于細絨纖維,所以在分梳機件運轉時,部分粗毛纖維就被甩出或者掉落下來,即可將粗毛從細絨纖維中分離出來[41-42]。

3 結語

介紹了山羊絨纖維結構與性能的研究現狀,對山羊絨纖維的結構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節,良好的分梳才能為紡織加工提供基礎,而山羊絨纖維的結構與性能會對山羊絨分梳工序產生影響,因此研究山羊絨纖維的結構與性能對山羊絨的后續加工具有重要的參考和應用價值。