湖羊不同部位毛纖維的性能對比

曹 陽,羅 明,譚啟飛,陳益人,2

(1.武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢 430200; 2.武漢紡織大學(xué) 湖北省紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)省部共建國家重點實驗室培育基地,湖北 武漢 430200)

湖羊是我國國家級畜禽遺傳資源保護(hù)品種之一,湖羊作為我國唯一適合全舍飼、規(guī)模化、工廠化養(yǎng)殖的品種特性得到廣泛認(rèn)同,因而湖羊規(guī)模化養(yǎng)殖在全國得到較快發(fā)展[1]。2014年“湖州湖羊”獲得國家農(nóng)產(chǎn)品地理保護(hù)標(biāo)志。2018年據(jù)人民資訊網(wǎng)報道[2],華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的姜勛平教授調(diào)研了湖北省233個養(yǎng)殖單位,發(fā)現(xiàn)湖羊養(yǎng)殖規(guī)模明顯擴(kuò)大,湖北最大的湖羊養(yǎng)殖基地飼養(yǎng)達(dá)到10萬頭。湖州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局官方統(tǒng)計[3]顯示,2019年湖州市湖羊飼養(yǎng)量達(dá)80萬頭;截止2021年湖州市當(dāng)?shù)睾蝻曫B(yǎng)量達(dá)93.11萬頭,2021年年末,全市羊存欄50.43萬頭,同比增長24.3%,全年累計出欄42.68萬頭,同比增長16.1%。湖羊作為浙江特色品種,經(jīng)過多年的養(yǎng)殖發(fā)展,湖羊產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)繁榮興盛的發(fā)展勢頭。

伴隨著湖羊養(yǎng)殖規(guī)模的不斷加大,湖羊毛的產(chǎn)量也隨之增加。湖羊毛屬異質(zhì)毛,粗細(xì)不勻,剛?cè)岵町惡艽骩4],湖羊毛纖維的品質(zhì)不高,不合適紡制中高等級的羊毛紗線,導(dǎo)致湖羊毛的收購價格較低,甚至出現(xiàn)被直接丟棄的現(xiàn)象[5]。

王玉晴等[6]對引種湖羊的主要被毛特性進(jìn)行測定分析,發(fā)現(xiàn)湖羊毛的品質(zhì)特性與年齡、性別、飼養(yǎng)環(huán)境、羊毛生長部位等多因素有關(guān);不同部位的羊毛長度、細(xì)度差異顯著;不同性別湖羊的個體差異明顯,相同性別湖羊個體差異較小;同一只湖羊的被毛直徑差異也很大,可達(dá)5～6 μm。李麗君等[7]通過對比廢棄混雜湖羊毛與綿羊毛的纖維形態(tài)、伸直度及力學(xué)性能發(fā)現(xiàn),單根廢棄混雜湖羊毛纖維截面呈圓形或橢圓形,中空,伸直度較高,斷裂強(qiáng)度較高,但斷裂強(qiáng)力CV值更大,這限制了廢棄混雜湖羊毛纖維在紡紗中的應(yīng)用。

本文從1歲齡湖羊的頸部、腹部、背部、臂部抽取纖維樣本,通過索式脂肪抽提法、掃描電鏡法、單纖維強(qiáng)力測試法、纖維白度儀法等對湖羊不同部位的毛纖維進(jìn)行性能測試,并加以分析對比,以期為湖羊毛纖維合理應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料:湖羊毛(選30只湖北致清和農(nóng)牧有限公司的1歲齡湖羊作為實驗對象,在湖羊頸部、腹部、背部、臂部各取樣150 g左右);中性洗滌劑、元明粉、石油醚(60～90 ℃)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

儀器:Y172纖維切片器(寧波紡織儀器廠);CU-4纖維細(xì)度測試儀(眾視野科技有限公司);PTX-FA110S電子天平(福建華志電子科技有限公司);HHS-8數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇波場智能科技有限公司);DHG-9146A電熱恒溫干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司);JSM-6510 L掃描電子顯微鏡(JEOL日本電子株式會社);YG006單纖維強(qiáng)力儀(寧波大禾儀器有限公司);WSB-II白度儀(溫州儀器儀表有限公司)。

1.2 測試與表征

對湖羊毛纖維進(jìn)行性能測試前,先對羊毛纖維進(jìn)行預(yù)處理。首先進(jìn)行開松除雜,將羊毛開松,去除纖維中的砂土、雜質(zhì),挑揀出纏結(jié)在羊毛纖維中的糞便以及其它異性纖維等;而后參照GB/T 6978—2007《含脂毛洗凈率試驗方法 烘箱法》進(jìn)行洗毛,以去除湖羊毛纖維上附著的油脂、砂土、汗垢等。再根據(jù)GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗用標(biāo)準(zhǔn)大氣》對湖羊毛纖維進(jìn)行調(diào)濕,使其符合物理性能測試的條件。

1.2.1 湖羊毛纖維橫截面

采用Y172型纖維切片器將不同部位的湖羊毛纖維切斷后制取切片,然后使用JSM-6510L掃描電子顯微鏡對不同部位湖羊毛纖維的橫截面形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

1.2.2 粗腔毛率

根據(jù)GB 1523—2013《綿羊毛》,直徑范圍為30 μm以下的羊毛纖維為細(xì)毛,直徑范圍為30.0～52.5 μm的羊毛纖維為粗絨毛,直徑大于52.5 μm的羊毛纖維為粗毛。粗腔毛粗短,卷曲少且小;無髓毛細(xì)長,卷曲多且強(qiáng),細(xì)絨毛尤其細(xì)、軟,通過這些特征,可以通過裸眼判斷其是否為粗腔毛。從樣品中抽取1個毛叢置于黑絨板上,用鑷子分離出每1根單纖維,肉眼觀察其形態(tài),判斷其是否為粗腔毛。粗腔毛率計算公式如下:

(1)

式中:C為粗腔毛率,%;N0為毛叢中粗腔毛根數(shù),根;N為毛叢中纖維總根數(shù),根。

1.2.3 湖羊毛纖維長度

根據(jù)GB/T 6976—2007《羊毛毛叢自然長度試驗方法》,對湖羊不同部位纖維毛叢自然長度進(jìn)行測試并記錄;從不同部位的毛叢中隨機(jī)抽取1個毛叢,逐根放到黑絨板上用適度的力使纖維拉到伸直狀態(tài),再用直尺測量得到纖維伸直長度。

1.2.4 湖羊毛纖維細(xì)度

隨機(jī)抽取湖羊頸部、腹部、背部、臂部各200根,使用Y172纖維切片器,將纖維切成一定長度并制成纖維樣本,然后使用CU-4纖維細(xì)度測試儀對載玻片上的樣本纖維逐根進(jìn)行直徑測量,并記錄樣本中纖維在各直徑范圍內(nèi)的根數(shù)。

1.2.5 湖羊毛纖維拉伸性能

隨機(jī)抽取湖羊頸部、腹部、背部、臂部各50根有髓毛及無髓毛纖維,根據(jù)GB/T 4711—1984《羊毛單纖維斷裂強(qiáng)力和伸長試驗方法》,采用YG006單纖維強(qiáng)力儀測試不同部位湖羊毛纖維的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率,隔距為10 mm,拉伸速度為20 mm/min。

1.2.6 湖羊毛纖維白度

根據(jù)GB/T 8424.2—2001《紡織品 色牢度試驗 相對白度的儀器評定方法》,將纖維整理梳成1個縱向的表面,置于試樣盒中。使用WSB-II白度儀對1歲齡湖羊的頸部、腹部、背部、臂部羊毛纖維的白度分別進(jìn)行測試。每個部位纖維測10次,取平均值作為各部位樣品的白度。

1.2.7 湖羊毛纖維含油脂率

采用索式脂肪抽提法測試含脂率。實驗前,將實驗樣品置于抽濾瓶中,將抽濾瓶放在110 ℃烘箱中烘干4 h,烘干后稱量,精確到0.000 1。實驗在80 ℃的恒溫水浴鍋中進(jìn)行,保持回流速度為12 min/次,使用石油醚完全浸潤樣品,萃取循環(huán)15次。循環(huán)結(jié)束后,烘干抽濾瓶和樣品并稱量。最后計算得出各試樣的含油脂率。含油脂率計算如式(2)所示:

(2)

式中:M為含油脂率,%;W1為油脂和抽濾瓶質(zhì)量,g;W2為抽濾瓶質(zhì)量,g;W0為樣品干質(zhì)量,g。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖羊毛纖維橫截面形態(tài)結(jié)構(gòu)

湖羊毛頸部、腹部、背部、臂部纖維橫截面的掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果如圖1所示。

圖1 湖羊各部位羊毛橫截面(300倍)Fig.1 Cross-section of the neck(a), back(b), abdomen(c), and thigh fibers(d)of Hu sheep

圖1中4個部位的湖羊毛纖維均有腔毛,截面均呈圓形或橢圓形,具有明顯的髓質(zhì)層。根據(jù)GB 1523—2013《綿羊毛》判斷,湖羊毛屬于異質(zhì)毛,應(yīng)當(dāng)按照級數(shù)毛的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級。

本文根據(jù)三峽職院機(jī)制專業(yè)的改革實踐，研究“因材施教、分層培養(yǎng)、工學(xué)交替、強(qiáng)化技能”的人才培養(yǎng)新模式，重點探討“分層培養(yǎng)、工學(xué)交替”模式下的課程體系的構(gòu)建問題。

2.2 湖羊毛纖維粗腔毛率

對不同部位湖羊毛的粗腔毛進(jìn)行測試,得出的粗腔毛率結(jié)果見表1。

表1 湖羊不同部位的羊毛粗腔毛率Tab.1 Crude coat rate of different parts of Hu sheep

湖羊不同部位纖維粗腔毛率均大于10%,腹部的粗腔毛率甚至超過20%,說明湖羊毛整體具有較高的粗腔毛率。根據(jù)級數(shù)毛標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,湖羊毛的粗腔毛率僅符合5級毛的標(biāo)準(zhǔn)。粗腔毛率高的原因之一是湖羊患有皮炎之類的疾病或者營養(yǎng)不良[8],為了避免粗腔毛過多對羊毛品質(zhì)產(chǎn)生影響,應(yīng)及時注意湖羊身體表面清潔及飼養(yǎng)的營養(yǎng)搭配情況。

2.3 湖羊毛纖維的長度分析

纖維長度直接影響纖維的加工性能和使用價值,是纖維必不可少的測試指標(biāo)之一。因為羊毛纖維天然卷曲,因此羊毛纖維包括2種長度指標(biāo),即伸直長度和自然長度[9],自然長度在羊毛交易時,常作為分等作價的依據(jù),伸直長度常作為紡紗時選毛和配毛的重要技術(shù)參數(shù)[10]。湖羊不同部位的毛叢長度測試結(jié)果見表2,湖羊不同部位的羊毛伸直長度測試結(jié)果見表3。

表2 湖羊不同部位的毛叢長度Tab.2 Length of woolly bush of Hu sheep

表3 湖羊不同部位的羊毛纖維伸直長度Tab.3 Contour length of wool fibers from different parts of Hu sheep

由表2可知,對于毛叢長度而言,不同部位的湖羊毛毛叢長度差距較大,1歲齡的湖羊臂部毛叢長度最長,腹部次之,頸部最短,且湖羊腹部和臂部的羊毛毛叢長度更加均勻。

由表3可知,對于湖羊無髓毛纖維而言,背部的無髓毛纖維的伸直長度最長,臂部與頸部次之,腹部最短;而對于有髓毛而言,湖羊臂部有髓毛長度最長,頸部與背部次之,腹部最短,其中背部有髓纖維長度變化差異較大,可能是基因所致。

2.4 湖羊毛纖維的細(xì)度分析

表4為湖羊不同部位的纖維直徑測試結(jié)果,湖羊不同部位的毛纖維平均直徑差異不大,其中腹部纖維的平均直徑最大,頸部次之,背部和臂部相對較小。而對于同一部位的湖羊毛而言,纖維直徑差異較大,且細(xì)度離散系數(shù)都很大,其中腹部最高,臂部和頸部次之,背部最小。造成細(xì)度離散差異大的原因可能與各部位粗腔毛的少量存在有關(guān),粗腔毛纖維直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無髓毛。

表4 湖羊不同部位的纖維直徑Tab.4 Fiber diameters of different parts of Hu sheep

2.5 湖羊毛纖維拉伸性能分析

表5 湖羊不同部位的羊毛纖維拉伸性能Tab.5 Tensile properties of wool fibers from different parts of Hu sheep

由表5可知,同毛叢的有髓毛和無髓毛拉伸性能有明顯差異。有髓毛的平均斷裂強(qiáng)力較大,斷裂伸長較小,CV值大。纖維斷裂強(qiáng)力受纖維直徑影響,纖維越粗,纖維斷裂強(qiáng)力越大,但是有髓毛因為存在較大的髓腔,因此其斷裂伸長低。湖羊頸部有髓毛的斷裂強(qiáng)力平均值遠(yuǎn)大于其他部位有髓毛,臂部有髓毛斷裂強(qiáng)力CV值明顯大于其他部位。在同一部位的毛叢中,無髓毛因細(xì)度較細(xì),其斷裂強(qiáng)力明顯小于有髓毛,無髓毛的斷裂伸長率明顯大于有髓毛。不同部位中,腹部無髓毛的斷裂伸長率明顯大于其他部位,背部和頸部次之,臂部最小。

2.6 湖羊毛的白度分析

毛織物色澤鮮亮程度與羊毛纖維白度有直接關(guān)系。羊毛纖維白度值越高,毛織物染淺色效果越好。羊毛纖維的顏色除了自身色素影響之外,還與飼養(yǎng)條件和環(huán)境有關(guān)。羊毛上附著的污染物在日光照射下,會在纖維表面產(chǎn)生黃色的頑漬,導(dǎo)致羊毛纖維白度值降低[11]。不同部位湖羊毛纖維白度測試結(jié)果見表6。

表6 湖羊不同部位的湖羊毛纖維白度Tab.6 Whiteness of wool fibers from different parts of Hu sheep

由表6可知,對于湖羊不同部位的毛纖維而言,頸部的毛纖維白度最低,背部白度最高。這是因為湖羊頸部羊毛長期堆積糾纏,雜質(zhì)被包裹其中,導(dǎo)致頸部羊毛白度最低,而背部處于身體最高處,雜質(zhì)最少,白度也就最高。湖羊在生長過程中也會不可避免地沾染上糞便、草屑、泥土、灰塵以及自身分泌的油脂等,這些外在因素均可能使湖羊不同部位纖維的白度產(chǎn)生差異。

2.7 湖羊毛的含油脂率分析

羊毛含油脂率是評定羊毛品質(zhì)的重要指標(biāo)。油脂的主要功能是保護(hù)羊毛纖維的物理特性,如纖維強(qiáng)力以及纖維的伸長率;促進(jìn)羊毛束的生成,形成毛叢,以免剪毛之前羊毛在羊身上發(fā)生氈縮。羊毛纖維油脂含量對纖維的強(qiáng)力、成紗、染色、后整理等都有影響[12]。油脂含量過高,羊毛纖維發(fā)黏,容易吸附塵污;油脂含量過低,羊毛纖維容易產(chǎn)生靜電,紡紗時落毛率、紗線斷頭率增加[13]。湖羊不同部位的羊毛纖維含油脂率測試結(jié)果見表7。

表7 湖羊不同部位的羊毛纖維含油脂率Tab.7 Grease content of wool fibers from different parts of Hu sheep

由表7可知,對于湖羊不同部位的羊毛纖維而言,背部羊毛含油脂率最高,臂部最低。我國異質(zhì)羊毛的含油脂率一般在5%～7%左右,因此湖羊含油脂率適中。

3 結(jié) 論

本文對1歲齡湖羊不同部位的羊毛纖維進(jìn)行測試與分析,得出以下結(jié)論:

①不同部位的湖羊毛粗腔毛率在12.43%～18.61%;白度值在30左右;含油脂率在6%左右,其中湖羊背部、腹部羊毛油脂含量接近,均高于頸部含油脂率,湖羊臂部羊毛含油脂率最低。

②不同部位的湖羊毛毛叢長度差距較大,湖羊的臂部毛叢最長,腹部次之,頸部最短。不同部位的湖羊毛纖維直徑差異不大,但同一部位的毛纖維直徑差異明顯,CV值較大。

③湖羊的無髓毛纖維中,背部最長,臂部、頸部次之,腹部最短;湖羊的有髓毛纖維中,臂部最長,頸部、背部次之,腹部最短。

④湖羊同一部位中取得的有髓毛和無髓毛拉伸性能有明顯差異。有髓毛的平均斷裂強(qiáng)力較大,斷裂伸長較小;湖羊頸部有髓毛的斷裂強(qiáng)力平均值最大,湖羊臂部有髓毛的斷裂強(qiáng)力CV值明顯大于其他部位。同部位的無髓毛斷裂伸長率明顯大于有髓毛,斷裂強(qiáng)力明顯小于有髓毛。在不同部位的無髓毛當(dāng)中,腹部無髓毛的斷裂伸長率明顯大于其余部位纖維斷裂伸長率。

綜合評價得出,湖羊毛背部纖維的質(zhì)量最佳。