柔软工艺对生丝性能的影响

许凤麟, 赵骆建, 徐英莲

(1.浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018; 2.南充出入境检验检疫局，四川 南充 637900)

柔软工艺对生丝性能的影响

许凤麟1, 赵骆建2, 徐英莲1

(1.浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018; 2.南充出入境检验检疫局，四川 南充 637900)

为开发适合于丝针织工艺的柔软生丝，采用生丝柔软浸泡和蚕茧柔软渗透二种不同的生丝制备工艺，测试其性能，探讨生产工艺对生丝性能的影响。研究结果表明：生丝生产工艺直接影响丝胶的分布和柔软剂的渗透程度；浸泡工艺中柔软剂主要作用于生丝外围丝胶，其表面光滑紧致，与常规生丝相比，强、伸度下降，初始模量下降19%左右，润滑度提升4%左右；渗透工艺柔软剂直接作用于茧丝外围丝胶，茧丝间的抱合程度弱，生丝表面结构松散，强度下降、伸长度提高，初始模量下降37%左右，润滑度提升9%左右。即二种工艺的生丝都能满足针织成圈的要求，但渗透工艺生丝的柔软效果更佳。

生丝; 力学性能; 柔软性能; 润滑性能; 抱合性能

生丝丝胶是一种球状蛋白，性脆而缺乏弹性，而且性能活泼[1-2]。丝胶的含量及凝固状态[3]在一定程度上影响着生丝的性能。为了使蚕丝具有良好的编织性，提高蚕丝在针织领域的利用率，需要提高生丝的柔软性。影响生丝柔软性能的因素有很多[4-5]，比如柔软剂的品种、柔软丝的生产工艺、柔软工艺参数等都影响生丝表面丝胶的膨化程度、生丝对柔软剂的吸收程度和柔软剂在生丝表面的分布，从而影响生丝的柔软等物理机械性能。

本研究选用生丝柔软剂氨基硅油SM-17，采用蚕茧柔软剂渗透处理和生丝柔软浸泡处理二种不同的工艺生产柔软丝，从生丝的表面形貌、抱合力、取向度、断裂强力、断裂伸长、初始模量、润滑度等几个方面，与常规生丝和脱胶率为24%的脱胶丝比较，针对柔软工艺对生丝性能的影响进行研究。

氨基硅油SM-17是以二甲基硅油和多种表面活性剂为主要成分的综合型助剂，常作为真丝纺织品的柔软处理助剂[6]。生丝柔软浸泡处理是指蚕茧缫成丝后添加柔软剂，进行柔软整理，即先将绞丝浸渍柔软处理后晾干，再经络筒后进行编织。此法通用性强，适合于利用常规生丝进行丝针织生产。蚕茧柔软剂渗透处理是指在煮茧前对茧丝丝胶进行渗透、柔软处理，即在生丝中蚕丝还没有抱合成形前添加柔软剂，然后经过缫丝制成丝。这种方法将柔软工艺和缫丝工艺糅合在一起，具有提高柔软剂渗透性和生丝均匀软化等优点[7]。

1 试 验

1.1 材料、试剂与仪器

材料：干茧(春茧)。

试剂：氨基硅油SM-17(工业用，杭州英仑丝绸科技研究所有限公司)，NaHCO3(分析纯，杭州米克化工仪器有限公司)。

仪器：2XZ-2旋片真空泵(浙江黄岩求精真空泵)，SR-1000型自动缫丝机(四川省丝绸工业研究所)，XL-2型纱线强伸度仪(上海新纤仪器有限公司)，SL-1型润滑度仪(上海市丝绸工业公司职工大学)，Y371型抱合力机(南通三思机电科技有限公司)，HH-S型恒温水浴锅(金坛市晶玻实验仪器厂)，Y802型八篮恒温烘箱(国营常州纺织仪器厂)，BS2002-WE1型电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。

1.2 生丝制备工艺

1.2.1 常规生丝制备工艺

工艺流程：剥茧→选茧→真空渗透→煮茧→缫丝→烘干。

真空渗透工艺：水温40 ℃，真空度90 KPa，每次30 s，渗透3次。

煮茧工艺：浴比1︰100，煮茧温度98 ℃，煮茧时间5 min，调整温度60 ℃，调整时间2 min，煮茧、调整各3次，保护温度40 ℃。

缫丝工艺：索绪温度90 ℃，理绪温度40 ℃，转速140 r/min，丝鞘长度10 cm，生丝纤度22.2/24.4 dtex(8粒茧)。

烘干工艺：单丝红外烘干，温度45～50 ℃。

1.2.2 柔软生丝制备工艺

工艺流程：剥茧→选茧→真空渗透→柔软剂煮茧→缫丝→烘干。

真空渗透、煮茧工艺：选用氨基硅油SM-17柔软剂，质量浓度4.5 g/L，对蚕茧进行渗透，其他工艺参数与常规生丝生产工艺相同。

1.2.3 浸泡生丝制备工艺

1.2.4 脱胶丝制备工艺

以上四类生丝制备方法，如表1所示。

表1 生丝小样种类

1.3 测试方法

1.3.1 生丝表面形貌观测

采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜对生丝表面形貌进行观测，加速电压5 kV，放大倍数1 000。

1.3.2 生丝抱合力测试

测定方法参照GB/T 1798—2008《生丝试验方法》执行。

采用Y371型抱和力机对生丝进行抱和力的测试。随机选取10段丝，进行测试，摩擦直到半数以上丝条中出现6 mm及以上的丝条开裂时，记录摩擦次数并取其平均值。

1.3.3 生丝取向度测试

采用SCY-Ⅲ型声速取向测量仪对生丝进行取向度的测试。随机选取5段丝，依次放于SCY-Ⅲ型声速测量仪上，按其操作步骤，测试5次，待5次测试完成后，微型打印机自动打印测试结果，记录相应生丝fs值即可。

1.3.4 生丝力学性能测试

测定方法参照GB/T 1798—2008《生丝试验方法》执行。采用XL-2型纱线强伸度仪对生丝断裂强度、断裂伸长率及初始模量进行测试。调节夹持距离500 mm，拉伸速度500 mm/min，预加张力1.0 cN。对每个试样测试50次，实验结果取其平均值。所有样品均在温度为(20±2.0) ℃、相对湿度为(65.0±4.0)%条件下，平衡12 h以上后进行测试。

1.3.5 生丝润滑度测试

采用SL-1型润滑度仪对生丝润滑度进行测试。它是以一定长度的丝条通过滑轮组所需时间的长短来反映润滑性能的[9]。随机选取10段丝，每段丝测试5次，记录丝条滑落时间并取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 生丝表面形貌分析

从图1可看出，常规生丝和浸泡生丝S的纵向整体上都比较平整，相对而言，浸泡丝表面更为光滑紧致。这是由于浸泡时纤维表面有部分丝胶溶解、膨化，干燥时，膨化的丝胶在生丝丝条上重新分布。柔软生丝S单丝间抱合的紧密程度较低，主要是由于在蚕茧真空渗透和煮茧过程中添加了柔软助剂，柔软剂渗透到茧丝的丝胶中，影响了缫丝时茧丝之间的抱合。

图1 丝纤维的SEM图Fig.1 SEM images of silk fiber

2.2 生丝抱合性能分析

脱胶丝由于丝胶的脱去，部分丝条已开裂，不宜于抱合度的测试。常规生丝、浸泡生丝S、柔软生丝S的抱合力测定结果如图2所示。

图2 生丝抱合性能的测试Fig.2 The cohesion property test of raw silk

从图2可以看出，柔软丝和浸泡丝的抱合力都降低了，浸泡生丝S下降23.79%，柔软生丝S下降25.29%，两者相差不大。

生丝抱合性能主要取决于茧丝之间相互胶着面积的大小及黏合的紧密程度。在生丝制备过程中，有柔软剂存在条件下，柔软剂进入丝胶分子内部，破坏了丝胶分子间的结合力，降低了茧丝之间的黏着力，茧丝间的抱合作用降低，故在生丝抱合性能测试中，浸泡生丝和柔软生丝较常规丝抱合次数下降20次左右。其中，在浸泡生丝生产工艺中，柔软剂主要作用于生丝外围的丝胶；而在柔软生丝生产工艺中，柔软剂直接作用于茧丝外围的丝胶，渗透更为充分，所以柔软生丝的抱合性能略差于浸泡生丝。

2.3 生丝取向性能分析

常规生丝、浸泡生丝S、柔软生丝S、脱胶丝的取向性能测定结果如图3所示。

图3 生丝取向性能的测试Fig.3 The orientation property test of raw silk

从图3可知，不同工艺生丝的取向度在0.95～0.99，差别不大。浸泡生丝S的取向度提升1.01%，柔软生丝S降低1.29%，脱胶丝降低3.62%。这说明茧丝的取向度主要由丝素的性能决定，丝胶的含量对其有一定的影响，丝胶的分布对其影响不大。

纤维的取向度取决于纤维的分子结构与大分子的结晶度，而茧丝的结晶区主要集中在丝素部分，丝胶有一定的结晶度，但结晶度很小，所以丝纤维的取向度主要是由丝素的性能决定。试验中脱胶丝的丝胶已部分脱去，其取向度只降低了3%左右，由此可看出，丝胶的含量对丝纤维的结晶度有一定的影响，但影响很小。柔软处理主要是对蚕丝丝胶蛋白进行改性处理，对丝素影响不大。所以经过柔软处理，生丝的取向度差异不大。

浸泡生丝取向性能略优于柔软生丝，浸泡生丝柔软剂主要作用于生丝外围的丝胶，生丝整体结构变化不大；而柔软生丝柔软剂直接作用于茧丝外围的丝胶，茧丝大分子间作用力也较小，从而影响其取向性能。

2.4 生丝力学性能分析

常规生丝、浸泡生丝S、柔软生丝S、脱胶丝的力学性能测定结果如表2、图4所示。

表2 生丝的力学性能

图4 生丝力学性能的测试Fig.4 The mechanical property test of raw silk

由表2和图4可知，与常规生丝相比，浸泡生丝S平均断裂强力下降19%，柔软生丝S下降31.9%。经过柔软处理，生丝断裂强力都有一定程度的下降。

浸泡生丝S在柔软剂的作用下，生丝外围丝胶膨化(部分溶解)，减弱丝胶分子间相互作用力，生丝的断裂强力有所下降。柔软生丝S经过高温柔软剂煮茧，柔软剂直接作用于茧丝外围丝胶，渗透更为充分，茧丝间抱合能力减弱，生丝断裂强力下降明显。

从表2还可以看出，与常规生丝相比，浸泡生丝S断裂伸长下降9.39%，柔软生丝S提高3.87%，脱胶丝下降26.52%。由此可见生丝伸长率与丝胶含量有关，柔软处理工艺对生丝断裂伸长率影响不大。

一般来说，生丝伸长率会随着丝胶含量的减少而下降[10]。脱胶丝丝胶的脱去，茧丝间丝胶的抱合作用大大减弱，使得生丝伸长明显的减弱。浸泡生丝S由于在浸泡过程中，生丝表面丝胶有部分膨化、溶解，其丝胶含量较常规生丝和柔软生丝低，所以断裂伸长率有所下降。柔软生丝S将柔软工艺和煮茧工艺同步进行，丝胶含量与常规生丝近似，故其伸长率变化不大。

由表2可以看出，与常规生丝相比，浸泡生丝S初始模量降低19%，柔软生丝S降低36.8%，脱胶丝降低11.9%。丝胶的含量减少可降低生丝初始模量，柔软工艺对生丝的初始模量有较大的影响。

初始模量是代表纺织材料在受拉伸力很小时抵抗变形的能力[11]。丝胶的含量、柔软剂的品种及柔软剂在丝胶中渗透程度对生丝初始模量都有相当程度的影响。脱胶丝经过脱胶工艺，其初始模量明显下降。试验所用的柔软剂氨基硅油SM-17含有二甲基硅油和多种表面活性剂，能有效渗透至丝胶内部，并与丝胶发生反应，生成有机硅弹性膜包覆在生丝表面，降低生丝的初始模量，消除丝胶对初始模量的影响，所以柔软生丝S和浸泡生丝S的初始模量都大幅度下降，甚至低于脱胶丝。由于生丝的柔软工艺影响柔软剂在丝胶中的渗透程度：浸泡生丝S是生丝抱合成形后，再采用柔软剂对生丝进行浸泡处理，所以柔软剂只渗入在生丝外围丝胶内；而柔软生丝S是直接对茧丝进行柔软剂渗透处理，然后缫丝抱合成生丝，所以柔软剂分布于茧丝周围，充分渗透入丝胶内部，大大提高了生丝的柔软性能。

2.5 生丝润滑性能分析

常规生丝、浸泡生丝S、柔软生丝S、脱胶丝的润滑度测定结果如表3所示。

表3 生丝的润滑性能

由表3可知，柔软工艺和浸泡工艺处理都在不同程度上提高了生丝的润滑度，柔软生丝S润滑度相比常规生丝提升8.87%，浸泡生丝S提升3.67%，脱胶丝提升8.26%。

润滑度是表示纺织材料摩擦力很小时抵抗磨损的能力[7]。润滑度的高低主要取决于生丝的柔软度及纤维表面摩擦性能。由表2可知，浸泡生丝S、柔软生丝S及脱胶丝的初始模量较低，柔软性能良好，所以其润滑度都较常规生丝有不同程度的提高；浸泡生丝S的润滑度CV值为5.27%，柔软生丝S的润滑度CV值为6.45%，均高于常规生丝和脱胶丝，主要是由于在柔软处理时，生丝的丝胶经过溶解、膨化、重新分布，丝胶分布变得不均匀，增大了生丝纤维表面的摩擦力。

3 结 论

1)生丝取向度主要由丝素的性能决定，丝胶的含量和分布对其影响不大。

2)浸泡生丝生产工艺中，柔软剂主要作用于生丝外围丝胶，与常规生丝相比，断裂强力下降19%左右，伸长率下降9%左右，初始模量下降19%左右；柔软生丝生产工艺中柔软剂直接作用于茧丝外围丝胶，柔软剂渗透更深入，强度下降32%左右，伸长率提高4%左右，初始模量下降37%左右。

3)浸泡生丝表面光滑紧致，与常规生丝相比，抱合力下降24%左右，润滑度提升4%左右；柔软生丝表面结构较松散，抱合力下降25%左右，润滑度提升9%左右。

4)生丝生产工艺直接影响丝胶的分布和柔软剂的渗透程度，对丝素影响不大。浸泡生丝和柔软生丝柔软度和润滑度均能满足针织成圈的要求，但柔软生丝的柔软效果更佳。

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The Influence of Soft Process on Properties of Raw Silk

XU Fenglin1, ZHAO Luojian2, XU Yinglian1

(1.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2.Nanchong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau of China, Nanchong 637900, China)

In order to develop soft raw silk suitable for knitting technology, this paper mainly described two raw silk preparation technologies: raw silk soft soaking and soft cocoon permeation. Besides, this paper tested the properties and discussed effects of production technologies on raw silk properties. The results show that production technologies of raw silk directly affect the distribution of sericin and penetration of softening agent. In soaking process, softening agent mainly acts on the sericin outer of raw silk. Compared with conventional raw silk, the surface of treated silk is more smooth and compact, but the strength and elongation decrease; the initial modulus decreases about 19%, while lubrication increases about 4%. In penetration process, softening agent directly acts on the sericin on the periphery of cocoon filament. After the treatment, the cohesion between cocoon filaments becomes weaker; the surface structure gets looser; the strength decreases; the elongation increases; the initial modulus decreases about 37%, while lubrication increases about 9%. Both of these two kinds of silk can meet the requirements of knitting, but the raw silk treated by penetration process performs better in terms of softness.

raw silk; mechanical property; soft property; lubrication property; cohesion property

2014-09-16;

2014-11-19

许凤麟(1990-)，女，硕士研究生，研究方向为现代纺织技术及新产品研究。通信作者：徐英莲，高级工程师，xyl6000@126.com。

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.03.003

TS145.2

A

1001-7003(2015)03-0011-05 引用页码: 031103