鲜茧生丝与干茧生丝的结构性能差异研究

章琪超，江文斌，傅雅琴

(浙江理工大学，a.材料与纺织学院；b.杂志社，杭州 310018)

鲜茧生丝与干茧生丝的结构性能差异研究

章琪超a，江文斌a，傅雅琴b

(浙江理工大学，a.材料与纺织学院；b.杂志社，杭州 310018)

为了更好地了解鲜茧缫生丝与干茧缫生丝在结构性能上的差异，以同一产地的蚕茧为研究对象，分别缫制成鲜茧生丝和干茧生丝。对生丝的力学性能、纵向形态、表面基团、结晶度等进行测试和分析；在此基础上，将生丝进行泡丝处理，对浸泡后生丝的力学性能、相关的品质指标等进行测试。结果表明：在其他工艺条件相同的条件下，鲜茧生丝与干茧生丝在纵向形态、微观结构上差别不大；抱合、洁净成绩基本相同，但与干茧丝相比，鲜茧生丝的初期丝胶溶失率较大，断裂伸长率较小，清洁成绩较低。经过泡丝工序后，鲜茧丝的抱合、清洁、洁净性能明显低于干茧丝，这对后续的织造可能会造成一定的负面影响。

干茧；鲜茧；生丝结构；生丝性能；泡丝

生丝是桑蚕茧缫丝后所得的产品，俗称真丝。常规的缫丝工艺是将采集后的鲜茧经过适当干燥成为可以储存的干茧。缫丝时，先将干茧渗透(真空或温差渗透)后煮茧，再缫丝、复摇整理成为一定卷装形式的生丝[1]。为了区分，将这种方式生产的蚕茧命名为干茧生丝。近年来，广西、山东等地的一些缫丝企业为了更好地利用缫丝的副产品——蚕蛹和节省能耗，将采集的鲜蚕茧不再采用烘茧技术烘干蚕茧进行储存，而是直接运入冷库速冻，储藏在冷库中。缫丝时，将冷冻的鲜蚕茧(有的企业是使用刚收购还未冷冻的鲜茧)进行真空渗透后不通过煮茧，直接缫丝、复摇整理成一定卷装形式的生丝[2]。与常规生丝相对应，将其命名为鲜茧生丝。由于两者缫丝工艺的不同，因此，缫制的生丝在结构性能上会有一定的差异。黄继伟等[3]认为对于同一庄口的蚕茧，鲜茧丝的抱合性能低于干茧生丝，但强度略有上升；朱忠祥[4]将鲜茧生丝用作纬丝，进行织造，发现与干茧生丝相比，鲜茧生丝在络丝、并丝和捻丝等工序中存在更多的断头现象，影响织造效率。

为了了解鲜茧生丝与干茧生丝在性能上的差异，本文以同一产地的蚕茧为研究对象，分别对鲜茧生丝与干茧生丝的结构性能及泡丝后生丝的相关性能进行研究，以期为鲜茧生丝的检验、使用等方面提供参考，同时为生丝质量指标的完善，织绸企业的生丝选购提供理论依据。

1 实 验

1.1 实验材料

同一产地的鲜茧(广西)，分成A、B两组，A组鲜茧放入冷库，B组通过常规的干燥工艺干燥后，放入常规室温的茧库中。从冷库中取出A组蚕茧，真空渗透后，缫丝、复摇整理，得到规格为23.3 dtex(20/22D)的鲜茧生丝；从室温茧库中取出B组蚕茧，真空渗透后，煮茧、缫丝、复摇整理，得到规格为23.3 dtex(20/22D)的干茧生丝。

将得到的鲜茧丝分成A1、A2和A3三组，干茧丝分为B1、B2和B3三组。

A1、B1的生丝直接进行结构性能分析，A2、B2的生丝进行织造准备工序的经丝浸泡工艺浸泡后进行结构性能分析，A3、B3的生丝进行织造准备工序纬丝浸泡工艺浸泡后进行结构性能分析。

1.2 测试方法

1.2.1 纵向外观形态观察

抽取鲜茧丝与干茧丝样品，置于铜片样品台上，镀金处理后用ULTRA55型扫描电子显微镜在200倍下观察生丝的纵向形态。

1.2.2 X射线衍射测试

分别将鲜茧丝和干茧丝用切片器切成微小粉末，采用XTRA型X射线衍射仪(Cu靶，Kɑ射线)对丝粉末结晶度进行测试。操作条件：管电压40kV，管电流为40mA，扫描速度为2°/min，扫描范围5～50°。用Peakfit软件对样品的X射线衍射曲线进行Gaussian法拟合分峰，并根据公式(1)计算各样品结晶度。

(1)

式(1)中：Xc为样品的结晶度，Ic为样品中结晶区对X射线的衍射程度，Ia为样品中无定型区(非晶区)对X射线的衍射强度。

1.2.3 红外光谱测试

分别将鲜茧丝和干茧丝用切片器切成微小粉末，使用FT-IR红外光谱仪，扫描范围为400～4000cm-1，测定两种生丝的红外吸收光谱。

1.2.4 生丝的初期丝胶溶失率测定

在同一天、同一时段，分别将鲜茧生丝和干茧生丝置于88℃的水浴锅，测定水浴时间为30min的生丝初期丝胶溶失率η：

(2)

1.2.5 力学性能测试

使用XL-II型纱线强伸度仪，测定生丝的单丝力学性能[5]。设置夹持距离为500mm，拉伸速度为500mm/min，有效样本容量20，取其平均值。

1.2.6 生丝的强伸度、抱合、清洁、洁净的商检指标

委托中国浙江出入境检验检疫局丝类检测中心，按中国生丝检验国家标准(GB/T1798-2008)，对所制备样丝的强伸度、抱合、清洁、洁净等生丝品质指标进行检验。

2 结果与讨论

2.1 原始鲜茧生丝与干茧生丝的结构性能差异

2.1.1 纵向外观形态

图1为鲜茧生丝与干茧生丝的扫描电子显微照片。

图1 鲜茧丝与干茧丝的扫描电子显微照片

从图1中可以看出，鲜茧丝和干茧丝的纵向形态基本相同，一根生丝由多根茧丝组成，但鲜茧丝表面附着细小丝胶颗粒的现象更加明显。这主要是由于鲜茧没有经过煮茧，丝胶没有得到膨润，从而使其在茧丝表面分布不均匀。

2.1.2 结晶度

鲜茧生丝与干茧生丝的X射线衍射曲线如图2。

丝素蛋白分为两种晶体结构：SilkⅠ型和SilkⅡ型，SilkⅠ型的主要衍射特征峰的2θ分别为12.2°(中等)、19.7°(强)、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分别为9.1°(中强)、18.9°(中强)、20.7°(很强)、24.3°(弱)、39.7°(弱)。

图2 鲜茧丝与干茧丝的X射线衍射图

由图2可知，鲜茧生丝和干茧生丝的图形曲线形状相似，表明两者的结晶结构基本相同，只在衍射峰强度上存在一定差异。利用Peakfit软件对其进行分峰拟合处理后，可以清楚地看到鲜茧丝和干茧丝均在2θ为10.1、18.3、20.7、24.1、28.6°左右出现了主要衍射吸收峰，且在20.7°左右峰值明显，该特征峰对应于SilkⅡ结构。这表明鲜茧丝与干茧丝蛋白中同时存在β-折叠结构和α-螺旋结构，且以SilkⅡ型(β-折叠结构)的晶体结构为主。

表1为两种生丝的结晶度。根据图中曲线计算，鲜茧丝结晶度为44.37%，干茧丝结晶度为49.68%，显示鲜茧丝的结晶度略低于干茧丝。

2.1.3 表面基团

蛋白质分子的构象可以根据其红外光谱曲线上的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ及酰胺Ⅴ吸收峰的位置加以分析和判断。鲜茧丝与干茧丝的红外光谱图如图3所示。

由图3可知，干茧丝和鲜茧丝的特征峰位置一致，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)附近处，这表明两者的表面基团没有明显差异。

表1 生丝的结晶度

图3 鲜茧生丝与干茧生丝的红外光谱图

2.1.4 生丝的初期丝胶溶失率

生丝的初期丝胶溶失率的大小，表明生丝中易溶丝胶与丝素的附着牢度。煮茧过程中温度、时间、pH值以及工艺条件设计不合理等均会造成丝胶溶失率的不合理增大。为此，对鲜茧丝和干茧丝水浴时间为30min的初期丝胶溶失率进行了测定，得到的结果见表2。

表2 鲜茧丝与干茧丝的初期丝胶溶失率

由表2可知，对于30min的生丝初期丝胶溶失率，鲜茧丝明显大于干茧丝，表明鲜茧丝的丝胶更容易从生丝中脱落。

2.1.5 单丝力学性能

生丝的断裂强度和伸长率与蚕丝的丝胶含量及丝素蛋白的聚集态结构有关，主要是由丝素的结晶区和非结晶区结构决定的。表3为鲜茧生丝与干茧生丝单丝的断裂强度和断裂伸长率。

表3 鲜茧丝与干茧丝单丝断裂强度、断裂伸长率

从表3中可以看出，与干茧生丝相比，鲜茧丝的断裂强度差异不大，伸长度有所下降，特别是鲜茧丝的强度和伸长度的不匀率明显增大，表明鲜茧生丝的质量稳定性较差。

依据中华人民共和国生丝检验的国家标准，生丝力学性能的商业检测采用的是100回的复丝检测。为此，委托中国浙江省出入境检验检疫局丝类检测中心按中国生丝检验国家标准(GB/T1798-2008)进行检验，得到的结果如表4。

表4 鲜茧丝与干茧丝复丝断裂强度、断裂伸长率

从表3和表4可以看出，无论是单丝测量还是复丝测量，鲜茧丝的平均断裂强度均与干茧丝差异不大，伸长度低于干茧丝。

2.1.6 抱合、清洁、洁净性能

生丝的抱合、清洁和洁净指标的好坏，直接影响生丝的织造性能，对高速织机尤为重要。为此，委托浙江省检验检疫局丝类检测中心对生丝的抱合、清洁、洁净指标进行测试，得到的结果见表5。

表5 鲜茧生丝与干茧生丝的抱合、清洁、洁净性能

从表5中可以看出，两者的抱合、洁净性能差别不大，而鲜茧丝的清洁成绩较差。这是因为鲜茧茧层的解舒抵抗力低，易产生剥离造成清洁差。

2.2 泡丝处理后鲜茧生丝与干茧生丝的性能差异

生丝用作织造原料，往往需要在织造前对生丝进行浸泡，以适当软化丝胶，增加光滑度，有利于织造，且用作经丝和纬丝的浸泡工艺略有差异[6]。为此，委托织造企业对鲜茧丝和干茧丝分别进行经丝浸泡工艺浸泡和纬丝浸泡工艺浸泡，并对浸泡后生丝的相关性能进行检测。

2.2.1 泡丝后生丝的初期丝胶溶失率

生丝泡丝后部分丝胶会脱落，测得的泡丝后的初期丝胶溶失率见表6。由表6可知，无论是在15min还是30min，鲜茧丝的丝胶溶失率均大于干茧丝，表明鲜茧丝的丝胶粘附力差。

表6 泡丝后生丝的初期丝胶溶失率

2.2.2 复丝的强度与断裂伸长度

由于泡丝后部分丝胶脱落，单丝的力学性能测量的准确度受到一定的影响，因此，对于泡丝后的鲜茧生丝与干茧生丝委托浙江检验检疫局按国家标准进行复丝强伸度测试，得到的结果如表7所示。

表7 鲜茧丝与干茧丝(泡丝)复丝的断裂强度、断裂伸长率

从表7中可以看出，泡丝后的鲜茧丝断裂强度与干茧丝差异不大，其中作为经丝的鲜茧丝伸长度大于干茧丝，且不匀率小，力学稳定性好；作为纬丝的鲜茧丝伸长度则略小于干茧丝。

2.2.3 抱合、清洁、洁净性能

由于织造工序在泡丝工序之后，因此，泡丝后的抱合、清洁、洁净性能才真正影响织造工序。为此，将生丝委托浙江检验检疫局丝类检测中心进行检测。检验结果见表8。从表8可以发现，虽然与未经泡丝的干茧丝相比，鲜茧丝的抱合性、清洁、洁净差异不大，但经过泡丝后，两者间的差异明显增加，这表明即使干茧生丝和鲜茧生丝的商检等级相同，但在织造过程中的使用性能是不一样的，即鲜茧生丝的使用性能明显低于干茧生丝。

表8 泡丝后鲜茧丝与干茧丝的抱合、清洁、洁净成绩

3 结 语

鲜茧不经过干燥和煮茧直接缫丝，不但可以提高功效，而且可以很好地保全副产品蚕蛹的品质，提高丝厂的效益。但是，即使在其他工艺条件相同的情况下，鲜茧生丝与干茧生丝在质量上还存在一定的差异。这种差异在经过泡丝工序后，更加明显。特别是清洁、洁净和抱合性能，干茧丝的质量明显优于鲜茧生丝，表明即使干茧生丝和鲜茧生丝的商检成绩相同，但在织造过程中的使用性能是不一样的，即鲜茧生丝的使用性能明显低于干茧生丝。建议修订新的检验标准，准确判断鲜茧生丝或干茧生丝，让织造企业能根据需要正确选用原料生丝，并根据原料选择相应的泡丝工艺。

[1] 陈文兴,傅雅琴.蚕丝加工工程[M].北京:中国纺织出版社,2013：25-30.

[2] 乔铁军,王 仑,张秀琍,等.干茧丝与鲜茧丝抱合指标的差异性实验与分析[J].丝绸,2009，46(10):32-33.

[3] 黄继伟,洪基武,林海涛,等.鲜茧缫生丝与干茧缫生丝的性能对比[J].丝绸,2013,50(11):28-32.

[4] 朱忠强.鲜茧丝与干茧丝在梭织纬线上的使用比较[J].丝绸,2014,51(4):15-17.

[5] 张彩珍,陈文兴,傅雅琴.无丝鞘缫丝的假捻装置及工艺研究[J].丝绸,2013,50(11):24-27.

[6] 左葆齐,杨开琳,侯彩萍.国内常用泡丝助剂浸泡效果分析及工艺优化[J].苏州丝绸工学院学报,1995,15(1):50-58.

(责任编辑：陈和榜)

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年茧丝绸发展专项资金

章琪超(1991-)，女，浙江省杭州人，本科生，材料科学与工程专业。

傅雅琴，电子邮箱：fyq01@zstu.edu.cn

TS143.2

A

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