三种羽绒纤维的性能对比分析

黄 圳，许鹏俊，唐 虹，张成蛟，曹宗华

(1.南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019；2.闽江学院 现代服装技术协同创新中心，福建 福州 350108；3.波司登国际服饰(中国)有限公司，上海 200433)

按照纤维种类，填充性保暖材料可以分为：天然、合成和混合型填充材料[1]。其中，羽绒作为保暖性能最好的天然纤维而被广泛应用于保温服装、床上用品等[2-3]，其中冰岛雁鸭绒因为其昂贵、稀有，被评为世界上羽绒产品的最高级，更是被冠以“羽绒中的宝石”称号，其羽绒制品价格也相当昂贵。

羽绒的宏观研究方面，目前国内现有对羽绒的研究多从种类、填充量等角度对其保暖性性能进行研究。在填充物方面的研究中，有研究者对不同种类的填充物进行了主观实验，发现德高纳米绒的保暖性能最好[4]。在填充量的研究中，环境条件不变时，在一定的填充范围内，热阻随单位填充量增大而增大[5]。在填充方式的研究中，在数量相同的情况下，条形微胞结构的羽绒填充比格状填充更加保暖[6]。在服装领域，GB/T 14272—2011《羽绒服装》通过绒子含量和蓬松度来表征其保暖性。蓬松度与含绒率线性相关，含绒率越高，蓬松度越高[7]。

羽绒的微观结构研究方面，有研究者对白鸭绒和白鹅绒进行过微观结构表征，白鸭绒和白鹅绒绒小枝上结节形态不同[8]，且羽绒绒小枝上存在一定间距的骨节，因此不利于纺丝[9]。目前对羽绒的微观结构研究不详细且不充分，缺少对多种羽绒纤维结构的研究，多采用以一种羽绒代表羽绒整体的方式进行概述[10]，多对白鸭绒和白鹅绒进行局部形态观察[11-12]，缺少整体的观察记录。冰岛雁鸭绒作为一种昂贵稀缺的羽绒资源，目前还没有对其微观结构的相关研究。

本文的主要研究对象为白鸭绒，冰岛雁鸭绒，白鹅绒。通过扫描电镜、X射线衍射和红外吸收光谱试验观察和分析了其微观形貌和元素构成，通过对填充织物的保暖性测试，对比3种羽绒的保暖性能，为其服用研究提供理论支撑。

1 实 验

1.1 实验原料

本文实验中，用到了白鸭绒(产地中国)、冰岛雁鸭绒(产地冰岛)、白鹅绒(产地中国)，3种羽绒照片如图1所示，均由波司登股份有限公司提供，试验用羽绒均为成熟朵绒，即由一颗绒核以及诸多放射状绒枝构成，每条绒枝上又带有成百条绒小枝。图2为30 cm×30 cm的充绒织物，根据GB/T 14272—2011《羽绒服装》、GB/T 35762—2017《纺织品 热传递性能试验方法 平板法》，把白鸭绒、白鹅绒、冰岛雁鸭绒以4 g充绒量填充进30 cm×30 cm的防绒布中，以便对其进行保暖性能测试。

图1 羽绒照片

图2 羽绒填充织物

1.2 实验设备

Zeiss Supra 55型扫描电子显微镜(德国Carl Zeiss AG公司)，Ultima IV型组合型多功能水平X射线衍射仪(日本Rigaka公司)，Nicolet iS10型傅里叶变换红外光谱仪(美国Thermo Fisher公司)，YG606N织物保暖性能测试仪(宏大实验仪器有限公司)。

2 实验结果与分析

2.1 微观形貌

白鸭绒、冰岛雁鸭绒、白鹅绒的成熟朵绒中，白鸭绒和冰岛雁鸭绒绒枝长度在1.0～1.7 cm，而白鹅绒的绒枝长度普遍达到1.5～2.3 cm。

3种羽绒绒枝电镜扫描照片如图3所示。可见，3种羽绒的绒枝上都生有绒小枝，白鸭绒的绒小枝长度在400 μm左右，冰岛雁鸭绒的绒小枝长度在500 μm左右，白鹅绒的绒小枝长度在700 μm左右。且同一品种的羽绒，绒朵的体型越大(即绒核越大、绒枝越长)，其绒小枝也越长。

图3 羽绒绒枝电镜扫描照片(×120)

3种羽绒的绒枝表面电镜扫描照片如图4所示。3种羽绒绒枝表面长有纵向的沟壑纹理。绒小枝从绒枝中长出，根部被绒枝包裹，绒小枝表面也有纵向纹理，但相较于绒枝更加致密。绒枝直径从根部到梢端越来越细，白鸭绒和冰岛雁鸭绒的中段绒枝直径为14 μm左右，白鹅绒的中段绒枝直径为18 μm左右。因为在相同的绒枝直径的情况下，冰岛雁鸭绒相比白鸭绒具有更长的绒小枝。绒小枝在羽绒纤维中起到支撑和保持绒枝间距的作用，因此宏观表现为冰岛雁鸭绒的蓬松性比白鸭绒更佳。

图4 羽绒绒枝表面电镜扫描照片(×5 000)

3种羽绒的绒小枝起始端电镜扫描照片如图5所示。3种羽绒的绒小枝均从绒枝上以45°长出，并在距离绒小枝根部40～50 μm的位置生有结点，绒小枝长出时呈扁平状，在结点位置慢慢变为圆柱形。

图5 羽绒绒小枝起始端电镜扫描照片(×1 000)

3种羽绒的绒小枝结点电镜扫描照片如图6所示。3种羽绒从绒小枝结点位置开始，绒小枝开始变细，截面开始由扁圆形变为圆形。白鹅绒的绒小枝直径比白鸭绒和冰岛雁鸭绒的大。

图6 羽绒绒小枝结点电镜扫描照片(×10 000)

3种羽绒的绒小枝中末端电镜扫描照片如图7所示。可见，3种羽绒在其绒小枝的末端都长有叉状结点，白鸭绒和冰岛雁鸭绒的结点间距为30～40 μm，白鹅绒的结点间距为40～50 μm。根据羽绒成熟状况的不同，其绒小枝上可能全是叉状结点，也可能既有叉状结点又存在三角结点。一般而言，越靠近绒小枝末端，其叉状结点出现的概率越高。

图7 羽绒绒小枝中末端电镜扫描照片(×1 000)

3种羽绒的绒小枝叉状结节电镜扫描照片如图8所示。3种羽绒的叉状结点均存在3个长短不一的尖角，可将其看成是由三角结点生长而成。羽绒层的分叉结构使其更加蓬松，因此保暖性更好。

图8 羽绒绒小枝叉状结节电镜扫描照片(×5 000)

2.2 内部结构

白鸭绒、冰岛雁鸭绒、白鹅绒的X射线衍射图如图9所示。整体来看，羽绒的X射线衍射图属于非晶质衍射图，X射线衍射强度变化平缓。白鸭绒和冰岛雁鸭绒在衍射角2θ在26.5°左右出现衍射峰，衍射峰在峰位、峰强对应相近，说明2种纤维中部分晶胞属同种品型，具有相同的形状和尺寸。冰岛雁鸭绒和白鹅绒在9.7°和19.2°比白鸭绒多2个衍射峰。此外，在衍射角33°～49°之间，3种羽绒均出现弥散的隆峰，这是短程非晶态的表现。

图9 X射线衍射图

2.3 基团构成

图10 红外光谱图

2.4 保暖性能

3种羽绒按照工艺要求填充后，进行保暖性测试，其织物热阻如图11所示。可见，在填充等量羽绒后，织物的保暖性能显著提升，未填充织物的热阻为0.157 clo，白鸭绒填充织物的热阻为1.360 clo，冰岛雁鸭绒填充织物的热阻为1.413 clo，白鹅绒填充织物的热阻为1.501 clo。其中白鸭绒使得防绒布的保暖性能提升了767%，冰岛雁鸭绒使得防绒布保暖性能提升了801%，白鹅绒使得防绒布的保暖性能提升了858%。3种羽绒在化学组成上相似，但是发现白鹅绒的保暖性最好，冰岛雁鸭绒的保暖性次之，白鸭绒的保暖性最差。其原因是因为白鹅绒的绒枝和绒小枝比白鸭绒和冰岛雁鸭绒都长，等量填充进织物后更加蓬松，绒枝之间可以储存更多的静止空气，从而提升了保暖性能。而冰岛雁鸭绒虽然在绒枝直径上和白鸭绒相近，但是冰岛雁鸭绒具有更长的绒小枝，利于空气和热量的储存。

图11 织物热阻

3 结 论

①根据扫描电子显微镜的结构观察，3种羽绒的结构都是从绒核上长出绒枝，绒枝上生有绒小枝，绒小枝上长有结点和分叉。白鹅绒的绒枝和绒小枝最长，且在相同绒枝直径的情况下，冰岛雁鸭绒相比白鸭绒具有更长的绒小枝。绒小枝在羽绒纤维中起到支撑和保持绒枝间距的作用，因此宏观表现为冰岛雁鸭绒的蓬松性比白鸭绒更佳。羽绒优异的保暖性能得益于其层层的分叉结构。

②根据X射线衍射的实验结果，可以认识到羽绒中没有过多的结晶部分，基本以非晶态的形式存在，结晶部分中，白鸭绒和冰岛雁鸭绒的晶胞更加相似。

③根据傅里叶红外光谱分析，白鸭绒、冰岛雁鸭绒、白鹅绒的化学成分基本上完全相同。

④根据对3种羽绒填充织物的保暖性研究，发现白鹅绒的保暖性最好，冰岛雁鸭绒的保暖性次之，白鸭绒的保暖性最差。