湖羊不同部位毛纤维的性能对比

曹 阳,罗 明,谭启飞,陈益人,2

(1.武汉纺织大学 纺织科学与工程学院,湖北 武汉 430200; 2.武汉纺织大学 湖北省纺织新材料与先进加工技术省部共建国家重点实验室培育基地,湖北 武汉 430200)

湖羊是我国国家级畜禽遗传资源保护品种之一,湖羊作为我国唯一适合全舍饲、规模化、工厂化养殖的品种特性得到广泛认同,因而湖羊规模化养殖在全国得到较快发展[1]。2014年“湖州湖羊”获得国家农产品地理保护标志。2018年据人民资讯网报道[2],华中农业大学的姜勋平教授调研了湖北省233个养殖单位,发现湖羊养殖规模明显扩大,湖北最大的湖羊养殖基地饲养达到10万头。湖州市农业农村局官方统计[3]显示,2019年湖州市湖羊饲养量达80万头;截止2021年湖州市当地湖羊饲养量达93.11万头,2021年年末,全市羊存栏50.43万头,同比增长24.3%,全年累计出栏42.68万头,同比增长16.1%。湖羊作为浙江特色品种,经过多年的养殖发展,湖羊产业呈现繁荣兴盛的发展势头。

伴随着湖羊养殖规模的不断加大,湖羊毛的产量也随之增加。湖羊毛属异质毛,粗细不匀,刚柔差异很大[4],湖羊毛纤维的品质不高,不合适纺制中高等级的羊毛纱线,导致湖羊毛的收购价格较低,甚至出现被直接丢弃的现象[5]。

王玉晴等[6]对引种湖羊的主要被毛特性进行测定分析,发现湖羊毛的品质特性与年龄、性别、饲养环境、羊毛生长部位等多因素有关;不同部位的羊毛长度、细度差异显著;不同性别湖羊的个体差异明显,相同性别湖羊个体差异较小;同一只湖羊的被毛直径差异也很大,可达5～6 μm。李丽君等[7]通过对比废弃混杂湖羊毛与绵羊毛的纤维形态、伸直度及力学性能发现,单根废弃混杂湖羊毛纤维截面呈圆形或椭圆形,中空,伸直度较高,断裂强度较高,但断裂强力CV值更大,这限制了废弃混杂湖羊毛纤维在纺纱中的应用。

本文从1岁龄湖羊的颈部、腹部、背部、臂部抽取纤维样本,通过索式脂肪抽提法、扫描电镜法、单纤维强力测试法、纤维白度仪法等对湖羊不同部位的毛纤维进行性能测试,并加以分析对比,以期为湖羊毛纤维合理应用提供依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

材料:湖羊毛(选30只湖北致清和农牧有限公司的1岁龄湖羊作为实验对象,在湖羊颈部、腹部、背部、臂部各取样150 g左右);中性洗涤剂、元明粉、石油醚(60～90 ℃)(国药集团化学试剂有限公司)。

仪器:Y172纤维切片器(宁波纺织仪器厂);CU-4纤维细度测试仪(众视野科技有限公司);PTX-FA110S电子天平(福建华志电子科技有限公司);HHS-8数显恒温水浴锅(江苏波场智能科技有限公司);DHG-9146A电热恒温干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);JSM-6510 L扫描电子显微镜(JEOL日本电子株式会社);YG006单纤维强力仪(宁波大禾仪器有限公司);WSB-II白度仪(温州仪器仪表有限公司)。

1.2 测试与表征

对湖羊毛纤维进行性能测试前,先对羊毛纤维进行预处理。首先进行开松除杂,将羊毛开松,去除纤维中的砂土、杂质,挑拣出缠结在羊毛纤维中的粪便以及其它异性纤维等;而后参照GB/T 6978—2007《含脂毛洗净率试验方法 烘箱法》进行洗毛,以去除湖羊毛纤维上附着的油脂、砂土、汗垢等。再根据GB/T 6529—2008《纺织品 调湿和试验用标准大气》对湖羊毛纤维进行调湿,使其符合物理性能测试的条件。

1.2.1 湖羊毛纤维横截面

采用Y172型纤维切片器将不同部位的湖羊毛纤维切断后制取切片,然后使用JSM-6510L扫描电子显微镜对不同部位湖羊毛纤维的横截面形态结构进行观察。

1.2.2 粗腔毛率

根据GB 1523—2013《绵羊毛》,直径范围为30 μm以下的羊毛纤维为细毛,直径范围为30.0～52.5 μm的羊毛纤维为粗绒毛,直径大于52.5 μm的羊毛纤维为粗毛。粗腔毛粗短,卷曲少且小;无髓毛细长,卷曲多且强,细绒毛尤其细、软,通过这些特征,可以通过裸眼判断其是否为粗腔毛。从样品中抽取1个毛丛置于黑绒板上,用镊子分离出每1根单纤维,肉眼观察其形态,判断其是否为粗腔毛。粗腔毛率计算公式如下:

(1)

式中:C为粗腔毛率,%;N0为毛丛中粗腔毛根数,根;N为毛丛中纤维总根数,根。

1.2.3 湖羊毛纤维长度

根据GB/T 6976—2007《羊毛毛丛自然长度试验方法》,对湖羊不同部位纤维毛丛自然长度进行测试并记录;从不同部位的毛丛中随机抽取1个毛丛,逐根放到黑绒板上用适度的力使纤维拉到伸直状态,再用直尺测量得到纤维伸直长度。

1.2.4 湖羊毛纤维细度

随机抽取湖羊颈部、腹部、背部、臂部各200根,使用Y172纤维切片器,将纤维切成一定长度并制成纤维样本,然后使用CU-4纤维细度测试仪对载玻片上的样本纤维逐根进行直径测量,并记录样本中纤维在各直径范围内的根数。

1.2.5 湖羊毛纤维拉伸性能

随机抽取湖羊颈部、腹部、背部、臂部各50根有髓毛及无髓毛纤维,根据GB/T 4711—1984《羊毛单纤维断裂强力和伸长试验方法》,采用YG006单纤维强力仪测试不同部位湖羊毛纤维的断裂强力和断裂伸长率,隔距为10 mm,拉伸速度为20 mm/min。

1.2.6 湖羊毛纤维白度

根据GB/T 8424.2—2001《纺织品 色牢度试验 相对白度的仪器评定方法》,将纤维整理梳成1个纵向的表面,置于试样盒中。使用WSB-II白度仪对1岁龄湖羊的颈部、腹部、背部、臂部羊毛纤维的白度分别进行测试。每个部位纤维测10次,取平均值作为各部位样品的白度。

1.2.7 湖羊毛纤维含油脂率

采用索式脂肪抽提法测试含脂率。实验前,将实验样品置于抽滤瓶中,将抽滤瓶放在110 ℃烘箱中烘干4 h,烘干后称量,精确到0.000 1。实验在80 ℃的恒温水浴锅中进行,保持回流速度为12 min/次,使用石油醚完全浸润样品,萃取循环15次。循环结束后,烘干抽滤瓶和样品并称量。最后计算得出各试样的含油脂率。含油脂率计算如式(2)所示:

(2)

式中:M为含油脂率,%;W1为油脂和抽滤瓶质量,g;W2为抽滤瓶质量,g;W0为样品干质量,g。

2 结果与分析

2.1 湖羊毛纤维横截面形态结构

湖羊毛颈部、腹部、背部、臂部纤维横截面的扫描电子显微镜观察结果如图1所示。

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

图1中4个部位的湖羊毛纤维均有腔毛,截面均呈圆形或椭圆形,具有明显的髓质层。根据GB 1523—2013《绵羊毛》判断,湖羊毛属于异质毛,应当按照级数毛的标准进行分级。

本文根据三峡职院机制专业的改革实践，研究“因材施教、分层培养、工学交替、强化技能”的人才培养新模式，重点探讨“分层培养、工学交替”模式下的课程体系的构建问题。

2.2 湖羊毛纤维粗腔毛率

对不同部位湖羊毛的粗腔毛进行测试,得出的粗腔毛率结果见表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

湖羊不同部位纤维粗腔毛率均大于10%,腹部的粗腔毛率甚至超过20%,说明湖羊毛整体具有较高的粗腔毛率。根据级数毛标准规定,湖羊毛的粗腔毛率仅符合5级毛的标准。粗腔毛率高的原因之一是湖羊患有皮炎之类的疾病或者营养不良[8],为了避免粗腔毛过多对羊毛品质产生影响,应及时注意湖羊身体表面清洁及饲养的营养搭配情况。

2.3 湖羊毛纤维的长度分析

纤维长度直接影响纤维的加工性能和使用价值,是纤维必不可少的测试指标之一。因为羊毛纤维天然卷曲,因此羊毛纤维包括2种长度指标,即伸直长度和自然长度[9],自然长度在羊毛交易时,常作为分等作价的依据,伸直长度常作为纺纱时选毛和配毛的重要技术参数[10]。湖羊不同部位的毛丛长度测试结果见表2,湖羊不同部位的羊毛伸直长度测试结果见表3。

表2 湖羊不同部位的毛丛长度Tab.2 Length of woolly bush of Hu sheep

表3 湖羊不同部位的羊毛纤维伸直长度Tab.3 Contour length of wool fibers from different parts of Hu sheep

由表2可知,对于毛丛长度而言,不同部位的湖羊毛毛丛长度差距较大,1岁龄的湖羊臂部毛丛长度最长,腹部次之,颈部最短,且湖羊腹部和臂部的羊毛毛丛长度更加均匀。

由表3可知,对于湖羊无髓毛纤维而言,背部的无髓毛纤维的伸直长度最长,臂部与颈部次之,腹部最短;而对于有髓毛而言,湖羊臂部有髓毛长度最长,颈部与背部次之,腹部最短,其中背部有髓纤维长度变化差异较大,可能是基因所致。

2.4 湖羊毛纤维的细度分析

表4为湖羊不同部位的纤维直径测试结果,湖羊不同部位的毛纤维平均直径差异不大,其中腹部纤维的平均直径最大,颈部次之,背部和臂部相对较小。而对于同一部位的湖羊毛而言,纤维直径差异较大,且细度离散系数都很大,其中腹部最高,臂部和颈部次之,背部最小。造成细度离散差异大的原因可能与各部位粗腔毛的少量存在有关,粗腔毛纤维直径远远大于无髓毛。

表4 湖羊不同部位的纤维直径Tab.4 Fiber diameters of different parts of Hu sheep

2.5 湖羊毛纤维拉伸性能分析

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

由表5可知,同毛丛的有髓毛和无髓毛拉伸性能有明显差异。有髓毛的平均断裂强力较大,断裂伸长较小,CV值大。纤维断裂强力受纤维直径影响,纤维越粗,纤维断裂强力越大,但是有髓毛因为存在较大的髓腔,因此其断裂伸长低。湖羊颈部有髓毛的断裂强力平均值远大于其他部位有髓毛,臂部有髓毛断裂强力CV值明显大于其他部位。在同一部位的毛丛中,无髓毛因细度较细,其断裂强力明显小于有髓毛,无髓毛的断裂伸长率明显大于有髓毛。不同部位中,腹部无髓毛的断裂伸长率明显大于其他部位,背部和颈部次之,臂部最小。

2.6 湖羊毛的白度分析

毛织物色泽鲜亮程度与羊毛纤维白度有直接关系。羊毛纤维白度值越高,毛织物染浅色效果越好。羊毛纤维的颜色除了自身色素影响之外,还与饲养条件和环境有关。羊毛上附着的污染物在日光照射下,会在纤维表面产生黄色的顽渍,导致羊毛纤维白度值降低[11]。不同部位湖羊毛纤维白度测试结果见表6。

表6 湖羊不同部位的湖羊毛纤维白度Tab.6 Whiteness of wool fibers from different parts of Hu sheep

由表6可知,对于湖羊不同部位的毛纤维而言,颈部的毛纤维白度最低,背部白度最高。这是因为湖羊颈部羊毛长期堆积纠缠,杂质被包裹其中,导致颈部羊毛白度最低,而背部处于身体最高处,杂质最少,白度也就最高。湖羊在生长过程中也会不可避免地沾染上粪便、草屑、泥土、灰尘以及自身分泌的油脂等,这些外在因素均可能使湖羊不同部位纤维的白度产生差异。

2.7 湖羊毛的含油脂率分析

羊毛含油脂率是评定羊毛品质的重要指标。油脂的主要功能是保护羊毛纤维的物理特性,如纤维强力以及纤维的伸长率;促进羊毛束的生成,形成毛丛,以免剪毛之前羊毛在羊身上发生毡缩。羊毛纤维油脂含量对纤维的强力、成纱、染色、后整理等都有影响[12]。油脂含量过高,羊毛纤维发黏,容易吸附尘污;油脂含量过低,羊毛纤维容易产生静电,纺纱时落毛率、纱线断头率增加[13]。湖羊不同部位的羊毛纤维含油脂率测试结果见表7。

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

由表7可知,对于湖羊不同部位的羊毛纤维而言,背部羊毛含油脂率最高,臂部最低。我国异质羊毛的含油脂率一般在5%～7%左右,因此湖羊含油脂率适中。

3 结 论

本文对1岁龄湖羊不同部位的羊毛纤维进行测试与分析,得出以下结论:

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,均高于颈部含油脂率,湖羊臂部羊毛含油脂率最低。

②不同部位的湖羊毛毛丛长度差距较大,湖羊的臂部毛丛最长,腹部次之,颈部最短。不同部位的湖羊毛纤维直径差异不大,但同一部位的毛纤维直径差异明显,CV值较大。

③湖羊的无髓毛纤维中,背部最长,臂部、颈部次之,腹部最短;湖羊的有髓毛纤维中,臂部最长,颈部、背部次之,腹部最短。

④湖羊同一部位中取得的有髓毛和无髓毛拉伸性能有明显差异。有髓毛的平均断裂强力较大,断裂伸长较小;湖羊颈部有髓毛的断裂强力平均值最大,湖羊臂部有髓毛的断裂强力CV值明显大于其他部位。同部位的无髓毛断裂伸长率明显大于有髓毛,断裂强力明显小于有髓毛。在不同部位的无髓毛当中,腹部无髓毛的断裂伸长率明显大于其余部位纤维断裂伸长率。

综合评价得出,湖羊毛背部纤维的质量最佳。