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天然蛋白质纤维
第2章天然蛋白质纤维
本章主要教学内容：
（1）羊毛的概况
生产、形态特征、主要组成物质、分类
（2）羊毛纤维的性质与检验
长度、细度、卷曲、缩绒、脂汗、化学性质
（3）其他纺织用毛纤维基本特点
山羊绒、马海毛、兔毛、骆驼绒、牦牛绒、羊驼毛
（4）丝纤维
桑蚕丝
天然蛋白质纤维分类
（1）毛绒类纤维：
动物皮肤处长出来的纤维
毛绒类纤维的分类是依据动物的名称进行
绵羊毛、山羊绒、马海毛、兔毛、骆驼绒、绵羊绒、牦牛绒与牦牛毛、羊驼毛
毛是指主体支撑的毛发，较长和粗硬
绒是簇生的纤维，较短和细软
（2）腺分泌类纤维：
动物体内特种腺体的分泌物
桑蚕丝、柞蚕丝等。
第1节羊毛纤维
整个蛋白质纤维仅占世界纤维消耗量的6%左右。
许多制成品被看成奢侈品
羊毛纤维是最大的动物纤维品种
世界上生产羊毛的国家和地区为数不少，主要集中在澳大利亚、前苏联、新西兰、中国、阿根廷、南非、乌拉圭、英国和土耳其等地。
上述9个国家和地区的羊毛产量约占世界总产量的75%。
澳大利亚羊毛生产雄居世界首位，在世界羊毛产量中的比重一直保持在30％以上，而其美利奴羊毛产量占世界美利奴羊毛产量60％左右。
澳大利亚所产羊毛95％用于出口——澳大利亚是优质细羊毛的最大出口国。
新西兰是第二大羊毛出口国，主要出口较粗的羊毛。
两国分别在世界细羊毛和粗羊毛出口市场上占有垄断地位。
世界主要进口国为日本、法国、前苏联、英国、意大利和中国等。
我国羊毛进口增长很快，1992年羊毛进口量超过日本，成为第一大进口国。
我国是羊毛生产大国，也是羊毛进口大国。
我国的羊毛产区主要集中在新疆、青海、甘肃、宁夏和内蒙等省。
进口羊毛主要来自澳大利亚、新西兰、阿根廷和乌拉圭等国家。
1.羊毛的分类
绵羊毛常称为羊毛。
羊毛可分为发毛和绒毛两个类型。
原始绵羊的毛被中有粗长的发毛和细短的绒毛，绒毛在天气变冷时长出，转暖时脱落。
野生绵羊仍有这种换毛以适应季节交替的习性。
优良品种的绵羊经长期选育，换毛习性消失，毛被中，毛的品质趋于均匀。
改良中的土种羊的季节性换毛习性，随着改良代数的增加而减弱。
剪毛通常在每年春季进行。
细毛羊、半细毛羊一般一年剪一次毛，粗毛绵羊每年可剪两次，分春季和秋季。
绵羊皮肤表面生长的羊毛并非均匀分布，而是呈簇状密集在一起，称为毛丛。
生长在绵羊身上的全体羊毛，称为毛被。
羊毛生长茂密时，各毛丛紧相连接，剪下的毛被成一整张，称为套毛。
若纤维形态相同，长度、细度相近，生长密度大，脂汗较多，纤维相互粘连，形成上下基本一致的形状，外部看呈平顶状，称平顶毛丛——同质细羊毛
相反，纤维粗细混杂、长短不一，粗长纤维从顶端伸出，相互扭结呈锥形或辫形，称毛辫，圆锥毛丛。
品质较差。
1.1按纤维结构分
绒毛：
具有鳞片层和皮质层，没有髓质层，绒毛品质优良，纺纱性能好。
两型毛：
具有鳞片层、皮质层和有断续髓质层。
毛纤维有显著的粗细不匀，纺纱性能差些。
粗绒毛：
直径52.5~75μm，具有连续的髓质层，卷曲少，纤维粗直，抗弯刚度大，光泽强。
纺纱性能较差。
发毛：
直径大于75μm，粗长，无卷曲，突出于毛丛顶端，形成毛辫。
死毛：
除鳞片层外，整根纤维几乎全部是髓质层。
色泽呆白，脆弱易断，无纺纱价值。
粗腔毛：
纤维直径在52.5μm以上为粗毛；在500倍显微镜下，髓腔长25mm以上，腔宽为纤维直径1/3以上的为腔毛。
二者合称粗腔毛。
1.2按毛被上的纤维类型分
可分为同质毛、异质毛。
（绒毛、粗腔毛）
同质毛：
羊体各毛丛含有同一粗细类型毛纤维。
纤维的细度、长度基本一致，一般按细度分成各种支数毛。
异质毛：
羊体各毛丛中由两种及以上类型毛纤维（绒毛、发毛和死毛等）组成。
异质毛一般按粗腔毛含量进行分级，异质毛质量不及同质毛。
1.3按绵羊品种分
分细羊毛、长羊毛、半细毛、粗羊毛。
细羊毛：
细毛羊身上取得的羊毛。
纤维很细，直径为25μm以下的同质毛。
细羊毛纺纱性能优良，是粗纺织物和高级精纺织物的原料。
长羊毛：
纤维粗长，毛丛长度在10cm以上，纤维平均直径在29～55μm之间，有明亮的光泽。
是织制长毛绒织物、衬里、毛毯和工业用呢的原料
半细毛：
纤维直径在25～45μm之间的同质毛。
纺纱性能较好，是纺制针织绒线和高级粗绒线的原料，也可加工成粗纺织物和工业用呢等。
粗羊毛：
纤维平均直径为36～62μm，纺纱性能较差。
主要用于织制地毯，故又称地毯毛。
1.4按细度和长度
可分为超细毛、细毛（18~27μm，<12cm）、半细毛（25~37μm，<15cm）、粗毛（20~70μm，为异质毛）和长毛（>36μm，15~30cm）。
1.5按取毛方式和取毛后原毛的形状分：
可分为套毛、散毛、抓毛。
1.6按剪毛的季节分
春毛、秋毛、伏毛
2.羊毛的形态
羊毛纤维是一种由不溶性蛋白质角朊构成的多层次生物组织，其组织结构极为复杂。
羊毛纤维的外观几何形态是细长的柱体，断面形状细羊毛接近于圆形，粗羊毛为扁圆形。
从组织学角度观察，羊毛纤维是由平面重叠的鳞片状表皮细胞将纺锤状皮质细胞包卷起来组成——即表面为鳞片层，内部为皮质层，粗羊毛的中心部分为髓质层。
3.羊毛结构
3.1羊毛纤维的组成
羊毛纤维的基本组成是α氨基酸剩基连接而成的角蛋白大分子，α氨基酸是哺乳动物组织的基本组成。
角蛋白分子可分为：
高硫角蛋白——存在于羊毛的无序和基质部分；低硫角蛋白——存在于原纤有序结构中，为典型的α螺旋角蛋白。
羊毛角蛋白大分子间依靠分子引力、盐式键、二硫键和氢键等相结合，是多交联的结构，尤其是二硫键（－S－S－）。
3.2羊毛纤维的组织结构
羊毛纤维是多细胞结构体，有两类细胞：
鳞片细胞和皮质细胞。
每一个鳞片是一个细胞，称为表皮细胞（cuticlecell），由细胞间质CMC（cellmembranecomplex）粘结组合成羊毛表面的连续覆盖层。
皮质细胞（cortexcell）有正皮质（ortho-cortex）细胞和副皮质（para-cortex）细胞之分。
部分纤维具有仲皮质细胞。
（1）羊毛的鳞片层
鳞片为角质化细胞，在成形后失去了细胞核和原生质，形成为死细胞组织的角质薄片。
相互之间互相重叠
由角质化的扁平状细胞通过细胞间质粘连而成
羊毛品质决定→鳞片在羊毛周围的排列状态及数量
每1mm长的纤维，细羊毛有60~80个，粗羊毛40~50个
作用：
保护羊毛内层组织，具有良好的化学惰性，具有耐碱、氧化剂、还原剂和蛋白酶的功能
鳞片影响：
鳞片具有方向性→异向摩擦效应，毡化，防缩整理，缩呢
光泽：
细羊毛排列紧密，环状覆盖，漫反射，光泽柔和暗淡；粗羊毛鳞片面积较大且光滑，光泽比细羊毛明亮
（2）羊毛的皮质层
决定羊毛的主要物理、机械和化学性能——分子规整排列，赋予羊毛纤维优良的机械力学性能。
皮质层由角朊蛋白组成，由20多种氨基酸组成，其中最为特殊的是含量高达14％以上的胱氨酸（二硫键）
角朊大分子因二硫键连接形成交联网络结构，二硫键易被拆散和重建→动态平衡的网状结构大分子，对羊毛的强度、弹性和模量均有较大的影响，是羊毛可被热定形和弹性回复的主要机制。
O皮质细胞（正）：
含硫量低，吸湿性较强，对盐基性性染料易染色，化学反应活泼性高
P皮质细胞（副）：
含硫量高，分子联结成稳定的交联结构，对酸性染料亲和力强，化学反应活泼性稍差。
天然卷曲的原因：
由于正、副皮质的结构差异，导致一刚一柔，一伸一缩，O皮质细胞在羊毛卷曲波形外侧，P皮质细胞在羊毛卷曲波形内侧，呈双边分布，该分布在羊毛纤维的轴向是发生螺旋的，使羊毛的整体外观形态呈卷曲状。
部分皮质层可能存在天然色素
（3）羊毛髓质层
由松散联系的细胞和气胞组成，成网状联系。
呈连续或不连续分布。
影响羊毛纤维的使用价值，导致纤维物理机械性能变差，甚至脆断。
（4）羊毛细胞间质
唯一连续存在的物质
存在于皮质细胞及鳞片层与皮质层之间
染料和其他助剂一般能通过该层进入羊毛的皮质层
4.羊毛纤维的性能
4.1羊毛纤维的细度
羊毛细度是确定羊毛品质和使用价值最重要的指标。
羊毛的细度是不均匀的，最细的绒毛直径只有7μm，最粗的直径可达240μm。
同一根羊毛纤维的全部长度上细度也不一样，直径差异可达5～6μm。
影响羊毛细度的因素很多，绵羊的品种是决定羊毛细度的主要因素。
4.1.1羊毛细度的指标
（1）平均直径羊毛纤维横截面近似圆形，因此可用直径表示其细度，单位为微米（μm）。
（2）品质支数品质支数是羊毛工业中长期沿用下来的表示羊毛细度的一个指标。
品质支数原意为各细度羊毛实际能纺制毛纱的支数，以此来表示羊毛品质的优劣。
目前仅表示平均直径在某一范围内的羊毛细度指标。
羊毛品质支数和平均直径的关系
品质支数
平均直径
（μm）
一般可纺毛纱支数
70
66
64
60
58
56
50
48
46
44
40
36
32
18.1---20.0
20.1---21.5
21.6---23.0
23.1---25.0
25.1---27.0
27.1---29.0
29.1---31.0
31.1---34.0
34.1---37.0
37.1---40.0
40.1---43.0
43.1---55.0
55.1---67.0
64以上
52---60
45---52
45---52
36---45
32---34
28---32
4.1.2羊毛细度的测量方法
（1）显微镜投影仪测量法用显微镜投影仪逐根测量羊毛直径，计算出羊毛纤维的平均直径、直径标准差和变异系数等指标。
（2）气流仪测定法快速测量方法。
早期曾在国际羊毛贸易对羊毛细度测定中使用。
但这种方法不能反映细度不匀。
（3）自动仪器检测法OFDA法和激光衍射法
4.1.3羊毛细度与产品性能的关系
（1）细度与纺纱支数的关系：
精纺中，试验指出，细度对毛纱强度和条干均匀度的影响占80%或以上，长度约占15%~20%。
为了保证毛纱强力和顺利纺纱，断面中羊毛的平均根数，以30～40根为宜
纱线断面中的纤维根数：
n=毛纱特数/毛纤维特数
（2）与毛纱细度不匀的关系
越细，细度越均匀，纱的截面中纤维平均根数越多，纱的条干越均匀
（3）与织物风格的关系
精纺轻薄织物，表面光洁、纹路清晰、手感爽——羊毛细
粗纺高级：
手感丰满柔软，质地紧密，60~64支细羊毛
绒线：
手感丰满有弹性，46~58支半细毛
内衣：
很细
4.2羊毛纤维的长度
羊毛纤维的长度差异也很大，最短可在4cm以下，最长可在30cm以上。
4.2.1羊毛长度的概念
（1）自然长度纤维束在自然卷曲下，两端间的直线距离。
一般用自然长度表示毛丛长度。
毛丛长度常在羊毛收购时及选毛搭配时使用。
（2）伸直长度羊毛纤维除去卷曲、伸直后的长度。
在毛纺生产中都采用伸直长度。
中国细羊毛长度为55－90mm
4.2.2羊毛长度的测量方法
（1）直接测量法可得到平均毛丛长度
（2）梳片式长度分析仪测定法梳片式长度分析机如图。
将纤维间距10mm分组，然后分别称重，计算加权平均长度、长度标准差、加权主体长度、加权主体基数和变异系数和短毛率
4.2.3排图法通过手工操作，将羊毛试样整理成一端整齐的毛束，然后将毛束在黑绒板上以一定的密度均匀地排列成一端平齐按长短分布的纤维长度排列图，将图形描下，如图。
用作图法可求得表示纤维长短的指标有效长度、中间长度、最长长度和交叉长度，表示纤维长度不匀的指标长度差异率和整齐度，表示短毛多少的指标短毛率。
4.2.4羊毛长度指标
加权主体长度：
连续最重四组的纤维加权平均长度
加权主体基数：
连续最重四组的纤维重量与全部试样重量的百分数。
愈大，长度愈均匀。
短毛率：
<30mm的重量百分率。
4.3羊毛纤维的卷曲
羊毛纤维沿长度方向有自然的周期性的卷曲。
卷曲度：
一般以每厘米长羊毛的卷曲个数来表征羊毛卷曲的程度。
卷曲的形状和多少随绵羊品种或纤维类型而不同。
常见的卷曲形状可分为三类。
图中（甲）为弱卷曲，其卷曲弧度小于半圆形，卷曲数少。
半细毛和异质毛的卷曲大多属于这种类型。
图（乙）为常卷曲，波形弧度接近或等于半圆形，卷曲对称于中心线。
细羊毛（美利奴羊毛和中国细羊毛）。
品质优良，多用于精纺，纺制表面光洁的毛纱
图（丙）为强卷曲，细羊毛的腹毛多属这种类型，不适于精纺，适合粗纺，呢面绒毛丰满，有弹性。
羊毛卷曲排列越整齐，越能使毛被形成紧密的毛丛结构，更好地预防外来杂质和气候的影响，羊毛的品质越好。
4.4羊毛纤维的强伸性
羊毛纤维的拉伸强度是天然纤维中最低的，其断裂长度只有9～18km；
而其在外力作用下的伸长能力是天然纤维中最大的，断裂伸长率为25%～；
并且具有优良的弹性回复能力。
因此羊毛织物不易产生皱纹，而且比较坚韧耐用。
4.5羊毛纤维的缩绒性
定义指羊毛纤维的集合体在一定的湿热条件下，经机械外力的反复挤压，逐渐收缩紧密、并互相穿插纠缠、交编毡化的现象。
缩绒性是毛纤维所特有的。
实质：
是在一定条件下的单向无规爬动。
机理：
由于羊毛具有定向摩擦效应，独特的空间卷曲和良好的弹性，在外力反复挤压、恢复作用下，羊毛变形、恢复，而向毛根爬动，且呈空间无规运动，从而实现相互穿插、缠结、挤紧，产生缩绒现象。
原因
羊毛的定向摩擦效应、优良的弹性、稳定的卷曲是羊毛缩绒的内在原因，较细的羊毛，鳞片密度大，卷曲正常，弹性好，定向摩擦效应大，缩绒性好。
温湿度、化学试剂和外力的作用是促进羊毛缩绒的外在原因。
对羊毛产品的影响利用缩绒性，可以把松散的短毛纤维结合成具有一定机械强度、形状、密度的毛毡片，这一作用称为毡合。
利用羊毛的缩绒性，在粗纺毛织物的整理中，经过缩绒工艺（又称缩呢），织物的长度缩短、厚度和紧度增加，织纹不露底，表面被一层绒毛所覆盖，手感丰厚柔软，保暖性好，具有独特风格。
羊毛的缩绒性使毛织物和羊毛针织品在穿用过程中容易产生尺寸收缩和变形，产生起毛起球等现象，影响了穿用的舒适性和美观性。
因此，大多数精纺毛织品、绒线、针织物在整理过程中都要经过防缩绒处理。
生产上通常采用破坏鳞片层或使鳞片层粘结的的方法来达到防缩绒的目的。
4.6羊毛热定形
羊毛纤维在一定温度、湿度、外力作用下，经过一段时间，可以使形状稳定下来。
原因：
在外界条件的作用下，会发生肽链分子间的氢键、盐式键、二硫键拆开和重建，形成新的稳定联系。
只要外界条件不过于剧烈，就可以获得比较稳定的形状。
4.7羊毛的脂汗和杂质
羊毛是一种含杂质较多的天然纤维。
原毛中含有的主要杂质是脂汗、沙土、植物质、粪尿、皮屑等。
羊毛中所含的油脂和汗液，统称脂汗或油汗。
油脂亦称羊毛脂，是绵羊皮肤内油脂腺的分泌物，它附着在毛干上。
羊毛脂由高级脂肪酸和高级一元醇所组成，可称为脂蜡。
羊毛油脂含量与羊毛的品种、生长的羊体部位、羊龄及饲养条件有关。
细羊毛含油脂较多，可达20％以上。
粗羊毛的含油脂量少，有的远在10％以下。
油脂多少，影响毛纤维的耐风蚀性，风蚀引起鳞片裂缝，纤维的物理和化学性能变坏，染色不匀，毛尖“尖染”现象。
防止纤维毡合
羊汗是绵羊皮肤内开腺的分泌物，主要由碳酸钾组成，并含有一些其他无机盐类。
羊毛油汗可以保护羊毛，使之免受风吹、日光和雨露的浸蚀（风蚀），不与氨等化学物质起作用。
油汗在纺纱前必须去除。
羊毛油汗的颜色有白色、黄褐色等。
一般认为，白色和浅黄色油汗的羊毛品质较好，随油汗色度加深，羊毛的品质逐渐变差。
沙土是羊毛中含量最多的杂质，数量与放牧地区的自然条件有关。
植物质在原毛中含量不多，但不易清除，危害很大。
原毛中，毛纤维含量的百分率称为净毛率。
净毛率随羊毛的品种而异，一般在50％左右，优良的可达70％以上。
4.7化学性质
末端具有氨基和羧基，侧基还含有大量的碱性基团和酸性基团，具有两性性质，存在等电点，羊毛为4.2－4.8，桑蚕丝为3.5-5.2。
羊毛对碱的作用非常敏感，耐碱能力远低于耐酸能力。
4.7.1酸的作用
不同浓度硫酸处理后不同类型羊毛的强度（cN/tex）
（处理条件：
45℃35min浴比1∶40）
处理
同质毛
两型毛
粗刚毛
乙醚萃取酸净毛
14
12.6
11.8
H2SO4
0.01N
0.02N
0.1N
13.797.9%
12.690%
11.783.5%
11.188%
10.784.9%
9.978.6%
1084.7%
8.471.2%
7.462.7%
使角蛋白分子的盐式键断开，并与游离的氨基结合。
可以使稳定性较弱的缩氨酸链水解和断裂
酸的作用依酸的类型、浓度高低、温度高低和处理时间长短而不同。
例如，80%硫酸溶液，短时间常温处理，羊毛的强力几乎不受损伤。
稀硫酸的作用比较缓和。
羊毛纤维在稀硫酸中，沸煮几小时也无大的损伤。
有机酸的作用较无机酸的作用缓和。
醋酸和蚁酸等有机酸是羊毛染色工艺中的重要促染剂，在毛染整工艺中广泛应用。
4.7.2碱的作用
碱对羊毛的作用比较剧烈。
使盐式键断开，多缩氨酸键减短，胱氨酸发生水解
随着碱浓度增加，温度升高，处理时间延长，羊毛受到严重损伤和明显地损坏。
经碱处理后不同类型羊毛的强度（cN/tex）
（处理条件：
45℃35min浴比1∶40）
处理
同质毛
两型毛
粗刚毛
乙醚萃取酸净化
0.005NNa2CO3
0.01NNa2CO3
0.05NNa2CO3
14
12.589.3%
10.776.4%
10.575%
12.6
10.381.7%
9.474.6%
8.869.8%
11.8
9.479.7%
7.866.1%
5.950%
碱使羊毛变黄，含硫量降低以及部分溶解。
羊毛在pH值＞10的碱溶液中,不能超过50℃.
在温度是100℃时,即使是PH值在8-9,羊毛也会受到损伤
混纺比例鉴别：
在5%的氢氧化钠溶液中煮沸10min，羊毛会全部溶解
不同类型的羊毛对碱的敏感程度也不一样，经碱作用后，有髓毛的强力损失比无髓毛大。
4.8羊毛纤维的吸湿性
羊毛纤维的吸湿性在所有纺织纤维中占首位，其回潮率达16%左右。
羊毛纤维的回潮率检验都采用烘箱法。
5.羊毛的品质评定
5.1原毛
根据GB1523－1993《绵羊毛》的规定，细羊毛、半细毛以细度、长度、毛丛油汗高度、粗腔毛和干死毛含量定等定支，以细度为主
改良毛以长度、粗腔毛和干死毛含量定等，以疵毛为主
净毛率（油脂<=1.0%，杂质毛<=2%）
羊毛价格中纤维细度影响约占53％，是最重要因素；长度占7％，强度占14％，杂质占9％，市场因素占8％，其他占9％。
而细支和超细支羊毛，细度对价格的影响更大，14.2微米的价格为331美元/kg，10微米的超细羊毛达3万美元/kg。
直径减少0.1微米，在可纺性相当于增加5～6mm长度，而价格每公斤增加几十美分到1美元多，长度增加5mm，价格只增加几到几十美分
5.2国产细羊毛及其改良毛洗净毛
羊毛工业分级根据物理指标和外观形态分为支数毛和级数毛两类。
支数毛属同质毛，品质支数分为70支、66支、64支和60支四档。
半细毛支数毛分58支、56支、50支、48支四档。
级数毛属基本同质毛和异质毛，按粗腔毛率分一级、二级、三级、四级、五级共五个级别，其中，细羊毛的四级分四级甲、四级乙两档。
国产洗净毛的品等分为一等和二等，低于二等者为等外品。
其含土杂率、毡并率和洁白度为分等条件。
洗净毛入库或出厂均须按公定重量计算，其公定回潮率为15％，公定含油脂率为1％。
5.3国产细羊毛及其改良毛毛条
分为支数毛毛条和级数毛毛条。
支数毛毛条的品质支数据羊毛平均细度评定,分为70支、66支、64支和60支四种。
级数毛毛条按粗腔毛含量分为一级、二级、三级。
四级（甲、乙两档）和五级。
各支和各级毛条根据物理指标和外观疵点分为一等和二等、低于二等者为等外。
毛条品等的物理指标包括加权平均长度、30mm及以下短毛率、重量不匀率和支数毛毛条的科腔毛率
外观疵点包括毛粒、草屑和毛片，以其中最低者定等。
毛条重量的交接验收均按公定回潮率和含油脂率计算。
干毛条的公定回潮率为18．25%，公定含油脂率为0．634％。
油毛条的公定回潮率为19％，公定含油脂率为3．5％。
5.4澳毛的检测与评价
第一检测证书：
羊毛细度、洗净率，检验率99％以上
主要指标：
平均直径、直径变异系数、粗纤维含量；原毛洗净率、总含杂率和三类杂质含量
第二检测证书：
羊毛强度、弱节、长度，检测率60％
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