赵学玉，丁莉燕，赵 娜，邢明杰

(青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071)

蚕蛹蛋白粘胶纤维性能分析

赵学玉，丁莉燕，赵 娜，邢明杰

(青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071)

对蚕蛹蛋白粘胶纤维的纤维结构以及力学性能进行分析，并研究了蚕蛹蛋白的吸湿性能。结果表明，蚕蛹蛋白粘胶纤维断裂强度较同类纤维大，平均断裂强度达2.797cN/dtex，同时有较高的初始模量和吸湿性，非常适合用来开发高档织物。

蚕蛹蛋白纤维 结构 性能 测试

“圣桑”蚕蛹蛋白纤维是综合利用了高分子技术、生物工程技术和化纤纺丝技术，通过将蚕蛹蛋白与天然纤维素共混制成绿色环保新型生物质纤维。它含有从蚕蛹中萃炼提取的优质蛋白PC，这是一种由18种不同种类的氨基酸组成的高分子蛋白化合物，其中包含的色氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等都是对人体皮肤十分有益的蛋白质，不仅可以消除人体疲劳、帮助恢复肌肤活力、延缓肌肤衰老。同时能够抵御紫外线侵害，手感滑爽如真丝、柔软似羊绒[1]。

本文对蚕蛹蛋白粘胶纤维的结构、力学、电学等基本性能进行测试分析，以此为后续蚕蛹蛋白粘胶纤维纱线的开发提供实验数据基础。

1 实验原料及仪器

蚕蛹蛋白粘胶纤维：宜宾惠美提供，纤维1.3dtex×38mm。

Y172型纤维切片器、光学显微镜、 LLY-06E 型电子式纤维强力仪、JSM-840 扫描电子显微镜、Nicolet 5700 智能傅立叶红外光谱仪[2-3]。

2 蚕蛹蛋白粘胶纤维测试方法

2.1 纤维形态结构观察

采用Y172 型纤维切片器制纤维横截面片，并使用JSM-840 扫描电子显微镜观察纤维形态结构。

2.2 纤维红外光谱分析

Nicolet 5700 智能傅立叶红外光谱仪。

2.3 纤维的吸湿性

实验仪器： YG(B)751D 型数字恒温恒湿箱、101-2 型干燥箱、 FA2004B 电子天平。

实验方法：吸湿试验时，取约 1 g 的蚕蛹蛋白粘胶纤维试样放入温度为105℃的101-2 型干燥箱内预烘 2小时后，将纤维放入干燥皿中冷却至室温(标准条件温度 20±1℃)后，取出纤维立刻测量其重量，并定为干重。将冷却好的纤维放入温度为 20±1℃，相对湿度为65%的标准试验实验条件下的 YG(B)751D 型数字恒温恒湿箱内进行充分的吸湿，每间隔一定时间记录1次纤维的重量，直到纤维重量变化范围小达到吸湿平衡，计算纤维的回潮率，由此得到纤维的吸湿曲线。

纤维回潮率计算公式为：

(式中：Ga为纤维的湿重，Go为纤维的干重)

在放湿试验时，取1 g左右的蚕蛹蛋白纤维试样放入YG501D 型透湿试验箱中，使试样在相对湿度为100%的环境内放置48小时，使纤维充分吸湿，然后在标准状态下测试试样放湿过程中的重量变化，方法同上。当试样达到放湿平衡后，将样品烘干并冷却，称取试样干重后计算纤维的回潮率。蚕蛹蛋白粘胶纤维的吸、放湿曲线如图2所示。

2.4 纤维的力学性能

采用LLY-06E 型电子式纤维强力仪进行拉伸试验。

实验方法：首先将纤维放置于标准大气条件下平衡 24 小时，在标准状态下利用LLY-06E 型电子式强力仪对蚕蛹蛋白粘胶单根纤维进行30组的强伸性能测试。蚕蛹蛋白粘胶纤维拉伸性能指标见下页表1。

2.5 纤维的电学性质

实验仪器：YG321型纤维比电阻仪、FA2004B 电子天平。

实验方法：将50g纤维在标准大气下平衡4小时以上，用天平称取3分试样，每份试样重15g。将其放入调节后的纤维比电阻仪。为了减少误差选用50V档，测得的电阻值要缩小一半。

式中：R为测得纤维的平均电阻值(Ω)；m为纤维质量(15g)；L为两极板之间的距离(2cm)。

3 测试结果分析

3.1 蚕蛹蛋白纤维外观形态

(a)纤维纵截面

(b)纤维横截面

由单根纤维的纵横向扫描电镜图片可以看到蚕蛹蛋白粘胶纤维表面有许多沟槽存在，其大小宽度深度等都各不相同，横截面形状也各有特点，最主要的有扁圆、椭圆、圆形等等。这种结构不仅增加纤维的比表面积，也会提高纺纱过程中纤维之间的抱合力，从而提高纱线的强力。同时可以提高纤维的上染率和光泽。

3.2 纤维的吸湿性

纤维吸湿不仅会对纤维的重量、密度和体积产生一定的影响，而且对纤维力学性质、电学性能、热学性能以及光学性能均产生一定的影响。纤维吸湿后，纤维的脆性和硬度会有所减弱，纤维的塑性变形也会增加，摩擦系数会增大。纤维适当的吸湿性有利于纺纱，但过分吸湿也会导致棉结的产生[4-5]。因此研究纤维的吸湿性有利于发挥其吸湿后的优势，克服吸湿缺陷，获得更理想的实验材料，同时可以指导加工工艺的选择。

图2 蚕蛹蛋白粘胶纤维吸放湿曲线

由实验可知，蚕蛹蛋白粘胶纤维的吸湿回潮率为7.37%，放湿回潮率为8.12%，两者均小于普通粘胶纤维的吸湿和放湿回潮率。在标准大气条件下，蚕蛹蛋白粘胶纤维的吸湿滞后值约为0.75%，该数值小于棉纤维(0.9%)以及粘胶纤维(1.8%～2.0%)的吸湿滞后值。纤维的吸湿滞后值小，可知蚕蛹蛋白纤维保水性差；纤维吸水后，存储在内部空隙中的部分水分会散发出来。因此可以用作吸湿速干产品。

3.3 红外光谱分析

当红外线穿过纤维试样的时候，由于纤维中的分子对红外线的吸收具有选择性，在原来的连续谱带上某些波长的红外线强度发生变化，得到红外光谱图。根据吸收峰的位置和强度，可以判断分子中的键或基团。蚕蛹蛋白粘胶纤维的红外光谱图如图3所示。

图3 蚕蛹蛋白粘胶纤维红外光谱图

由光谱图可知，在波长3300 cm-1附近出现了宽而强的吸收峰，这是-OH 的伸缩振动，在指纹区附近出现的一个吸收峰，是 C-O 的伸缩振动。纤维在波长为3300 cm-1和 1018 cm-1附近出现吸收峰，可见，纤维有-OH 和 C-O 基团。进一步证明了蚕蛹蛋白纤维的吸湿性能好。

3.4 纤维的力学性能

纤维在纺织加工和使用中都会受到外力的作用而产生变形，甚至被磨损或拉断。因此纤维能否承受各种外力作用是检验纤维品质的重要内容。纤维的力学性能直接关系到纤维的纺织加工性能和纺织品的质量。

表1 蚕蛹蛋白粘胶纤维的力学性能

通过将蚕蛹蛋白粘胶纤维与普通的粘胶纤维的力学性能对比分析可得，蚕蛹蛋白纤维能承受的最大拉伸力要小于粘胶纤维所能承受的最大拉伸力。对于抵抗外界破坏能力，蚕蛹蛋白纤维要优于粘胶纤维。纤维断裂时蚕蛹蛋白纤维的伸长变形要小于粘胶纤维，而蚕蛹蛋白纤维的初始模量要大于粘胶纤维，因此用蚕蛹蛋白纤维制成的织物要比用粘胶纤维更为挺括，更适合用于较为高档的服饰。

3.5 纤维的电学性质

比电阻是表示纤维导电性能的指标之一[5]，纤维的比电阻大，其导电性差，在加工以及使用的过程中纤维更容易积聚静电。经研究发现当纤维的比电阻大于109Ω·g/cm2时，静电现象就很明显。

经测试可得纤维质量比电阻为3.11×108Ω·g/cm2。由此可见，该纤维质量比电阻要大于粘胶纤维的质量比电阻107Ω·g/cm2，因此在纺纱过程中产生静电现象要比粘胶纤维少。

4 结语

通过性能测试分析可知，蚕蛹蛋白粘胶纤维表面布满深浅不一的沟槽，具有优良的吸湿性和电学性质。蚕蛹蛋白纤维的可纺性好，在使用过程中，可以纯纺也可以与棉、毛、麻、涤纶等纤维进行混纺制成混纺纱，根据不同的需求纺制的纱线支数可以从30S到120S等不同规格的纱线，可以用来制作高档服装面料、内衣、织物、T恤、床上用品及高档装饰用品等。蚕蛹蛋白粘胶纤维及其纱线制成的织物，不仅满足人们对不同服装的需求而且与服装未来流行趋势发展方向一致，非常值得我们进行推广使用。

[1] 刘慧娟,王琳,申鼎. 蚕蛹蛋白纤维性能研究[J]. 印染助剂,2012(9):12-14.

[2]黄硕. 蚕蛹蛋白粘胶纤维的定性和定量方法研究[D].上海：东华大学,2016.

[3]杨莉,毕松梅. 两种蛋白质改性纤维素纤维的结构分析[J]. 棉纺织技术,2014(12):13-15+64.

[4]白莉红,刘慧娟. 几种环保型纤维混纺纱的芯吸与吸放湿性能[J]. 纺织学报,2013(9):34-38.

[5]于伟东.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2006.

PerformanceAnalysisofSilkwormPupaProteinViscoseFiber

ZHAOXue-yu,DINGLI-yan,ZHAONa,XINGMing-jie

(Qingdao University, Qingdao 266071)

The fiber structure and mechanical properties of silkworm pupa protein viscose fiber were analyzed and hygroscopic property of silkworm pupa protein was studied. The results showed that the breaking strength of silkworm pupa protein viscose fiber was larger than that of the same fiber and the average breaking strength was 2.797cN/dtex; it had higher initial modulus and hygroscopicity, which was quite suitable for the development of high grade fabric.

silkworm pupa protein fiber structure performance test

2017-07-06

赵学玉(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织新材料、新技术、新工艺。

邢明杰(1964-)，男，博士，教授，硕士生导师。

TS102.51+1.1

A

1008-5580(2017)04-0102-04