第二节 天然纤维
一、棉纤维
(一)原棉概况
人类利用棉花的历史相当久远,早在公元前2000多年前,人类就开始采集野生的棉纤维用来御寒,后来棉花逐渐被推广种植。18世纪下半叶,纺织机械的发明,使棉纤维取代毛纤维等成为全世界最主要的纺织原料。目前,已占全世界纺织纤维总产量的45%左右,而我国棉纤维的产量占纺织纤维的60%以上。
棉花的种植范围很广,从北纬37°到南纬30°之间的温带地区都可种植。中国、美国是棉花的主要生产大国,印度、巴基斯坦、巴西、埃及、苏丹等也是重要的产棉国。
1.棉花的生产与棉纤维的形成 棉纤维是由胚珠(即将来的棉籽)表皮壁上的细胞伸长加厚而成的。一个细胞就长成一根棉纤维,它的一端生于棉籽表面,另一端呈封闭状。棉籽上长满了棉纤维,作籽棉。棉纤维的生长可分为伸长期、加厚期和转曲期(图1-1)。
图1-1 不同生长期的棉花形态
(1)伸长期。开花期中,胚珠表皮细胞就开始隆起伸长,形成纤维的原始细胞,胚珠受精后,纤维的原始细胞继续伸长,同时细胞宽度加大,形成一定长度的、有中腔的、细长的薄壁管状物。这一时期为期25~30天,在此期间,细胞壁的增厚很小,直至伸长到纤维的最后长度。
(2)加厚期。当纤维初生细胞伸长到一定长度时,就进入加厚期。这时纤维长度不再增加,外周长也基本不变,只是细胞壁由外向内逐层沉积,胞壁增厚,最后,形成一根两端较细、中间较粗的棉纤维。加厚期为25~30天。纤维素沉积的速度与温度有关,温度越高,沉积越快,昼夜气温不同,沉积加厚的速度不同,在棉纤维的截面形成分层结构,类似树木的年轮,称为日轮。
(3)转曲期。加厚期结束后,细胞停止生长,棉铃干裂吐絮,棉纤维与空气接触,纤维内水分蒸发,胞壁发生扭转,形成不规则的螺旋形,称为天然转曲。这一时期称为转曲期。
2.棉花的分类
(1)按棉纤维的长度、细度分类。
①细绒棉。又称陆地棉。其长度在23~33mm;线密度为1.5~2dtex;色泽洁白或乳白,有丝光。可纺制10~100tex的棉纱,是纺织的主要原料,棉纤维中85%以上是细绒棉。我国种植的棉花大多属于这一类。
②长绒棉。又称海岛棉。较细绒棉细且长,品质优良。其长度为33~45mm,最长可达64mm;线密度为1~1.9dtex;色泽乳白或淡棕色,富有丝光。用于纺制高档轻薄和特种棉纺织品。长绒棉原产美洲西印度群岛,目前,长绒棉的主要生产国有埃及、苏丹、美国、秘鲁和中亚,我国在新疆、广东等地区有种植。长绒棉的产量约占棉纤维总产量的10%,因为它适宜于在生长期较长、雨水少、日光足的棉区种植。我国长绒棉的产量较小,但其品质优良,是高档棉纺产品的原料。
(2)按棉花的初加工分类。
轧棉指棉籽上的纤维与棉籽分离的过程。方法有两种,即皮辊轧棉与锯齿轧棉。
(3)按纤维的色泽分类。
①白棉。正常成熟,吐絮的棉花,色泽呈洁白、乳白或淡黄色,棉纺厂使用的原棉,大多数为白棉。
②黄棉。指棉花生长晚期,棉铃经霜冻冻伤后枯死,铃壳上的色素染到纤维上,使原棉颜色发黄。黄棉一般都属低级棉,棉纺厂仅有少量使用。
③灰棉。指棉花在多雨地区生长时,棉纤维在生长发育过程中或吐絮后,受雨淋、日照少霉变等影响,原棉颜色呈灰白。灰棉强力低、质量差,棉纺厂仅在纺制低级棉纱时搭用。
3.棉花的初加工 从棉田采得的棉花,纤维与棉籽是连在一起的,称为籽棉。籽棉不能直接用于纺纱,必须先将棉纤维与棉籽分离,分离的工艺过程就是棉花的初加工,或称轧花。轧花后的棉纤维称为皮棉,皮棉经分级打包成一定规格和质量的棉包(即原棉)后,就可送棉纺厂使用加工成纱。
籽棉经轧花后,所得到的皮棉质量占原来籽棉质量的百分率称为衣分率。衣分率一般为30%~40%。
根据籽棉初加工采用的轧棉机不同,得到皮辊棉和锯齿棉。
(1)锯齿加工。锯齿轧棉机是利用几十片圆形锯片抓住籽棉,并带住籽棉通过嵌在锯片中间的肋条,由于棉籽大于肋条间隙而被阻止,从而使纤维与棉籽分离。
(2)皮辊加工。皮辊轧棉机是利用表面粗糙的皮辊粘住籽棉,带住籽棉通过一对定刀和冲击刀。定刀与皮辊靠得较紧,使籽棉不能通过。冲击刀在定刀外侧上下冲击,使纤维与棉籽分离。
4.棉纤维形态结构
(1)棉纤维的截面形态结构(图1-2)。正常成熟的棉纤维,截面是不规则的腰圆形,内有中腔。
棉纤维的截面由外至内主要由初生层、次生层和中腔三个部分组成。初生层为棉纤维在伸长期形成的初生细胞壁,它的外壁是一层很薄的蜡质和果胶,表面有深浅不同的细长状皱纹。次生层是棉纤维在加厚期淀积而成的部分,几乎都是纤维素。它是纤维中的主体部分,决定了棉纤维的主要物理性能。由于每日温差的关系,棉纤维逐日淀积一层纤维素,形成了棉纤维的“日轮”。中腔是棉纤维停止生长后留下的空隙,同一品种的棉纤维,外周长大致相等,次生层厚时,中腔小;次生层薄时,中腔大。
(2)棉纤维的纵向形态(图1-3)。棉纤维是一端封闭的管状细胞,中间较粗,两端较细,长度与宽度之比为1000~3000,纵向呈转曲的带状。棉纤维的天然转曲,沿纤维长度方向不断改变转向。棉纤维单位长度上扭转半周(即180°)的个数称为转曲数,细绒棉的转曲数为39~65个/cm,长绒棉比细绒棉多。成熟正常的棉纤维转曲最多,未成熟的棉纤维呈薄壁管状物,转曲少,过成熟的棉纤维呈棒状,转曲也少。天然转曲使棉纤维具有良好的抱合力,有利于纺纱工艺过程的正常进行和成纱质量的提高。但转曲反向次数过多的棉纤维强度较低。
图1-2 棉纤维截面形态
图1-3 棉纤维的纵向形态
5.棉纤维的化学组成 棉纤维的主要组成物质是纤维素。正常成熟的棉纤维纤维素含量约为94%。此外,还有少量的果胶、蜡质、蛋白质等物质。纤维素是天然高分子化合物,化学结构式为(C6H10O5)n, n为聚合度。
(二)棉纤维的主要性能
1.长度 棉纤维的长度主要取决于棉花的品种、生长条件和初加工。棉纤维的长度是伸长期形成的,与棉花成熟度关系不大。棉纤维的长度与成纱质量关系十分密切。一般长度越长,且长度整齐度越高,短绒越少,可纺纱越细,纱线条干越均匀,强度高,且表面光洁,毛羽少。棉纤维的长度与纺纱工艺关系也十分密切。棉纺设备的结构、尺寸及各道工序的工艺参数,都必须与所用纤维的长度密切配合。棉纤维的长度也是影响纺纱工艺及成纱质量的重要因素。短绒含量多,则纺纱困难,成纱质量差。所以,短绒率(纤维长度短于某一长度界限的纤维质量占纤维总质量的百分率)也是一个重要指标。
2.线密度(细度)棉纤维的线密度主要取决于棉花品种、生长条件等。一般长绒棉较细,为1.11~1.43dtex(9000~7000公支),细绒棉较粗,为1.43~2.22dtex(7000~4500公支)。棉纤维的线密度对成纱质量有一定的影响,一般情况下,线密度小的棉纤维,有利于成纱强力和条干均匀度,可纺较细的纱。但纤维太细,加工困难,纤维容易扭结、折断,形成棉结、短纤维,反而对成纱质量有害。
3.成熟度 成熟度是指棉纤维中细胞壁的增厚程度。成熟度是能反映棉纤维的内在质量的综合指标,它与纤维的各项物理性能都有密切的关系。正常成熟的棉纤维,其截面粗,强力高、弹性好,有丝光,天然转曲多,抱合力大,对加工性能和成纱品质都有利。而成熟度差的棉纤维,线密度较小,强力低,天然转曲少,抱合力差,吸湿较多,且染色性和弹性较差,加工中经不起打击,容易纠缠成棉结。过于成熟的棉纤维偏粗,天然转曲少,成纱强力低。
4.耐酸碱性 棉纤维耐碱不耐酸。酸可导致纤维素分解,大分子链断裂。常温下65%浓度的浓硫酸即可将棉纤维完全溶解。而棉纤维遇碱不会发生破坏,在一定浓度的碱液中,棉纤维截面会产生膨化,截面变圆、长度缩短,天然转曲消失,发生碱缩现象;若此时给纤维以拉伸,会使纤维呈现丝一般的光泽,洗去碱液后,仍可保持光泽,称为丝光。经过丝光处理的棉纤维,其纤维形态特征发生了物理变化,纵向天然转曲消失,纤维截面膨胀,直径加大,横截面近似圆形,增加了对光线的有规律反射,使棉纤维制品表面呈现丝一般的光泽亮丽;又由于分子排列紧密,强度要比无光纱线高,提高了棉纤维强力和对染料的吸附能力。但浓碱高温对棉纤维起到破坏作用。
5.吸湿性和吸水性 棉纤维在标准状态下的回潮率为7%~8%,其湿态强力大于干态强力,其比值为1.1~1.15。
6.强伸性 棉纤维在纺织加工过程中不断受到外力的作用,要求纤维必须具备一定的强度,并且纤维强度越高纺得的纱线强度也越高。棉纤维的强度主要取决于纤维的品种、粗细等。其断裂强度为2.6~4.3cN/dtex,断裂伸长率为7%~8%。
7.染色性 棉纤维吸湿性强,一般染料均可对棉纤维染色。
8.耐热性 棉纤维在100℃的高温下处理8h,强力不受影响。棉纤维在150℃时分解,在320℃时起火燃烧。
9.比电阻 也叫电阻率,是用来表示各种物质电阻特性的物理量。棉纤维的比电阻较低,在加工和使用过程中不易产生静电。
(三)棉纤维其他品种
1.彩色棉 彩色棉是指天然生长的非白色棉花。天然彩色棉自古就有,野生棉纤维常常带有棕褐色或其他颜色。采用现代生物工程技术,已培植出棕、绿、红、黄、兰、紫、灰等多个色泽品系,但色调偏深偏暗。彩色棉制品有利于人体健康,在纺织过程中减少印染工序,迎合了人类提出的“绿色革命”口号,减少了对环境污染;目前,彩色棉一般采用与白棉的混纺加工,以增加色泽、鲜艳度和可纺织加工性。彩色棉长度偏短,强度偏低,马克隆值高低差异大,整齐度较差,短绒含量高,棉结高低不一致,均匀率低;因纤维色素不稳定,纤维色泽不均匀,纤维经日晒后色泽变淡或褪色,水洗后色泽变深,部分彩色棉出现有色、白色和中间色纤维。彩色棉的各项物理指标均差于白色棉花。
2.木棉 木棉纤维(图1-4)是单细胞纤维,属果实纤维。纤维长8~32mm,直径为15~45μm,表面光滑、无转曲,截面为大中腔、圆形的管状物。中腔的中空率达80%~90%。
目前,我国进口木棉的用途多数是木棉枕头,属于纯天然的枕头材料填充,木棉是木本植物攀枝花树果实中的天然野生纤维素,可祛风除湿、活血止痛。而木棉纤维中空度高达86%以上,远超人工纤维的25%~40%和其他任何天然材料。纤维业界称其为超高保暖、天然抗菌,不蛀不霉的纺织良材,木棉纤维具有“短、细、软”三大特点。
二、麻纤维
(一)麻的种类
麻纤维分茎纤维和叶纤维两类。茎纤维是从麻类植物茎部取得的纤维。茎部自外向内由保护层、初生皮层和中柱层组成。中柱层由外向内又由韧皮部、形成层、木质层、髓和髓腔组成。茎纤维存在于茎的韧皮部中,所以又称韧皮纤维,绝大多数麻纤维属此类。纺织上使用较多的主要有苎麻(图1-5)、亚麻(图1-6)、黄麻、檀麻(又称红麻、洋麻)、大麻(图1-7)、苘麻(又称青麻)和罗布麻等。叶纤维是从麻类植物叶子或叶鞘中取得的纤维,如剑麻(西沙尔麻)、蕉麻(马尼拉麻)等。这类麻纤维比较粗硬,商业上称为硬质纤维。苎麻有“中国草”之称,主要产于我国的长江流域,以湖北、湖南、江西出产最多。其品质优良,单纤维长,有较好的光泽,呈青白色或黄白色。苎麻织物主要用于夏季面料和西装面料,也是抽纱、刺绣工艺品的优良用布。
图1-4 木棉纤维果实及纤维形态
图1-5 苎麻
图1-6 亚麻
图1-7 大麻
1.亚麻 对气候的适应性强,适宜在寒冷地区生长,种植区域很广。原苏联的产量最多,我国的东北地区及内蒙古等地也大量种植。亚麻品质较好,脱胶后呈淡黄色,用途较广,除服装和装饰用外,也可用于水龙带等工业用布。
2.大麻 主要产地有中国、印度、意大利、德国等。我国的大麻主要分布在山东、河北、山西等地。大麻的性状与亚麻相似,可制作绳索、粗夏布。
3.黄麻 如图1-8所示,黄麻适宜于在高温多雨地区种植,印度、孟加拉国是世界主要产地,东南亚及南亚国家都有种植,我国以台湾、浙江、广东最多。黄麻吸湿速度快,强度高,常用作麻袋、麻布等包装材料、地毯底布等。黄麻为一年生草本植物,生长于亚热带和热带。黄麻纤维单根短,必须采用工艺纤维纺纱。黄麻纤维吸湿后表面仍保持干燥,但吸湿膨胀大并放热。
4.红麻 亦称槿麻或洋麻(图1-9、图1-10),习性及生长与黄麻十分相近。红麻的单细胞纤维也很短,截面为多角形或近椭圆形,中腔较大。黄麻和红麻纤维的种植与生长容易且高产,但纤维的柔软化和细化是其质量、经济价值提升的关键。否则只能做低档的包装、地毯底布,或混纺纤维制品的原料。
5.洋麻 洋麻生产目前主要集中在印度、孟加拉国和泰国,对环境的适应性强,分南方型和北方型两种。洋麻的用途与黄麻相同。
6.罗布麻 属野生植物,在我国资源极为丰富(图1-11)。尤以新疆塔里木河流域最为集中。纤维较细软,线密度3~4dtex(3300~2500公支)。由于纤维表面光滑,长度较短,平均长度为20~25mm,抱合力小,纺织加工中易散落,故制成率低。因罗布麻含有强心苷、黄酮、氨基酸等成分,对防治高血压、冠心病等具有良好效果。目前,将罗布麻与其他纤维混纺的保健产品已开发成功,深受市场欢迎。
7.蕉麻 主要产于菲律宾、马尼拉。蕉麻(图1-12)为多年生草本宿根植物,茎由叶鞘部卷合而成,纤维取自该部分,因而属于叶纤维。蕉麻纤维耐海水侵蚀,用于制作船舶用绳索及缆绳。
8.剑麻 主要在中、南美洲、印度尼西亚及非洲的热带地区种植,多用于制作绳索(图1-13)。
图1-8 黄麻
图1-9 红麻
图1-10 洋麻
图1-11 罗布麻
图1-12 蕉麻
图1-13 剑麻
(二)麻的初加工
从茎纤维的韧皮中制取麻纤维需经过脱胶等初加工。初加工的目的是使纤维片与植物的麻干、表皮或叶肉分离,除去周围的一些胶质和非纤维物质,从而得到适于纺织加工的麻纤维。脱胶的方法和要求根据各种麻纤维来源、性质、用途而不同。按脱胶的原理大致可分为化学脱胶、微生物脱胶和酶脱胶。化学脱胶是利用纤维素和胶质对碱的稳定性不同,在高温碱液的煮练下,将果胶和半纤维素水解,使纤维分离出来。微生物脱胶是将收获的麻茎或剥取的麻片放入池塘、河流中或露天雨淋后使麻茎发酵,利用微生物的生长繁殖,促使胶质分离。酶脱胶是采用果胶酶或纤维素酶在一定的温度及酸碱度下,与麻上果胶发生酶解,进而达到脱胶及分离纤维的目的,这种方法速度快、反应条件温和,环境污染小。根据脱胶程度又可分为全脱胶和半脱胶。全脱胶方法将胶质全部除去,得到的纤维呈单根状态,如苎麻。半脱胶方法仅脱除一部分胶质,最后获得的是束状纤维,如亚麻、黄麻、槿麻等因单纤维长度较短,且不整齐的麻纤维。
(三)麻纤维的组成和形态结构
1.麻纤维的组成 麻纤维的主要组成物质是纤维素,其含量视麻的品种而定,一般占60%~80%。其中苎麻、亚麻的纤维素含量略高,黄麻、槿麻等则低些。除纤维素外还有木质素、果胶、脂肪及蜡质,灰分和糖类物质等。
2.麻纤维的形态结构 不同种类的麻纤维的截面形态不尽相同(图1-14)。苎麻大都呈腰圆形,有中腔,胞壁有裂纹。亚麻和黄麻的截面呈多角形,也有中腔。槿麻的截面呈多角形或圆形,有中腔。麻纤维的纵面大都较平直,有横节、竖纹。亚麻的横节呈“X”形。
图1-14 麻纤维的纵向形态和截面形态
(四)麻纤维的主要性能
1.长度和线密度 麻纤维的长度整齐度、线密度均匀度都比较差,所以纺得的纱线条干均匀度也差,具有独特的粗节,形成麻织物粗犷的风格。
除苎麻外,其他麻类经初加工后得到的束纤维,在经过梳麻后,由于梳针的梳理作用,进一步分离,以适应纺纱工艺的要求。这时分离成的束纤维称为工艺纤维。工艺纤维的细度除与品种和生长情况有关外,还与脱胶程度和梳麻次数等情况有关。如黄麻工艺纤维的线密度一般为3.3~2tex(300~500公支);槿麻工艺纤维较黄麻为粗,线密度一般为4~3.6tex(250~280公支)。主要麻纤维的单纤维长度和细度见表1-4。
表1-4 主要麻纤维的单纤维长度和细度
2.吸湿性 麻纤维的吸湿能力比棉强,且吸湿与散湿的速度快,尤以黄麻吸湿能力更佳。一般大气条件下,回潮率可达14%左右,故宜做粮食、糖类等包装材料,既通风透气又可保持物品不易受潮。
3.强伸性 麻纤维是主要天然纤维中拉伸强度最大的纤维,如苎麻的单纤维强度为5.3~7.9cN/dtex,断裂长度可达40~55km,且湿强大于干强。亚麻、黄麻、槿麻等强度也较大。但麻纤维受拉伸后的伸长能力却是主要天然纤维中最小的,如苎麻、亚麻、黄麻的断裂伸长率分别为2%~3%、3%和0.8%左右。
4.刚柔性 麻纤维的刚性是常见纤维中最大的,尤以黄麻、槿麻为甚,苎麻、亚麻则较好些。麻纤维的刚柔性除与品种、生长条件有关外,还与脱胶程度和工艺纤维的细度有关。刚性强,不仅手感粗硬,也会导致纤维不易捻合,影响可纺性,成纱毛羽多;柔软度高的麻纤维可纺性能好,断头率低。
5.弹性 麻纤维的弹性较差,纯麻织物制成的衣服极易起皱。
6.化学稳定性 麻纤维的化学稳定性与棉纤维相似,较耐碱而不耐酸。
三、毛纤维
毛纤维是从某些动物身上取得的纤维,主要组成物质为蛋白质。通常说的羊毛是指从绵羊身上取得的绵羊毛。此外,还有特种动物毛,如山羊绒、马海毛、兔毛、羊驼绒、牦牛毛等。
羊毛是纺织工业的重要原料,它具有许多优良特性,如手感丰满、吸湿能力强、保暖性好、弹性好,不易沾污、光泽柔和、染色性优良,还具有独恃的缩绒性等。因此,羊毛既可以织制风格各异的四季服装用织物,也可以织制具有特殊要求的工业呢绒、呢毡、衬垫材料,还可以织制壁毯、地毯等装饰品。
(一)羊毛纤维的组成与形态结构
1.羊毛纤维的主要组成物质 羊毛纤维的主要组成物质是一种不溶性蛋白质,称为角朊。它由多种α-氨基酸缩合而成,组成元素除碳、氢、氧、氮外还有硫。由于羊毛纤维分子结构中含有大量的碱性侧基和酸性侧基,因此,其具有既呈酸性又呈碱性的两性性质。
2.羊毛纤维的形态结构
(1)羊毛纤维的纵向形态结构。羊毛纤维的纵面呈鳞片状覆盖的圆柱体,并带有天然卷曲。
(2)羊毛纤维的截面形态结构。细羊毛纤维的截面近似圆形,粗羊毛的截面呈椭圆形,死毛的截面呈扁圆形。羊毛纤维的截面由外至内由表皮层(又称磷片层)、皮质层,有时还有髓质层组成。
(二)羊毛纤维的品质特征和性能
1.羊毛纤维的长度 羊毛纤维的长度随羊的品种、年龄、性别、毛的生长部位、饲养条件、剪毛次数和季节等不同而差异很大。一般国产细羊毛的长度为5.5~12cm,半细毛的长度可达7~15cm,粗羊毛则为6~40cm。在同一只羊身上,以肩部、颈部和背部的毛较长,头部、腿部、腹部的毛较短。
2.细度 羊毛纤维的直径差异很大,最细的羊毛直径只有7μm,最粗的可达240μm。羊毛的直径主要取决于绵羊的品种,此外,绵羊的年龄、性别、生长部位、饲养条件、季节等因素对羊毛的直径也有很大的影响。绵羊的年龄在3~5岁时羊毛最粗,幼年和老年时都比较细。一般母羊的羊毛较细,公羊的羊毛较粗。在同一只羊身上,以肩部的毛最细,体侧、颈部、背部的毛次之,前颈、臀部和腹部的毛较粗,喉部、小腿下部、尾部的毛最粗。
3.羊毛的卷曲 羊毛的自然形态并非直线,而是沿长度方向有自然的周期性弯曲,称为卷曲。羊毛的卷曲形态有多种。根据卷曲的深浅(即波高),以及长短(即波宽)不同,卷曲形状可以分为三类,分别为弱卷曲、常卷曲、强卷曲。卷曲是羊毛的重要品质特征。羊毛卷曲排列越整齐,毛被越能形成紧密的毛丛结构,就越能预防外来杂质和气候的影响,羊毛的品质越好。常卷曲的羊毛具有正常的平面卷曲,手感柔软,可用于精梳毛纱,纺制有弹性的平光洁的纱线;强卷曲的羊毛可用于粗梳毛纺,纺制表面毛茸丰满、手感好、富有弹性的呢绒。
4.羊毛的摩擦性能和缩绒性 由于鳞片的根部着生于毛干,梢部按不同程度伸出于纤维表面,向外张开,其伸出方向指向羊毛尖部,使羊毛纤维具有定向摩擦效应,即逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数。将洗净的羊毛纤维或织物给以湿热或化学试剂,鳞片就会张开,同时加以反复摩擦挤压,则由于定向摩擦效应,使纤维保持根部向前运动的方向性。这样,各种纤维带着和它纠缠在一起的纤维按一定方向缓缓蠕动,就会使羊毛纤维啮合成毡,羊毛织物收缩紧密。这一性质称为羊毛的缩绒性或毡缩性。
5.羊毛纤维的吸湿性 羊毛纤维的吸湿性用回潮率表示。羊毛的吸湿性是常见纤维中最强的,一般大气条件下,回潮率为15%~17%。
6.羊毛纤维的强伸性 羊毛纤维的拉伸强度是常用天然纤维中最低的,其断裂长度只有9~18km。一般羊毛细度较细,髓质层较少,其强度较高。羊毛纤维拉伸后的伸长能力却是常用天然纤维中最大的,断裂伸长率干态下可达25%~35%,湿态下可达25%~50%,去除外力后,伸长的弹性恢复能力也是常用天然纤维中最好的。所以,用羊毛织成的织物不易产生皱纹,具有良好的服用性能。
7.热稳定性 在一定的湿热条件和外力作用下,经过一定时间会使羊毛纤维及其制品的形状稳定下来,它是天然纤维中热定型性最好的纤维。
8.密度 羊毛纤维的密度因其组织结构不同而略有差异,一般为1.30~1.32g/cm3。
9.羊毛纤维的化学稳定性 羊毛纤维较耐酸而不耐碱。较稀的酸和浓酸短时间的常温处理对羊毛的损伤不大,所以,常用酸去除原毛或呢坯中的草屑等植物性杂质。有机酸如醋酸、蚁酸是羊毛染色中的重要促染剂。碱会使羊毛变黄及部分溶解。
10.耐微生物性能 羊毛纤维易被虫蛀,纯羊毛服装保管时要多加小心。
(三)其他动物毛纤维简介
1.山羊绒 山羊绒是从山羊身上获取的纤维,其中以绒山羊所产羊绒质量最好。山羊多生长在高山严寒地区,全身长有粗毛的外层毛和细软的绒毛。从山羊身上抓取或剪取的纤维由粗毛、两型毛和绒毛组成,绒毛称为山羊绒,粗毛称为山羊毛。山羊绒在国际纺织市场上称为开司米,是一种珍贵的纺织原料。山羊绒纤维的结构与细羊毛近似,由鳞片层和皮质层组成,无髓质层。山羊绒的鳞片多呈环状覆盖,鳞片边缘光滑,间距比羊毛大。正、偏皮质细胞不明显,卷曲较少且不规则,羊绒截面近似圆形。羊绒的强度、弹性均优于细羊毛,摩擦效应较细羊毛小,但不易缩绒,对酸碱的作用较羊毛敏感。山羊绒主要用于制作针织羊绒衫,也用于制作高级羊绒大衣呢、毛毯、高档精纺服装面料等。产品手感滑爽细腻,保暖性好。山羊毛比较粗硬,一般不适宜作纺织原料,多用于制造刷子、毛笔、捻线等。
2.马海毛 马海毛是来自安哥拉山羊的一种纤维,故又称安哥拉山羊毛。安哥拉山羊适于牧场放牧,饲料以嫩叶为主,一般分春秋两次剪毛,成年羊每头通常可剪2~3kg,最高的可达10kg。毛色分白色、褐色两种。马海毛的鳞片扁平,大而光滑,光泽很强,紧抱在毛干上很少重叠,呈现不规则的波形衔接。马海毛的皮质层几乎都是由正皮质细胞组成的纤维,很少卷曲。马海毛强度高,具有良好的弹性,不易毡缩,对化学药品的反应较绵羊毛敏感。马海毛是制作提花毛毯、长毛绒、顺毛大衣呢等高光泽毛织物的理想原料,也可与其他纤维混纺制成火车和汽车的高级坐垫、衣边和帐幕等。
3.兔毛 纺织工业用的兔毛主要是从安哥拉长毛兔上获取的。兔毛纤维分为30μm以下的绒毛和30μm以上的粗毛两种类型,我国兔毛的粗毛含量为10%~15%,最高可达30%以上。绒毛直径为5~30μm,平均直径为11.5~15.9μm,粗毛直径分布在30~130μm,每根纤维的直径变化很大。兔毛的颜色洁白,腿部和腹部的兔毛常有沾污和缠结。绒毛的卷曲程度较大,粗毛没有卷曲。兔毛由鳞片层、皮质层和髓质层组成,极少量的绒毛无髓质层。兔毛的鳞片形状比羊毛复杂,有的呈锐角三角形,有的类似水纹状,有的呈长斜状,有的与羊毛纤维接近,即使同一根兔毛纤维上的鳞片开头也不相同。兔毛皮质层所占比例比羊毛少得多,纤维越粗,皮质层的比例越少。兔毛的正副皮质细胞呈不均匀的混杂分布,以正皮细胞为主。兔毛的髓质层较发达,髓腔呈断续状或块状。兔毛的截面形状随纤维的细度而变化,细绒毛接近圆形或不规则的四边形,粗毛呈不规则的椭圆形,纤维越粗,截面形状越不规则。
兔毛的吸湿性比羊毛好,强度低于羊毛,具有一定的缩绒性,易毡缩,保暖性优良,在纺织加工中易产生静电。兔毛纤维主要与羊毛或化学纤维混纺,生产针织绒线,织制兔毛衫、帽子、围巾等,还可织制兔毛大衣呢、花呢、女式呢等。
4.牦牛毛 牦牛是生长在海拔为2100~6000m的高寒地区的牲畜,被称为“高原之舟”。我国的牦牛主要分布在西藏、甘肃、青海、新疆、四川等地的高山草原上。牦牛的被毛由绒毛、两型毛和粗毛组成。牦牛绒由鳞片层和皮质层组成,少数纤维有点状的髓质层。粗毛纤维由鳞片层、皮质层和髓质层三部分组成。牦牛绒的鳞片呈环状,边缘整齐,覆盖间距比羊毛大,紧贴于毛干,光泽柔和,弹性好,手感柔软细腻。截面近似圆形,化学性质与羊毛相同,强度略高于山羊绒,断裂伸长率比山羊绒低。牦牛绒不宜单独纺纱,要与绵羊毛或化纤混纺生产针织绒衫,还可与羊毛、化纤、绢丝等混纺制作粗纺面料,也可用来制作衬垫织物、帐篷及毛毡等。
5.骆驼毛 骆驼毛分为双峰驼毛和单峰驼毛,其中双峰驼毛的品质较好,单峰驼毛的品质较差。我国骆驼毛多产于内蒙古、新疆、甘肃、青海、宁夏等地。骆驼毛的色泽有乳白、浅黄、黄褐、棕褐色等。骆驼被毛中含有细毛和粗毛两大类纤维。骆驼毛主要由鳞片层和皮质层组成,有的纤维有髓质层。鳞片少,鳞片边缘光滑,皮质层是由带有规则条纹和含色素的细长细胞组成,髓质层较细,为间断型,驼毛的髓质层呈细窄条连续分布。驼绒的平均直径为14~23μm,长度为40~135mm;驼毛的平均直径为50~209μm,长度为50~300mm。单根驼绒纤维的强力为6.86~24.5cN,驼毛强力为44.1~58.5cN。去粗毛后的驼绒可织造高级粗纺织物、毛毯和针织品。粗毛可作填充料及工业用的传送带。
四、丝纤维
蚕分家蚕和野蚕两大类。家蚕即桑蚕,结的茧是生丝的原料,野蚕有柞蚕、蓖麻蚕、麻蚕、樗蚕、天蚕,柳蚕等,其中柞蚕结的茧可以缫丝,其他野蚕结的茧不宜缫丝,一般将它们切成短纤维作绢纺原料或制成丝绵。
蚕丝是高级的纺织原料,有较好的强伸度,纤维细而柔软,平滑,富有弹性,光泽好,吸湿性好。采用不同组织结构,丝织物可以轻薄似纱,也可厚实丰满。丝织物除供衣着外,还可作日用及装饰品,在工业及国防上也有重要用途。柞蚕丝具有坚牢、耐晒、富有弹性、滑挺等优点,柞丝绸在我国丝绸产品中占有相当的地位。
(一)蚕丝的组成和分子结构
1.蚕丝的组成 蚕丝纤维主要是由丝素和丝胶两种蛋白质组成,此外,还有一些非蛋白质成分,如脂蜡物质、碳水化合物,色素和矿物质(灰分)等。蚕丝中,物质的含量常随茧的品种和饲养情况而变化。
2.蚕丝的分子结构 蚕丝的主要成分为蛋白质,属于蛋白质纤维,是一种高分子化合物。蚕丝的大分子是由多种α-氨基酸剩基以酰胺键联结构成的长键大分子,又称肽链。在色素中,乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸和酪氨酸含量约占90%。其中乙氨酸和丙氨酸含量约占70%,含侧基小,因而使蚕丝分子结构较为简单,长链大分子的规整性好,呈β折叠链形状,有较高的结晶性。
(二)蚕丝的性能
1.长度 长度主要影响可纺性。从茧子上缫取的茧丝长度很长,经缫丝,数根茧丝合并可获得任意长度的连续长丝(生丝),不需要纺纱即可织造。一粒茧子上的茧丝长度可达数百米至千米。也可将下脚茧丝、茧衣和缫丝中的废丝等经脱胶切成短纤维,经绢纺纺纱工艺获得绢丝供织造用。
2.细度 蚕丝纤维很细,单纤维直径平均在14~17μm。内外层茧丝的线密度值存在一定差异,内层茧丝最细,中层茧丝最粗,外层茧丝居中,茧丝平均线密度在2.6~3.7dtex,脱胶后的丝纤维平均线密度在1.1~1.4dtex。
3.吸湿性 无论是家蚕丝还是柞蚕丝都具有很好的吸湿本领,在温度为20℃、相对湿度为65%的标准条件下,家蚕丝的吸湿率达11%左右,在纺织纤维中属于比较高的。如果含丝胶的数量多,纤维的含水量还会增加,因为丝胶比丝素更容易吸湿。比较起来,柞蚕丝因为本身内部结构的特点,吸湿性也高于家蚕丝。
4.机械性质 影响茧丝的机械性质的因素有蚕品种、产地饲养条件、茧的舒解和茧丝纤度等。茧层部位的变化,对茧丝的性质影响更大。随着茧层部位不同,茧丝纤度的变化呈抛物线形状,茧丝的伸度、蠕变和缓弹性变形的变化,呈现相似的倾向。茧丝的初始模量:最外层小,中层、内层逐渐增大。吸湿后,蚕丝的强伸度发生变化。家蚕丝湿强为干强的80%~90%,湿伸长增加约45%。柞蚕丝湿强增加,约为干强的110%,湿伸长约增加145%。
5.密度 蚕丝的密度较小,因此,织成的丝绸轻薄。生丝的密度为1.30~1.37,精练丝的比重为1.25~1.30,这说明丝胶密度较丝素大。
6.光学性质 蚕丝的光泽是丝反射的光所引起的感官感觉。茧丝具有多层丝胶,丝蛋白的层状结构,在光线入射后,进行多层反射,反射光互相干涉,因而产生柔和的光泽,生丝的光泽与生丝的表面形态、生丝中的含茧丝数等有关。一般来说,生丝截面越接近圆形,光泽柔和均匀,表面越光滑,反射光越强。精练后的生丝,光泽更为优美。蚕丝的耐光性较差,在日光照射下,蚕丝容易泛黄。在阳光曝晒之下,因日光中2900~3150A近紫外线,易使蚕丝中酪氨酸、色氨酸的残基氧化裂解,致使蚕丝强度显著下降。日照200h,蚕丝纤维强度损失50%左右。柞蚕丝耐光性比蚕丝好,在同样的日照条件下,柞蚕丝强度损失较小。
7.热学性质 蚕丝耐干热性较强,能长时间承受100℃的高温。温度升至130℃,蚕丝会泛黄、发硬,其分解点在150℃左右。蚕丝是热的不良导体,导热率比棉还小。
8.丝鸣 干燥的蚕丝相互摩擦或揉搓时发出特有的清晰、微弱的声响,称为丝鸣。丝鸣成为蚕丝独特的风格。