第二节　蚕丝纤维性能

一、蚕丝纤维的化学结构

桑蚕茧丝的主要成分是丝素和丝胶，两者都是蛋白质。丝素是蚕丝的主体成分，其位于生丝的中部，系中轴纤维；丝胶包覆在丝素外，有黏合和保护丝素的作用。由于丝素和丝胶蛋白质中氨基酸的组成和结构各不相同，它们的性质也迥然有别。如丝素的二级结构为蛋白质分子近似平行排列，集束形成微原纤，微原纤结晶集束成原纤，原纤平行堆积成丝素纤维，如图1-1所示。因此，丝素蛋白的结晶度较高，不溶于水；丝胶则是一种球形蛋白质，有良好的亲水性，其二级结构多为无规则卷取，蛋白质分子的三级结构多为非晶结构。缫丝就是利用丝素和丝胶的不同性质，将数根桑蚕茧丝黏合成生丝，生丝可织造形成生绸，并经脱胶后形成熟绸，熟绸比生绸更为耐用。

桑蚕茧丝中除丝素、丝胶以外，还有蜡质、碳水化合物、色素和矿物质等其他成分。蚕丝的化学组成和元素组成分别参见表1-1和表1-2。

表1-1　桑蚕茧丝化学成分的基本组成

表1-2　桑蚕茧丝、丝素、丝胶的元素组成

经强酸、碱性物质或酶等作用，蚕丝的大分子可水解成乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸等18种氨基酸，见表1-3。根据氨基酸分子中氨基和羧基的多少，氨基酸可分为中性、酸性和碱性三大类。

表1-3　桑蚕茧丝丝素和丝胶的氨基酸组成

二、蚕丝的物理性质

（一）光泽

蚕丝的光泽柔和、幽雅；精练后的蚕丝，光泽更为柔和、雅致，具有优良的天然光泽是丝纤维的重要特性。影响纤维光泽的因素有：纤维表面的形态结构、纤维层状结构以及纤维的横断面形状。

在蚕丝生产加工过程中，影响蚕丝光泽的主要因素是缫丝用水、缫丝设备、蚕茧色泽、工艺设计、蚕丝外部形态性状、内部结构的定向性、整列度及蚕丝细度等。

（二）手感

纺织品的手感是织物某些机械性能对人的手掌所引起的刺激的总和反映，织物的刚柔性、表面摩擦和压缩性能等是其重要组成部分。

用手指抚摸蚕丝，根据手的触感来判断生丝的平滑、柔软等性质叫手感。具有良好的手感是蚕丝纤维的又一重要特性，手触生丝时可感觉到平滑、柔软而富有弹性，有暖和丰满之感。蚕丝的手感受以下因素影响：蚕茧性质、缫丝工艺、生丝表面性质和细度。一般蚕丝纤维纤度细，对变形抵抗小；其脱胶越多，手感就越柔软。由于蚕丝的热传导率低，故其手感温和，所以纯丝织物缝制的服饰在穿着时远比以棉纤维和化学纤维缝制的服饰感觉更温润舒适，这也是人们喜爱纯丝织物的另一重要原因。

（三）吸湿性

纤维在潮湿空气中吸收大气中水分的性能称为吸湿性，而在浸水后吸水性能则称为吸水性。蚕丝纤维含有亲水性的基团较多，且又是多孔物质，因此是吸湿性和吸水性较强的纤维。蚕丝富于吸湿性是用作衣着材料的一项有价值的特性，因为其既能保护皮肤维持干燥状态，又因吸湿过程中的放热作用，可以保护人体不受或减轻因环境气候突变所带来的影响。

蚕丝生产中发生数次吸湿、吸水和放湿过程。蚕丝纤维吸收水分以后，其力学性质和化学性质发生变化。这种变化与丝纤维的品质、重量、加工工艺以及储藏运输都有密切关系。

（四）热学性质

耐热性，是指高温下保持自身力学性能的能力。热稳定性是指材料对热裂解的稳定性。蚕丝在热的作用下，温度逐渐升高，高分子的运动单位和运动方式及其宏观表现——物理性质和化学性质都会发生变化。蚕丝纤维熔点高于分解点，不发生熔融，直接发生大分子分解。大分子分解时的温度称为热解点。

蚕丝纤维如果长期受低于分解点的高温处理时，机械性质会逐渐恶化，恶化程度随温度高低、时间长短而不同。这是由于温度升高时，引起纤维结晶区的减退和非结晶区的增长，因而改变了生丝的机械性质。如果温度继续上升，在热的作用下，大分子在最弱的键上发生氧化裂解，导致强力急速下降。

纺织材料的比热是指使质量为1g的纺织材料在温度变化1℃时所吸收或放出的热量。丝纤维中丝胶的比热容值为1628.7～1649.6J/（kg·K），丝素的比热容值为1155.6～1218.4J/（kg·K），蚕丝纤维的比热容值则约为1385.8J/（kg·K），在天然纤维中，其属于比热容值较大的一种纤维材料。然而由于水的比热容值[4200J/（kg·K）]是蚕丝比热容值的三倍，因此，蚕丝的比热受回潮率的影响较大，回潮率越高的蚕丝，比热值越大。相同环境下，生丝的回潮率在纺织纤维中属于较高水平，仅次于羊毛和黏胶纤维，故蚕丝纤维的湿态比热容值也就大于大部分纤维。

蚕丝纤维聚合体的传热过程是传导、对流与辐射的综合过程。它的导热系数是丝纤维、空气和水分三者混合的传热系数。蚕丝的传导热系数为0.05～0.055W/（m2·K），即在天然纤维中是比较低的，导热系数越低，纤维的保温性越好，所以，穿着丝绸衣服时感到冬暖夏凉。

（五）导电性

生丝纤维是电的不良导体，可作绝缘材料。但如果蚕丝回潮率高，空气的相对湿度大，都会引起蚕丝的电阻明显下降而降低其绝缘性能。干燥的生丝纤维略加摩擦即可显著带电，这给缫丝和丝织加工过程带来困难，其可造成丝条松散毛乱、断头增多、绞丝打把和卷绕成形不良、丝条粘缠机件等问题。

（六）机械性能

纤维在外力作用下所呈现的应力与应变之间的关系以及材料破坏等情况，称为机械性质，总体包括拉伸、弹性、弯曲、扭转、摩擦磨损、疲劳等方面的作用。

1.拉伸断裂　蚕丝有比较好的断裂强度和断裂伸长度，与同直径粗细的铅丝几乎有相同的强力。一般用加负荷的方法求得断裂时的强度和断裂伸长率表示生丝的强伸力。如生丝的强度一般为3.4～3.6cN/dtex（1gf/旦=0.8826cN/dtex），伸长率为18%～23%。

2.耐磨性　蚕丝纤维的耐磨性在天然纤维中是比较好的，但远不如某些合成纤维。例如，蚕丝产品中的生丝，在缫丝、丝织过程和织物使用中都经常受到摩擦，近年织绸中广泛采用高速织机，对生丝的耐磨性要求更高。生丝的耐磨性一般采取测定生丝抱合的方式来确定，其结构和表面性状是影响耐磨性的主要因素，例如，丝胶的含量与性质、蚕丝之间结合的紧密度和均匀程度，丝条上颣节的大小与多少及丝条表面光滑程度等都会影响耐磨性质。

3.耐光性　在纺织纤维材料中，蚕丝纤维是耐光最差的一种纤维。在太阳光照射下，因受紫外线的作用，蚕丝纤维易致脆化、变质。其耐光性差的主要原因是：太阳光中的紫外线能量为297.7～396.9（kJ/mol），与蚕丝蛋白质大分子元素间的键能接近，足够引起蚕丝大分子发生化学键断裂，特别是酪氨酸的—OH基容易被氧化而分解。这种大分子分解引起机械性质恶化，并使蚕丝泛黄变色。实验表明，蚕丝在日光下曝晒200h后，强力则会损失50%。用单宁酸作生丝增量剂时，增量丝能增强对日光的抵抗作用。

三、蚕丝的化学性质

（一）耐酸性

蚕丝的耐酸性比棉花强，比羊毛弱，随着浓度和温度的增加，丝纤维将膨润而溶解。蚕丝浸在高浓度的强无机酸溶液中，低温下短时间即能膨润溶解，成为淡黄黏液；低浓度时，加热能溶解丝胶，而强力不降低。稀薄的有机酸能溶解丝胶，不损害丝素，并使光泽增加，手感良好。丝素能大量吸收单宁酸（C76H52O46），故单宁酸可作增量剂或媒染剂。

（二）耐碱性

碱性溶液对蚕丝的破坏作用远大于酸性溶液，将蚕丝置于碱性溶液中时，其变化随着碱溶液的pH、浓度、温度和浸泡时间而异。氢氧化钠溶液（NaOH）即使在低温条件下，也能溶解丝胶，同时也能使部分丝素发生溶解，而将蚕丝短时间内浸泡于弱碱稀溶液中时，可溶解纤维表面的丝胶而不损害其内部包裹的丝素，因此，蚕丝织物可用硼砂、中性皂、碳酸钠等作精练剂对其进行脱胶处理。此外，中性橄榄油皂的煮沸溶液仅溶解丝胶而不损害丝素，并能增进丝织物的光泽和柔软性，可用于精练生丝。如果肥皂中含有游离碱，当浓度较高时将会损及丝素，故用于精练生丝和丝织物的肥皂则要求不含游离碱和杂质。

（三）耐盐性

很多中性金属盐能被蚕丝吸收，也容易使其发生脆化，经某些盐类浓溶液长时间作用会使丝纤维溶解。氯化钠、氯化钾、氯化氨、氯化钙、硫酸钙等少量存在时，能促进丝胶溶解；过量反而抑制缫丝胶溶解，使其解舒不良，强伸力减退，丝色暗淡。重碳酸钙、重碳酸镁超过限量时，丝胶有过度溶解趋向，影响蚕丝质量。因此，缫丝用水应参照相关水质要求，将其中的杂质控制在一定的含量以下，以提高生丝质量和产量，特别是改善生丝的色泽和手感。

（四）氧化还原性及染色性

含氯的氧化剂对丝素有破坏作用，如次氯酸盐类和漂白粉极易破坏丝纤维。用过氧化物、二氧化硫等作漂白剂除去蚕丝的天然色素时，要控制pH不能太高，以免丝胶溶失过多。一般直接染料、酸性染料、碱性染料和多种媒染剂都可用于蚕丝的染色，但用碱性染料要加保护剂。

（五）耐腐蚀性

在正常情况下，蚕丝不易发霉受损，对酶的分解有稳定性。尽管丝素对蛋白酶的稳定性比丝胶强，但蚕丝在比较潮湿的环境中长期储藏则容易滋生霉菌，并分泌出蛋白酶，破坏纤维中丝胶和丝素，最终导致蚕丝质脆化、光泽变异、发生霉味或霉点，严重影响其质量。