牦牛粗毛形態(tài)結(jié)構(gòu)及其拉伸細(xì)化工藝與機(jī)理研究.pdf

1、我國是牦牛的主要飼養(yǎng)國，約占世界總數(shù)的92％，具有豐富的牦牛毛纖維資源。牦牛毛纖維中大多數(shù)為粗毛，長度較長，但粗、硬、品質(zhì)差，主要作為一般紡織原料，因此其經(jīng)濟(jì)價值一直較低。隨著生活水平的提高，人們對于假發(fā)制品的需求日益旺盛，限于人發(fā)資源量的限制，使用牦牛粗長毛作為其替代品已被廣泛應(yīng)用。由于假發(fā)的利用纖維長度越長其價值越高，因此，增加纖維長度降低其細(xì)度是提升纖維價值的有效途徑。人工拉伸細(xì)化工藝是目前對角蛋白纖維最有效的拉長變細(xì)的加工方法，

2、但現(xiàn)有研究主要集中在羊毛細(xì)化，對于牦牛粗毛的拉伸細(xì)化報道很少。此外，人們對于牦牛粗毛纖維的認(rèn)識也不夠全面，這將為進(jìn)一步的改性處理造成很大的困難。
　　 本文首次對我國產(chǎn)牦牛粗毛纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、皮質(zhì)細(xì)胞特征、細(xì)胞及細(xì)胞間微細(xì)結(jié)構(gòu)以及化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致研究。利用顯微鏡技術(shù)觀察了牦牛粗毛纖維的外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，得到了單根纖維以及纖維之間的直徑分布特點，同時闡述了纖維表面鱗片結(jié)構(gòu)及截面特征。利用超聲分離技術(shù)成功地分離出來牦牛粗毛纖維的皮質(zhì)細(xì)

3、胞，結(jié)合電子顯微鏡觀察明晰了皮質(zhì)細(xì)胞形態(tài)及其在纖維中的堆砌結(jié)構(gòu)特征，并首次采用“長徑比”指標(biāo)表征皮質(zhì)細(xì)胞形態(tài)，結(jié)果表明牦牛粗毛纖維皮質(zhì)細(xì)胞整體形態(tài)較羊毛粗短，此外還對皮質(zhì)細(xì)胞尺寸分布進(jìn)行了研究。利用包埋技術(shù)成功制取到牦牛粗毛纖維的截面超薄切片，并利用透射電子顯微鏡觀察到纖維的內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)纖維中含有髓腔，且纖維細(xì)胞無正副皮質(zhì)之分，僅由單一結(jié)構(gòu)組成。利用紅外光譜技術(shù)得到牦牛粗毛纖維的紅外光譜圖，并分析其基本結(jié)構(gòu)鍵吸收峰特征，結(jié)果表

4、明其具有與羊毛相同的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)及結(jié)合鍵，但牦牛粗毛纖維內(nèi)部無序結(jié)構(gòu)多于羊毛。
　　 為了對牦牛粗毛拉伸進(jìn)行工業(yè)開發(fā)，本文利用實驗拉伸裝置對無捻牦牛粗毛纖維片狀拉伸工藝進(jìn)行了研究，重點分析了影響工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的相關(guān)參數(shù)。利用不同工藝條件下牦牛粗毛纖維片的拉伸曲線，結(jié)合低初始模量、大屈服區(qū)長度、大斷裂點伸長、低拉伸斷裂率的評價標(biāo)準(zhǔn)，確定了最優(yōu)工藝條件，即預(yù)處理時間10min，最佳拉伸方式為多級變速拉伸，最佳纖維拉伸率為60％:通過

5、正交試驗及方差分析，以沸水回縮率為評價指標(biāo)，確定了牦牛粗毛最優(yōu)定型處理時間，即一次定型時間5min，二次定型時間3min，烘燥時間20min，焙烘時間3min。同時，開發(fā)了一種全新的片狀纖維連續(xù)化拉伸方法，并首次采用預(yù)處理拉伸一體化拉伸方式，并通過AutoCAD軟件對其拉伸設(shè)備進(jìn)行了模擬。
　　 利用激光顯微拉曼光譜技術(shù)，對拉伸過程中牦牛粗毛纖維二級結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)拉伸后牦牛粗毛纖維拉曼光譜酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅲ帶和

6、C-C骨架振動區(qū)均發(fā)生了顯著變化，但對纖維二硫鍵的影響不大;纖維拉伸細(xì)化過程中存在α螺旋大分子向β折疊大分子的轉(zhuǎn)變，同時伴隨著部分已轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B結(jié)構(gòu)的大分子重新回復(fù)為α螺旋結(jié)構(gòu)的過程，且對細(xì)化纖維進(jìn)行沸煮處理也會導(dǎo)致這一變化發(fā)生。同時，本文借助廣角X-ray衍射儀，對原毛及細(xì)化毛纖維的結(jié)晶度和取向度進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示拉伸細(xì)化處理對牦牛粗毛的結(jié)晶度有較大的影響，而對纖維取向度影響相對較小，拉伸細(xì)化過程中存在大分子或微結(jié)構(gòu)塊的滑移。機(jī)理

7、分析發(fā)現(xiàn)，牦牛粗毛纖維拉伸細(xì)化機(jī)理應(yīng)是“大分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變”理論和“微結(jié)構(gòu)體的滑移”理論兩者相結(jié)合的一個更為復(fù)雜的過程，其中以“微結(jié)構(gòu)體的滑移”機(jī)制最為主要。本文提出“大分子轉(zhuǎn)變滑移”理論，其基本原理為:打開纖維分子間交聯(lián)，部分保持分子內(nèi)的相互作用;在外力拉伸作用下，大分子首先發(fā)生構(gòu)象轉(zhuǎn)變，繼而出現(xiàn)分子、微結(jié)構(gòu)體的滑移，同時伴隨分子構(gòu)象的往復(fù)變化;完成拉伸后，迅速重建分子間交聯(lián)，實現(xiàn)纖維的拉長變細(xì)的同時保持纖維彈性。
　　 為了便于

8、后期進(jìn)一步的加工和使用，本文對拉伸后牦牛粗毛纖維形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及性能的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示:①纖維表面鱗片結(jié)構(gòu)被劣化，覆蓋密度隨拉伸率的提高而降低，部分出現(xiàn)邊緣翹起，甚至部分鱗片細(xì)胞出現(xiàn)滑移和損傷;②纖維直徑顯著降低，90％的細(xì)化纖維直徑可比原毛減少約30％，截面形態(tài)由近圓形變?yōu)闄E圓形;③纖維皮質(zhì)細(xì)胞被拉長變細(xì)，在纖維中沿長度方向取向更加明顯，排列更加緊密;④細(xì)化纖維的斷裂強(qiáng)度和初始模量均高于原毛，且隨著拉伸率的提高而逐漸增大，但斷裂