纤维化学与物理-第三章蛋白质纤维-羊毛
第三章 天然蛋白质纤维..
1.羊毛纤维的生长
如图3-1所示，羊毛纤维是 由羊皮肤上的细胞发育而成的。 首先在生长羊毛处的细胞开始 繁殖，形成突起物，向下伸展 到皮肤1内，使皮肤在这里向 内凹，成为毛囊2；处于皮肤 内的羊毛叫毛根3，它的下端 被毛乳头4所包覆。毛乳头供 给养分，使细胞继续繁殖，向 上生长，凸出皮肤，形成羊毛 纤维5,几个脂肪腺6开口于毛 囊。
5.分类
a. 按细度和长度:可分为超细毛、细毛（18 ~ 27um， 长<12cm）、半细毛（25 ~ 37um，长<15cm）、 粗毛（20 ~ 70um，为异质毛）和长毛（>36um， 长15~ 30cm）； b.按羊种品系:可分为改良毛与土种毛两大类; c.按羊毛的分级:可分为支数毛和级数毛; d.按羊毛质地均匀性:分有同质毛和异质毛; e.按颜色分为:本色毛和彩色羊毛; f.按名称:有美利努为细毛羊、考力代为半细毛羊种、 林肯长毛羊种等。
(4)卷曲
a.卷曲的定义
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。 b.卷曲的种类 羊毛的卷曲形态有多种：卷曲波形近似半圆形的称 为常卷曲，如细毛的卷曲；波形较为平坦的称为弱卷 曲，如半细毛卷曲；卷曲波幅高深的称为强卷曲，如 细毛腹毛卷曲。各个卷曲基本位于同一平面的称为平 面卷曲；各个卷曲相互扭转的称为立体卷曲。
6.净毛率
将原毛经过净洗，除去油脂、植物杂质、土沙、灰 分等杂质后所剩纯净毛重量占原毛重量的百分比称为 净毛率。 对于洗净毛，规定允许含有一定的回潮率< 即公定回潮率）、含脂率和植物性含杂率，在计算净 毛率时，要加以修正。
7. 羊毛的品质特征
（1）化学性质 羊毛纤维较耐酸而不耐碱
（2）线密度（细度）
纤维化学与物理-第三章蛋白质纤维-羊毛
皮质细胞长约80～130微米，粗约2～5微 米。
16
Leicester wool cortical cells
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Cashmere down cortical cells
18
Goat guard hair cortical cells
因为胱氨酸含量过多，难以有效形成有序排列。
13
（3）鳞片内层
位于鳞片层的最内层，由含硫量很低的非角 质化蛋白质构成，其厚度在整个鳞片中的分 布也不均匀，细羊毛中其重量约占3.6％ 。
鳞片内层中只含约3％（摩尔分数）的胱氨 酸残基，且极性氨基酸的含量相当丰富，所 以其化学性质活泼，易于被化学试剂、水等 膨润，可被蛋白酶消化。
蛋白层，即惰性膜层。
27
（1）δ层：
主要由非角质化蛋白质构成。在构成此类蛋 白质的氨基酸残基中，胱氨酸残基含量极低， 而甘氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等带有疏水性 侧基的氨基酸残基含量最高。
δ层的性质柔软，易于膨化，是CMC中较为 薄弱的部分，其厚度约15nm，但各处不一， 细胞间的空隙均被其充填。
良好，吸湿透气，穿着舒适保暖，不易沾污，抗皱性较好， 耐磨性优良
羊毛的用途：精纺或粗纺的高级面料；家纺及装饰用品；
工业用呢等
➢ 最高档的纺织纤维之一
2
天然动物毛包括：
羊毛 （绵羊毛：主产地澳大利亚、俄罗斯、新西兰、
中国、阿根廷）
山羊绒 （开司米 Cashmere） 马海毛 （安哥拉山羊毛，原产于土耳其的安哥所拉
2、两型毛：粗细不太均匀，d＝30～52.5um，介于有髓毛和 无髓毛之间，有断断续续的髓质层，适合中档呢绒。
纺织材料学——天然蛋白质纤维1
（二）国产绵羊毛特点
1． 分类 （1）细毛、半细毛、粗毛。 （2）细毛、半细毛大多数属改良毛。粗毛大 多数属土种毛。 （3）土种毛约48%，改良细毛约42%，改良 半细毛约10%。
四．毛纤维的结构
（一）蛋白质纤维的大分子结构
（二）蛋白质纤维的超分子结构 羊毛侧基R大、复杂，构象有螺旋链（α型）， 分子不易排列整齐，故比蚕丝的取向度、结晶 度低。
（三）羊毛的形态结构
1．鳞片层
由片状细胞组成，根部附着于毛干，梢部张 开并指向毛尖。鳞片覆盖形式有三种：环状、 瓦状、龟裂状。细羊毛鳞片密度高（单位面积 上的鳞片数多），鳞片张角大，多呈环状。鳞 片主要保护毛干，会影响羊毛的光泽、手感和 缩绒性。
5．按剪毛季节分 （1）春毛，品质最好。 （2）秋毛，短、绒少，品质较差。 （3）伏毛，品质最差。
二．国产绵羊毛
（一）我国绵羊产地与品种 1. 产地 （1）北部牧区：内蒙、东北三省西部、宁夏与甘 肃北部。 （2）新疆牧区。 （3）青藏高原牧区：西藏自治区、青海与甘肃西 南部、四川的阿坝与甘孜地区。
1．概况 澳大利亚绵羊毛，约世界总产量的三分之一， 75%是美利奴羊。 2．美利奴绵羊(Merino) 美利奴绵羊十四、十五世纪起源于西班牙，到 十九世纪遍布世界各地，但不同地区的美利奴绵
羊的羊毛品质差异很大。
美利奴绵羊(Merino)
Merino
3.澳大利亚美利奴绵羊
（1）澳大利亚澳大利亚美利奴绵羊以产毛量高， 羊毛品质好而著称。
1．属耐酸性较好的纤维，可以用强酸性染 料，在pH值2-4的染浴中沸染，还可用硫酸进 行碳化，以去除原毛中的植物性杂质。
第三章 蛋白质纤维
• 将蛋白质纤维放在不同pH值的介质中，纤维内部和纤维外部（溶 液）的pH值往往不一致，即H＋和OH-在纤维内、外分布不均匀。 如： 纤维内pH 1.62 3.03 3.75 4.64 5.45 6.19
纤维外pH 0.78 1.86 2.34 3.08 3.86 4.50
这种现象可以用膜平衡原理解释。 Donnan膜平衡 将蛋白质纤维放在HCl和KCl共存的溶液中，使溶液pH＜pI，表面带 正电荷，纤维的表面类似半透膜。
3．蛋白质的变性 天然蛋白质根据其分子的几何形状分为纤型（羊毛和蚕丝）和球型 （丝胶和鸡蛋白）两类。 • 球型蛋白的变性：在受到热、高压、机械搅拌等物理因素或酸、 碱、某些盐类和某些有机溶剂的作用，使溶解度 降低和生物活性丧失。 这种变性有时可逆有时不可逆。
4．蛋白质的紫外线吸收
• 常用280nm紫外线的吸收，测定含芳香侧基的色氨酸与酪氨酸含量 ５.蛋白质的显色反应 是指蛋白质和某种化学药剂作用后生成有色物质，可鉴别蛋白 质（蛋白质及多肽是无色的）及作定量分析。
二．羊毛的表观性状 １.密度：比棉、麻、粘胶和涤纶低，更蓬松保暖 ２.细度：差异较大，越细成纱性能越好，但太细纺纱时易出现疵点。 ３.长度 • 自然卷曲长度（毛丛长度）：毛丛两端的直线距离（一般所指） • 伸直后长度 ３.卷曲度 一般以每厘米长羊毛的卷曲个数表征。 弱卷曲及正常卷曲适于精纺，纺制表面光洁的毛纱；高卷曲适于粗 纺，成纱丰满，有弹性。 ４.羊毛按形结构的态特点分：细绒毛、粗毛、两型毛、死毛
三．羊毛的近程结构 • 化学组成：C、H、O、N、S • 含S量多少 鳞片层＞皮质层＞髓质层 • 羊毛直径越大，含S量越少
四.羊毛的远程结构
• α－螺旋构象，只存在于低S蛋白质多肽链中， 高S蛋白质的多肽链是无规则卷曲的。 • • • • • 在有水分存在时拉伸 伸长率＞20%时，分子构象开始转变 伸长率＞35%时，分子构象转变明显 伸长率＞70%时，β－构象（肽链的伸直 链构象） 放松后，分子构象产生可逆的变化，最后恢
纺织材料学第三章动物纤维
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纺织材料学第三章动物纤维
4. 摩擦性能与缩绒性
（1）摩擦性能 l 定向摩擦效应：羊毛表面的鳞片，根部附着于
毛干，尖端指向毛尖，使逆鳞片方向的摩擦系数 大于顺鳞片方向的摩擦系数，这一特性称之～。
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纺织材料学第三章动物纤维
（2）缩绒性 羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械外力
羊毛越粗，髓腔越大，质量也越差。
粗羊毛有髓质层，细羊毛没有。兔毛无论粗细 均有髓质，且呈颗粒状分布，此特征可用于鉴别兔 毛。
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•兔
纺织材料学第三章动物纤维
三、毛纤维的分类
1.按动物品种分 （1）绵羊：绵羊毛、绵羊绒 （2）山羊: 山羊毛、山羊绒 （3）骆驼：骆驼毛、骆驼绒 （4）驼羊：驼羊毛、骆马毛、秘鲁羊毛 （5）兔：兔毛、安哥拉兔毛、其它兔毛 （6）貂：貂绒、貂毛 （7）其它动物：牛毛、马毛、禽类的羽绒或羽毛
4. 氧化剂的作用 氧化剂对羊毛有损伤，浓度不高时，注意控
制可用来漂白羊毛。 光照对羊毛的氧化作用是使羊毛鳞片受损，
易于膨化和溶解（胱氨酸水解）。
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纺织材料学第三章动物纤维
5. 盐的作用 金属盐如氯化钠、硫酸钠对毛纤维无影响，
染色时常采用硫酸钠作为缓染剂。
6. 霉蛀性 耐霉菌，但不耐虫蛀。
l （二）化学性质 酸、碱等的作用
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纺织材料学第三章动物纤维
（一）物理特征
1、长度 l 自然长度（毛丛长度）：纤维束在自然卷曲下， 两端间的直线距离。羊毛收购和选毛后搭配时使 用（商业习惯叫羊毛高度）。
l 伸直长度：把天然卷曲拉直，用尺测出的长度。 生产中，用于评价羊毛的品质。
细羊毛：6～12cm；半细毛：7～18cm；长毛 种羊毛：15～30cm。
纤维化学与物理
第一章纤维素纤维1、画出棉纤维的横向形态结构图，并标示出其各部分的名称，以及各部分的物质组成，描述纵向结构横向形态结构初生胞壁：主体是纤维素，但含较多杂质。
次生胞壁：主要是纤维素。
胞腔：原生质残渣（沉积在纤维内壁上），蛋白质，矿物盐，色素。
棉纤维的纵向形态：扁平带状，有天然扭曲，6-10捻/毫米，纤维越细，捻数越多2、麻纤维形态结构的主要特征是什么？横向：椭圆形或多角形，内有胞腔；纵向：有竖纹或横节（麻节）。
3、写出纤维素的分子结构式，指出其分子结构特征分子结构特征：1.由卩-d-葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成，含大量甙键（缩醛性质）。
2.相邻葡萄糖环倒置，在纤维素大分子上对称分布，形成晶格；无定形区可以有阶梯式。
3.重复单元数不等于聚合度（以倒置式代表纤维素的结构式）DP=n,重复单元数=（n-2）/2。
4.含有大量羟基，可发生醇类的反应。
分子间可形成氢键。
仲羟基伯羟基甙羟基（潜在醛基）左端31中间21右端2114、比较棉、丝光棉、麻、普通粘较纤维的聚集态结构（包括无定形部分、结晶度、取向度、适用的聚集态结构模型）棉、麻：可用缨状原纤维模型。
它们的无定形区是由原纤之间由一些大分子联结起来形成的。
普通粘胶纤维：适用缨状微胞模型，无定形区的大分子链无规卷曲且相互缠绕，结晶区和非结晶区不能截然分开，同一根分子链可能穿过晶区和非晶区。
麻纤维：聚合度高，结晶度高，取向度高。
棉纤维：聚合度高，结晶度高，取向度较高。
粘胶纤维：聚合度低，结晶度低，取向度低。
丝光棉比普通棉取向度大，结晶度小。
5、画出棉、麻、普通粘较纤维的S-S曲线，比较棉、麻、粘胶的S-S曲线的差异（模量、断裂强度、断裂延伸度、屈服点等）并从结构的角度进行解释。
粘胶低高有低软弱虽棉中中无中硬强麻高低无高硬脆强度： 延伸度：屈服点：初杨氏模量评价：从结构来分析：①一般取向度越高，结晶度越高，强度越高，模量越大，断裂延伸度越小。
②断裂肌理不同：棉麻（天然纤维素纤维）断裂肌理：由于大分子排列的不整齐性，纤维上存在薄弱环节，当纤维受力时，会在此处首先断裂，这是共价键先断裂。
染整原理课件蛋白质纤维染整---羊毛织物整理
2、洗呢用剂 阴离子S.A.A：如肥皂、净洗剂LS等 非离子S.A.A：如平平加O、雷米邦A、洗涤剂209等；
（三）、洗呢设备和工艺条件分析 1、洗呢设备 目前，我国用的最多的
是绳状洗呢机，其示意图 如下所示：
2、工艺条件 1）温度 T↑ → 润湿、渗透能力↑ → 洗呢效果↑ T↑↑↑ → 羊毛纤维损伤↑、手感粗糙、光泽↓ 纯毛织物洗呢适宜温度：35－500C； 2）洗呢时间 精纺织物：45－90分钟 粗纺织物：30－60分钟 3）浴比 精纺织物：1∶5－10 粗纺织物：1∶5－6 4）洗液的ｐH ｐH＝9.5－10
羊毛纤维防缩及抗皱机理
由多种氨基酸以一定顺序通过酰胺键连接起来；
在蛋白质大分子上含有等当量的氨基和羧基；
蛋白质中的多肽链在空间按一定的几何形态折叠和卷 曲,并依靠主链及侧链上的各种基团相互作用,如氢键、 盐键、二硫键和疏水基等维系。
在湿度较高时毛织物易折皱,消除形成折皱的作用力后 折皱仍会保留下来；
（二）、煮呢设备和工艺条件分析
1、煮呢设备 有单槽、双槽煮呢机以及连续式煮呢机，其双槽煮呢机示意
图如下所示：
2、工艺条件分析 1）温度 白坯： 80－950C 色坯： 70－850C
2）煮呢时间 单槽：20－30分钟，然后再倒头复煮1次； 双槽：60分钟； 白坯：ｐH＝6.5－7.5 色坯：ｐH＝5.5－6.5
精纺毛织物的整理特点
①薄型织物：如凡立丁、派力司、薄花呢等 整理要求：呢面平整、洁净、光泽好、 手感具有滑、挺、爽的风格；
②厚型织物：如华达呢、花呢等 整理要求：呢面光洁、手感丰满、富有弹性、 光泽自然等；
• 毛织物染整加工工艺程序
• 精纺毛织物的染整工艺流程：
准备→烧毛→煮呢→洗呢→脱水→染 色→烘干→中间检查→熟坯修补→刷 毛→剪毛→刷毛→给湿→烫呢→蒸呢 →电压→成品分等→卷呢→包装
纺织纤维总论 纤维化学与物理
（三） 产业用纺织纤维及其纺织品
对性能和功能要求高： 加工方法与使用设备更加专业化：
专业特性更强：
使用寿命不同：
第二节 纺织纤维与纺织品
静电纺丝
第二节 纺织纤维与纺织品
熔喷纺丝
第二节 纺织纤维与纺织品
棉纤维接近腰圆形，木棉纤维为近圆形，丝纤维近 似三角形，麻纤维为椭圆形或多角形等。
化学纤维则可以根据要求进行异形喷丝，从而获得 异形截面纤维。非圆形截面的化学纤维称为异形纤 维。
第三节纺织纤维的物理性能
异形化的方法
截面形状的非圆形化，包括轮廓波动的 异形化和直径不对称的异形化；
中空
d2
复合
的延伸性和较好的弹性回复性能。 3.耐用功能：足够的强度、延伸性和柔软性等力学性能，经
受得起化学加工、洗涤、体液和日晒作用。 4.装饰、美观功能：一定的形状稳定性、悬垂性和免烫性。
第二节 纺织纤维与纺织品
（二） 装饰用纺织纤维及其纺织品
服用装饰：如领带、领结、头巾等。 室内装饰：如床上用品、地面装饰、墙面装饰、家具装饰等。
不需纺纱，可 直接用于织布。
纺 织
（长度可根据卷装长度而定）
纤
天然：棉、麻、毛，其中羊毛较长
维
棉型：仿棉纤维，长度30～40mm，
短纤维
线密度0.13～0.16特（1.2～1.5旦）
如人造棉、涤/棉织物中的涤纶纤维
化学 毛型：仿毛纤维，长度75mm， 线密度0.33～0.77特（3～7旦） 如人造毛、毛/涤中的涤纶纤维
R＝
G0－G
G
×100%
M＝
纤维化学考试重点总结
纤维化学考试重点总结纤维化学与物理测验 11、棉纤维的形态结构和羊毛形态结构各有什么特点？答：棉纤维成熟时截面为腰圆形，中有空腔，由外向内由初生层、次生层和中腔三部分组成，纵向有天然卷曲，纵面呈不规则的而且沿纤维长度不断改变转向的螺旋扭曲。
羊毛纤维由包裹在外部的鳞片层，组成羊毛实体的皮质层和毛干中心，不透明的髓质层三部分组成，髓质层只存在于粗羊毛中，细羊毛中没有。
2、纤维素纤维和蛋白质纤维各有哪些常见纤维？答：纤维素纤维：棉纤维、麻纤维、天丝、粘胶纤维、莫代尔。
蛋白质纤维：羊毛、蚕丝、大豆蛋白纤维。
3、蛋白质纤维为什么具有两性性质？答：蛋白质的基本组成是氨基酸，氨基酸有两性性质。
蛋白质分子除末端的氨基与羧基外，侧链上还含有许多酸、碱性基团，因而蛋白质具有既像酸一样电离又像碱一样电离，是典型的两性高分子电解质。
故蛋白质纤维具有两性性质。
4、什么叫羊毛的可塑性？试述其表现。
答：羊毛的可塑性指羊毛在湿热条件下，可使内应力迅速衰减，并可按外力作用改变现有形态，再经冷却或烘干使形态保持下来的性能。
表现：（可省略羊毛纤维在湿热条件下，分子间的交联键被破坏，大分子可以在外力作用下发生构象的变化。
）如果将拉伸的羊毛在湿热中处理较短时间，旧的交联键被破坏，新位置的交联还没有建立，放松张力羊毛将会发生较大收缩，这种现象叫“过缩”；如果拉伸的羊毛经较长时间湿热处理，在新位置上建立起新的交联，就会有“暂定”作用，去除拉伸，羊毛形状暂时不变；如果拉伸羊毛经过充分湿热处理，大分子在新位置上建立起稳定的交联，就会有“永定”作用，不超过这个处理条件纤维会保持形状稳定。
5、试述羊毛的毡缩机理答：1.定向摩擦效应使羊毛纤维定向运动；2.羊毛卷曲性使定向运动造成相互摩擦；3.回复性使羊毛回复时鳞片相互咬合摩擦。
6、棉纤维氧化后性能发生了什么变化？答：1.氧化后纤维变得不耐碱；2.铜氨溶液粘度下降，3.纤维受到潜在损伤，强度虽然暂时不降低，但若遇碱会大幅下降。
第三章动物纤维2共50页
兔毛纱
16
4.驼绒（camel） 骆驼有双峰和单峰之分，单峰驼绒无纺织价
值，驼绒是骆驼身上的细毛，直径在5-40μm之间， 长40-127mm，驼绒的强度与羊毛接近，富有光 泽，保暖性好（比绵羊毛），不易毡缩，是织造 高级粗纺织物、毛毯等的高档原料，可与细羊毛 相媲美。驼绒的最大生产国是中国（质量、产量 第一）、蒙古、阿富汗。因驼绒上有天然色，不 能染其它彩色，限制了产品花色。
纺织用的兔毛产自家兔（普通兔）和安哥拉 兔，野兔毛因品质低仅供制笔和填料用。安哥拉 兔毛为长毛兔毛。我国的兔毛产量占世界产量的 90%。兔毛绒毛与粗毛都有毛髓，形成多腔气孔， 所以比重轻、通气及吸湿性好，但强度低。兔毛 细软，保暖性好，兔毛织物手感特别轻滑，弹性 也好，外观很美，重量轻（纯纺时，背心150克，围 巾40克，毛衫180克）是很好的高级毛织品。
2
（二）化学性质
1. 水的作用 不溶于冷水，但可使纤维膨化，干燥后复
原，但110度以上的热水使羊毛遭破坏，200度 羊毛几乎全部溶解。
2. 酸的作用 属耐酸性较好的纤维。稀硫酸中煮几个小时
也无大损伤，80％的硫酸常温短时间处理，强 度损伤不大。
但强酸高温长时间作用对毛纤维也有一定的 损伤。如，用1 mol/L盐酸80℃处理羊毛，1h 后纤维
易于膨化和溶解（胱氨酸水解）。
4
5. 盐的作用 金属盐如氯化钠、硫酸钠对毛纤维无影响，
染色时常采用硫酸钠作为缓染剂。 6. 霉蛀性
耐霉菌，但不耐虫蛀。
5
五、羊毛的初加工
从动物身上剪下来的羊毛不能立即使用，必 须经过初步加工，使原毛成为洗净毛，称为初 加工，包括选毛、洗毛、梳毛、烘毛、炭化等 工序。 选毛：将不同品质的毛分开 洗毛：洗去脂汗、污垢、杂质 梳毛：去除泥沙、污物、草屑等的机械加工 烘毛：对洗后的羊毛进行干燥 炭化：利用酸去除羊毛中的植物性杂质。
2[1].3蛋白质纤维
![2[1].3蛋白质纤维](https://img.taocdn.com/s3/m/5edeebf3f61fb7360b4c6525.png)
2.3.3 羊毛纤维
二、羊毛纤维的物理性质
ห้องสมุดไป่ตู้
卷曲 强伸性 羊毛纤维的主 要物理性能
正皮质疏松，偏皮质紧密的双边结 构，形成天然卷曲。 拉伸强度低，但伸长能力好，断裂伸 长率25%~35%，并具有优良的弹 性回复能力。 逆鳞片摩擦系数比顺鳞片摩擦系数要 大，经机械外力反复挤压，纤维集 合体收缩紧密，并相互穿插纠缠， 交编毡化。 回潮率天然纤维中第一，达16%；分 子中含有大量的极性基团，疏松的 纤维结构。
3. 光氧化作用 在天然纤维中耐光性最差。
紫外线使蛋白质分子链降解，泛黄；硫脲处理，对阻止和消除紫外线 的影响效果较为显著；硫氰酸铵、单宁等具有还原性的物质能延缓光 氧化的进行。铜、铁、锡、铅等盐对光氧化有催化作用。
4. 染料的作用 5. 丝素的增重 6. 酶和微生物的作用
2.3.2 蚕丝纤维
五、丝胶的结构和性质
Na 2 S H 2 O NaOH NaHS
NaHS P S S P` P S P` S OH
亚硫酸氢钠与羊毛胱氨酸键反应如下：
P S S P` NaHSO3 P SH P`S SO 3 Na
四、其他毛类纤维
1. 山羊绒（cashmere）
谷氨酸（酸）
一、蛋白质的化学结构
2.3.1 蛋白质的基础知识
1. α-氨基酸 水解只生成α-氨基酸的—简单蛋白质，如卵清蛋白、乳清 蛋白、角蛋白、丝素蛋白。 水解后，除生成α-氨基酸外，还生成非蛋白如糖类、核酸、 含磷铁化合物等—结合蛋白质。α–氨基酸是无色晶体，熔 点较高，大多数氨基酸易溶于水，几乎不溶于非极性溶剂。 蛋白质还可以按照形状分类。 2. 肽键和肽链 氨基酸以肽键相互连接而成的长链—肽链。 蛋白质的肽链可看成由不同的氨基酸残基构成，这些氨基酸 残基在肽链中有确定的排列顺序。
第三章--纤维的力学性质(原文)
第三章纤维的力学性质第一节纤维的拉伸性质纺织纤维在纺织加工和纺织品的使用过程中，会受到各种外力的作用，要求纺织纤维具有一定的抵抗外力作用的能力。
纤维的强度也是纤维制品其他物理性能得以充分发挥的必要基础，因此，纤维的力学性质是最主要的性质，它具有重要的技术意义和实际意义。
纺织纤维的长度比直径大1000倍以上，这种细长的柔性物体，轴向拉伸是受力的主要形式，其中，纤维的强伸性质是衡量其力学性能的重要指标。
一、拉伸曲线及拉伸性质指标1．纤维的拉伸曲线特征纤维的拉伸曲线由拉伸试验仪得到，图3-1是一试样长度为20cm，线密度为0.3 tex，密度为1．5R/cm3的纤维在初始负荷为零开始一直拉伸至断裂时的一根典型的纤维拉伸曲线。
它可以分成3个不同的区域：A为线性区(或近似线性区)；B为屈服区，在B区负荷上升缓慢，伸长变形增加较快；C为强化区，伸长变形增加较慢，负荷上升较快，直至纤维断裂。
图3-1 纤维的拉伸曲线纤维的拉伸曲线可以是负荷-伸长曲线，也可以将它转换成应力-应变曲线，图形完全相同，仅坐标标尺不同而已。
纤维拉伸曲线3个不同区域的变形机理是不同的。
当较小的外力作用于纤维时，纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链伸展时，分子链间横向次价键产生变形的结果。
所以，A区的变形是由于分子链键长(包括横向次价键)和键角的改变所致。
变形的大小正比于外力的大小，即应力-应变关系是线性的，服从虎克定律。
当外力除去，纤维的分子链和横向连接键将回复到原来位置，是完全弹性回复。
由于键的变形速度与原子热振动速率相近，回复时间的数量级是10-13s，因此，变形的时间依赖性是可以忽略的，即变形是瞬时的。
当施加的外力增大时，无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受施加于它们的力而发生键的断裂。
这样，允许卷曲分子链伸直，接着分子链之间进行应力再分配，使其他的横向连接键受力增加而断裂，分子链进一步伸展。
在这一阶段，纤维伸长变得较容易，而应力上升很缓慢。
纤维化学与物理-第三章蛋白质纤维-蚕丝
13
丝素纤维表面存在一层连续的外表 层；该连续外表层将丝素纤维内部 大约50～100个微结构单元（原纤）
3. 丝素蛋白的聚集态结构-1通过无序层的粘连包覆集合成纤维
整体；原纤由若干个微原纤呈层状 聚集而成，微原纤和原纤外围均有 一层无序层结构，在这些无序层结 构中间分布着一些微小的空隙。
桑蚕丝或家蚕丝（俗称真丝）： 产量最高，应用最广； 主产区：浙江、江苏、四川、广东
野蚕丝： ➢ 柞蚕丝：辽宁、山东、河南、贵州为四大主产地 ➢ 木薯蚕丝 ➢ 蓖麻蚕丝 ➢ 樟蚕丝 ➢ 天蚕丝：河南、湖南的深山密林，光泽奇异（白天
绿光，晚上白光），价格5万元/KG.
3
一、蚕丝的形成和形态结构
（一）蚕丝的形成 （二）蚕茧的结构 （三）蚕丝的形态结构
脱胶蚕丝横截面SEM图像
过度脱胶蚕丝横截面SEM图像
14
3. 丝素蛋白的聚集态结构 -2
蚕丝丝素形态结构模型
15
3. 丝素蛋白的聚集态结构 -3
丝素蛋白的聚集态结构，一般认为由结晶态和 无定形态两大部分组成，结晶度为50％～60％， 可以用“边缘（缨状）原纤结构”模型表示。
也曾提出一种嵌段分子模型：由18～22个重复 单元组成，每一个重复单元包含结晶区和非结 晶区，结晶区分子量为4100，非结晶区分子量 为3800。
（一）蚕丝的组成 （二）丝素的结构
1. 丝素蛋白的近程结构 2. 丝素蛋白的远程结构 3. 丝素蛋白的聚集态结构 （三）丝胶的结构
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（一）蚕丝的组成
品种
桑蚕丝 柞蚕丝
桑蚕丝和柞蚕丝的各组分含量
蛋白质纤维 纤维化学与物理
对某一蛋白质而言，在某一PH下，当它所带正负电荷相 等的时候，该溶液的pH值即为该蛋白质的等电点 （pI）
第一节 蛋白质的基础知识
蛋白质与酸、碱作用时，还有另一重要现象，即将纤维放 在不同pH的介质中，纤维内部和外部(溶液)的pH值往往不 一致，也就是H+或OH-在纤维内、外部是不均匀分布的， 并且会受到电解质浓度的影响。
化学因素：胍、脲、有机溶剂、强酸强碱 -巯基乙醇、重金属离子、生物碱试剂
第一节 蛋白质的基础知识
变性过程
第一节 蛋白质的基础知识
2.P243第5题。什么是蛋白质的饱和吸酸值、超饱和吸酸量、 等电点？
第一节 蛋白质的基础知识
2.P243第5题。什么是蛋白质的饱和吸酸值、超饱和吸酸量、等 电点？ 答：蛋白质的饱和吸酸值：当溶液的pH值达到一定值时，蛋白 质才开始结合酸，并在特定的pH值达到稳定、最大结合量，此 pH值称饱和吸酸值。 超饱和吸酸量：达到饱和吸酸量后，溶液的pH值由0.8继续下 降，蛋白质又出现吸酸量突然增大的现象，此时的吸酸量称为 超饱和吸酸量。 等电点：蛋白质大分子上所带的正负电荷相等即电中性时溶液 的pH值。
第一节 蛋白质的基础知识
结构特征：
含多种二次结构单元 有明显的折叠层次 是紧密的球状或椭球状实体 分子表面有一空穴(活性部位) 疏水侧链埋藏在分子内部；亲水
侧链暴露在分子表面 结构稳定的主要原因：二硫键、
次级键（氢键、范德华力、疏水 键、离子键）
血红蛋白
第一节 蛋白质的基础知识
NH3+
+H+
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
纤维化学与物理
一、名词解释1.等电点：调节溶液pH 值，使蛋白质分子上正、负离子数目相等，此溶液的pH 值，即为该蛋白质的等电点。
2. 羊毛的缩绒性：羊毛在湿、热条件下经外力的反复作用，纤维之间互相穿插纠缠，纤维集合体逐渐收缩变得紧密，这种性能称为羊毛的缩绒性。
3. 回潮率：回潮率系指纺织纤维内水分质量与绝对干燥纤维质量之比的百分数。
4．碘值：是指1g 干燥纤维素能还原c(1/2I2)=0.1mol/l 的碘溶液的毫升数.5. 聚集态结构：聚集成一定规则排列聚集态结构指具有一定构象的高分子链通过范德华力或氢键的作用的情况。
6. 过缩：将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间，然后除去外力并在蒸汽中任其收缩，纤维能够收缩到比原来的长度还短，这种现象称为“过缩”7.竞聚率:共聚反应中自聚能力与共聚能力的比值。
8.力学松弛现象:聚合物的力学性质随时间而变化的现象总称为力学松弛现象。
9.溶胀:纤维在吸湿的同时伴随着体积的增大，这种现象称为溶胀。
10.纤维素分子:纤维素是β-D-葡萄糖剩基以1-4苷键链接而成的线性大分子。
11.丝光:在常温下以浓烧碱溶液处理棉织物，然后再对织物施加张力的条件下，洗除织物上的碱液，从而改善棉纤维的性能，这一过程在染整工艺中称为丝光。
12.盐缩:蚕丝纤维在氯化钙、硝酸钙等中性盐类的浓溶液中处理，会发生显著膨润、收缩的现象，称为盐缩。
13.吸湿平衡：放置于某一温度和湿度下的纤维，其回潮率逐渐趋于一个稳定值，这种现象称为吸湿平衡。
14．β-分裂：当强吸电子基的α-碳原子上的醚键变得不稳定，在碱的作用下容易发生断裂。
15.链段：主链上能独立运动的最小单元16.结晶度：结晶高分子中，晶相部分所占的百分率。
17.Tg：非晶态高分子的玻璃态和高弹态相互转化温度。
18.铜值：100g干燥纤维能使二价铜还原成一价铜的克数。
19.极限氧指数：纤维材料点燃后在氧—氮混合气体中维持燃烧所需的最低含氧量的体积分数。
纺织材料第三章
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第三章：天然蛋白质纤维
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第三章：天然蛋白质纤维
④全自动电容式羊毛长度仪（Hauteur指标系列） 其物理概念：为截面加权值。用这种方法还可 测任何长度的含量，最后结果全部由计算机打 印输出，从试样测量到结果出约1分钟。 重量加权与截面加权两者的关系：
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第三章：天然蛋白质纤维
不同的测量方法及不同的测量对象，得到不同的 长度指标，作不同的用途。 （1）自然长度类：毛丛长度（商业、畜牧控制 羊品种质量） ①手工法：用刻有0.25厘米为等间距刻度的尺子， 测量一定数量的毛丛（国毛100米，外毛300米）， 求出：平均长度，均方差和变异系数。 ②仪器法：利用光电传感器快速测量。
膨化，干燥后羊毛则会复原，但当处于110度以
上的水中时，羊毛会遭到破坏，200度时几乎全
部溶解。
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第三章：天然蛋白质纤维
2、酸：弱酸或低浓度的强酸对羊毛不会构成破 坏，短时间在硫酸作用下也不会损坏，但长时间 会遭到破坏。 3、碱：对角肮的作用是剧烈的，在煮沸的NaOH 溶液中（3%以上浓度）使羊毛全部溶解，表现出 不耐碱。 4、氧化物：对羊毛是有损伤的，当浓度不高时， 注意控制可用来漂白羊毛。 5、霉蛀性：耐霉菌，但不耐虫蛀。 6、有机溶剂，耐一般的有机溶剂。
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第三章：天然蛋白质纤维
五、化学性质与化学组成
（一）组成
构成羊毛纤维的主要组成物为各种α-氨基酸的
多缩氨酸（蛋白质），氨基酸种类有25种之多
（见教材第94页）。特别是胱氨酸的存在使相邻
大分子产生交联，呈网状结构。这一点对羊毛来
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➢DFE：逆鳞片层方向
鳞片层的作用：
的摩擦系数与顺鳞片层 方➢采向用的化摩学擦方系法数破之坏差其。
①鳞片是角质化了的细胞，可以保护➢鳞羊可片毛以结内进构层行（组缩减绒织法加，）工或对和 抵抗外界机械、化学作用等的侵蚀防其。缩进加行工表。面树脂处理
②鳞片的排列具有方向性，前缘向着（纤加维法顶）端，，称形为成防缩加 一个突出物，因此羊毛纤维之间从工不。 同方向摩擦时，
省，现有南非、土耳其、美国三大产地，是长羊毛）
兔毛 骆驼毛（绒） 牦牛毛（绒）等
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羊毛通常是指绵羊毛，产量占纺织纤维的5%左右。
原毛：从羊身上剪下的毛
原毛组成：
➢ 羊毛纤维 占40％～70％
➢ 杂质：羊脂、羊汗、泥沙、污物及草籽、草屑 等。
净毛率：羊毛纤维在原毛中的含量百分率，随 羊毛品种和羊的生长环境等不同有很大变化
原毛不能直接用来纺织，必须经过初步加工
（选毛、开毛、洗毛、炭化等），才能获得较
为纯净的羊毛纤维。
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羊毛的初加工：
选毛：按原毛品质加以区别分类，如把羊肩、背、 腿、尾、头等处毛分开
开毛：利用开毛机使其松散，并除去部分泥沙、尘 土
洗毛：除去羊毛脂和羊毛汗为主，同时也去除泥沙、 粘土等
炭化：用H2SO4除去植物性杂质
径、长度、卷曲以及起鳞程度等差异很大。
形态结构模型如P209图5－8所示。
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三部分： ➢ 包覆在纤维外部的 鳞片层 ➢ 组成羊毛实体的皮 质层 ➢ 处于纤维中心的髓 质层
细羊毛无髓质层
各部分成分见P209表5 －3
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1. 鳞片层（cuticle）
由角质化的扁平状细胞通过细胞间质粘连而成，是 羊毛纤维的外壳。
因为胱氨酸含量过多，难以有效形成有序排列。
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（3）鳞片内层
位于鳞片层的最内层，由含硫量很低的非角 质化蛋白质构成，其厚度在整个鳞片中的分 布也不均匀，细羊毛中其重量约占3.6％ 。
鳞片内层中只含约3％（摩尔分数）的胱氨 酸残基，且极性氨基酸的含量相当丰富，所 以其化学性质活泼，易于被化学试剂、水等 膨润，可被蛋白酶消化。
➢ 稀H2SO4浸渍→低温烘干→高温焙烘（酸液浓缩，使纤 维素脱水甚至炭化变焦脆）→通过机械作用粉碎除去
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Sheep：
——Merino ——Leicester
Goat：
——Chinese cashmere
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一、羊毛的形态结构
横截面：椭圆形（长短轴之比为1.1～1.3），
越细越接近圆形；
纵向：鳞片，卷曲 近似于椭圆柱状的形状，不同品种的羊毛直
良好，吸湿透气，穿着舒适保暖，不易沾污，抗皱性较好， 耐磨性优良
羊毛的用途：精纺或粗纺的高级面料；家纺及装饰用品；
工业用呢等
➢括：
羊毛 （绵羊毛：主产地澳大利亚、俄罗斯、新西兰、
中国、阿根廷）
山羊绒 （开司米 Cashmere） 马海毛 （安哥拉山羊毛，原产于土耳其的安哥所拉
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鳞片排列的密度和鳞片伸出羊毛表面的程度， 对羊毛光泽和表面性质影响较大。
➢ 细羊毛鳞片排列紧密，呈环状覆盖，伸出端 较突出，呈漫反射，光泽柔和；
➢ 粗羊毛鳞片排列较疏，呈瓦片状或龟裂状覆 盖，摩擦系数大，并有优良的缩绒性，同时 鳞片面积较大而且光滑，光泽比细羊毛明亮。
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鳞片层约占羊毛总量的10％，结构十分 复杂（如P210图5－9所示），分为：
鳞片形状：如鱼鳞或瓦片一样，重叠覆盖 排列方式：定向，自由端均指向毛尖方向并包覆在
羊毛纤维的表面 鳞片大小：各种羊毛的鳞片基本相近，平均宽度约
28微米、长度约36微米、厚度约0.5～1微米。 鳞片覆盖密度：差异较大：一般细羊毛鳞片的可见
高度（鳞片暴露程度）低于粗羊毛， 其鳞片层的 总厚度则较粗羊毛的大。
第三章 蛋白质纤维
3.2 羊毛纤维 P208-225
一、羊毛的形态结构 二、羊毛的表观性状 三、羊毛的近程结构（化学组成、分子结构） 四、羊毛的远程结构（构象） 五、羊毛的聚集态结构 六、羊毛纤维的性能
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使用羊毛的历史：新石器时代，公元前3000～4000年 羊毛的特性：光泽柔和，手感丰满而富有弹性，悬垂性
➢ 鳞片表层 ➢ 鳞片外层 ➢ 鳞片内层
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（1）鳞片表层
又称表皮细胞薄膜层，含量少，重量约占羊毛的0.1％， 厚度约3nm，却是羊毛结构研究的重点之一。
由动物细胞表面的原生质细胞膜转化而成，具有良好的 化学惰性，耐碱、氧化剂、还原剂和蛋白酶等。
根本原因在于其独特的化学结构： ➢ 表面呈整齐的单层类脂结构，且非极性基团外露，厚度
会产生定（异）向摩擦效应DFE，结合机械、水、
热、化学等的作用，会产生缩绒作用，过于激烈，
则导致羊毛毡化。
③影响纤维的光泽：细羊毛鳞片多属环状，呈漫反射，
光泽柔和暗淡；粗羊毛鳞片面积较大且光滑，光泽
明亮。
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2. 皮质层（cortex）
由皮质细胞通过细胞间质粘连而成，是羊毛 纤维的重要组成部分，占羊毛总体积的75 ％～90％。
可以细分为鳞片外A层和鳞片外B层：
➢ A层位于羊毛的外侧，具有很高的含硫量，胱氨酸残基的含 量约占35％（摩尔分数），即每三个氨基酸残基中就有一 个胱氨酸残基，因此难以膨化，是羊毛结构中含硫量最高 的部位。
➢ B层位于内侧，含硫量稍低，但仍比其他部位的高。
鳞片外层内的蛋白质分子肽链主要是以无定形形式存在，
得起生长过程中的风吹日晒，
位于鳞片表层之下，是一层较厚的蛋经白得质起一，般在氧整化个剂羊、还毛原鳞剂以
片中厚度分布并不均匀。
及酸碱的作用，性质远比皮质
层稳定，因此在羊毛的漂、染
主要由角质化蛋白质构成，细羊毛中等其过重程中量成约为总了重阻量挡各的种6试.4剂
％，结构坚硬难以被膨化，是羊毛鳞扩片散的的“主障要壁组”成。部分。
约为0.9nm 。主要成分为18－甲基二十酸和二十酸， 与羊毛鳞片表层的蛋白之间以酯键和硫酯键结合。
➢ 类脂层之下为蛋白层，该蛋白层在肽链间除有二硫键交 联外，还存在酰胺键交联（据估计，鳞片表层中50％ 的赖氨酸和谷氨酸残基形成了酰胺键交联），因此耐化
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学性能较强。
（2）鳞片外层：
胱氨酸以大量-S-S-形式存在， 致使A层微结构十分致密、坚 硬，有保护毛干的作用，能经