三種蔟具營繭對家蠶繭絲力學(xué)性能的影響

黃文功，蒙藝英，張桂征，黃玲莉，蘇紅梅，韋博尤，張雨麗，浦月霞，閉立輝

（1.廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院，南寧市530007;2.江蘇科技大學(xué),鎮(zhèn)江市212000）

蠶絲是天然有機(jī)高分子材料，具有很好的強(qiáng)力和延伸性，主要作為高檔次紡織面料和絲綿被原料。隨著科技的發(fā)展，蠶絲纖維及其制品也在化妝品、醫(yī)療、工業(yè)等方面也得到很好的應(yīng)用［1-3］，近年來國內(nèi)外對蠶絲纖維的研究也越來越多。

蠶絲優(yōu)良的機(jī)械性能源自于其是由兩根絲素單纖維并成的復(fù)絲，兩根單絲由許多微纖維構(gòu)成，微纖維的β-片層含量高可能是引起繭絲高強(qiáng)度和高彈性模量的主要原因［4］，對再生蠶絲的研究表明其最大應(yīng)力和片層結(jié)構(gòu)的含量都隨纖維直徑的增加而增大［5］。朝倉等［1]將紡（吐）絲管切成10000片切片，把這些切片的顯微鏡圖像用計(jì)算機(jī)處理，獲得三維圖像，進(jìn)一步對水存在時(shí)蠶絲受到張力、剪切力的狀況進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)估算和模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)隨著時(shí)間推移，蠶絲分子鏈被拉伸，逐漸產(chǎn)生β-片層結(jié)構(gòu)，再除去水，就出現(xiàn)以β-片層結(jié)構(gòu)為主的不均一結(jié)構(gòu)，水分在蠶絲纖維化過程中發(fā)揮重要的作用。

液態(tài)絲蛋白含水率在70%～75%之間，在壓絲部連著水被拉伸。繭絲纖維從蠶的紡（吐）絲管口出來，纖維內(nèi)的水分就逐漸蒸發(fā)，繭絲開始纖維化。隨著繭絲纖維內(nèi)水分的蒸發(fā)，形成許多超細(xì)孔，繭絲纖維收縮，形成縮皺［1］，剛吐出的繭絲收縮與繭絲內(nèi)部水分散失有著密切的聯(lián)系。

蠶絲依蠶品種不同、繭層部位不同，其粗細(xì)與斷面形狀也不相同，吐絲時(shí)其分泌量一般都有個(gè)最旺盛的時(shí)期，約在第二三百回間（約22 5～340 m）的絲最粗，接著逐漸變細(xì)至最后面最細(xì)［1-2］。通常來說，繭絲纖維纖度越大，其斷裂強(qiáng)力也大。同理，一粒繭繭絲纖度開差越小，單繭斷裂強(qiáng)力變異也越小。為此，筆者在廣西亞熱帶高溫多濕自然條件下，對同一家蠶品種在花蔟、方格蔟、折蔟中所營繭的繭絲斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率進(jìn)行測試，并對力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，研究同一條件下花蔟、方格蔟、折蔟所營的家蠶繭絲力學(xué)性能差異。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)蠶品種采用繭絲質(zhì)較優(yōu)的桂蠶2號，由廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)技術(shù)推廣總站供種；蔟具采用方格蔟、折蔟和花蔟（廣西傳統(tǒng)蔟具）；烘繭設(shè)備采用精宏DHG-9140電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；繅絲設(shè)備采用自制的數(shù)控單繭繅絲設(shè)備；強(qiáng)力、伸長率測試設(shè)備采用上海新纖儀器有限公司生產(chǎn)的XQ-2纖維強(qiáng)伸度儀。

1.2 試驗(yàn)方法

2014年4月桑葉條件和氣候條件較好的蠶造收蟻飼養(yǎng)桂蠶2號，常溫條件下良桑飽育，將適熟蠶隨機(jī)分成3組，在同一上蔟室分別用折蔟、方格蔟、花蔟營繭，6足天采繭，采用直干法干燥備用。

樣繭煮透后，用自制的數(shù)控單繭繅絲設(shè)備以1 m/s的速度繅絲，每間隔30 m抽取一個(gè)絲樣，用雙面膠將絲樣兩端固定到紙片上，保持絲樣一定的松弛卷曲以利于脫水收縮恢復(fù)原有狀態(tài)，放置2 d后在20±1℃、75%～85%RH環(huán)境下測試。每種蔟具各測試50粒樣繭，每粒樣繭約測試30個(gè)樣本。

用XQ-2纖維強(qiáng)伸度儀測試單繭所取樣絲的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率，夾距20 mm，拉伸速度為100mm/min，給予0.15 cN預(yù)張力。通過XQ-2纖維強(qiáng)伸度儀配套系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)出單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力、平均繭絲斷裂伸長率及繭內(nèi)變異系數(shù)(CV)。

2 結(jié)果分析

2.1 繭絲斷裂強(qiáng)力及其繭內(nèi)變異分析

花蔟、方格蔟、折蔟單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力均值分別為11.450cN、11.516cN、11.772cN（圖1），SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.289，P＞0.05，差異不顯著（表1）；花蔟、方格蔟、折蔟蔟具間繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異均值分別為22.930、21.379、21.260，SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.170，P＞0.05，差異不顯著（表1）。由此可見，采用這3種蔟具營繭對單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力及繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異的影響是相當(dāng)?shù)摹?/p>

表1 單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力及繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異（CV）方差分析

圖1 單繭繭絲平均斷裂強(qiáng)力——平均斷裂伸長率散點(diǎn)圖

2.2 繭絲斷裂伸長率及其繭內(nèi)變異分析

花蔟、方格蔟、折蔟樣繭的單繭平均繭絲斷裂伸長率均值分別為28.388%、28.974%、32.150%（圖1），SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.000，P＜0.05，差異顯著（表2）；花蔟、方格蔟、折蔟蔟具間繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異均值分別為17.740、14.780、17.540，SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.000，P＜0.05，差異顯著（表2）。

表2 單繭平均繭絲斷裂伸長率及繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異（CV）方差分析

由此可見，采用這3種不同蔟具營繭對單繭平均繭絲斷裂伸長率和繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異有影響。為了解3種蔟具繭絲斷裂伸長率及其繭內(nèi)變異的優(yōu)劣，采用Cuncan法作多重比較。分析結(jié)果（表3)說明，采用折蔟所營繭的單繭平均繭絲斷裂伸長率最優(yōu)，為32.150%，與花蔟、方格蔟差異顯著；花蔟和方格蔟分別為28.388%、28.974%，兩者差異不顯著。

表3 單繭平均繭絲斷裂伸長率多重比較（Duncan法）

表4分析結(jié)果說明，在3種蔟具所營的繭中，方格蔟的繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異最優(yōu)，為14.780，與折蔟、花蔟有顯著差異；折蔟和花蔟的繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異分別為17.540和17.740，兩者差異不顯著。

表4 繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異（CV）多重比較（Duncan法）

3 討論

3.1 一粒蠶繭繭絲等距抽樣測試?yán)O絲斷裂強(qiáng)力及其變異，在一定程度上可反映出繭絲斷裂強(qiáng)力的大小及分布均勻度。通過對花蔟、方格蔟、折蔟3種蔟具所營繭的單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力及其繭內(nèi)變異進(jìn)行方差分析，SPSS分析結(jié)果顯示均無顯著差異，說明采用這3種蔟營繭對單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力及繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異的影響是相當(dāng)?shù)摹?/p>

3.2 在單繭平均繭絲斷裂伸長率上，花蔟、方格蔟、折蔟樣繭均值分別為28.388%、28.974%、32.150%，經(jīng)SPSS多重比較結(jié)果顯示，折蔟與花蔟、方格蔟間有顯著差異，花蔟與折蔟差異不顯著，說明采用折蔟營繭時(shí)，繭絲斷裂伸長率比花蔟、折蔟有顯著提高。

3.3 在繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異上，花蔟、方格蔟、折蔟樣繭均值分別為17.740、14.780、17.540，經(jīng)SPSS多重比較結(jié)果顯示，方格蔟與花蔟、折蔟有顯著差異，花蔟與折蔟差異不顯著，說明采用方格蔟營繭時(shí)，蠶繭內(nèi)各位點(diǎn)的繭絲斷裂伸長率開差相對花蔟和折蔟小。

4 小結(jié)

采用不同的蔟具營繭，對繭絲斷裂強(qiáng)力及繭內(nèi)變異影響不大，對繭絲斷裂伸長及其變異影響較大。采用方格蔟繭絲斷裂強(qiáng)力及其變異適中，斷裂伸長率較大，斷裂伸長率繭內(nèi)變異較小。折蔟和花蔟雖然斷裂伸長率大，但斷裂伸長率繭內(nèi)變異遠(yuǎn)大于方格蔟，因此在單粒繭繭絲力學(xué)性能勻整度來看，方格蔟優(yōu)于折蔟和花蔟。

［1］顧家棟，黃君霆，祁廣軍，等.中國南亞熱帶蠶絲學(xué)［M］.廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2012：602-608.

［2］向仲懷，黃君霆，夏建國,等.蠶絲生物學(xué)［M］.中國林業(yè)出版社，2005：306-322.

［3］胡山林，張娟.蠶絲蛋白在非絹絲領(lǐng)域的研究進(jìn)展［J］.北方蠶業(yè)，2013，34(1):1-3.

［4］Perez-Rigueiro J，Viney C，Llorca J，et al.Mechanical properties of silkworm silk in liquid media［J］.Polymer，2000,（14）:8433-8439.

［5］Liivak O，Blye A，Shah N，et al.A Microfabricated Wet-Spinning Apparatus To Spin Fibers of Silk Proteins Structure?Property Correlations［J］.Macromolecules，1998,(31):2947-2951.