三個(gè)家蠶品種繭絲機(jī)械性能對(duì)比試驗(yàn)

彭夢(mèng)媛，黃文功，黃凌，陶程，黃小丹，蒙藝英，張桂征，閉立輝

（1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧市 530004；2.廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院，南寧市 530007）

三個(gè)家蠶品種繭絲機(jī)械性能對(duì)比試驗(yàn)

彭夢(mèng)媛1，黃文功2，黃凌2，陶程1，黃小丹1，蒙藝英2，張桂征2，閉立輝2

（1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧市 530004；2.廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院，南寧市 530007）

通過對(duì)3個(gè)實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)繭絲斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率測(cè)試，并對(duì)單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率及其繭內(nèi)變異進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示，兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)的單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力均值分別為11.057 cN、11.195 cN、11.848 cN，差異顯著；繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異分別為24.963、17.589、21.909，差異顯著；單繭平均繭絲斷裂伸長率分別為24.560%、25.692%、25.537%，差異顯著；繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異均值分別為18.865、16.789、17.430，差異不顯著。

繭絲；斷裂強(qiáng)力；斷裂伸長率；變異系數(shù)

蠶絲是一種優(yōu)良的天然蛋白質(zhì)纖維，素有“纖維皇后”的美稱。自21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，蠶絲不僅可以用來作為高級(jí)的紡織原料，其在醫(yī)藥領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、食品領(lǐng)域以及美容行業(yè)等均得到了廣泛的應(yīng)用。目前，憑借桑蠶絲優(yōu)異的綜合機(jī)械性能而制成的復(fù)合材料備受矚目。迄今為止，國內(nèi)外眾多學(xué)者及專家就蠶絲的結(jié)構(gòu)及其性能之間的關(guān)系進(jìn)行了不同層面的研究與探討。

蠶絲是由絲膠和絲素兩部分組成，絲膠約占20%～30%，主要起到粘結(jié)與保護(hù)絲素的作用，對(duì)繭絲強(qiáng)伸力的貢獻(xiàn)很??；絲素占蠶絲纖維的70%～80%，是蠶絲的主要組成部分，是蠶絲強(qiáng)伸力的主要貢獻(xiàn)者。J.Pe’rez-Rigueiro等[1-2]研究發(fā)現(xiàn)繭絲中絲膠的存在幾乎不增加絲纖維的抗拉伸形變，因此脫膠蠶絲具有更高的價(jià)值，其強(qiáng)度和韌性均比未脫膠蠶絲要高，但脫膠過程中的物理和化學(xué)因素易對(duì)絲素纖維造成損傷影響蠶絲的機(jī)械性能[3]。家蠶繭絲在不同環(huán)境條件中的機(jī)械性能也存在著差異。陳新等[4]研究了不同溫度下桑蠶絲的力學(xué)性能，結(jié)果表明：在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，繭絲初始模量和斷裂強(qiáng)度皆隨溫度的升高而降低；王建南等[5]探討了真絲在氯化鈣溶液中的分纖舉動(dòng)與力學(xué)性能，研究表明，隨著絲纖維的溶解，纖維表面出現(xiàn)較為明顯的分纖舉動(dòng)，同時(shí)纖維內(nèi)部大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，分子間的結(jié)合力減弱，強(qiáng)伸力下降。此外，R.Rajkhowa等[6]對(duì)印度絲纖維的拉伸應(yīng)力應(yīng)變和恢復(fù)特性及其結(jié)構(gòu)的依賴性進(jìn)行了研究，與較粗的蠶絲纖維相比，細(xì)蠶絲纖維具有較高的強(qiáng)度和較好的模量，相對(duì)密度和雙折射率都比較高，但斷裂伸長率較低。其次，桑蠶絲由于其結(jié)構(gòu)更緊密，分子量更高，這使得它具有彈性而非粘彈性纖維的特性。為了更好地利用絲繭的機(jī)械性能，拓展其在生物材料等領(lǐng)域的新用途，陳福佳等[7]調(diào)查了絲繭（家蠶）多層結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，繭的內(nèi)層絲膠含量較少但纖維間結(jié)合緊密。

張?jiān)氯A等[8]研究了家蠶品種繭絲強(qiáng)伸力差異及相關(guān)分析，結(jié)果表明，繭絲強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長和斷裂伸長率在0.01的水平上具有很強(qiáng)的正相關(guān)性；繭絲強(qiáng)伸力與全繭量、繭層量、繭絲量無相關(guān)，它們之間是獨(dú)立遺傳。黃文功等[9]對(duì)桂蠶2號(hào)在折蔟、方格蔟和花蔟3種蔟具上營繭的繭絲斷裂強(qiáng)力和伸長率及其繭內(nèi)變異進(jìn)行測(cè)試研究，結(jié)果表明采用這3種蔟具營繭對(duì)繭絲的斷裂強(qiáng)力及其變異的影響差異不顯著，但對(duì)繭絲斷裂伸長率及其變異的影響差異顯著。

由前人的研究可見，繭絲的力學(xué)性能受到品種內(nèi)部遺傳因子、物理化學(xué)因素、蔟具等影響。繭絲的機(jī)械性能進(jìn)而會(huì)影響到蠶繭和生絲的機(jī)械性能[10]。本研究旨在對(duì)亞熱帶推廣應(yīng)用的家蠶品種繭絲機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試對(duì)比研究，為繅絲織綢工藝的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 材料和儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)蠶品種為兩廣二號(hào)、桂蠶N2以及華康2號(hào)，由廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院供種，由柳州、玉林和河池三個(gè)省級(jí)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)點(diǎn)于2015年秋季飼養(yǎng)，采用方格蔟營繭。

1.1.2 試驗(yàn)儀器 繅絲設(shè)備采用數(shù)控單繭繅絲設(shè)備；強(qiáng)力、伸長率測(cè)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；上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DK-S22型電熱恒溫水浴鍋。

1.2 試驗(yàn)方法

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在內(nèi)長度約為10 cm的紙片上，保持絲樣一定的松弛卷曲以便于脫水收縮到自然的狀態(tài)，在20±1℃、75%～85%RH環(huán)境條件下保護(hù)2 d后測(cè)試，每個(gè)地區(qū)的每一種品種抽10粒樣繭。

用XQ-2纖維強(qiáng)伸度儀測(cè)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10 mm/ 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 單繭繭絲斷裂強(qiáng)力分析

兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力均值分別為11.057 cN、11.195 cN、11.848 cN（表1），SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.042，P＜0.05，差異顯著（表2）。多重比較結(jié)果（表3）顯示，兩廣二號(hào)與華康2號(hào)之間斷裂強(qiáng)力的差異顯著，桂蠶N2的斷裂強(qiáng)力與兩廣二號(hào)和華康2號(hào)差異不顯著。

表1 品種間力學(xué)性能均值

表2 單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力方差分析

表3 品種間力學(xué)性能比較

2.2 單繭繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異分析

兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)品種間繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異均值分別為24.963、17.589、21.909，SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.000，P＜0.05，差異顯著（表4）。多重比較結(jié)果顯示（表3），這三種品種之間繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異的差異均顯著，桂蠶N2的強(qiáng)力變異最小，兩廣二號(hào)的強(qiáng)力變異最大，華康2號(hào)的強(qiáng)力變異介于桂蠶N2和兩廣二號(hào)之間。

表4 單繭繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力方差分析

2.3 單繭平均繭絲斷裂伸長率分析

兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)單繭平均繭絲斷裂伸長率均值分別為24.560%、25.692%、25.537%，作反正弦角度轉(zhuǎn)換后用SPSS進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示sig=0.038，P＜0.05，差異顯著（表5）；多重比較結(jié)果顯示（表3），兩廣二號(hào)單繭平均繭絲斷裂伸長率最小，與桂蠶N2、華康2號(hào)間均差異顯著；桂蠶N2與華康2號(hào)間差異不顯著。

表5 單繭平均繭絲斷裂伸長率方差分析

續(xù)表5

2.4 繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異分析

兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)品種間繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異均值分別為18.865、16.789、17.430， SPSS分析結(jié)果顯示sig=0.116，P＞0.05，差異不顯著（表6）。

表6 繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異方差分析

3 小結(jié)

3.1 斷裂強(qiáng)力及其變異

通過對(duì)兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)3個(gè)品種蠶繭的單繭平均繭絲斷裂強(qiáng)力及其繭內(nèi)變異進(jìn)行對(duì)比分析，華康2號(hào)平均斷裂強(qiáng)力最大，為11.847 cN，桂蠶N2次之，為11.193 cN，兩廣二號(hào)最小，為11.057 cN；SPSS分析結(jié)果顯示，兩廣二號(hào)與華康2號(hào)之間斷裂強(qiáng)力差異顯著；桂蠶N2的斷裂強(qiáng)力與兩廣二號(hào)和華康2號(hào)差異均不顯著。這三個(gè)品種之間繭內(nèi)繭絲斷裂強(qiáng)力變異分別為24.963、17.593、21.910，品種間差異均顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明3個(gè)家蠶品種間蠶絲斷裂強(qiáng)力及繭內(nèi)變異存在較大的差異。

3.2 斷裂伸長率及其變異

通過對(duì)兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)3種品種的單繭平均繭絲斷裂伸長率及其繭內(nèi)變異進(jìn)行方差分析，兩廣二號(hào)、桂蠶N2、華康2號(hào)單繭平均繭絲斷裂伸長率分別為24.560%、25.693%、25.537%，兩廣二號(hào)與桂蠶N2、華康2號(hào)差異顯著，桂蠶N2和華康2號(hào)差異不顯著；這三種品種之間繭內(nèi)繭絲斷裂伸長率變異分別為18.867、16.800、17.430，品種間差異不顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明3個(gè)家蠶品種間斷裂伸長率有顯著差異，但繭內(nèi)變異未表現(xiàn)出明顯差異。

4 討論

理論上說，華東地區(qū)的家蠶品種繭絲纖度比廣西的南亞熱帶家蠶品種繭絲纖度大，從試驗(yàn)結(jié)果看出，來自華東地區(qū)的華康2號(hào)繭絲斷裂強(qiáng)力均比廣西南亞熱帶品種兩廣二號(hào)和桂蠶N2大，但斷裂伸長率卻是最小，兩廣二號(hào)與之相反。分析這一現(xiàn)象是最根本因素是纖度差異或其他原因引起的繭絲性質(zhì)差異有待下一步研究。

［1］ Pérez-Rigueiro J，Elices M，Llorca J，et al.Tensile properties of silkworm silk obtained by forced silking［J］.Journal of Applied Polymer Science，2001，82（82）：1928-1935.

［2］ Pérez-Rigueiro J，Viney C，Llorca J，et al.Mechanical properties of single-brin silkworm silk［J］.Journal of Applied Polymer Science，2000，75（10）：1270-1277.

［3］ 高香芬，左保齊.不同脫膠方法對(duì)蠶絲機(jī)械性能的影響［J］.絲綢，2008，45（12）：30-33.

［4］ 陳新，周平，姚文華，等.不同溫度下桑蠶絲的力學(xué)性能［J］.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（9）：1592-1596.

［5］ 王建南，陳宇岳，盛家鏞，等.真絲在氯化鈣溶液中的分纖舉動(dòng)與力學(xué)性能［J］.絲綢，2002，39（2）：8-10.

［6］ Rajkhowa R，Gupta V B，Kothari V K.Tensile stress-strain and recovery behavior of Indian silk fibers and their structural dependence［J］.Journal of Applied Polymer Science，2000，77（11）：2418-2429.

［7］ Chen F，Porter D，Vollrath F.Silk cocoon（Bombyx mori）：Multi-layer structure and mechanical properties［J］.Acta Biomaterialia，2012，8（7）：2620-2627.

［8］ 張?jiān)氯A，徐安英，李木旺，等.家蠶品種繭絲強(qiáng)伸力差異及相關(guān)分析［J］.絲綢，2006，43（7）：28-30.

［9］ 黃文功，蒙藝英，張桂征，等.三種蔟具營繭對(duì)家蠶繭絲力學(xué)性能的影響［J］.廣西蠶業(yè)，2015，52（3）：13-17.

［10］ 謝啟凡，胡彬慧，楊明英，等.家蠶繭及其繭絲和生絲的機(jī)械性能概述［J］.蠶業(yè)科學(xué)，2015，41（6）：1120-1126.

S886.4；

A；

1006-1657（2016）02-0036-5

2016-05-30；

2016-06-05

信息］彭夢(mèng)媛（1993—），女，碩士研究生，主要研究繭絲微結(jié)構(gòu)。E-mail：pmy1375032580@163.com

信息］閉立輝（1967—），男，本科，研究員。E-mail：gxblh@163.com