牦牛粗毛形態(tài)結構及其拉伸細化工藝與機理研究.pdf

1、我國是牦牛的主要飼養(yǎng)國，約占世界總數的92％，具有豐富的牦牛毛纖維資源。牦牛毛纖維中大多數為粗毛，長度較長，但粗、硬、品質差，主要作為一般紡織原料，因此其經濟價值一直較低。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度是提升纖維價值的有效途徑。人工拉伸細化工藝是目前對角蛋白纖維最有效的拉長變細的加工方法，

2、但現有研究主要集中在羊毛細化，對于牦牛粗毛的拉伸細化報道很少。此外，人們對于牦牛粗毛纖維的認識也不夠全面，這將為進一步的改性處理造成很大的困難。
　　 本文首次對我國產牦牛粗毛纖維的形態(tài)結構、皮質細胞特征、細胞及細胞間微細結構以及化學結構進行了細致研究。利用顯微鏡技術觀察了牦牛粗毛纖維的外觀形態(tài)結構，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構及截面特征。利用超聲分離技術成功地分離出來牦牛粗毛纖維的皮質細

3、胞，結合電子顯微鏡觀察明晰了皮質細胞形態(tài)及其在纖維中的堆砌結構特征，并首次采用“長徑比”指標表征皮質細胞形態(tài)，結果表明牦牛粗毛纖維皮質細胞整體形態(tài)較羊毛粗短，此外還對皮質細胞尺寸分布進行了研究。利用包埋技術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部微細結構，發(fā)現多數纖維中含有髓腔，且纖維細胞無正副皮質之分，僅由單一結構組成。利用紅外光譜技術得到牦牛粗毛纖維的紅外光譜圖，并分析其基本結構鍵吸收峰特征，結果表

4、明其具有與羊毛相同的內部分子結構及結合鍵，但牦牛粗毛纖維內部無序結構多于羊毛。
　　 為了對牦牛粗毛拉伸進行工業(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行了研究，重點分析了影響工業(yè)連續(xù)化生產的相關參數。利用不同工藝條件下牦牛粗毛纖維片的拉伸曲線，結合低初始模量、大屈服區(qū)長度、大斷裂點伸長、低拉伸斷裂率的評價標準，確定了最優(yōu)工藝條件，即預處理時間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，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，并首次采用預處理拉伸一體化拉伸方式，并通過AutoCAD軟件對其拉伸設備進行了模擬。
　　 利用激光顯微拉曼光譜技術，對拉伸過程中牦牛粗毛纖維二級結構的轉變過程進行了深入研究，發(fā)現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;纖維拉伸細化過程中存在α螺旋大分子向β折疊大分子的轉變，同時伴隨著部分已轉變?yōu)棣抡郫B結構的大分子重新回復為α螺旋結構的過程，且對細化纖維進行沸煮處理也會導致這一變化發(fā)生。同時，本文借助廣角X-ray衍射儀，對原毛及細化毛纖維的結晶度和取向度進行定量分析，結果顯示拉伸細化處理對牦牛粗毛的結晶度有較大的影響，而對纖維取向度影響相對較小，拉伸細化過程中存在大分子或微結構塊的滑移。機理

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

8、后期進一步的加工和使用，本文對拉伸后牦牛粗毛纖維形態(tài)、結構以及性能的變化進行了研究。結果顯示:①纖維表面鱗片結構被劣化，覆蓋密度隨拉伸率的提高而降低，部分出現邊緣翹起，甚至部分鱗片細胞出現滑移和損傷;②纖維直徑顯著降低，90％的細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纖維皮質細胞被拉長變細，在纖維中沿長度方向取向更加明顯，排列更加緊密;④細化纖維的斷裂強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