羊毛是大自然赐予人类的天然纺织材料,拥有其他纤维不可比拟的优良特性。到目前为止,还没有哪类化学纤维或人造纤维可以完全替代羊毛在纺织产品中的地位和作用。
下面让我充当小小的解说员,从羊毛结构入手,为大家讲讲羊毛里面所蕴含的秘密。
大家都知道,羊毛结构相当复杂,但主要由鳞片层和皮质层组成。在纤维直径较大的粗毛上,我们还会发现髓质层,髓质越多,羊毛品质越差。
鳞片层位于纤维的最外层,是羊毛和类似羊毛的动物纤维所特有的保护性鳞片层组成,这些鳞片像老式屋顶上的瓦片一样相互重叠。由于羊毛鳞片是从毛根方向向毛尖方向生长,所以逆鳞片方向的摩擦系数会大于顺鳞片方向的摩擦系数,这一特性被称之为定向摩擦效应。在湿热或化学试剂条件下,羊毛纤维表面的鳞片会张开,如同时加以反复摩擦挤压,羊毛纤维会相互纠缠,啮合成毡,这就是所谓的毡缩现象。有些企业就是利用羊毛的这一特性,开发各类毛毡产品,如毡帽、钢琴弦槌,汽车防热隔音材料等。
皮质层是羊毛纤维的主要组成部分,由许多叫做角蛋白的细胞物质组成。皮质层可分为正皮质层和副皮质层,它们决定着羊毛纤维主要的物理、机械及化学特性。细羊毛中,这两种皮质层各占一半,由于化学组成不同,吸湿率不同,细支羊毛一般会呈现波浪型外观的卷曲。受力后,羊毛纤维可以拉直延伸达20%左右,放松后,羊毛纤维又能恢复到原先的卷曲状态,在卷曲波外侧的称为正皮质层,内侧的则称为副皮质层。粗羊毛中,由于这两种皮质层的组成比较随机,所以和细羊毛相比,粗支毛的卷曲度较低。
皮质层通过细胞间质粘合而构成羊毛纤维的内部结构,细胞间质的主要成分为蛋白质和蜡状油脂。皮质细胞内有名为巨原纤的长纤丝,巨原纤又是由更为纤细的微原纤构成,巨原纤和微原纤使羊毛具有一定的强力。巨原纤和微原纤被基质所包围,而基质的主要成分是含硫量高的蛋白质。因为硫原子亲水,所以羊毛纤维里基质的存在,使得羊毛能够吸收自身重量30%的湿气而没有潮湿感。羊毛天然的防火和抗静电性能也是得益于羊毛纤维的基质结构。此外,基质结构使得羊毛能够吸收并保留大量的染料,从而可以染出色彩饱和而鲜艳的颜色。
巨原纤和微原纤的合捻式分子链内部是非常细小的蛋白质链,由α-螺旋体组成,这些螺旋状卷曲的蛋白质链和弹簧的作用类似,为羊毛提供柔韧性、延伸性和回弹性,可以让穿着者拥有舒适体验,也可以使羊毛面料保型,穿着时不易产生褶皱。
由于角蛋白α-螺旋结构和连接的化学键可以赋予羊毛特殊的材料强度和形状记忆能力,也就是说当纤维被拉伸或暴露在特定的刺激下时,弹簧状的结构就会展开,而键会重新排列,形成稳定的β-片层。纤维保持在这个位置,直到它被触发卷回原来的形状。
为了证明这一过程,哈佛大学研究人员从再生羊毛中提取角蛋白,用3D打印技术把它打印成各种形状的角蛋白片,并用过氧化氢和磷酸-钠溶液来编辑这种材料的“永久形状”,当触发时,它总是会恢复到原来的形状。
我们欣喜地看到,在毛纺行业“十四五”规划当中,我们国家也在研究角蛋白提取再生技术,希望我们在角蛋白应用上面也多下功夫,开发一些仿生纤维产品,同时提高羊毛的附加值及产品科技含量。
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