三种蔟具营茧对家蚕茧丝力学性能的影响

黄文功，蒙艺英，张桂征，黄玲莉，苏红梅，韦博尤，张雨丽，浦月霞，闭立辉

（1.广西壮族自治区蚕业科学研究院，南宁市530007;2.江苏科技大学,镇江市212000）

蚕丝是天然有机高分子材料，具有很好的强力和延伸性，主要作为高档次纺织面料和丝绵被原料。随着科技的发展，蚕丝纤维及其制品也在化妆品、医疗、工业等方面也得到很好的应用［1-3］，近年来国内外对蚕丝纤维的研究也越来越多。

蚕丝优良的机械性能源自于其是由两根丝素单纤维并成的复丝，两根单丝由许多微纤维构成，微纤维的β-片层含量高可能是引起茧丝高强度和高弹性模量的主要原因［4］，对再生蚕丝的研究表明其最大应力和片层结构的含量都随纤维直径的增加而增大［5］。朝倉等［1]将纺（吐）丝管切成10000片切片，把这些切片的显微镜图像用计算机处理，获得三维图像，进一步对水存在时蚕丝受到张力、剪切力的状况进行分子动力学估算和模拟实验，证实随着时间推移，蚕丝分子链被拉伸，逐渐产生β-片层结构，再除去水，就出现以β-片层结构为主的不均一结构，水分在蚕丝纤维化过程中发挥重要的作用。

液态丝蛋白含水率在70%～75%之间，在压丝部连着水被拉伸。茧丝纤维从蚕的纺（吐）丝管口出来，纤维内的水分就逐渐蒸发，茧丝开始纤维化。随着茧丝纤维内水分的蒸发，形成许多超细孔，茧丝纤维收缩，形成缩皱［1］，刚吐出的茧丝收缩与茧丝内部水分散失有着密切的联系。

蚕丝依蚕品种不同、茧层部位不同，其粗细与断面形状也不相同，吐丝时其分泌量一般都有个最旺盛的时期，约在第二三百回间（约22 5～340 m）的丝最粗，接着逐渐变细至最后面最细［1-2］。通常来说，茧丝纤维纤度越大，其断裂强力也大。同理，一粒茧茧丝纤度开差越小，单茧断裂强力变异也越小。为此，笔者在广西亚热带高温多湿自然条件下，对同一家蚕品种在花蔟、方格蔟、折蔟中所营茧的茧丝断裂强力和断裂伸长率进行测试，并对力学指标进行对比分析，研究同一条件下花蔟、方格蔟、折蔟所营的家蚕茧丝力学性能差异。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验蚕品种采用茧丝质较优的桂蚕2号，由广西壮族自治区蚕业技术推广总站供种；蔟具采用方格蔟、折蔟和花蔟（广西传统蔟具）；烘茧设备采用精宏DHG-9140电热恒温鼓风干燥箱；缫丝设备采用自制的数控单茧缫丝设备；强力、伸长率测试设备采用上海新纤仪器有限公司生产的XQ-2纤维强伸度仪。

1.2 试验方法

2014年4月桑叶条件和气候条件较好的蚕造收蚁饲养桂蚕2号，常温条件下良桑饱育，将适熟蚕随机分成3组，在同一上蔟室分别用折蔟、方格蔟、花蔟营茧，6足天采茧，采用直干法干燥备用。

样茧煮透后，用自制的数控单茧缫丝设备以1 m/s的速度缫丝，每间隔30 m抽取一个丝样，用双面胶将丝样两端固定到纸片上，保持丝样一定的松弛卷曲以利于脱水收缩恢复原有状态，放置2 d后在20±1℃、75%～85%RH环境下测试。每种蔟具各测试50粒样茧，每粒样茧约测试30个样本。

用XQ-2纤维强伸度仪测试单茧所取样丝的断裂强力、断裂伸长率，夹距20 mm，拉伸速度为100mm/min，给予0.15 cN预张力。通过XQ-2纤维强伸度仪配套系统，统计出单茧平均茧丝断裂强力、平均茧丝断裂伸长率及茧内变异系数(CV)。

2 结果分析

2.1 茧丝断裂强力及其茧内变异分析

花蔟、方格蔟、折蔟单茧平均茧丝断裂强力均值分别为11.450cN、11.516cN、11.772cN（图1），SPSS分析结果显示sig=0.289，P＞0.05，差异不显著（表1）；花蔟、方格蔟、折蔟蔟具间茧内茧丝断裂强力变异均值分别为22.930、21.379、21.260，SPSS分析结果显示sig=0.170，P＞0.05，差异不显著（表1）。由此可见，采用这3种蔟具营茧对单茧平均茧丝断裂强力及茧内茧丝断裂强力变异的影响是相当的。

表1 单茧平均茧丝断裂强力及茧内茧丝断裂强力变异（CV）方差分析

图1 单茧茧丝平均断裂强力——平均断裂伸长率散点图

2.2 茧丝断裂伸长率及其茧内变异分析

花蔟、方格蔟、折蔟样茧的单茧平均茧丝断裂伸长率均值分别为28.388%、28.974%、32.150%（图1），SPSS分析结果显示sig=0.000，P＜0.05，差异显著（表2）；花蔟、方格蔟、折蔟蔟具间茧内茧丝断裂伸长率变异均值分别为17.740、14.780、17.540，SPSS分析结果显示sig=0.000，P＜0.05，差异显著（表2）。

表2 单茧平均茧丝断裂伸长率及茧内茧丝断裂伸长率变异（CV）方差分析

由此可见，采用这3种不同蔟具营茧对单茧平均茧丝断裂伸长率和茧内茧丝断裂伸长率变异有影响。为了解3种蔟具茧丝断裂伸长率及其茧内变异的优劣，采用Cuncan法作多重比较。分析结果（表3)说明，采用折蔟所营茧的单茧平均茧丝断裂伸长率最优，为32.150%，与花蔟、方格蔟差异显著；花蔟和方格蔟分别为28.388%、28.974%，两者差异不显著。

表3 单茧平均茧丝断裂伸长率多重比较（Duncan法）

表4分析结果说明，在3种蔟具所营的茧中，方格蔟的茧内茧丝断裂伸长率变异最优，为14.780，与折蔟、花蔟有显著差异；折蔟和花蔟的茧内茧丝断裂伸长率变异分别为17.540和17.740，两者差异不显著。

表4 茧内茧丝断裂伸长率变异（CV）多重比较（Duncan法）

3 讨论

3.1 一粒蚕茧茧丝等距抽样测试茧丝断裂强力及其变异，在一定程度上可反映出茧丝断裂强力的大小及分布均匀度。通过对花蔟、方格蔟、折蔟3种蔟具所营茧的单茧平均茧丝断裂强力及其茧内变异进行方差分析，SPSS分析结果显示均无显著差异，说明采用这3种蔟营茧对单茧平均茧丝断裂强力及茧内茧丝断裂强力变异的影响是相当的。

3.2 在单茧平均茧丝断裂伸长率上，花蔟、方格蔟、折蔟样茧均值分别为28.388%、28.974%、32.150%，经SPSS多重比较结果显示，折蔟与花蔟、方格蔟间有显著差异，花蔟与折蔟差异不显著，说明采用折蔟营茧时，茧丝断裂伸长率比花蔟、折蔟有显著提高。

3.3 在茧内茧丝断裂伸长率变异上，花蔟、方格蔟、折蔟样茧均值分别为17.740、14.780、17.540，经SPSS多重比较结果显示，方格蔟与花蔟、折蔟有显著差异，花蔟与折蔟差异不显著，说明采用方格蔟营茧时，蚕茧内各位点的茧丝断裂伸长率开差相对花蔟和折蔟小。

4 小结

采用不同的蔟具营茧，对茧丝断裂强力及茧内变异影响不大，对茧丝断裂伸长及其变异影响较大。采用方格蔟茧丝断裂强力及其变异适中，断裂伸长率较大，断裂伸长率茧内变异较小。折蔟和花蔟虽然断裂伸长率大，但断裂伸长率茧内变异远大于方格蔟，因此在单粒茧茧丝力学性能匀整度来看，方格蔟优于折蔟和花蔟。

［1］顾家栋，黄君霆，祁广军，等.中国南亚热带蚕丝学［M］.广西科学技术出版社，2012：602-608.

［2］向仲怀，黄君霆，夏建国,等.蚕丝生物学［M］.中国林业出版社，2005：306-322.

［3］胡山林，张娟.蚕丝蛋白在非绢丝领域的研究进展［J］.北方蚕业，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.