蚕丝的组成和形态结构
桑蚕丝的纤维结构与性能分析
桑蚕丝的纤维结构与性能分析桑蚕丝是一种天然纤维，以其独特的结构和优良的性能而闻名于世。
本文将对桑蚕丝的纤维结构和性能进行分析，探讨其在纺织和材料领域中的应用前景。
首先，让我们了解一下桑蚕丝的纤维结构。
桑蚕丝是由桑蚕的腺体分泌物组成的，其主要成分是由二聚体组成的丝胶蛋白，这些丝胶蛋白通过丝腺分泌出来后，在接触空气中迅速凝固形成纤维。
桑蚕丝的纤维由内外两层结构组成，内层被称为纺丝液层，外层被称为纤维膜层。
纺丝液层由无规则排布的丝胶蛋白纳米纤维构成，而纤维膜层则是由有序排列的纤维蛋白构成。
这种双层结构赋予了桑蚕丝优异的力学性能和稳定性。
接下来，我们将对桑蚕丝的性能进行分析。
桑蚕丝具有很高的强度和韧性，比强度和比模量分别是钢的6倍和木材的2倍。
这使得桑蚕丝成为一种理想的纺织材料，可以用于制作高质量的衣物和织品。
此外，桑蚕丝还具有优异的吸湿性和透气性，使得穿着桑蚕丝制成的衣物舒适而且不易产生静电。
桑蚕丝还具有良好的染色性能，可以在染色过程中吸收染料并保持色牢度。
此外，桑蚕丝还具有较低的密度和较好的耐腐蚀性能，使其在航空航天和医疗器械等领域中有广泛的应用前景。
桑蚕丝的纤维结构和性能使其成为一种多功能材料，适用于各种领域的应用。
在纺织领域，桑蚕丝被广泛应用于高档面料、丝巾和内衣等制品。
由于其优异的机械性能和良好的弯曲性能，桑蚕丝也被应用于医疗领域，例如制作人工血管和缝合线等。
此外，桑蚕丝还具有良好的生物相容性，使其在组织工程中有潜在的应用价值。
此外，桑蚕丝还可以用于制作高性能的复合材料，在航空航天领域和汽车制造业中有广泛的应用前景。
然而，尽管桑蚕丝具有许多优异的性能和应用前景，但也存在一些问题和挑战。
首先，桑蚕丝的生产过程相对复杂，需要大量的人工操作和时间。
此外，桑蚕丝的生产过程还涉及到桑蚕的养殖和桑树的种植等问题，对环境和资源的需求较大。
此外，由于桑蚕丝是一种天然纤维，其生产量较低，价格相对较高。
这些问题限制了桑蚕丝的规模化应用以及普及度。
蚕丝的形成和形态结构.
– 两性性质，酸性略大于碱性，等电点 PH=3.9~4.3
– 不溶于酒精、丙酮、苯等有机溶剂，但酒 精、丙酮、单宁等会使丝胶液凝固
– 桑蚕丝含丝胶量>柞蚕丝
第四节 大豆蛋白纤维
一、大豆蛋白纤维的生产 二、大豆蛋白纤维的性质 三、大豆蛋白纤维的应用
一、大豆蛋白纤维的生产
第四章
作业
P117
–6
第四章
氧化的进 铜、铁、锡、铅等盐对光氧化有催化作用
三、丝胶的结构和性质
第四章
丝胶的组成和结构
– C、H、O、N、S – 基本组成：氨基酸 – 最外层丝胶的分子排列基本是无定形状态，
向内结晶度逐层提高，且取向增加 – 桑蚕丝含丝胶20~30% – 柞蚕丝含丝胶12%
三、丝胶的结构和性质
第四章
丝胶的性质
1、吸湿、溶胀和溶解 吸湿率仅次于羊毛和粘胶纤维，标准回
潮率10% 吸湿同时发生溶胀，条件激烈，肽键水
解，纤维失重，机械性能变化 可溶解在某些酸、碱或盐的水溶液中
丝素的化学性能
2、碱的作用 敏感，催化肽键水解 影响因素
– 碱的种类和浓度 – 作用温度和时间 – 电解质总浓度
强碱高温损伤大，弱碱相对稳定
吸湿、导湿透气性
– 良好的吸湿性，良好的导湿透气性，穿着 舒适
二、大豆蛋白纤维的性能
第四章
染色性能
– 耐酸性好，可用酸性染料和活性染料 – 染色牢度优于真丝
物理-机械性能
– 尺寸稳定性好 – 抗皱性好 – 易洗快干
抗菌保健性
– 良好的保健作用
三、大豆蛋白纤维的应用
高档的针织内、外衣 衬衫、贴身服装等面料 家用纺织品面料
桑蚕丝面料知识
桑蚕丝面料知识蚕丝（包括桑蚕丝、柞蚕丝、木薯蚕丝等）是一种蛋白质纤维，它含有丝氨酸、赖氨酸、天门氨酸、谷氨酸、苏氨酸、组氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸和胱氨酸等十八种氨基酸。
由于这些氨基酸的分子结构上大多含有亲水性的基团，因此蚕丝具有良好的吸湿性和抗静电性。
蚕丝的蛋白质和人体皮肤的化学组成近似，所以与皮肤接触时感觉柔软舒适，无异物感。
此外，蚕丝纤维中的色氨酸和酪氨酸能吸收紫外线，可防止皮肤遭受过多的紫线侵袭。
蚕丝，是熟蚕结茧时分泌丝液凝固而成的连续长纤维，也称“天然丝”。
它与羊毛一样，是人类最早利用的动物纤维之一，根据食物的不同，又分桑蚕、柞蚕、木薯蚕、樟蚕、柳蚕和天蚕等。
从单个蚕茧抽得的丝条称为茧丝，它由两根单纤维借丝胶粘合包覆而成。
将几个蚕茧的茧丝抽出，借丝胶粘合包裹而成的丝条，有桑蚕丝（也称生丝）与柞蚕丝之分，统称为蚕丝。
除去丝胶的蚕丝，叫做精炼丝。
以它们为原料，就可用织机加工成各类品种的织物了。
蚕丝纤维由两根呈三角形或半椭圆形的丝素外包丝胶组成，横截面呈椭圆形。
蚕丝纤维为蛋白质纤维，丝胶和丝素是其主要组成部分，其中丝素约占3/4，丝胶约占1/4。
丝胶和丝素由18种氨基酸组成，约含97%的纯蛋白质。
丝胶是水溶性较好的的球状蛋白质，将蚕丝溶解于热水中脱胶精练，就是利用了丝胶的这一特性。
由于丝胶和丝素的氨基酸组成不同，丝素为纤蛋白，丝胶为球蛋白。
桑蚕所吐之丝全长可达1000米以上。
以桑蚕丝为原料，将若干根茧丝抱合胶着缫制而成的长丝，又称真丝。
机器缫制的丝称为厂丝，白茧缫的丝称为白厂丝。
用简易机械和工艺，以次茧为原料缫制的丝称为土丝。
经精练脱胶后的丝，称为熟丝。
而未精练的丝，则叫作生丝。
由于桑蚕丝从栽桑养蚕至缫丝织绸的生产过程中未受到污染，因此是世界推崇的绿色产品。
又因其为蛋白质纤维，属多孔性物质，透气性好，吸湿性极佳，而被世人誉为“纤维皇后”。
丝的特点：蚕丝是高级的纺织原料
第二节天然丝一、丝的特点：蚕丝是高级的纺织原料，，有较好的强伸度，纤维细而柔软，平滑、富有弹性、光泽好、吸湿性好。
柞蚕丝具有坚牢、耐晒、富有弹性、滑挺等优点，在我国丝绸产品中占有相当的地位。
二、蚕丝的分子结构：蚕丝纤维主要由丝素和丝胶两种蛋白质组成，此外还有一些非蛋白性物质如脂蜡物质、碳水化合物、色素、矿物质等。
其化学组成和各种α氨基酸含量见表2-2与2-3。
柞蚕丝与桑蚕丝略有差异，桑蚕丝中乙氨酸含量多于丙氨酸，而柞蚕丝中丙氨酸含量多于乙氨酸。
此外，柞蚕丝含有较多支链的二氨基酸，如天门冬酸、精氨酸等，使分子结构轨整性差，结晶性也较差。
三、蚕丝的形成和形态结构（一）桑蚕丝1.蚕丝的形成：桑蚕丝是由蚕体内绢丝腺分泌出的丝液凝固而成。
绢丝腺是透明的管状器管，左右各一条，分别位于食管下面蚕体两侧，呈细而弯曲状，在蚕的头部内，两管合并为一根吐丝管。
2.蚕茧的构成：蚕到老熟后停止吃叶，开始上簇吐丝结茧。
茧的表面包围着不规则的茧丝，丝细而脆弱，称为茧衣。
茧衣里面是茧层，茧层结构紧密，茧丝排列重叠规则，粗细均匀，形成10多层重叠密接的薄丝层，是组成茧层的主要部分，约占全部丝量的70~80%。
薄丝层由丝胶胶着，其间存在有许多微小的空隙，使茧层具有一定的通气性与透水性。
最里面的茧丝纤度最细，结构松散，叫蛹衬。
茧层可剿丝，茧衣和蛹衬因丝细而脆弱不能剿丝，只能作绢纺材料。
茧层主要成分是丝素和丝胶，一般丝素占72~81%，丝胶占19~28%。
由于茧层内外部位不同，丝素与丝胶的比例也不同，外层丝胶比例较大，特别是茧衣的丝胶含量更高，而中层丝胶含量较少。
其它物质有蜡类物质、醣类物质、色素及矿物质等，约占3%。
3.蚕丝的结构形态：茧丝是由两根单丝平行粘合而成。
中心是色素，外围为丝胶。
茧丝的横截面形状呈半椭圆形或略成三角形。
三角形的高度从茧的外层到内层逐渐降低。
即从外到内渐趋扁平。
茧丝的粗细，用纤度（又称条份、即旦数）表示。
纤度因蚕的品种、饲养条件不同而有差异。
蚕丝微观结构 PPT
EPR光谱分析
采用 EPR 波谱仪对炭化残 留物进行炭化机理的分析 研究，首次发现古代炭 化丝织品中存在的碳自由 基，其 EPR 信号特征为没 有超精细结构的非对称的 单峰，峰高到峰谷的宽度 约为 1 mT，g 因子为 2.0037，此信号与煤炭中 的自由基信号一致。
碳自由基构
丝素结构
围绕
丝素结构
远程结构 Silk II
-折叠（-sheet）
Silk I
无规线团 β-转角 -螺旋（-helix）
丝素结构
凝聚态结构
蚕丝纤维存在微孔，会有一些以水分子为主的小分子附着
丝素结构
分子结构（氨基酸序列）
。。。。。。
。。。。。。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
碳自由基
拉曼光谱分析
碳化物
Decai Gong, Haiyan Yang：The discovery of free radicals in ancient silk textiles. Polymer Degradation and Stability,98 (2013) 1780-1783
碳自由基
蚕丝微观结构
纵向 横向 桑蚕丝SEM（扫描电镜）照片
蚕丝结构
丝胶
丝胶是由小分子氨基酸物质组成的一种天 然大分子蛋白, 相对分子质量为1.4～31.4 万。丝胶包裹在丝素蛋白外层，约占蚕茧 重量的25%左右，对丝素起到保护和胶粘作 用。除含少量蜡质、碳水化台物、色素和 无机成分外，主要成分为丝胶蛋白。
蚕丝丝素蛋白降解特点
运用液质联用技术研究古代蚕丝蛋白的降 解产物
古丝绸残留物分析
丝素结构发 生了什么变 化？
降解
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拉曼光谱分析
碳化物
Decai Gong, Haiyan Yang：The discovery of free radicals in ancient silk textiles. Polymer Degradation and Stability,98 (2013) 1780-1783
蚕丝微观结构
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纵向 横向 桑蚕丝SEM（扫描电镜）照片
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蚕丝结构
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丝胶
丝胶是由小分子氨基酸物质组成的一种天 然大分子蛋白, 相对分子质量为1.4～31.4 万。丝胶包裹在丝素蛋白外层，约占蚕茧 重量的25%左右，对丝素起到保护和胶粘作 用。除含少量蜡质、碳水化台物、色素和 无机成分外，主要成分为丝胶蛋白。
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碳自由基
EPR光谱分析
采用 EPR 波谱仪对炭化残 留物进行炭化机理的分析
研究，首次发现古代炭 化丝织品中存在的碳自由 基，其 EPR 信号特征为没 有超精细结构的非对称的 单峰，峰高到峰谷的宽度 约为 1 mT，g 因子为 2.0037，此信号与煤炭中 的自由基信号一致。
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碳自由基产生机理
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近程结构
丝素结构
围绕
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丝素结构
远程结构 Silk II
-折叠（-sheet）
Silk I
无规线团 β-转角 -螺旋（-helix）
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丝素结构
凝聚态结构
蚕丝纤维存在微孔，会有一ຫໍສະໝຸດ 以水分子为主的小分子附着.
丝素结构
分子结构（氨基酸序列）
。。。。。。
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丝素结构发 生了什么变 化？
降解
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核磁共振（NMR）分析
分析蚕丝丝光的结构因素
分析蚕丝丝光的结构因素
蚕丝的丝光是由其特殊的结构因素所决定的。
以下是对蚕丝丝光的结构因素进行简要分析：
三层结构：蚕丝由内到外分为三层，分别是内层纤丝、中层纤丝和外层纤维状构造。
这种三层结构使得蚕丝具有很高的光学反射率，即丝光效果。
分子排列：蚕丝是由蛋白质纤丝素组成的，纤丝素分子呈β-折叠结构和α-螺旋结构交替排列，形成了规则的晶格结构。
这种有序排列使得入射光在不同晶面间发生散射和干涉现象，产生丝光效果。
斜向结构：蚕丝纤维状构造的表面呈现出一种微小呈斜角的结构，在光线照射下会发生多次反射和折射，从而增加了光的扩散和散射效果，进一步增强了丝光的表现。
折射率差异：蚕丝的不同层次具有略微不同的折射率，如内层纤丝比外层纤维状构造的折射率略高。
这种差异也是形成丝光效果的因素之一。
纺织材料学(于伟东-中国纺织出版社)课后答案
纺织材料学(于伟东-中国纺织出版社)课后答案第一章纤维的分类及发展2、棉，麻，丝，毛纤维的主要特性是什么？试述理由及应该进行的评价。
棉纤维的主要特性：细长柔软，吸湿性好（多层状带中腔结构，有天然扭转），耐强碱，耐有机溶剂，耐漂白剂以及隔热耐热（带有果胶和蜡质，分布于表皮初生层）；弹性和弹性恢复性较差，不耐强无机酸，易发霉，易燃。
麻纤维的主要特性：麻纤维比棉纤维粗硬，吸湿性好，强度高，变形能力好，纤维以挺爽为特征，麻的细度和均匀性是其特性的主要指标。
（结构成分和棉相似单细胞物质。
）丝纤维的特性：具有高强伸度，纤维细而柔软，平滑有弹性，吸湿性好，织物有光泽，有独特“丝鸣”感，不耐酸碱（主要成分为蛋白质）毛纤维的特性：高弹性（有天然卷曲），吸湿性好，易染色，不易沾污，耐酸不耐碱（角蛋白分子侧基多样性），有毡化性（表面鳞片排列的方向性和纤维有高弹性）。
3、试述再生纤维与天然纤维和与合成纤维的区别，其在结构和性能上有何异同？在命名上如何区分？答：一、命名再生纤维：“原料名称+浆+纤维” 或“ 原料名称+黏胶”。
天然纤维：直接根据纤维来源命名，丝纤维是根据“植物名+蚕丝”构成。
合成纤维：以化学组成为主，并形成学名及缩写代码，商用名为辅，形成商品名或俗称名。
二、区别再生纤维：已天然高聚物为原材料制成浆液，其化学组成基本不变并高纯净化后的纤维。
天然纤维：天然纤维是取自植物、动物、矿物中的纤维。
其中植物纤维主要组成物质为纤维素，并含有少量木质素、半纤维素等。
动物纤维主要组成物质为蛋白质，但蛋白质的化学组成由较大差异。
矿物纤维有SiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO。
合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品为原料制成单体，经化学合成为高聚物，纺制的纤维7、试述高性能纤维与功能纤维的区别依据及给出理由。
高性能纤维（HPF）主要指高强、高模、耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。
功能纤维是满足某种特殊要求和用途的纤维，即纤维具有某特定的物理和化学性质。
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R
NaClO
[o]
H2N C* COOH
H
why?
(7) 还原剂
作用弱，无明显损伤。 常用保险粉、雕白粉、亚硫酸钠。
(8) 其他性质 长度1.2-1.5Km，细度 2.8-3.9tex，密度1.25-1.3gcm-3
强度大于羊毛，接近棉，伸长小于羊毛，大于棉，15%-25% 弹性恢复性小于羊毛，由于棉
直线状曲折链
3.性质 (1) 吸湿性
吸湿性好，吸水率>9%，散湿速度快
存在丝胶，吸湿性更高
why?
(2) 耐热性
耐热性好，100度，水分散失，强度不受影响 120度，2h，成成为干燥丝，伸长降低，强度不变
热传导性很低，保暖性比棉、羊毛好！
(3) 溶胀和溶解性
吸水后发生溶胀，并表现出各项异性。
只能溶胀，不能溶解，水分子只能进入SF无定形区
茧层（中层）：茧衣里面，丝缕绕成丝圈，结构紧密，排列 规则，是丝的主体。（丝较粗，强力好）
蛹（内层）： 吐丝将近终了时叠合成的疏松层。（丝最细， 发脆，丝胶含量少，绢纺原料）
蚕丝细度分布不匀 外层:中层:内层＝1.1:1.5:0.8
2. 蚕丝的初加工
工艺： →剥茧→选茧→煮茧→缫丝→精炼
熟丝 生丝
碱起催化作用
why?
OH-
----CONH-P-P-P-P----
--P-P-COOH+NH2-P-P-P-P----
碱的种类不同，水解催化能力也不同 NaOH，作用力强 氨水、碳酸钠，作用弱 碳酸氢钠、硅酸钠、肥皂无损伤。
应用： 0.5%碳酸钠脱胶（精炼）
(6) 氧化剂
不能使用含氯氧化剂漂白，可用双氧水！
复整
生丝:缫丝得的丝束。 手感硬、光泽差。
熟丝:精炼脱胶后丝束。 柔软、光泽好。
Why？
三、蚕丝的组成和形态结构 1.组成
丝素+丝胶→蛋白质 少量色素、灰分、蜡质、碳水化合物等
性能差异 丝素：70-80%,纤维状，不溶于水
丝胶：20-30%，呈球形，能溶于水
R H2N C* COOH
H
2.蚕丝的形态特征
其中以柞蚕丝为主要产品，也是最早在中国利用的蚕丝。
春蚕 秋蚕
二、蚕丝的形成与初加工
1. 蚕丝的形成
蚕丝由蚕体内两个绢丝腺分泌的丝液凝固而成。
蚕体分泌的丝液有两种： 丝素：位于蚕丝中间部分 丝胶：包覆在丝素外面
一根蚕丝（茧丝）由两根丝素和包覆在外的丝胶组成。
茧的形成 ：
茧衣（外层）：蚕吐丝时，最初吐出的凌乱的丝缕，成为茧 的蓬松外廓。（丝缕细，强度差，丝胶含量多，绢纺原料）
光泽好，耐光性较差！
why?
抱合性
生丝的抱合性是指丝胶把若干根茧丝粘在一起而不脱散的性能。它与我们通常所 说的纤维间的抱合力这一概念不同。
五、品质评定
分级评定
净重
重量检验 公重
生丝检验
品质检验
除胶 外观检验
机械检验
六、绢纺原料
绢纺：丝的下脚料以短纤 的形式进行织造
谢谢！
横截面呈近三角形； 纵向表面光滑，粗 细均匀，少数地方 有粗细变化，光泽 强而不刺眼（珠 光）。
四、丝素的结构和性质
1.大分子结构
R
乙、丙氨基酸
H2N C* COOH 特点：侧链小，结构简单
H
分子排列整齐、紧密，取向，形成许多氢键
2.超分子结构 无-S-S-
形成结晶区
无定形区
范德华力 氢键 盐式键
溶解一般用三元溶剂或溴化锂
(4) 酸作用 良性性质：-COOH，—NH2 PI=3.5-5.2
属于较耐酸的纤维，大于棉，小于羊毛
丝鸣：干燥的蚕丝相互摩擦或揉搓时发出特有的清晰微弱的声响
酸缩：浓度适中的强无机酸，室温酸浸1-2min，水洗， 强度无损伤，长度收缩30%
(5) 碱的作用
耐碱性很差，但比羊毛的耐碱性要好。
第二节 天然丝（蚕丝）
主讲人：
天然丝：有蚕分泌的粘液所形成的纤维物质。
蚕丝——高级的纺织原料
纤维中的“皇后”
纤维细而软 平滑、外观轻盈 富有弹性 光泽好 吸湿好 一身是宝 发源地
一、分类
蚕丝是天然蛋白质类纤维，是自然界可供纺织用的天然长丝。 分为家蚕丝与野蚕丝两大类
（1）家蚕丝：桑蚕 （2）野蚕丝：常见有柞蚕丝，蓖麻蚕丝，樗蚕丝，樟蚕丝，天蚕丝等。