新型纺材
纺织工程中新型纤维的应用研究
纺织工程中新型纤维的应用研究纺织工程作为一门涉及纤维材料、纺织工艺和产品设计的综合性学科，一直在不断创新和发展。
新型纤维的出现为纺织行业带来了新的机遇和挑战。
这些新型纤维具有独特的性能和特点，在满足人们对功能性、舒适性和环保性等方面的需求上发挥着重要作用。
一、新型纤维的种类及特点（一）天然新型纤维1、彩棉彩棉是一种在棉花生长过程中自然形成颜色的新型棉花品种，无需经过化学染色处理。
它具有柔软、舒适、透气等优点，同时减少了印染过程中的环境污染。
彩棉的颜色通常较为柔和、自然，给人一种清新、质朴的感觉。
2、竹纤维竹纤维是以竹子为原料，通过特殊工艺提取而成。
它具有良好的透气性、吸湿性和抗菌性，能够快速吸收人体排出的汗液并挥发，保持皮肤干爽。
此外，竹纤维还具有一定的防臭功能，使纺织品在使用过程中更加清新、卫生。
（二）合成新型纤维1、莱卡纤维莱卡纤维是一种氨纶纤维，具有优异的弹性和回复性能。
在纺织中加入少量的莱卡纤维，就能显著提高织物的弹性和舒适度，使服装更加贴合身体曲线，活动自如。
2、莫代尔纤维莫代尔纤维是一种再生纤维素纤维，具有柔软、光滑的手感和良好的吸湿性。
它的强度高于普通粘胶纤维，且缩水率较小，制成的衣物具有良好的尺寸稳定性和耐穿性。
（三）高性能新型纤维1、碳纤维碳纤维具有高强度、高模量、耐高温等优异性能。
在纺织领域，碳纤维主要用于制造高性能的防护服装、运动装备和航空航天用纺织品等。
2、芳纶纤维芳纶纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点。
在纺织工程中，芳纶纤维常用于制造防弹衣、防切割手套、耐高温防护服等特种纺织品。
二、新型纤维在纺织工程中的应用（一）服装领域1、运动服装运动服装对舒适性、弹性和透气性要求较高。
莱卡纤维的加入可以使运动服装具有更好的弹性和伸缩性，方便运动员的运动；而竹纤维和莫代尔纤维的应用则能提高服装的吸湿性和透气性，让运动员在运动过程中保持干爽舒适。
2、内衣内衣与人体皮肤直接接触，对材质的柔软性、透气性和抗菌性有较高要求。
纳米增强非织造布的性能研究
纳米增强非织造布的性能研究一、引言非织造布，作为一种新型的纺织材料，在众多领域都有着广泛的应用，如医疗卫生、过滤材料、土工布、服装等。
随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的日益提高，纳米技术的引入为非织造布的性能提升带来了新的机遇。
纳米增强非织造布凭借其独特的性能，成为了当前材料领域的研究热点之一。
二、纳米增强非织造布的制备方法纳米增强非织造布的制备方法多种多样，常见的有以下几种：（一）原位聚合原位聚合是将纳米粒子在非织造布的制备过程中直接引入到聚合物体系中，通过聚合反应使纳米粒子均匀分散在纤维中。
这种方法可以有效地避免纳米粒子的团聚，提高纳米粒子与纤维之间的结合力。
（二）表面涂层表面涂层是将纳米材料通过涂覆、浸渍等方式附着在非织造布的表面。
这种方法操作简单，但纳米材料与非织造布之间的结合力相对较弱，容易在使用过程中脱落。
（三）共混纺丝共混纺丝是将纳米粒子与聚合物共混后进行纺丝，制备出含有纳米粒子的纤维，再通过非织造工艺制成非织造布。
这种方法可以使纳米粒子在纤维内部均匀分布，但对纳米粒子的分散性要求较高。
三、纳米增强非织造布的性能特点（一）力学性能纳米粒子的加入可以显著提高非织造布的力学性能，如拉伸强度、撕裂强度和顶破强度等。
这是由于纳米粒子与纤维之间的相互作用增强了纤维的强度和韧性。
（二）过滤性能纳米增强非织造布在过滤领域表现出优异的性能。
纳米粒子的小尺寸效应和表面效应可以增加纤维的比表面积，提高对微小颗粒的捕获能力，从而提高过滤效率和精度。
（三）抗菌性能一些纳米材料，如纳米银、纳米氧化锌等具有良好的抗菌性能。
将这些纳米材料引入非织造布中，可以赋予非织造布抗菌功能，有效抑制细菌和真菌的生长，在医疗卫生领域具有重要的应用价值。
（四）抗紫外线性能纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米材料具有良好的紫外线吸收和散射能力。
将这些纳米材料添加到非织造布中，可以提高非织造布的抗紫外线性能，延长其使用寿命，适用于户外用品和防护服装等领域。
新型纺织材料学第七章 高性能纤维
• 凯夫拉纤维具有较高的强度和模量。另外， 它的强伸性能对于温度是不敏感的，一直 到玻璃化温度以上。
• 凯夫拉纤维其单丝强度为22. 9-26. 5 cN/dtex。
• 凯夫拉纱最佳捻系数为1. 1。凯夫拉长丝有一较 宽的强伸范围；强度15.9-23. 8 cN/dtex；断裂伸 长1.5%-4.4％；模量379. 5-970. 9 cN/dtex。
根据炭化温度不同，分为三种类型：
• （1）普通型（A型）碳纤维：在 900～1200℃下炭化得到的碳纤维。 强度和弹性模量都较低。
• （2）高强度型（Ⅱ型或C型）碳纤 维：在1300～1700℃下炭化得到的 碳纤维。强度很高，可达138.4～ 166.1cN/tex。
• （3）高模量型（Ⅰ型或B型）碳纤 维：又称石墨纤维。在炭化后再经 2500℃以上高温石墨化处理得到的 碳 纤 维 。 强 度 较 高 ， 约 为 97.8 ～ 122.2cN/tex。模量很高，一般可达 17107cN/tex 以 上 ， 有 的 甚 至 可 达 31786cN/tex。
• PBI纤维是美国在20世纪60年代中 期研制成功并投放市场的。该纤维 本色金黄，具有耐高温、抗化学腐 蚀、优异的纺织加工性能和手感等 综合特性，耐高温性能比芳纶1313 更为优越，其独特的性能之间的平 衡在同类其它纤维中没有见到过。
取代的苯环交替排列组成，适合在恶劣 的工业环境下应用，是兼具优异的热稳 定性、化学稳定性和纺织加工性能的新 型高性能纤维。
三 聚四氟乙烯纤维（PTFE）
1954年开始工业化生产，具有许多 优良的性能。这种纤维有单丝、复丝、 短纤维和膜裂纤维等，我国简称氟纶， 美国和日本的商品名为特氟纶 （Teflon）。
（三） 纺丝方法
2024年新型纺织纤维市场前景分析
新型纺织纤维市场前景分析1. 引言新型纺织纤维是指未来替代传统纤维原料的纺织材料，具有改善传统纤维材料的性能和特点。
随着科技的不断发展，新型纺织纤维在纺织行业中的应用越来越广泛。
本文将分析新型纺织纤维市场的前景。
2. 新型纺织纤维的种类2.1 智能纤维智能纤维是指具有某种功能的纤维，例如具有保暖、防水、防紫外线等特性的纺织材料。
随着消费者对功能纺织品需求的增加，智能纤维在市场上的需求也在逐年上升。
2.2 碳纤维碳纤维具有重量轻、强度高、不易导电等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
随着环保意识的提高，碳纤维在可再生能源领域的应用前景十分广阔。
2.3 抗菌纤维抗菌纤维具有抑制细菌生长的功能，适用于医疗、卫生用品等领域。
近年来，随着全球疾病的爆发，抗菌纤维的需求量大幅增加，市场潜力巨大。
3. 新型纺织纤维市场的发展趋势3.1 技术创新驱动市场增长随着科技的进步，新型纺织纤维的研发和生产技术不断更新。
技术创新带来的新产品和新应用不断涌现，推动了新型纺织纤维市场的增长。
3.2 消费者需求变化引领市场发展消费者对纺织品的需求不再局限于传统的功能和样式，更注重环保性、舒适度和健康性等方面。
新型纺织纤维能够满足消费者的需求，因此市场需求持续增长。
4. 新型纺织纤维市场前景4.1 市场规模持续扩大新型纺织纤维市场规模在不断扩大，预计未来几年将保持稳定增长。
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对高品质、环保和多功能性纺织品的需求将进一步增加。
4.2 区域市场发展不平衡由于不同地区的经济发展水平和消费习惯的差异，新型纺织纤维市场在不同区域的发展也存在差异。
一些发达地区的市场发展较为成熟，而一些欠发达地区的市场仍然具有较大的发展潜力。
4.3 竞争加剧，创新驱动增长随着新型纺织纤维市场的潜力逐渐被发现，越来越多的企业涌入这个市场竞争。
在激烈的竞争中，只有不断创新，提高产品质量和技术含量，才能在市场中占据一席之地。
新型纺纱技术范文
新型纺纱技术范文随着科技的不断发展，纺织行业也在不断进步和创新。
新型纺纱技术的出现，为纺织品的生产提供了更高效、更节能、更环保的方法。
下面将介绍几种新型纺纱技术。
一、无纺布纺纱技术无纺布是一种新型的纺织品制造材料，它是通过纤维材料的单根纤维或纤维的网状物重新组装制成，而不经过纺纱和织造的传统纺织工艺。
与传统纺织品相比，无纺布具有较好的透气性、柔软性、防水性和抗菌性能。
无纺布纺纱技术主要包括干法纺、湿法纺和熔喷纺。
1.干法纺：干法纺是指将纤维原料通过风力或机械力使其悬浮在空气中，再经过静电或压力作用形成网状结构，然后通过加热或涂覆等工艺使其定型。
这种纺纱技术具有操作简便、生产效率高、成本低的特点。
2.湿法纺：湿法纺是将纤维原料加入到溶剂或溶液中，经过溶解、混合和过滤等处理后，通过喷细流的方式使纤维得以凝聚成片状纺丝。
湿法纺纱技术具有纤维均匀、纺丝速度快、纱线质量稳定的特点。
3.熔喷纺：熔喷纺是将熔融的纤维原料从微细孔喷射出来，经过凝结和拉伸等过程形成纤维丝，然后通过集束、冷却和拉伸等工艺使其定型。
熔喷纺纱技术具有纺纱速度快、成本低、纤维之间的结合力强的特点。
二、空气动力纺纱技术空气动力纺纱技术是一种通过高速气流将纤维原料进行纺丝的技术。
空气动力纺纱技术具有操作简单、纺纱速度快、纤维短节短的特点，适用于生产短纤维纱线和造粒丝等纤维产品。
通过调节气流速度和纤维原料的喷射角度，可以控制纺丝过程中纤维的拉伸和取向。
三、湿旋杯纺纱技术湿旋杯纺纱技术是一种通过旋转的杯状结构将纤维原料沉积在杯底的纺纱技术。
湿旋杯纺纱技术具有纺纱速度快、纤维稳定性高的特点，适用于生产高强度和高弹性的纤维纱线。
湿旋杯纺纱技术的关键是通过旋转底部的孔洞使纤维原料被拉伸和拉断，形成纤维丝。
四、气流喷射纺纱技术气流喷射纺纱技术是一种通过高速气流将纤维原料进行纺丝的技术。
气流喷射纺纱技术具有纺纱速度快、纤维耐磨性强的特点，适用于生产耐磨性和耐拉伸性要求较高的纤维纱线。
新型纺织材料考试重点
绪论2.纺织产业当前面临的问题（1）纺织纤维原料资源的开发和利用。
（2）纺织加工对环境的影响受到各种条件的制约。
（3）新时期社会对纺织产品品质的要求将不断提高。
3. 纺织产业面临的任务（1）拓展纺织纤维原料的新视野A、充分利用自然条件，开发生物质资源利用各种新技术，培育新品种，形成天然植物纤维生产的“新兴产业”充分利用现有条件开发利用现有的生物质资源。
充分利用当前农作物废弃资源B、充分利用废弃纺织品，再生利用C、开发新型高性能纺织纤维一生态纺织品（1）生态纺织品是指对环境与生态无害的纺织品。
（2）主要指资源可再生和可重复利用；生产过程对环境无污染；在穿着和使用过程中对人体没有伤害；并且废弃后能在环境中自然降解，不会对环境造成污染。
1. 生产过程的环保性2 .使用过程的环保性3.废弃处理的环保性二、Oeko认证的产品分类（1）婴儿用品（一类产品）（2）直接接触皮肤的产品（二类产品）（3）不接触皮肤的产品（三类产品）（4）装饰材料（四类产品）三、有害物质检测1 禁用偶氮染料或致癌芳香胺2 禁用致癌、致敏染料3 可萃取重金属4 游离甲醛含量5 pH值和染色牢度6 五氯苯酚（PCP）和含氯有机载体7 农药及其它物质第二章一、1、比热容：质量为1g的纺织材料，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。
单位，J/g·℃。
比热值的大小，直接反映了材料温度变化的难易程度。
2、λ值越小，导热性越差，它的绝热性或保暖性越好。
3、（1）吸湿微分热：纤维在给定回潮率下吸着1g水放出的热量。
（2）吸湿积分热：1g干燥纤维从某一回潮率吸湿达到完全润湿，所放出的总热量。
4、静止空气的λ值最小，它的绝热性或保暖性最好5、影响保暖性的因素⑴导热系数越小，保暖性越好。
⑵纺材吸湿后，保暖性下降。
⑶静止空气层的厚度越大，保暖性越好。
二、热对纺织材料的影响（1）热塑性纤维：在较高温度时会发生软化、熔融的纤维，如涤纶、锦纶、醋酸纤维等。
浙江东江工艺编织有限公司：从黄草中提出纤维研发出新型纺织材料做衣服
已成 为生 产企业 降低 成本 、实 现功 能性 的方 法 。
但碳 酸钙 添加 中的 团聚 问 题 一直 成 为 应用 中最
大 的瓶颈 ， 解决 在常规 加 工设备 中的分 散及 相容 性 问题 即为关键 。在 添加 碳酸 钙过 程 中 ， 求纳 要
符 合 国家重 点 产业 需 求 和科 技 发 展 要 求 ，课 题 设 置 重 点 突 出 ， 务 分解 合 理 ， 究 内容 与 目标 任 研
《 匮 Ｉ
提取 纤维 。受 这个 思路 的启 发 ， 事 １多 年黄 草 从 ０ 编 织生 意 的浙江 东 江 工艺 编 织 有 限公 司打 起 了
国 内新 一代 纺织设 备产 业技术 创新联 盟 组织 ：
黄草 的 主意 。２ ０ 年 ， 们带 着 黄草 找到 了杭 州 ０５ 他 林 特 研究所 ， 求检 测黄 草 能否用 来 纺纱 。 当时 要 的检 测 结果 显示 ，黄草 中单根 纤维 的长度 为 １ ． ２ ｍ 植 物纤 维 含量 为５ ％。研 究 所给 出了答 案 ： ｍ， ５
重 点 研 究碳 纤 维 多 层 织 物 织 造 工 艺 、结 构 、 性
主要优 点是 吸汗 、 透气 性好 ， 身 体无 害 ， 容易 对 更 染 色等 。黄 草纤维 项 目的成功 ， 未来 将会 带 动周
边 农 户增收 并取得 可 观的收 益 。
ｄ Ｎ Ｓ Ｅ Ｔ Ｅ 江 纺 ｔ Ｇ ＵＴ Ｘ Ｉ Ａ Ｌ 苏 织
明专利 ， 中２ 已经 获 得授权 。除 了原 料 天然 、 其 项 可再 生 ， 产 过程 无 污 染 ， 草 纤维 做 成 面 料 的 生 黄
重 点 围绕 航 空航 天 、 能 源 、 新 现代 交 通 等 高技 术
产 业 用纺 织 品 和复 合材 料 制 备关 键 技 术 装备 的
新型材料在纺织行业中的应用研究
新型材料在纺织行业中的应用研究纺织行业一直是一个朝阳行业。
它不仅仅是一个艺术领域，更是一个创新领域。
在现代社会，随着科学技术的不断进步和发展，新型材料在纺织行业中也被广泛应用，为纺织品提供了更广阔的前景。
一、新型材料在纺织行业的应用现状及发展新型材料是指在原有材料基础上，通过改变其结构、组成及性质等方面进行优化和改进，从而具有更广泛的应用和更先进的性能。
现代纺织业已经广泛采用各种新型材料对纺织品进行定向设计和创新，拓展纺织品的功能应用范围。
如有机高分子材料、金属材料、陶瓷材料、高分子复合材料等。
1. 有机高分子材料有机高分子材料在纺织品中应用广泛，其中最为常见的是聚酯类物质，如聚乙烯酯。
聚乙烯酯具有一定的耐磨性、防水性、防紫外线等性能，可用于生产运动服、帆布包等。
2. 金属材料金属材料在纺织领域中主要应用在金属丝织物、金属片、金属纤维、金属水平线等。
而合金、金属纤维等在高档服装中则被广泛应用。
3. 陶瓷材料陶瓷材料在纺织品中加工有粉末复合纤维和各种纤维布。
其中粉末复合纤维有特殊的防护性和耐火性能。
它可应用于特殊工作场合和特殊制品，如航空器或军事用品。
4. 高分子复合材料高分子复合材料是由全世界各种高分子材料组成，它具有优异的性能，如抗氧化、高强度、耐热、导电性、光学性能。
在纺织业中应用领域主要有高分子薄膜和高分子纤维材料等。
如聚酯、聚酰胺、涤纶、氨纶、尼龙、氟塑料、亚麻纤维等材料。
二、新型材料在纺织行业中的应用优势新型材料在纺织行业中的应用优势主要体现在以下几个方面：1. 提高纺织品的质量新型材料的应用能够有效提高纺织品的性能和质量，增加纺织品的美观性、舒适性。
通过这种材料的使用，可使纺织品更加具有保温性和透气性，同时也能去除织物表面的一些污渍和污染物。
2. 拓展纺织品的应用领域新型材料的应用可以为纺织品的应用领域带来新的机遇，如灵活传动机构、电子传感器、智能灯具、智能家居硬件等，也增加了纺织器材外延技术的应用领域和品质。
《新型纺织纤维介绍》课件
室内家居
柔软而耐用的纤维广泛应 用于床上用品、窗帘和家维成为汽车内饰和外部部 件的理想选择。
新型纤维的前景和挑战
前景
挑战
• 纺织行业的持续创新将推动新型纤维的 发展。
• 新型纤维的应用领域将继续扩大。 • 消费者对功能性纺织品的需求将持续增长。
• 新型纤维的生产成本可能较高，导致市 场竞争激烈。
高科技纤维的出现，如碳纤维和芳纶。
新型纤维的特点
1 轻巧而坚固
新型纤维通常具有高度的强度和坚韧性，同时非常轻便。
2 耐磨耐用
这些纤维对磨损具有出色的耐力，可延长纺织品的使用寿命。
3 高温耐性
许多新型纤维具有耐高温特性，使它们适用于高温环境和特殊行业。
新型纤维在纺织行业中的应用
运动服装
新型纤维的轻便和透气性 使其成为运动服装的首选 材料。
• 环境保护和可持续性问题对新型纤维的 发展可能带来压力。
• 技术创新的不断推进将要求纤维制造商 不断提高产品质量和性能。
结论和总结
新型纤维因其独特的特点和广泛的应用前景，将继续在纺织行业中发挥重要作用。然而，面临的挑战需 要持续创新和可持续发展的努力。
纤维可以分为天然纤维和人造纤维两大类。天然纤维包括棉花、丝绸和羊毛等，而人造 纤维包括聚酯纤维和尼龙等。
3 纤维的特点
纤维通常具有柔软、耐用和吸湿性等特点，使其成为纺织行业中不可或缺的材料。
纺织纤维的种类和用途
天然纤维
棉花、麻类和羊毛等天然纤维 在纺织行业中用于制作舒适的 衣物和家居用品。
化学纤维
《新型纺织纤维介绍》 PPT课件
本课件将介绍纤维的定义和分类，不同类型的纺织纤维及其应用，新型纤维 的发展历程和特点，以及新型纤维在纺织行业中的应用。我们还将讨论新型 纤维的前景和挑战，并总结结论。
利用新型原料开发纬编针织产品
利用新型原料开发纬编针织产品提示：纬编针织产品正朝着轻薄、弹性、舒适、功能、光洁、绿色环保、整体编织与无缝内衣、产业用针织物等方面发展。
新型纤维材料的不断问世与应用，为纬编针织产品的设计与开发提供了更多的选择。
文章综述了目前国内外在利用新型天然纤维和化学纤维原料开发纬编针织服用与产业用产品的动态。
纬编针织产品包括服用、装饰用和产业用等3类，目前服用类产品占了80％以上，但是后两类产品的比例正在逐步上升。
纬编针织产品的开发涉及到原料的选用与组合、织物结构和花型设计与编织技术、后整理工艺、最终产品的设计与制作等4个方面，其中原料的选用与组合以及后整理工艺对产品的性能、风格、功能和质量起着越来越重要的作用。
近年来．新型纤维材料的不断问世与应用．对现有纺织原料的改性变形处理．以及纺纱技术的日益进步．为纬编针织产品的设计与开发提供了更多的选择。
本文将综述目前国内外在利用新型原料开发纬编针织新产品方面的一些动态。
1 纬编针织产品发展趋势目前，纬编针织产品特别是服用面料，正在朝以下几个方面发展。
1．1 轻薄为了适应人们生活与工作环境的改善和穿着舒适性的要求，越来越多的针织面料采用较细的纱线和较高机号的针织机来编织。
例如，圆纬机的最高机号已达E44，横机也达到E18，最轻薄的面料每平方米重量只有几十克。
1．2 弹性除了一些泳装、专业运动服等具有较高的氨纶含量和较大的弹性外，许多日常穿着的服饰加入了2％～10％的氨纶，使面料具有较小的弹性，主要是为了提高面料与服装的保形性，洗涤后易护理。
1．3 舒适这涉及面料与服装的热湿传递性能、皮肤的触觉和对人体的压力。
可以通过采用导湿、保暖等功能性纤维与纱线和针织物结构的合理设计来改善热湿传递性能：通过对纱线的前处理和织物的后整理，改善与消除对皮肤的不舒适触觉，如苎麻织物和羊毛织物的刺痒感等；通过原料选配、织物结构与服装款式的优化设计，使服装对人体的压力保持在一个合理舒适的水平。
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新型纺材—蜘蛛丝1 蜘蛛和蜘蛛丝蜘蛛,八条腿的节肢动物,属于蛛形纲。
蜘蛛有许多适应自然的奇特之处,例如,蜘蛛把触网的昆虫和自己的旧网吃掉,以形成织造新网的材料,根据研究可知,蜘蛛在吃下旧网的30 min 后,旧网的成分就到达它的纺丝腺中[1]。
蜘蛛为了生存必须用最少量的丝去捕获食物,并且还利用蛛丝来飞行、结网、贮存食物和织卵袋。
因此,蜘蛛丝对蜘蛛的基本生命活动和日常生活来说,是必不可少的工具。
蜘蛛丝既结实又有弹性,其长度可达1.61 km。
蜘蛛丝网网住一只昆虫的力量相当于用一张由25 mm粗细的丝束制成的网使一架飞机停下来所需的力量[2],而且蜘蛛网在捕获高速飞行的昆虫后,能吸收昆虫的能量,使蜘蛛网不产生反弹,这与防弹衣工作的原理有相似之处。
因此,蜘蛛丝是制作防弹衣的理想材料。
蜘蛛丝和蚕丝一样可应用于纺织加工。
1710 年巴黎科学院展示了由蜘蛛丝制成的长筒袜和手套；1864 年美国也制成了一双蜘蛛丝长筒袜；1900年的巴黎博览会上,展出了由25000 只蜘蛛分泌的约9 万米长的蜘蛛丝织成的长16.46 m 宽46 cm的织物。
现在,美国、瑞士、加拿大、日本等国从各个角度深入研究蜘蛛丝的结构、纤维性能和应用前景等。
所以,蜘蛛丝作为一种新型纺织材料,已引起了世界各国的普遍关注。
2 蜘蛛丝的形成根据美国怀俄明大学生物学家研究发现,蜘蛛丝蛋白(Spidroin)具有非常奇特的性能,蛛丝在雨中不会溶化,说明蛛丝蛋白是不溶于水的。
但当蜘蛛结网时,液态蛛丝蛋白经过一管道到达纺绩突,在这里可以观察到液态蛛丝蛋白已具有某些液态晶体的性质；当蛛丝蛋白从纺绩突被挤压出来时,就成为不溶于水的固体了。
这说明在这个过程中,蛛丝蛋白发生了某种物理和化学的变化。
蜘蛛的液状丝是在它的腺体中形成的,各个丝腺分别产生不同性质的丝。
以新蛛亚目的圆蛛为例,不同丝腺产生的丝及其功能见表1。
蜘蛛结的网由来源于不同丝腺的多种丝所组成。
圆蛛网的网中间是排列较紧密的中心丝,是蜘蛛居住和生活的地方；从中心丝辐射向外的是没有粘性的纵丝,即放射状丝；纵丝中间连接的是横丝即螺旋丝,其弹性大、粘性强,可以粘住猎物；最外层的是框丝,它通过有粘性的附着丝同树木、屋檐、墙角相连。
蜘蛛一捕获猎物,就立即从数百对葡萄状腺的纺管同时牵引出辐射状的丝将猎物层层包裹起来,以防止猎物逃脱。
蜘蛛产卵前先由管状腺经3 对纺管牵引出丝形成产褥,再将卵产在丝褥上,最后用丝覆盖成卵茧。
而蜘蛛逃命的法宝是由大囊状腺纺出的牵引丝(又称命绳) ,当其遇到危险,就靠牵引丝把它吊在空中,便于脱离险情[3]。
3 蜘蛛丝的结构和性质蜘蛛丝是一种珍贵的物质,也是目前世界上最为坚韧且具有弹性的纤维之一。
它是一种原纤蛋白质,透明,呈金黄色,在显微镜下看和蚕丝很相似,是没有内在结构的固体物质。
它的横截面形态接近圆形,与蚕丝的三角形不同。
蜘蛛丝是单丝,不需要丝胶来粘住2 根丝,因此没有蚕丝那样覆盖于表面的水溶性物质。
蜘蛛丝的纵向形态是丝中央有一道凹缝痕迹平均直径6.9 μm 约为蚕丝的一半, 物理密度1.34,与蚕丝和羊毛相近[2]。
蜘蛛丝在水中有相当大的溶胀性,纵向有明显的收缩。
蜘蛛丝光滑、闪亮,耐紫外线性能强,而且较耐高温,耐低温,它在200 ℃以下表现出热稳定性,300 ℃以上才开始变黄。
蜘蛛丝具有特殊的溶解性,它所显示的橙黄色遇碱加深遇酸褪色[1],它不溶于稀酸、稀碱,仅溶于浓硫酸、溴化锂、甲酸等,并且不能被大部分蛋白水解酶分解,在加热时,能微溶于乙醇中。
由于蜘蛛丝的构造材料几乎完全是蛋白质,所以它是生物可溶的,并可以生物降解和回收[4]。
蜘蛛丝尤其是它的牵引丝在力学性能上具有蚕丝和一般的合成纤维所无法比拟的突出优势。
在强度方面,它与制作防弹衣的Kevlar 纤维相似,但是其断裂功却是Kevlar 的3.5 倍,其牢度是钢的5 倍,初始模量比尼龙大得多,达到Kevlar 纤维那样的高强高模水平。
蛛丝的断裂伸长率有36 %～50 % ,而Kevlar 纤维的只有2 %～5 %[5]。
在粘弹性能方面,蛛丝高于尼龙也高于Kevlar 纤维。
因此可以说,蜘蛛丝具有高强度、弹性好、初始模量大、断裂功高等特性,是一种优异的纺织材料。
4 开发蜘蛛丝的基因技术蜘蛛丝是自然界中最高级的生物聚合物,在许多领域有着极其重要的用途。
但由于蜘蛛常自相残杀,养殖困难,不能规模化养殖,同时蜘蛛的产丝量小,提取工艺又十分复杂,技术难度大,因此想利用天然蜘蛛丝是不现实的,只有人工合成才是有科学意义的途径。
近一二十年来,世界各国的科学家对蜘蛛丝蛋白质的化学组成、结构以及蜘蛛蛋白质基因组成进行了大量的研究,以期利用基因技术研制出人工合成的蜘蛛丝。
利用基因技术开发蜘蛛丝可有以下4 种方法:①将蜘蛛丝的产丝基因转移到能在大培养容器里生长的细菌上,通过细菌发酵的方法得到蛛丝蛋白,再进一步纺丝可以得到蛛丝纤维。
美国陆军纳蒂克研究发展工程局的科学家经过多年努力,成功地剖析了记录着构成蛛丝蛋白质氨基酸顺序信息的蜘蛛基因物质。
然后开始制造这种蛋白质,并借助DNA 技术向一种病毒注入基因,这种病毒起到传媒作用,携载基因并将之注入细菌中,细菌寄体利用基因中的氨基酸顺序信息合成蛛丝蛋白[6],科学家经过验证发现这种溶液可以抽出蛛丝来。
英国的PA 技术公司和美国的杜邦公司亦采用转基因细菌的方法进行蛛丝纤维的纺丝和研究。
这种方法得到的纤维比锦纶更强更硬,但性能不如防弹纤维Kevlar 好。
②将蜘蛛丝蛋白基因转移到山羊乳腺细胞中,然后将蛋白质单体从所选的系统中分离出来并经纺丝和拉伸得到蛛丝纤维。
加拿大Dupont 公司的研究人员发现山羊乳液中所含的奶蛋白同蜘蛛的丝蛋白生成模式是一样的,于是他们将蜘蛛丝蛋白的基因转移到山羊的乳腺细胞中,从山羊的乳液中提取类似于蜘蛛丝的可溶性蛋白,成功地研制出模仿蜘蛛吐丝的最新技术,开发出新一代动物纤维材料。
加拿大的Nexia 生物公司和怀俄明大学的生物学家经过研究进一步证明了可以毫无困难地从转基因山羊奶提取物生产出高性能蜘蛛丝纤维[7]。
利用转基因山羊技术生产的高性能轻型纤维材料,强度比钢材高,且其弹性好,被誉为“生物钢材”(Biosteel)。
据加拿大Nexia 生物公司总裁Turner 博士估计,用转基因山羊方法加工得到的蛛丝纤维Biosteel 的价格将为50 美元/kg 左右,成本与芳香族聚酰胺纤维(防弹纤维Kevlar) 相当甚至低于后者,但蜘蛛丝的断裂功是Kevlar 的3.5 倍,所以较少的原料就能达到同样的机械性能要求。
③使其他蛋白质通过植入蜘蛛丝的基因而得到改性,从而生产出仿蜘蛛丝的新纤维。
这种方法多用于蚕。
因为蚕与蜘蛛有相似之处,同为生物纺丝体,许多科学家试图将蜘蛛的基因转移到蚕的体内,使蜘蛛丝高强力高弹性的基因体现在蚕丝中,利用基因技术使蚕“吐”出类蜘蛛丝,从而使蚕丝的易变形、缺乏弹性、易折皱等缺陷得以解决,蚕丝性能可以得到明显的改进[8]。
这种构想已经由中科院上海生命科学院生物化学与细胞生物学研究所的科研人员证实,他们首次实现了绿色荧光蛋白与蜘蛛拖牵丝融合基因在家蚕丝基因中的植入,并获得了荧光蚕。
课题组还在家蚕丝中发现了蜘蛛拖牵丝的“蛛丝马迹”。
④将蜘蛛丝基因移植入植物,培育出能够产生丝蛋白的转基因植物。
德国科学家将从蜘蛛体内提取出的控制产生丝蛋白的基因植入各种植物的基因组内(如土豆、烟草等),成功地培育出了能够产生丝蛋白的转基因植物[9]。
所培育的转基因植物的植株内产生的蛋白质里丝蛋白的含量超过了2 % ,为大量提取蜘蛛丝蛋白开辟了新途径。
5 蜘蛛丝的应用前景蜘蛛丝因其特殊而优良的性能,在许多领域有着重要的应用。
①特殊工业制品和航天宇航装备,如防弹衣、降落伞、航天器所用的提高强度的复合材料等。
②医学产品包括伤口封闭材料和生理组织工程材料,如人造肌腱、韧带、假肢、组织修复、神经外科及眼科等手术中的可降解超细伤口缝线。
③将未纺丝的蛛丝蛋白(Biosilk) 直接用于化妆、美容整容等行业。
6 小结蜘蛛的面貌丑陋,形体怪异,但是和蜘蛛生活密不可分的蜘蛛丝却具有惊人的非常优异的功能和特性。
随着生物科学的发展,基因技术逐渐成熟,我们很快就能实现有关蜘蛛丝产品的开发和批量生产。
目前,全世界的蜘蛛品种多达3 万种。
200 多年来,人们对用蛛丝为人类服务一直兴趣甚浓,却在近十几年间,科学家利用基因和蛋白质测定等新技术,才使蛛丝的奥秘得以破译,这不失为人类制衣史上的奇迹之一,也必将推动纺织制衣业材料的多元化浪潮[10]。
参考文献:[1] 黄君霆.蜘蛛丝研究的动向[J].丝绸,1999,(9):48 - 49.[2] 喻方莉.蜘蛛丝纺织品的研究与开发[J].国外纺织技术,2000,(11):5 - 7.[3] 盛家镛,潘志娟,陈宇岳,等.蜘蛛丝的化学组成与结构初探[J].丝绸,2000,(4):8 - 10.[4] 郑震.蜘蛛丝蛋白的生物制造技术及纤维加工[J].国外纺织技术,2000,(12):2 - 4.[5] 叶金兴.蛛丝制作纺织材料的生物技术[J].现代纺织技术,2000,8 (4) :57 - 58.[6] 张建春.高新科技在纺织工业中的应用和发展前景[J].毛纺科技,2001, (3):3 - 8.[7] 用转基因技术生产高性能纤维产品[J].产业用纺织品,2001,19(2):10.[8] Rogers GE.适用于新型纤维的遗传工程[J].J.Text. Inst.,2000,91(3):24 - 31.[9] 德国开发土豆纺丝新技术新产品[J].国外纺织技术,2001,(11):44.[10]人工合成蜘蛛丝为时不远[J].纺织导报,1994,(3):47 - 48.。