蜘蛛丝与蚕丝的比较研究
蜘蛛丝纤维的研究现状与展望
蜘蛛丝纤维的研究现状与展望作者：董晶赵坤伟程金亮汪亮来源：《现代纺织技术》2019年第01期摘要：概述了近期国内外丝蛋白及纤维的合成及改性研究现状，发现人造蜘蛛丝蛋白主要来源于基因改变后的桑蚕、大肠杆菌等，对蜘蛛丝纤维物理力学性能的改性方法主要集中在蛛丝蛋白改性、纺丝方法转变、紫外辐射及与其他纺丝液复合纺丝等。
通过蜘蛛丝纤维与其他纤维的物理性能比较得知，蜘蛛丝纤维断裂伸长率高（43.4%）、拉伸强力大、耐疲劳性好。
同时，简述了蜘蛛丝纤维在复合材料、医用仿生材料以及纺织材料等领域的应用情况，并对蜘蛛丝纤维今后的发展进行了展望。
关键词：蜘蛛丝纤维;合成改性;复合材料;医用仿生材料;纺织材料中图分类号：TS102.3文献标志码：A文章编号：1009-265X（2019）01-0015-05蜘蛛丝纤维已成为继蚕丝之后，又一个在化学、生物、材料等学科领域受到广泛关注的动物丝纤维。
蜘蛛丝纤维具有许多优异的特性，包括韧性大、强度高、弹性好、有光泽、耐高温、耐低温、耐紫外线性能强、易于生物降解等。
它被称为“生物钢”，能够应用于外科手术缝线、防弹衣及降落伞等材料[1]。
邵正中等[2]已经制备了性能优于天然蚕丝的人造蚕丝，而对人造蜘蛛丝纤维的研究应紧随其后尽快取得突破。
人造蜘蛛丝纤维的生产，首先需要制备含有蜘蛛丝纤维特性的蜘蛛丝蛋白;其次是如何在合成之初就进行生物化学改性，以生产优于或者具有期望性能指标的蜘蛛丝;最后则是采用合适的工业化纺丝工艺将生产扩大化、低成本化。
本文主要对蜘蛛丝纤维的合成生产方法、改性方法、性能指标及应用情况进行了总结。
1蜘蛛丝纤维蜘蛛丝纤维能够在常温常压下进行液晶纺丝制得，不需要高温和腐蚀性溶剂，只需要水或其他绿色溶剂即可，更符合当今绿色纺织、染整的趋势和要求[1，3]。
如何在绿色环保的前提下，简便、低成本地合成出性能优异的蜘蛛丝纤维一直是国内外学者研究的热点。
1.1国内研究进展常温常压下，纯水透析后的再生丝蛋白水溶液浓度低，容易发生凝聚、不利于保存。
新型纤维材料---蜘蛛丝
新型纤维材料——蜘蛛丝蜘蛛是地球上最古老的物种之一，是自然界的神奇动物，经历了几百万年漫长的进化，蜘蛛已能够适应地球上几乎所有环境而生存下来，其最大的臂助正是本身独特的纺丝能力和令人惊讶的蛛丝性能。
蜘蛛是自然界产丝和用丝的“专家”，它们一生都离不开丝。
蜘蛛生产性能最优异的丝线，并用这种丝线织成蛛丝网，用以捕获猎物，赖以生存，繁衍后代。
蜘蛛，属节肢动物门蛛形纲蛛形目，种类繁多，会吐丝结网的大约有2万多种，按吐出丝种类的多少分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。
科学家们早就注意到蜘蛛丝非同一般的性能并将它利用了起来。
早在1709年就出现了人类利用蜘蛛丝的记载，而且在第二次世界大战时，蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮的瞄准系统等光学装置的十字准线。
进入20世纪80年代,蜘蛛丝，尤其是牵引丝，以高强度、高弹性、高断裂功、低密度、良好的耐温及耐紫外线性能、良好的生物相容性等优异性能引起了各国材料、生物和化学等众多领域研究人员的极大兴趣。
科技的进步，亦使得破解蜘蛛丝的生物奥秘成为了可能。
1996年，美国Science杂志连载3篇文章，揭示了蜘蛛丝性质与结构的关系以及蜘蛛丝的奥秘，近几年，又连续发表了10多篇关于蜘蛛丝研究的文章。
美国、瑞士、加拿大、日本、德国、丹麦等国的一些实验室先后对蜘蛛丝做了深入的研究,在利用基因和蛋白质测定技术解开蜘蛛丝奥妙的同时,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
蜘蛛丝的结构性能与用途蜘蛛丝能大量吸收动能，同时具有高弹性形变，究其原因，在于其奇妙的分子结构。
蜘蛛丝的化学本质为蛋白质，蛛丝蛋白的复杂氨基酸序列和空间结构赋予了外显的性能。
蜘蛛丝中分子排列是一种介于晶区与非晶区的中间相的存在。
结晶区主要为聚丙氨酸链段，构象为β-折叠链，分子链或链段沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，栅片间距离是变化的，在0.93～1.57nm之间。
非结晶区由甘氨酸、丙氨酸以外的大侧基氨基酸组成，分子多呈α-螺旋状结构。
蜘蛛丝
蜘蛛丝的人工生产3.1 蚕吐蜘蛛丝此法利用转基因技术中“电穿孔”的方法，将蜘蛛“牵引丝”部分的基因注入只有半粒芝麻大的蚕卵中，使培育出来的家蚕分泌出含有“牵引丝”蛋白的蜘蛛丝。
上海生化研究所的科技人员用此法历经数年攻关解决了转基因蚕基因导入、活性基因鉴定及传代育种等一系列技术难题[3]，此研究被列为国家“863”计划重点项目，目前正在进行当中。
3.2 牛羊乳蜘蛛丝将能产生蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给某些哺乳动物如山羊、奶牛等，从其所产的乳液中提取一种特殊的蛋白质，这种含蜘蛛基因的蛋白质可用来生产有“生物钢”（BioSteel）之称的光纤，其性能类似于蜘蛛丝[5]。
美国科学家利用转基因法，将黑寡妇蜘蛛丝蛋白基因放入奶牛的胎盘内进行特殊培育，等到奶牛长大后，所产奶含有黑寡妇蜘蛛丝蛋白，再用乳品加工设备将蜘蛛丝蛋白从牛奶中提取出来，然后纺丝成纤维，其强度比钢大10倍，因此被称为“牛奶钢”，又称“生物蛋白钢”。
加拿大Nexia生物技术公司（NXB）科学家研究初期所用的哺乳动物细胞也是取自乳牛，但是现在他们发现，采用山羊进行转基因处理更为有利。
他们将蜘蛛丝基因注入山羊卵细胞中，制备了重组的蜘蛛丝蛋白质，并用这种蛋白质与水体系完成了环境友好纺丝过程，本质上更接近于天然蜘蛛丝蛋白质的组成和纺丝过程，从而成功地模仿了蜘蛛，于2002年1月生产出世界上首例“人工蜘蛛丝”[2]。
3.3 微生物吐丝此法是将蜘蛛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来获得蜘蛛丝蛋白质，再把这种蛋白质从微孔中挤出，就可得到极细的丝线。
一旦成功建立这种细菌的繁殖工厂，将对纺织服装业产生革命性变革[3]。
3.4 其它方法一些国家和地区的研究者将能产生蜘蛛丝蛋白的合成基因转移给植物，如花生、烟草和谷物等[6]，使这种植物能大量生产类似于蜘蛛蛋白的蛋白质，提取后作为生产蜘蛛丝的原料，然后进行纺丝。
我国也于两年前开始了“生物钢”的研究，科学家成功地将“生物钢”蛋白基因转移到老鼠身上，并成功地从第一代小白鼠的乳汁中获得“生物钢”蛋白[4]。
神奇的“生物钢”——仿蜘蛛丝纤维
丝的初始模量、 应力 、 应变进行了测试 蜘蛛网
圆周丝的初始模量 明显高于 Ｎ ｌ ６ ｙ ｎ ，比高强力 ｏ
的芳香族聚酰胺纤维低 ，但圆周丝在蜘蛛丝中 不是强度最好的一种 。另外高强力 的芳香族聚 酰胺纤维的断裂伸长只有 ２５ 一 ％ ，而蜘蛛 ．％ ３ 丝是 ３ ％ 一 ０ ，因此才具有吸收庞大能量的 ６ ５％ 特性 。同样粗的钢丝和蜘蛛丝一起接受拉力实
的强度等机械性能， 从而显示了蜘蛛丝强度的优异性 ， 最后 简介 了蜘蛛丝的用途与发展前景 。
关键词 ： 生物 钢 ； 蜘蛛 丝 ； 结构 ； 能 ； 性 用途
１ 生物钢的起源
生物钢指羊奶钢和牛奶钢。１９ 年 ，美国 ９７
的高分子化合物。 蜘蛛丝的主要成分为蛋 白质 ，
和羊毛、 蚕丝的构造相似。 蚕丝也是 由各种氨基 酸所构成的蛋 白质纤维 ， 主要成分是丙氨酸、 甘 氨酸、 丝氨酸和酪氨酸等氨基酸所组成。 丝质材
牛进行转基因实验 ，让牛奶和羊奶的蛋 白基因 中含有 “ 黑寡妇” 蜘蛛丝的蛋 白基因。用这种纤 维制成的 ２ ５ｍ粗的绳子 ，足以让一架准备着 ．ｅ 陆的战斗机完全停下来。科学家给这种超强度 的物质取名叫“ 生物钢” 。 ．
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２ 蜘蛛丝的结构与性能
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２ １ 蜘蛛 丝 的结构 ．
蜘蛛丝属于蛋白质纤维 ，一般的蜘蛛丝网 包括 ３ 种类型的丝 ： 捕捉丝 （ 捕获猎物） 径向丝 、 （ 辐条丝） 和圆周丝。有的蜘蛛能生产 ８ 种类型 的丝 ， １ 图 和图 ２分别为不同形态的蜘蛛丝 ， 图 ３ 为加拿大特大蜘蛛网。 蜘蛛丝是 由一些 被称为 原纤的纤维 束组
加拿大 的一家 Ｎ ｘ 生技公司已宣布研发 ｅｉ ａ
纺织新材料--蜘蛛丝
纺织新材料--蜘蛛丝佚名2004-2-120 引言人类在蚕丝的开发利用方面已经取得了令人惊叹的成就，相关技术目前已相当成熟和普及。
同样由昆虫分泌的天然生物材料--蜘蛛丝虽在很久以前就引起了人们的好奇心，然而受当时科学技术水平的限制，对蜘蛛丝的研究开发仅停留在一个较低的平台上。
直到近几年，随着现代基因工程技术以及生物材料技术的迅猛发展，科学家们利用基因和蛋白质测定等技术，经过深入研究，解开了蜘蛛丝的奥秘，在人工生产蜘蛛丝方面也取得了突破性进展，使得像蚕丝那样大规模地开发和利用蜘蛛丝的愿望进入日程。
1 蜘蛛丝的结构1．1 蜘蛛丝的形态结构利用扫描电镜研究蜘蛛丝的超分子结构发现，蜘蛛丝是由一些被称为原纤的纤维束组成，而原纤又是几个厚度为120 nm的微原纤的集合体，微原纤则是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子化合物。
它的横截面形态接近圆形，与蚕丝的三角形不同，横切断裂面的内外层为结构一致的材料，无丝胶。
蜘蛛丝是单丝，不需要丝胶来粘住两根丝，因此没有蚕丝那样覆盖于表面的水溶性物质。
蜘蛛丝的纵向形态为：丝中央有一道凹缝痕迹，平均直径约6.9μm，约为蚕丝的一半。
蜘蛛丝在水中会发生截面膨胀，而径向收缩。
在碱性条件下，其黄色加深；在酸性条件下，其性能会受到破坏。
1．2 蜘蛛丝蛋白的化学组成蜘蛛丝的主要成分为蛋白质，如所有的蛋白质纤维一样，其组成长链蛋白质的单元为带不同侧链R的酰胺结构，同尼龙-2结构相似。
蜘蛛丝的氨基酸的摩尔分数和氨基酸的主链序列与天然聚肽如蚕丝、羊毛和人发有很大的差别。
这种差异和组成取决于蜘蛛的种类、食物、气候及其它因素。
不同种类的蜘蛛大囊壶腺体所产生丝蛋白质的氨基酸种类差异不大，为17种左右，各种氨基酸的含量也因蜘蛛的种类不同而有一定差异。
其共同点为具有小侧链的氨基酸(如甘氨酸和丙氨酸)的含量丰富，十字圆蛛和大腹圆蛛的这两者含量之和分别达到 59．6％和53．2％，与蚕丝的含量74％比显得较低。
蜘蛛丝中较大的7种氨基酸含量约占其总量的90％，它们分别为甘氨酸(42％)、丙氨酸(25％)、谷氨酸(10％)、亮氨酸(4％)、精氨酸(4％)、酪氨酸(3％)、丝氨酸(3％)瞳。
中药是丝的名词解释
中药是丝的名词解释中药，作为中国独有的传统药物，凭借着其千年不衰的历史和丰富的药效，一直在中华文化中扮演着重要的角色。
而其中一个重要的组成部分，丝，更是中药中不可或缺的一部分。
丝指的是由动物的蚕、蜘蛛等体内分泌的特殊物质，经加工制作而成，具有独特的药理效应和医疗功效。
丝的制作过程源远流长，始于中国古代。
根据历史记载，早在公元前3000多年的商代，中国人就开始了对蚕丝的饲养和丝织品的制作。
丝绸在古代被视为极为珍贵的贸易货物，具有重要的文化和经济价值。
然而，人们对蚕丝的研究并没有止步于此，他们逐渐发现蚕丝的药用价值，并将其运用于中医药领域。
在中药中，丝被广泛应用，其功效多种多样。
首先，丝具有镇静安神的作用。
蚕丝中含有丝素，能够调节人体神经系统功能，有助于缓解焦虑、失眠等症状，为人们提供稳定的情绪和舒适的休息环境。
其次，丝可用于治疗伤口愈合不良。
蚕丝中的蛋白质成分具有良好的生物相容性，可以促进伤口的愈合和组织再生。
此外，丝还具有润肺止咳、改善皮肤健康、提高免疫力等功能。
除了蚕丝，蜘蛛丝也是中药中重要的丝类药材之一。
蜘蛛丝作为一种天然纤维素材，不仅具有优良的物理性能，还有丰富的药理效应。
研究发现，蜘蛛丝中富含的蜘蛛蛋白具有抗菌、抗炎、促进伤口愈合等功效，可以用于治疗疾病和促进健康。
由于丝的独特功效和珍贵性，中药丝逐渐在现代医学中得到重视和应用。
科学家们通过研究发现，丝素中的多肽和蛋白质具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤等作用，有望成为研制新药的重要来源。
另外，丝素还可以制备成为天然生物胶原蛋白，用于修复组织缺损，促进再生医学的发展。
虽然中药丝具有众多的优势和潜力，但是其研究和应用仍面临一些挑战。
首先，丝类药材的获取比较困难，处理和提取过程较为繁琐。
此外，丝类药材的纯化和药物化学研究也还相对不足。
因此，我们需要进一步加大对丝类药材的研究和开发力度，充分发挥其在医学中的潜力。
总的来说，中药丝作为一种特殊的药材，具有多种独特的功效和药理作用。
蜘蛛丝
第三节蜘蛛丝蜘蛛丝是一种天然高分子蛋白纤维和生物材料。
纤维具有很高的强度、弹性、伸长、韧性及抗断裂性，同时还具有质轻、抗紫外线、比重小、耐低温的特点，是其它纤维所不能比拟的。
纤维初始模量高、断裂功大、韧性强，是加工特种纺织品的首选原料。
蜘蛛丝由蛋白质组成，是一种可生物降解且无污染的纤维。
蜘蛛丝纺织品的生产可追溯至18世纪，最具代表性的是1710年巴黎科学院展出的蜘蛛丝长统袜和手套，这是人类历史上第一双用蜘蛛丝织成的长统袜与手套；1864年美国制作了另外一双薄蛛丝长统袜，所用的蛛丝是从500个蜘蛛喷丝头中抽取出来的，这种长统袜由于太薄而不能穿；1900年巴黎世界博览会上展示了用2.5万只蜘蛛吐出的9.14万米长的丝织成的一块长16.46m、宽0.46m 的布，该产品花费太高，没有带来商业利润。
到1997年初，美国生物学家安妮·穆尔发现，在美国南部有一种被称为“黑寡妇”的蜘蛛，它吐出的丝比现在所知道的任何蜘蛛丝的强度都高。
蜘蛛丝特殊的结构和性能已引起世界各国的关注，并在纺织、医疗卫生和军事领域产生了极其重要的影响。
目前，国内外许多科学家已通过基因工程将蜘蛛的基因移植到其它动植物体内，从而使蜘蛛丝纤维实现工业化生产的梦想成为现实。
一、蜘蛛丝的组成蜘蛛丝产生于蜘蛛体内特殊的分泌腺，这些分泌腺因蜘蛛的种类不同而各异。
到目前为止，生物学家共发现了7种类型的分泌腺，常见的有葡萄腺、梨状腺、壶状腺、叶状腺、集合腺等。
蜘蛛的种类繁多，会吐丝结网的大约有2万多种。
按吐丝种类的多少，蜘蛛可分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。
古蛛亚目的蜘蛛只能吐出一种丝；原蛛亚目的蜘蛛可吐出3种丝；新蛛亚目的蜘蛛可吐出7种丝。
一般来说，新蛛亚目所有的蜘蛛都会有7种丝腺，各种丝腺分别能吐出不同性质的蜘蛛丝(见表1-6)。
蜘蛛丝的主要成份是蛋白质，其基本组成单元为氨基酸。
蜘蛛丝中含17种左右的氨基酸，各种氨基酸的含量因蜘蛛的种类不同而存有一定的差异。
蜘蛛丝的坚韧探索蜘蛛丝的强度与韧性
蜘蛛丝的坚韧探索蜘蛛丝的强度与韧性蜘蛛丝的坚韧探索蜘蛛丝的强度与韧性蜘蛛丝是一种异常坚韧的物质，拥有令人惊叹的强度和韧性。
在科学界，对于蜘蛛丝的研究一直是一个备受关注的课题。
本文将深入探索蜘蛛丝的坚韧特性，探讨其强度与韧性的来源。
一、蜘蛛丝的物理结构和成分蜘蛛丝是由蜘蛛的腺体分泌而成，经过旋转和拉伸形成纤维状的物质。
蜘蛛丝的物理结构非常精细，由蛋白质组成。
不同种类的蜘蛛丝具有不同的成分和结构，导致了它们的强度和韧性差异。
二、蜘蛛丝的强度来源蜘蛛丝的强度来自于其独特的分子结构和晶体排列。
蜘蛛丝的分子链具有高度排列的有序结构，这使得蜘蛛丝具有较高的拉伸强度。
此外，一些研究还发现，蜘蛛丝中存在纳米级别的晶体，在力学性能方面起到了关键作用。
三、蜘蛛丝的韧性来源蜘蛛丝的韧性是指其在承受外力时能够保持相对稳定的形态而不断伸缩。
蜘蛛丝之所以具有出色的韧性，与其特殊的结构和分子间相互作用有关。
蜘蛛丝中的蛋白质分子链呈螺旋状排列，这导致了蜘蛛丝的柔软性和可伸展性，使其能够承受较大的变形。
四、蜘蛛丝的应用价值蜘蛛丝的独特特性使其具有广泛的应用前景。
科学家们研究蜘蛛丝的目的之一是为了开发高强度和高韧性的材料。
目前，已经有一些尝试利用蜘蛛丝制造纺织品、建筑材料和医疗器械等。
蜘蛛丝纤维的研发有望在材料科学领域带来革命性的突破。
五、蜘蛛丝研究的挑战尽管蜘蛛丝具有卓越的特性，但其研究仍然面临着一些挑战。
首先，蜘蛛丝的采集和提取相对复杂，成本较高。
其次，蜘蛛丝的分子结构和制备过程仍然不完全清楚，需要进一步深入研究。
此外，蜘蛛丝的应用还面临着规模化生产和市场推广的问题。
六、未来展望未来，随着对蜘蛛丝研究水平的提高和技术的发展，我们有望更好地理解蜘蛛丝的特性，并将其应用于更广泛的领域。
通过深入了解蜘蛛丝的制备和力学性能，我们或许能够开发出更加先进的材料，以满足人类对高性能材料的需求。
总结：蜘蛛丝的强度与韧性源于其独特的分子结构和晶体排列。
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《河北纺织》2009年第二期（总137期） 专题研究
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蜘蛛丝与蚕丝的比较研究
王来力
（上海 东华大学 200051）
[摘 要]：从形态结构、物理性能、力学性能、热学性能及成丝机理等几个方面对蜘蛛丝和蚕丝
进行了对比分析，指出了蜘蛛丝与蚕丝的异同点，介绍了人造蜘蛛丝的发展趋势和应用前景。
[关键词]：蜘蛛丝；蚕丝；结构；性能；比较
1．引言
蚕丝发源于我国，到现在已有六千多年的历史。蚕丝是高档纺织原料，具有强
伸度好、细而柔软、富有弹性、光泽好、吸湿性好等优点，被誉为“纤维皇后”，蚕
丝织物广泛应用于人们的日常生活，在工业及国防上也有重要的用途
[1]
。蜘蛛丝作
为另一种蛋白质纤维，从上世纪90年代开始成为新材料的研究热点。蜘蛛丝具有高
强度、高韧性、高弹性和良好的耐热性能，被称为“生物钢”，在军事、航空航天以
及医疗等方面具有很大的应用潜力[2]。本文结合国内外的文献资料，对蜘蛛丝和蚕
丝进行了多方面的比较研究，指出了二者的异同之处。
2．蜘蛛丝与蚕丝的形态结构比较
纤维的形态结构在很大程度上决定纤维的性能，蜘蛛丝与蚕丝在力学性能、机
械性能方面存在较大的差异，必然是由二者形态结构的不同引起的。
蜘蛛丝是具有多级结构的蛋白质纤维，外观呈金黄色，透明，横截面为圆形，
具有皮芯层结构，芯层内含有数十根纳米级的微纤维。蜘蛛丝纤维直径平均为6.9µ
ｍ，大约为蚕丝的一半，体积重量为1.34g/cm
3
。蜘蛛丝蛋白质是由各种氨基酸组成
的多肽链按照一定方式组合而成的，其中的氨基酸主要以甘氨酸和丙氨酸为主，约
占总量的70%，其他为丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸等[3]。
蚕丝纤维多为白色或乳白色，主要由丝素和丝胶两部分组成，里面为两根平行
的丝素，外面包裹着丝胶，其他物质为蜡质、色素和无机物等。蚕丝纤维横截面呈
半椭圆形或略呈三角形，单根丝素截面呈三角形。蚕丝纤维的蛋白质是由一条长链
和一条短链构成的亚单位结构，长链主要由甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸等组成，短链
含有较多疏松残基的氨基酸
[4]
。蜘蛛丝和蚕丝的氨基酸含量对比如表1所示。
《河北纺织》2009年第二期（总137期） 专题研究
30
表1 蜘蛛丝和蚕丝的主要氨基酸含量比较（%）[5]～[6]
项目
材料
甘氨酸 丙氨酸精氨酸谷氨酸亮氨酸 丝氨酸 酪氨酸
蜘蛛丝 42 25 4 10 4 3 9
蚕丝 27 16 3 2 - 23 5
3．蜘蛛丝与蚕丝的性能比较
3.1 物理性能比较
蜘蛛丝与蚕丝都有较好的光泽度，蜘蛛丝属于轻质纤维，其中牵引丝的体积质
量与蚕丝相近，但包卵丝体积质量较小，蜘蛛丝的吸湿性能优于蚕丝。二者的物理
性能比较见表2。
表2 蜘蛛丝与蚕丝的物理性能比较
[7]
项目 材料 体积质量 （g/ cm3）回潮率 (%)结晶度
(%)
牵引丝
1.33 12.70 7.93
蜘蛛丝
包卵丝
1.30 17.40 4.34
桑蚕丝 1.33 11.00 22.50
3.2 力学性能比较
蜘蛛丝的结晶区域主要是散布的小侧基氨基酸，分子间以氢键组合，具有较大
的分子间作用力，在宏观力学性能上的反应是具有较大的断裂伸长率。另外，蜘蛛
丝非结晶区的特殊结构，使其具有较高的模量和良好的弹性。二者的力学性能比较
如表3所示。
表3 蜘蛛丝和蚕丝的力学性能比较
[8]
材料
断裂伸长率（%） 强度
（N/m
2） 韧度 （MJ/m3） 初始模量 （N/ m2
） 断裂能（J/Kg）
蜘蛛丝 27 1×109 160 6×109 1×105
蚕丝 18 6×108 70 5×109 7×104
由表3可以看出，蜘蛛丝的力学性能指标高于蚕丝，这和蜘蛛丝的结构、成丝
机理等是密切相关的。蜘蛛的腹部有很多腺体，每个腺体的功能也不相同，有的腺
体分泌出牵引丝和框丝，有的则分泌出包卵丝等，在这几种丝的共同作用下，使蜘
蛛丝具有较好的力学性能。
《河北纺织》2009年第二期（总137期） 专题研究
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3.3热学性能比较
纤维的耐高温性能通过在高温条件下纤维保持自身物理机械性能的能力来表现
出来，纤维的耐低温性能正好与此相反。在受到高温或低温作用时，纤维的强度会
下降，下降程度因时间和纤维种类的不同而不同。另外，纤维的热稳定性也是衡量
其热学性能的一个重要指标。
有实验表明，蜘蛛丝在-40℃时仍能保持其弹性，只有在更低的温度下才变硬，
蜘蛛丝的这种特点明显优于蚕丝。热分析也表明，蜘蛛丝在200℃以下表现出热稳
定性，在300℃以上才会变黄，而蚕丝在110℃以下的温度表现出热稳定性，140℃
时就开始变黄
[9]
。
4．蜘蛛丝与蚕丝的成丝机理比较
蜘蛛丝是由腹部后端的近百个纺丝管牵引纺出的，丝蛋白在位于各个腺体尾部
的特殊细胞内合成，然后被分泌到腺体的空腔内，此时的丝蛋白为液体形态。随后，
丝蛋白进入一个狭窄的管子中，其中的多肽链开始排列。从尾部分泌出的“纺丝液”
通过一个漏斗形的结构进入纺丝导管，大部分的纤维都在这一导管中形成。导管终
端有一个阀门，丝蛋白在导管内被进一步处理后从吐丝口吐出
[10]
。
蚕的纺丝过程与蜘蛛有一定的相似之处，首先，它们都是在常温下进行的液晶
纺丝；其次，二者都是由纺丝器官控制纤维的分子结构、粗细和性能；另外，二者
都具有复合纺丝的特征，蜘蛛是由腺体分泌皮层和芯层物质，蚕是由腺体分泌丝素
和丝胶。蜘蛛丝和蚕丝的纺丝过程都包括离子控制、液体延伸等过程
[11]
。
5．结语
经过以上比较可以看出，蜘蛛丝的力学性能、热学性能等都优于蚕丝，二者的
纺丝机理基本上相同，所不同的是蚕丝可以大规模的获得，而蜘蛛丝的大规模获得
具有很大的难度。随着科技的发展，人们利用转基因技术、人工合成技术等获得蛛
丝蛋白，然后经过纺丝工艺得到人造蜘蛛丝，生产出的人造蜘蛛丝具有和天然蜘珠
丝相近的性能。蜘蛛丝强度和韧度较高，可以用来制作防弹衣，用于军事；蜘蛛牵
引丝具有促进伤口愈合的作用，在伤口包覆材料上具有广泛的应用价值。作为新型
纤维，可以预期在不久的将来，人们将采用生产化学纤维的方法加工出仿蜘蛛丝的
产品，使蜘蛛丝的应用价值得到最大的发挥。
参考文献
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* * * * * * * * * * *
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纺织厂工序多，机器多，但对工艺节能研究的较少，工艺节能大有潜力。如各
机马达轮直径没有引起重视，实际上在工艺参数配置时一定要注意马达轮直径应小
于马达转子直径，这样配置可以达到节电目的。
从理论上讲，不管是哪种机器，启动或正常运转中，所需要转矩是一定的，这
样如放大马达轮直径，不变的转矩配大直径轮其扭矩是很大的，这样对电机输出转
矩就会加大，而耗电增加。
五、照明用电。应积极推广节能灯照明，尤其是在厂房全封闭、24小时照明的
新企业，更应考虑节能型照明灯具。
总之，节能工作涉及面广，繁琐复杂，潜力很大。目前能源成本在产品成本中
占有一定比重，面对当前严峻的形势，能源管理工作更应该引起我们的重视。节能
工作是群众性工作，只要依靠科技进步并加强管理，认认真真从细微处做起，就一
定能见到实效。