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50中国纤检 2010年 5月（上） 标准·检验 Standard Thermal property;Tensile property; Alkali solubility difference;Spectroscopy;Cash mere;Wool浅谈羊绒与羊毛纤维鉴别检测的策略与方法Exploring Identification Methods of Cashmere and Wool文/毛晓芳 林素君 胡君曼 龚 512010年 5月（上） 中国纤检 标准·检验 Standard & Inspection左: 环状、斜环状鳞片( ×1000) 右: 瓦块状鳞片( ×1500)图1 羊毛的显微结构山羊绒的鳞片结构相似，多数呈环状、斜环状，鳞片清晰，排列较均匀、规则，鳞片长度大于宽度，边缘翘起程度不明显（见图2)比较羊毛和羊绒纤维的超显微结构发现，羊毛纤维的鳞片间距小，鳞片密度大，交搭的鳞片很多；而羊绒的鳞片间距大，鳞片密度小，显微镜下观察纤维反光柔和且纤维条干均匀（见图2）1.2 比较羊绒、羊毛纤维的组织结构 1)羊绒纤维由外到内由鳞片层、皮质层组成，不含髓质层，排列顺序规则；而羊毛纤维由外到内则由鳞片层、皮质层及髓质层组成，排列杂乱无序（见图3）。

2)羊毛纤维的鳞片排列与羊绒的鳞片相比，紧密且更厚3)山羊绒纤维和羊毛纤维的主体均为皮质层，但羊毛的正偏皮质在长度方向上转换了方向，而羊绒不换向图2 羊绒的显微结构左：山羊绒 右：羊毛图3 羊绒、羊毛纤维的组织结构1.3 归纳羊绒、羊毛纤维常用的鉴别方法表1归纳了根据羊绒、羊毛纤维的结构特征进行鉴别的几种常用方法，比较了其局限性表1 羊绒、羊毛纤维的常用鉴别方法2 羊绒、羊毛纤维鉴别检测的新策略与方法不同的鉴别方法具有不同的特点、优劣与局限性，本文从热学性能、摩擦性能、拉伸性能、碱溶度、光谱特征等方面提出了几种较为简单的鉴别策略方法，希望能对从事检测的人员有所帮助2.1 羊绒、羊毛纤维结构与热力学性能研究山羊绒、羊毛纤维是天然的生物高聚物，其微细结构是结晶的基原纤分散在无定型基质中，是目前最复杂的纤维结晶度是指聚合物材料中结晶部分的质量或体积分数，用来表示结晶的程度结晶度对纤维的热学性能、光学性能、机械性能、定型性能、耐光老化及耐热老化性能等影响很大，因此研究纤维的结晶度具有非常重要的意义国外在角朊纤维的结晶结构方面研究较多，主要运用广角X—射线衍射法（WAXD）和热分析法，热分析法又包括差示扫描量热法(DSC)及热机械分析法(TMA)，而我国很少进行相关研究。

下面介绍采用WAXD、DSC技术，深入研究山羊绒、羊毛纤维结晶结构的异同2.1.1 广角X—射线衍射法（WAXD）[1]由于山羊绒纤维短、单纤维强力低、细度细、柔软、有卷曲，难以得到平行的纤维束，因此采用哈氏切片器将纤维试样切碎成粉末，纤维粉末越细越好，以消除取向，保证其X—射线衍射图谱的各个方位角不变采用日本理学（Rigaku）DMAX RB-Ⅱ型进行WAXD测试鉴别方法 的分类鉴别方法的名称鉴别方法的局限性化学方法燃烧鉴别只能从表面上区分，主观性强染色鉴别只适用于未染色纤维，染色时 要绝对均匀，精度不高测纤维中的氨基 酸、多肽及脂肪 含量因加工处理过程、动物生长环 境和喂养饲料的不同而变化物理方法感官鉴别用手摸、拧等感觉来检测，只 能从表面上区分，主观性强计算机图像 分析法可操作性较复杂，测速慢，成 本高，不能反映纤维内部特征扫描电子 显微镜法价格昂贵，测试速度慢，有主 观性对数据不能统计计算扩展溶液法将掺伪绵羊毛做预处理，使扩 展溶液法无法检出，受到局限光学投影 显微镜法图像分辨率低，靠肉眼判断， 主观性强，误差大密度梯度法难于鉴别中空纤维光谱法测试速度慢，设备要求高生物方法单核苷酸 多态性（SNP）测速慢，成本高，未达到可接 受的水平，目前尚未广泛应用DNA法52中国纤检 2010年 5月（上） 标准·检验 Standard & Inspection为比较分析山羊绒、羊毛纤维的曲线（5?～40?），将这两种纤维实测的WAXD曲线以2θ=14°的峰谷强度值归一化，如图4所示。

粉末样品WAXD方法适合于比较两种纤维结晶度的大小，图4定性地表明山羊绒纤维的结晶度大于羊毛图4 山羊绒 、羊毛纤维的WAXD曲线比较图采用Segal[2]提出的计算结晶指数的经验方法，计算山羊绒、羊毛纤维的结晶指数，并进行相对比较结晶指数计算公式为：（1）CI——结晶指数；I9?——WAXD曲线在2θ=9?左右的最大衍射峰强度；I14?——WAXD曲线在峰谷2θ=14?的衍射峰强度根据式（1），山羊绒、羊毛纤维三次测试的平均结晶指数CI分别为 0.48和0.39如以山羊绒纤维的相对结晶指数为100%，则羊毛纤维的相对结晶指数为81.2%2.1.2 差示扫描量热仪法(DSC)[1]采用美国Perkin-Elmer公司的DSC PYRIS-1型进行测试山羊绒、羊毛纤维的DSC曲线比较图见图5，其熔融峰参数见表2图5 山羊绒 、羊毛纤维的DSC曲线比较图表2 山羊绒、羊毛纤维熔融峰参数（三次测试结果的平均值）注：第一个熔融峰温tm1由DSC程序自动计算出，第二个熔融峰温tm2为人工测出从图5可以看出，山羊绒纤维的双熔融峰形态与羊毛纤维有细微差异Tester D.H.[3]报道两种纤维的双熔融峰形态差异或许与皮质细胞的含量不同有关。

Wortmann F-J[4，5]、Huson M.[6]报道了羊毛在水中的双熔峰温度（见表3），其DSC仪器程序自动计算出的山羊绒纤维双熔融峰的熔融烩△H为22.082J/g，羊毛纤维的熔融烩△H为16.734 J/g由于α-角朊纤维的熔融烩反映了α-结晶度，可见山羊绒纤维的α-结晶度较羊毛纤维高如以山羊绒纤维的α-结晶度为100%,则羊毛纤维相对为75.8%表3 美利奴细羊毛在水中的双熔融峰温度2.1.3 热力学的研究结论山羊绒、羊毛纤维的WAXD衍射峰强度及DSC熔融烩的比较分析表明：山羊绒纤维的结晶度、α-结晶度均高于羊毛纤维，大分子排列规整性好；羊毛纤维的结晶度、α-结晶度分别为山羊绒纤维的81.2%及75.8%；山羊绒纤维的玻璃化温度比羊毛纤维高约5℃，转化范围宽约5℃2.2 羊绒、羊毛纤维结构与摩擦性能研究采用 Y151 型摩擦因数测定仪进行纤维与皮辊的静摩擦因数和动摩擦因数测试[7]，测出顺、逆鳞片的静、动摩擦因数，如表4所示表4 超细羊毛、山羊绒纤维的摩擦性能对比由上表可以看出，羊绒、羊毛纤维的静摩擦因数均大于动摩擦因数，羊绒的摩擦效应值低于细羊毛纤维因此，从防止羊毛缩绒的效果来看羊绒纤维比羊毛纤维好，羊绒纤维在摩擦性能上明显优于羊毛纤维。

2.3 羊绒、羊毛纤维结构与拉伸性能研究[8]在单纤维拉伸试验前，用光学显微镜测试其直径，每根纤维测5个位置，取其平均值为该根纤维的直径(μm)，并将其换算为线密度（dtex）进行单纤维拉伸试验时，输入所测纤维的线密度，试验完成后仪器可自动计算出该根纤维的比强度、拉伸模量及断裂比功等采用Hearle法确定山羊绒、羊毛纤维有代表性的拉伸应力应变曲线，即CI(%)=————I9?－I14?I9 ?样品tm1/℃tm2/℃(tm2－ tm1) /℃起融温 度/℃熔融焓 ΔH/(J.g-1)山羊绒235.4092415.591226.70922.082羊 毛234.1472416.853226.16416.734研究者tm1/℃tm2/℃(tm2－ tm1) /℃WortmannF-J[4,5]138.9±0.70143.0±0.784.2±0.98Husan M[6]146.9152.25.3品 种静摩擦因数静摩擦 效应/%动摩擦因数动摩擦 效应/%顺鳞片逆鳞片顺鳞片逆鳞片 细 羊 毛0.3510.61927.980.2940.49024.98羊 绒0.3960.59320.270.2920.41617.54532010年 5月（上） 中国纤检 标准·检验 Standard & Inspection选出强力、断裂伸长率及拉伸模量最接近平均值的单纤维的强伸曲线为该样品的代表性曲线[9]，见图6。

采用 Rheometric Scientific DMTA Ⅳ动态热机械分析仪测试拉伸应力拉伸应力松弛的指标:残余应力率 =σ( t)/σ(1) = F( t)/F(1)拉伸变形程度 =[F(1) － F( t)]/F(1)× 100 %拉伸应力松弛速率为残余应力率的时间对数关系拟合直线斜率的绝对值图6 山羊绒单纤维拉伸及拉伸应力松弛曲线2.3.1 比较山羊绒与羊毛纤维的强伸性能[8]采用t检验，在a= 0.05水平下与羊毛相比，山羊绒单纤维线密度小、断裂强力低、拉伸模量高、比强度高，但断裂伸长率、断裂比功没有明显差异（见表5）表5 山羊绒、 羊毛纤维的强伸性能对比α-角朊纤维拉伸应力应变曲线的拉伸模量主要与α-螺旋链的结晶度有关，结晶度越高纤维拉伸模量越高山羊绒纤维拉伸模量高于羊毛的力学性能（见图7），这与分析仪器测试结果[1]相一致图7 山羊绒、羊毛纤维的拉伸应力应变代表性曲线图8 山羊绒、羊毛单纱残余应力率时间关系曲线2.3.2 比较山羊绒、羊毛单纱的松弛性能[8]由山羊绒、羊毛单纱在115%拉伸应变、80℃热空气中残余应力率时间关系曲线（见图8）可以看出，山羊绒单纱的残余应力率大于羊毛，即山羊绒单纱的拉伸松弛速率慢于羊毛。

这是由于山羊绒纤维结晶度高于羊毛，在相同条件下，大分子运动能力较弱2.3.3 拉伸性能的研究结论与羊毛相比，山羊绒纤维的比强度、拉伸模量高，弹性特征更明显，该力学特性与山羊绒纤维α-结晶度高于羊毛相一致 纱线、织物的定型过程是指通过物理、化学或物理化学的处理，使其内部的应力松弛，达到最小能量平衡状态在同样条件下，山羊绒纤维拉伸松弛速率慢于羊毛，说明山羊绒纱线与羊毛纱线相比较难定型2.4 羊绒、羊毛纤维碱溶度差异的研究[10]2.4.1 原理碱溶度研究主要测定了羊绒及羊毛纤维在NaOH 溶液中的溶解度随溶液浓度、温度及作用时间的变化情况碱对蛋白质纤维有明显的破坏作用，碱能使蛋白质纤维大分子中的盐式键断开（与羟基起化合作用），并使胱氨酸发生水解反应式如下:形成的硫醇基（亚磺酸）对碱性介质不稳定，分解成醛和硫化钠，纤维部分溶于碱而使重量变轻碱溶度的计算公式如下： （2）式（2）中，G1 为原试样干重；G2 为残留试样干重2.4.2 碱溶度测定[11]参照羊毛与涤纶定量分析中所用的仪器和步骤，测出项目山羊绒羊毛纤维线密度/dtex平均值2.393.30标准差0.621.06断裂强力/cN平均值3.854.80标准差1.251.29断裂伸张率/%平均值43.1245.56标准差5.866.96比强度/（cN/dtex-1）平均值1.631.43标准差0.430.32拉伸模量/（cN/dtex-1）平均值35.1725.08标准差8.346.73断裂比功/（cN/dtex-1）平均值0.450.41标准差0.150.14NaOHRC=HC－CH2－S(OH) R=CH－CHO+Na2S碱溶度=————×100%G1－G2G154中国纤检 2010年 5月（上） 标准·检验 Standard & Inspection经各种条件的碱溶液溶解后的残留试样干重，然后按式(2)计算碱溶度。

羊绒及羊毛的碱溶度随温度、碱浓度、处理时间变化的试验结果分别见表6、表7、表8表6 羊绒及羊毛的碱溶度随温度的变化情况试验条件:碱浓度0.5%，处理时间45min表7 羊绒和羊毛的碱溶度随碱浓度的变化情况试验条件:温度65℃，处理时间30。