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1、纤维技术 F i b e r T e c h n o l o g y 纺织导报 China Textile Leader 2005 No.356 天然纺织材料 羽毛纤维的形态结构 华南理工大学材料科学与工程学院 杨崇岭 赵耀明 广州中羽基业羽绒纺织品有限公司 刘立进 摘要利用偏光显微镜和扫描电镜对鹅鸭羽绒羽毛的不同部位进行观察研 究了鸭毛 鹅毛以及鸭绒 鹅绒的外观形态结构 尤其对羽毛羽小枝两侧的不同 结构和羽枝的截面空腔结构作了较详细的比较和描述 本研究为羽绒 羽毛的纺 织加工 羽毛纱线及其纺织品的制备和标准化提供基础资料 关键词鸭毛鹅毛羽毛羽绒形态结构 中图分类号 T S 1 0 2 . 3
2、 1 9 文献标识码 A 文章编号1 0 0 33 0 2 5 2 0 0 5 0 30 0 5 60 4 羽毛羽绒具有轻暖软的特点作为一种绿色纤 维材料具有其它材料不可替代的优势我国羽绒 羽毛 资源丰富年产量6 0 多万t 国内已经形成近3 0 0 亿元的 市场规模 1 羽绒作为保暖填充材料虽已得到非常广泛的 应用 但羽毛的利用率却很低 8 0 % 以上被作为废弃物处 理 若能将羽毛纤维变成可纺性材料 应用于纺织服装领 域对我国经济可持续发展和绿色消费将具有重 大意义 国家级星火科技项目 羽绒 羽毛纤维纱线 及其制品经过开发取得了突破性进展 广州中羽基业纺织 品有限公司成功地将羽绒 羽毛加工
3、成可纺性纤维 制成 羽毛纺织制品 如羽毛非织造布保暖絮片 羽毛纱线及羽 毛牛仔布等有理由相信在不久的将来 羽毛作为一种 天然蛋白质纤维 可以且应该成为一种新型纺织材料 作为一种天然的绿色纺织材料 羽毛 羽绒的形态及 结构都将直接影响到其纺织加工性能和服用性能 有关羽 毛形态结构的报道常见于鸟类羽毛 2 如鹤类羽毛的微观 2 . 5 . 7 甲壳素纤维 甲壳素纤维是以虾 蟹等甲壳为原料 经提纯和化学 处理后纺丝而成的纤维 有极好的生物相容性 是理想的 卫生 保健纺织品和医用材料 适于做内衣和医用敷料 我 国已经开始小规模产业化因其资源丰富性能良好 应 在提高工程化水平的基础上适当扩大市场和产量
4、2 . 6 改进粘胶纤维生产技术 粘胶纤维因其独特的性能 仍有一定市场潜力 对于 粘胶生产中的环保问题 国外已有了一些改善措施 如印 度的B i r l a 公司利用明矾代替硫酸锌做纺丝浴 以减少污 染并可提高纤维的光泽和手感丹麦的T O P S O E 托普 索公司开发了能够回收硫酸的R E G E S O X 技术L e n z i n g 公司开发了回收 C S 2的B I O G A T技术 CTL 连续纺粘胶长丝生产技术国外自2 0 世纪4 0 年代开发 以来已经有了第三四代机型有较强的技术经济优 势 丝的质量均匀一致 染色性能好 速度高且工序少 减 少人工操作结构紧凑占地省能耗低国
5、内已有几家 引进了数十台连续纺丝机 我国应该在博采众长的基础上 自主创新 3 结语 在走新型工业化和可持续发展道路这个大前提下 今 后1 0 年左右 我国化纤现有的大类品种和差别化 功能性 及高性能纤维 将继续较快发展 随着工程建设水平的不 断创新和现代化高技术含量高附加值 具有环境友好 及特殊用途的纤维也将不断出现 未来的化纤产业将是用 高科技改造传统纺织产业的突破口 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织导报 China Textile Lead
6、er 2005 No.357 纤维技术F i b e r T e c h n o l o g y 作者简介杨崇岭男1 9 7 6 年生博士在读广州5 1 0 6 4 0 结构 3 和大鸨羽毛的微观结构 4 等对于鸭鹅等禽类 羽毛形态结构的研究并不多见 本文利用扫描电镜及偏光 显微镜等研究手段对鸭鹅羽毛 羽绒的外部形态及微 观结构进行了详细观察和研究 旨在为羽毛 羽绒纤维及 其制品的开发应用提供基础资料和数据 文中有关大毛片 小毛片以及羽绒 羽毛结构中不同部分的定义 均依照国 际羽绒羽毛局1 9 9 4 年6 月颁布的羽绒羽毛专业术语的定义 确定 1 实验 1 . 1 实验原料 工业水洗后完整的
7、鸭毛片 鹅毛片 鸭羽枝 鹅羽枝 鸭绒鹅绒由广州中羽基业羽绒纺织品有限公司提供 1 . 2 仪器及设备 N i k o n Y S 2 型透射偏光显微镜 南京江南光电股份有 限公司 Y 1 7 2 型纤维切片器哈氏切片器常州纺织仪器 厂 X L 3 0 F E G 型扫描电子显微镜 荷兰P h i l i p s 公司 1 . 3 实验方法 1 . 3 . 1 羽片形态观察 将完整的羽毛片自然平放于颜色较深的水平台面上 直接拍摄其基本形态 1 . 3 . 2 羽枝表面观察 为保证观察时羽枝处于同一观察平面选用羽干细 小羽枝排列整齐的小羽片采用光学显微镜进行观察 1 . 3 . 3 羽枝截面观察
8、用哈氏切片器分别对鸭 鹅羽枝进行切片 切片时 先 用火棉胶滴加于羽毛纤维束上待完全固化后切下薄片 转移至载玻片上滴加少许甘油加上盖玻片 置于光学 显微镜下进行观察 1 . 3 . 4 绒丝节点观察 为保证被观察的多条绒丝处于同一观察平面 选用绒 核较小的绒丝采用光学显微镜进行观察 1 . 3 . 5 羽枝表面S E M 观察 选取普通鸭毛羽枝和鹅毛羽枝 预先镀金后 用扫描 电镜进行观察工作电压为1 5 k V 2 结果与讨论 羽毛按其形态功能可分为正羽 绒羽和纤羽 正羽 是覆盖体表绝大部分的羽毛决定鸭鹅的外表形状 又 称被羽 如翼羽 尾羽以及覆盖头 颈等躯干各部的羽毛 有完整的结构 绒羽为正羽
9、所覆盖 密生于禽类皮肤的表 面 构成整个羽毛的内层 绒羽在结构上与正羽有较明显 的区别其特点是羽干细而短甚至呈点状 柔软蓬松的 羽枝直接从羽根部生出 呈放射状 绒羽的羽小枝上没有 小钩或者小钩很不明显 它构成隔湿层起保温作用 为最 好的保温填充料 是羽毛中价值最高的部分 平常所说的 羽绒就是指羽毛的绒羽部分 绒羽中由于形态 结构的不 同可分为朵绒图1伞形绒和毛形绒等几种类型 朵 绒没有羽干 只有一个小的绒核 细小的羽枝从绒核放射 状生出形成飘逸的绒丝纤羽又叫毛羽 分布于所有羽 区 羽轴较硬 仅在羽轴的顶部有少数羽枝 保温性能差 因此利用价值也较小 如图1 所示 正羽的羽毛片是由羽轴及其两侧的羽
10、片 构成 羽轴分为羽根和羽干 羽根为羽轴下端无羽枝的部 分较粗为无色透明的管状结构下端有孔羽根的基 部着生在皮肤内 羽干为羽轴上端较长的部分 形状扁平 且有一定厚度向稍端逐渐变细有一定的弹性 在羽干 的腹面有纵贯羽干的浅沟 称腹沟 羽干两侧的羽片由一 系列斜行排列约 4 5 角的羽枝构成这些互相平行 彼此相邻的羽枝上 又斜生着许多彼此平行的羽小枝 通常羽轴长度超过 1 0 0 m m 或羽根长度超过9 . 5 m m 的正羽 称之为大毛片 羽枝的长度及直径波动范围很大 它们与羽片大小 家禽类别和羽毛的生长状况都有直接关 系 实验中测得的鸭 鹅毛的毛片对应的羽枝长度范围为 8 6 0 m m 平
11、均长度为2 7 . 5 m m 羽枝的直径变化范围 在2 0 . 9 6 1 0 2 . 7 3 m 之间 平均直径为5 8 . 8 7 m 2 . 1 鹅毛与鸭毛毛片的区分 鹅毛与鸭毛的毛片在外部形态上有明显的区别通 常 鹅毛毛片的组织结构紧密 稍端宽而齐 似切断状 羽 片较宽 呈较大的弧形弯曲 根部羽绒部分较鸭毛的发达 图1 羽毛片及羽绒的结构及名称 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤维技术 F i b e r T e c h n o l o
12、g y 纺织导报 China Textile Leader 2005 No.358 离较短 约为菱节长度的4 5 倍 图8 鹅绒的菱节相 对较小一般为不透明状也是3 个1 组有规律地排列于 羽小枝的稍端 但节间距离较鸭绒的大 约为其菱节长度 的6 8 倍 图9 此外还发现 绒丝羽小枝上的菱节形 态与绒的生长状况有关 新生的绒丝 其羽小枝上的菱节 相对较小数量要少于3 个且并非规则的三角形有的 只是略微突起有的则出现分叉即所谓的刺 可以看作 是向成熟羽小枝的过渡状态图1 0但总体而言这类 现象是少数 不如前者有代表性 而且常见于毛片根部的 绒丝 实际上它们处于从绒丝向羽枝的过渡状态 图6 鸭羽羽
13、小枝 勾挂状态4 0 图7 鹅羽羽小枝 勾挂状态4 0 图4 羽小枝上的结节和刺图5 羽枝两侧羽小枝的 不同形态1 0 0 鸭毛毛片则相反 弧形弯曲较小 羽毛稍端成略尖的圆头 状羽轴较鹅毛细软另外 白鸭毛色泽不如白鹅毛那样 洁白光亮图2 与图3 分别为普通鹅毛和鸭毛毛片实物照 片 2 . 2 羽枝的特殊结构 羽枝两侧附生有羽小枝 对于同一根羽枝来讲 其两 侧的羽小枝是有区别的 靠近羽枝根部约1 / 4 长度的部分 其两侧的羽小枝是自由伸展的 类似于绒 成对称状态分 布如图 2 与图 3 所示其上有近似对称的结节或刺结 节和刺的数量从几对到十几对不等 与羽枝的生长状况有 关图4羽枝上方约3 /
14、4 的部分其两侧的羽小枝形 态不同一侧是自由伸展的与羽枝轴线夹角约为4 5 即远邻羽小枝 在远邻羽小枝上附生有伸展的更小的羽小 枝 即羽小钩 另一侧的羽小枝与羽枝轴线夹角约为3 0 称为近邻羽小枝 其上生有锯齿状的突起和小钩 并且分 布于羽小枝的两侧方向通常是相反的 图5 相邻的羽 枝上 其自由伸展的远邻羽小枝与另一侧的近邻羽小枝成 对交替排列 相邻的羽小枝借这些羽小钩互相互钩连 形 成完整致密的羽片 2 羽毛毛片另一个明显特征是 鸭羽羽枝之间的近邻羽 小枝和远邻羽小枝两部分是完全交错的 图6 而鹅毛的 近邻羽小枝和远邻羽小枝是部分交错的 交错部分约占两 羽枝间距的3 / 5相对鸭羽而言 排列
15、得更加致密 图7 2 . 3 鹅绒与鸭绒结构的区分 鸭绒与鹅绒的整体外观上没有很大区别 借助普通光 学显微镜 将绒丝放大几十到上百倍 可以看到绒丝的羽 小枝上有明显的三角形菱节 鸭绒的菱节较大 呈透明或 半透明状 3 个1 组有规律地排列于羽小枝的稍端 节间距 近邻羽小枝 远邻羽小枝 羽枝 突起或小钩 图8 鸭绒节点1 0 0 图9 鹅绒节点1 0 0 图1 0 节点与刺共生的羽小枝 1 0 0 图2 鹅毛毛片图3 鸭毛毛片 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the water
16、mark 纺织导报 China Textile Leader 2005 No.359 纤维技术F i b e r T e c h n o l o g y 2 . 4 鸭羽枝与鹅羽枝截面 鉴定一般的织物纤维 通常会参考纤维纵面和截面的 照片此前已有天然纤维诸如羊毛兔毛蚕丝的纵 面和截面照片 5 为了对鸭鹅毛纤维有更深入认识 也 采用此方法对鸭毛和鹅毛的羽枝纤维进行观察 如图1 1 和 图1 2 从图1 1 与图1 2 可以看到鸭鹅毛的羽枝截面呈皮芯 结构 它不同于常见哺乳动物毛所特有的皮质细胞双边分 布的结构因而很难卷曲鸭 鹅毛的羽枝截面形态没有 太大的区别 整体上都呈近似椭圆形结构 羽毛的皮质
17、层 较为致密厚度很不均匀该层的外表面为细胞膜层 它 是由甾醇与三磷酸酯的双分子层膜组成的 均为难溶于水 的物质 因而羽毛纤维具有良好的防水性能 膜的内层是 蛋白质称为羽朊它是组成羽毛纤维的主要成分 对纤 维起支撑作用 在羽毛纤维的蛋白质分子中 各种氨基酸 相互结合成多肽成为羽朊的初级结构 6 从图1 1 与图 1 2 还可看到芯层结构非常疏松 呈泡状结构 部分芯层 内含有空洞甚至形成完全的空腔 这种特殊的结构赋予羽 毛特有的轻盈保暖的特点 2 . 5 羽枝侧面形态比较 羽枝表面形态可作为鉴定羽毛纤维的参照标准 利用 扫描电镜对鸭鹅羽枝纤维的表面 图1 3图1 4进行观察 并与羊毛纤维图1 5
18、进行比较 由图 1 5 可以明显地看到 7 羊毛纤维表面具有排列 均匀的鳞片层结构 正是由于鳞片层的存在 羊毛纤维相 互移动时会产生羊毛纤维所特有的缩绒现象 8 人们还 图1 3 鸭羽枝表面图1 4 鹅羽枝表面 图1 5 羊毛表面 CTL 发现一些常见的毛和绒如牦牛骆驼兔等哺乳动物 的毛和绒 其表面都存在鳞片层 这些动物毛纤维也存在 不同程度的缩绒现象由图1 3 和图1 4 可以发现羽毛纤维 具有完全不同于哺乳动物毛纤维的表面形态 图中看不到 明显的鳞片层 只有高低起伏的纵向排列的纹理 鸭羽枝 与鹅羽枝的表面形态没有明显区别 3 结论 利用光学显微镜和扫描电镜分别研究了鸭鹅羽片 羽枝表面和羽枝
19、截面 绒丝节点的表面形态 并对比研究 了鸭 鹅毛绒的结构特征及区别 研究发现羽毛纤维具有 完全不同于哺乳动物毛纤维的表面形态 没有明显的鳞片 层只有高低起伏的纵向排列的纹理因而 羽毛纤维不 存在缩绒现象 具有良好的蓬松性和保暖性 手感顺滑 但 抱合性差鸭鹅毛的羽枝截面均呈皮芯结构 皮质层较 为致密 厚度很不均匀 芯层结构非常疏松 呈泡状结构 部分芯层内含有空洞甚至形成完全的空腔 鸭绒的菱节较 大呈透明或半透明状节间距离较短 鹅绒的菱节相对 较小一般为不透明状节间距离较鸭绒的大 本研究为 羽绒 羽毛的纺织加工 羽毛纱线及其纺织品的制备和标 准化提供了基础资料和理论依据 参考文献 1王华雄 林德康
20、 付 劲. 羽绒及其制品的质量与检验 M. 北 京 中国纺织出版社 2 0 0 0 . 2D a v i e s A . M i c r o m o r p h o l o g y o f F e a t h e r s U s i n g S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p eJ. J F o r e n s i c S c i1 9 7 01 0 1 6 5 1 7 1 . 3景松岩 徐艳春. 红嘴鸥动力羽毛显微结构的初步研究 J. 野 生动物 1 9 9 44 3 7 3 9 . 4费荣梅 田秀华. 大鸨羽毛微观结构研究 J
21、. 东北林业大学学 报 2 0 0 21 4 0 4 3 . 5 薛纪莹. 特种动物纤维产品与加工 M. 北京 中国纺织出版 社 1 9 9 8 . 6金 阳 李薇雅. 几种天然蛋白质纤维结构与性能的研究 J. 毛纺科技 2 0 0 01 2 3 2 6 . 7C W K a n . S u r f a c e P r o p e r t i e s o f L o w t e m p e r a t u r e P l a s m a T r e a t e d W o o l F a b r i c sJ. J o u r n a l o f M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y 1 9 9 88 3 1 8 0 1 8 4 . 8 姚金波滑钧凯刘建勇. 毛纤维新型整理技术M. 北京 中国纺织出版社 2 0 0 0 . 图1 1 鸭毛羽枝截面 1 0 0图1 2 鹅毛羽枝截面 1 0 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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