家蚕平面茧与普通茧微观结构和部分性能对比

众所周知，家蚕成熟后会在具有三维结构的结茧工具上进行吐丝，结成椭圆形的蚕茧。不同品种蚕茧结构和性能之间有较大的差异［1-3］。但如果将吐丝场所限定为二维结构，熟蚕难以找到最佳的营茧场所，则会在平面上编织出一片平面丝块，这就是所谓的平面茧。由于平面茧蓬松柔软，可任意裁剪且制作方便，常被用于高档丝绵被、丝绵类衣服的填充原料。目前使用较多的平板材料有附着尼龙纱网的塑钢蚕箔、塑料薄膜、纸板、三合板、纱窗网等［4-10］。不同平板材料对蚕的吐丝量和平面茧成型的影响各不相同。因此，本文采用常用的纸板和塑料薄膜结合，制备平面茧，对平面茧以及平面茧丝的微观结构和力学性能进行分析，并与普通茧的微观结构和力学性能进行对比，为进一步开发和利用平面茧提供参考。

1 材料和仪器

1.1 材料

家蚕品种：夏芳×秋白。平板：铺有塑料薄膜的长方形硬纸板。

1.2 平面茧的制备

首先准备一块长方形的硬质纸板，纸板上铺上一层薄薄的塑料薄膜，然后将排尿后的熟蚕均匀放置在平板上。为了减少家蚕的爬动，设置了黑暗的环境。吐丝温度为25℃，湿度为65%。上蔟后3～4 d家蚕基本完成吐丝，待其化成蚕蛹后将蛹取出，最后得到平面茧丝（图1）。

  

图1 平面茧丝制备工艺过程

1.3 样品测试

采用扫描电子显微镜（SEM，Phenom Pro，荷兰）对平面茧、普通蚕茧、平面茧丝以及普通蚕丝的微观形貌进行观察。SEM观察之前会对样品进行喷金以提高其导电性。采用电子万能试验机（MTS-E44-1 kN）对平面茧和普通茧的力学性能进行测试，将样品裁剪成3 mm×3 cm的长条，样品夹持隔距为1 cm，拉伸速度为2 mm/min。采用纤维拉伸机（AGS-X）对平面茧丝和普通蚕丝进行力学性能测试，测试之前统计每一根蚕丝的直径。样品拉伸速度为0.5 mm/min，隔距为1 cm。测试环境中温度为20±2℃，湿度为65%±2%。试验数据均采用SPSS软件的独立样本T检验进行显著性差异统计分析。

坤二少爷接在手中，疾速扫视一遍，不由心中一喜。他放下贴，微微一笑，说：“贵府的凶险就在这贴子之中。天机不可泄露，在下告退！”便站起身，做出要走的样子。

通过对平面茧和普通茧的拉伸力学性能进行对比试验，得出拉伸断裂应力应变曲线（图4）。由图4我们得出普通茧可以承受的最大断裂强度为32.11 MPa，平面茧的断裂强度10.66 MPa，且普通茧丝延伸率为18.46%，略高于平面茧的延伸率17.59%（表2）。采用独立样本T检验对数据进行显著性差异性分析（表2所示），结果表明两组断裂强度数据的P＜0.001，延伸率数据的P＞0.050，说明平面茧断裂强度显著低于普通蚕茧，而延伸率无显著性差异。因此，平面茧拉伸性能差于普通茧，推测其主要原因在于平面茧结构疏松多孔，单位面积上蚕丝纤维数量较少，从而导致平面茧较差的拉伸力学性能。

2 结果与讨论

2.1 平面茧与普通茧结构对比

平面茧和普通茧的外观形貌和微观结构的对比分析见图2。通过普通图像可以清楚地看出：平面茧与普通茧在形状上有明显差异。普通茧是一个椭圆体，而平面茧是一个平板，没有规则的地方，类似于无纺布。通过SEM图像可以看出：平面茧整体结构和普通茧结构差异较大，平面茧丝杂乱交织，而普通茧是规则的“∞”叠放。通过对比，普通茧的各条丝之间联系得更加紧密，不易松动，也就造成了它外壳较硬，不易剖开的现象；而平面茧丝结构多孔、疏松，相对来说更加柔软，所以也就使得平面茧丝在商业上常用来制作蚕丝被，缫丝价值则较低。

  

图2 平面茧和普通茧形貌结构图

2.2 平面茧生丝和普通茧生丝结构对比

图3为平面茧丝和普通茧生丝的SEM微观形貌图，从中可以看出，两者在微观结构上无明显差异，均为两根并列的丝素被外层丝胶所包裹。我们通过对大量的蚕丝的直径进行统计分析，得出普通蚕丝的直径为21.53 μm，平面茧的蚕丝直径22.65 μm，平面茧茧丝直径稍大。采用独立样本T检验对数据进行显著性差异性分析（表1所示），结果表明两组直径数据的P＞0.050，说明直径无显著性差异。

  

图3 平面茧丝和普通茧生丝微观形貌

 

表1 茧丝直径 T检验结果

  

类型平面茧丝普通茧丝均值22.653 21.533标准差3.372 0.610观测值15 15 FtP 29.976 Sig.01.264 df 14.9130.225均值差值1.119标准误差值0.885

2.3 平面茧与普通茧拉伸力学性能对比

这些书法作品中，有三件署有年款，分别为：“辛巳”（1941年）；“癸未除夕”（1943年除夕，此件并有上款“伯华我兄属”）；“己丑秋日作于香岛”（1949年）。一件署有日期款，同时亦有年龄款、地名款，即“三月廿六日写于香江，八十九老人，李铁夫”。另有17件署有年龄款。其中一件署款为“八十九老人”外，其余16件署“八十八老人”。

直剪试验所用的试样为人工制备,在整个试验过程中严格控制试样状态.为了验证试验的精确性,进行了重复试验.图3为纯水饱和下纯膨润土试样的平行试验结果.由图3可知,两次直剪试验结果非常接近,因此在其他试验中不再进行重复试验.

 

表2 蚕茧力学性能 T检验结果

  

项目Ft断裂强度/MPa延伸率/%类型平面茧普通茧平面茧普通茧均值10.66 32.11 17.59 18.46标准差2.22 5.74 3.35 4.41观测值10 10 10 10 1.198 Sig.0.288-11.021 df 11.631 P 0均值差值-25.698标准误差值-17.188 1.5980.222-0.49816.7920.624-4.5692.825

2.4 平面茧生丝和普通茧生丝断裂强度和延伸率性能对比

对生丝的应力应变曲线（图5）数据进行分析汇总得出普通茧生丝断裂强度和延伸率分别为222 MPa和30.11%，与文献中报道一致［11-12］，而平面茧生丝断裂强度为304 MPa，延伸率为34.26%。采用独立样本T检验对数据进行显著性差异性分析（表3），结果表明两组断裂强度数据的P＜0.001，延伸率数据的P＞0.050，说明平面茧丝断裂强度显著高于普通茧生丝，而延伸率无显著性差异。推测出现这种情况的主要原因在于家蚕在平板上吐丝的时候，牵伸力度较小，纤维成型过程中受到损伤较少，因此使平面表现出较为优异的力学性能。

  

图4 平面茧和普通茧应力应变曲线

  

图5 平面茧生丝和普通生丝应力应变曲线

 

表3 茧丝力学性能 T检验结果

  

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3 结论

本文通过研究平面茧和普通蚕在蚕茧结构与力学性能的差异以及平面茧丝和普通蚕丝力学性能的对比分析，发现平面茧结构更为蓬松，单位面积纤维之间交叉点较少，推测平面茧孔隙率较大，因此导致其在力学性能方面低于普通茧。而生丝结构与性能方面，两者结构和直径无明显差异，但平面茧生丝的强度和延伸率都比普通茧生丝优异。因此，只要进一步改进平面茧丝的制作工艺流程，改善平面茧丝的紧密性，则可制备出性能优良且应用广泛的平面蚕茧和平面茧丝。

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