柞蠶絲的力學(xué)性能課件

1、不同吐絲速度下形成的柞蠶絲的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)的初步研究東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊紅霞摘 要 對已開始吐絲的柞蠶在人為控制的不同吐絲速度下卷取柞蠶絲，并采用Instron萬能試驗(yàn)機(jī)對其力學(xué)性能進(jìn)行了研究。 結(jié)果表明，在一定的吐絲速度范圍內(nèi)，隨著吐絲速度的增加， 柞蠶絲的斷裂強(qiáng)度和模量增加、斷裂伸長率減小，且絲纖維的取向度和結(jié)晶程度也隨之增加，由此進(jìn)一步說明拉伸過程會導(dǎo)致柞蠶絲中的絲素蛋白形成較多的一折疊結(jié)構(gòu)。 引 言 蠶絲和蜘蛛主腺體絲在長軸方向既具有較高的強(qiáng)度，又具有一定的延展性，使其綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于通常的合成纖維，其中蜘蛛絲更具有顯著的強(qiáng)韌性。 但蜘蛛絲的獲取具有一定困難，而與家蠶

2、絲相比，柞蠶絲蛋白的氨基酸序列更接近蜘蛛絲。柞蠶絲屬于 天蛾科野生蠶繭繅制的絲，具有很好的伸長性。在天然纖維 中，它的強(qiáng)度僅次于麻，伸長率僅次于羊毛。1、實(shí) 驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)原料 柞蠶：綠色活體，五齡，取自遼寧丹東；柞蠶繭絲：由上述柞蠶自然吐絲成繭后所得絲(未脫膠)。 12不同吐絲速度下形成的柞蠶絲樣品的制備 固定正在吐絲的柞蠶頭部和其他部分，使其頭部不能左 右擺動，將無級變速卷繞機(jī)設(shè)定到不同的卷繞速度卷取柞蠶 絲纖維。 13絲纖維力學(xué)性能的測試 利用Instron 5565型萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)(美國)對固定在支架上的柞蠶絲進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。夾距為10mm，拉伸速率為1mmmin，測試環(huán)境溫度為22，環(huán)境濕度為

3、51 %。每個樣品隨機(jī)采集20根單絲進(jìn)行測量，結(jié)果取平均值。 柞蠶絲與蜘蛛牽引絲的應(yīng)力一應(yīng)變曲線的特征非常相似 相比之下，家蠶絲的應(yīng)力一應(yīng)變曲線中則只觀察到彈性階段和強(qiáng)化階段，沒有觀察到明顯的屈服階段。由此可見，柞蠶絲的強(qiáng)度和伸長特征與蜘蛛絲接近， 而與家蠶絲有一定區(qū)別。 由表1及圖4、圖5中可以看出，在一定的吐絲速度范圍內(nèi)，當(dāng)吐絲速度變大時，所形成的柞蠶絲初始模量和斷裂強(qiáng)度都隨之提高。當(dāng)吐絲速度增加至57m/min時，柞蠶絲纖維的力學(xué)性能達(dá)到最佳，絲纖維的強(qiáng)度達(dá)到6389MPa，模量達(dá)到9、86GPa，斷裂能則達(dá)到了104x105J/kg，幾乎與蜘蛛牽引絲的斷裂能相當(dāng)，由此表明此時的柞蠶絲已具有較好的強(qiáng)韌性。3、結(jié)論(1)柞蠶絲的應(yīng)力一應(yīng)變曲線存在彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段，與典型的蜘蛛牽引絲的應(yīng)力一應(yīng)變 曲線較相似。(2)在人為控制的一定的吐絲速度范圍內(nèi)，隨著吐絲速度的增大，所形成的柞蠶絲纖維的斷裂強(qiáng)度和初始模量提高，由此說明在人為控制的較高吐死速 度下，可以得到力學(xué)性能較好的柞蠶絲纖維。(3)在本文的實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)吐絲速度達(dá)到5.7m/min時，所形成的柞蠶絲纖維的力學(xué)性能最佳，此時絲纖維的斷裂強(qiáng)