Шерстяное волокно и особенности его структуры

Глава 3. ШЕРСТЬ

Вопросы структуры волокон, применяемых в текстильной промышленности, рассматривались многими отечественными и зарубежными исследователями. Наибольшую известность имеют работы W.I. Hannan [28], K.P. Hess [29], J.W.S. Hearle [30-33], S.B. Warner [34], Р. Касвелла [35], в области химических волокон – проф. В.Е. Гусева [36-38], проф. К.Е.Перепелкина [39, 40], J.W.S. Hearle [41], F. Foume [42].

С учетом специфики настоящей публикации ниже автором рассматриваются вопросы структуры шерстяного волокна и методы определения его свойств.

Шерстяное волокнопредставляет собой роговое образование эпидермального происхождения, состоящее из белка - кератина. В каждой шерстинке различают три морфологические части - луковица, корень и стержень, а также три слоя - чешуйчатый, корковый и сердцевинный.

Луковица - это самая нижняя часть шерстинки, расположенная на волосяном сосочке. Корень - это часть шерстинки, находящаяся в коже. Стержень - участок шерстинки, выходящий на поверхность кожи.

При стрижке овец состригаются стержни, при линьке или сгонке шерсти на кожевенных заводах выпадает вся шерстинкавплоть до луковицы.

Строение шерстяного волокна удобно рассмотреть с помощью рис.3.1, построенного по принципу последовательного проникновения в структуру шерстинки, применяемому как в зарубежной [43-45], так и в отечественной [1] научной и учебно-методической литературе. Приведенная на рис. 3.1 структура шерстинки существенно дополняет ранее широко распространенные представления о морфологии шерсти, которые наиболее ярко описаны в известной работе Peter Alexander and Robert F. Hudson [46].

Как видно из рис. 3.1, данное волокно является объектом с элементами, соизмеримыми с объектами, изучаемыми в рамках нанотехнологий (прото- и микрофибриллы шерстинки имеют размеры 0,002-0,007 мкм или 2-7 нанометров).

Чешуйчатый слой представляет собой тончайшую (всего 2-3% массы волокна) наружную оболочку, предохраняющую волокно от механических, химических и биологических факторов воздействия, влияет на блеск шерсти и ее свойлачиваемость. У пуховых волокон этот слой состоит из кольцевых клеток, которые накладываются друг на друга, как черепица. У переходного волоса и ости чешуйчатый слой состоит из плоских клеточек, накладывающихся одна на другую или соединяющихся между собой.

Рис. 3.1 - Структура шерстяного волокна:

1 – альфа-спираль; 2 – протофибриллы; 3 – микрофибриллы; 4 – матрикс;

5 – макрофибриллы; 6 – клетка кортекса; 7 – ортокортекс; 8 – паракортекс;

9 – эпикутикула; 10 – экзокутикула; 11 – эндокутикула; 12 – кутикула.

Корковый или волокнистый (кортекс) слой обусловливает основные физико-механические свойства шерсти. Этот слой состоит из двух взаимно соприкасающихся полуцилиндров - пара- и ортокортекса, отличающихся разным строением и различной степенью восприимчивости к влаге и химическим воздействиям.

Корковый слойсостоит из длинных многогранных клеток, а они - из макрофибрилл, соединенных между собой массой, богатой цистином. Клетки коркового слояимеют вид веретенообразных, заостренных с обоих концов роговидных образований длиной 80-150 микрон или мкм с утолщением посередине до 2-10мкм, содержащим остатки ядра и протоплазмы.

Макрофибриллысостоят из микрофибрилл, расположенных пучками и имеющих местами упорядоченную кристаллическую структуру, но в основном характеризующихся аморфным состоянием. Пустоты, разделяющие микрофибриллыв основном заполнены межклеточным цементирующим веществом - матриксом.

Матрикссостоит из разрушенных спиралей полипептидных цепей, удерживаемых вместе ковалентными связями внутри и межцепными водородными связями, солевыми связями и силами молекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса).

Микрофибриллы, в свою очередь, делятся на протофибриллы, являющиеся спиральными переплетениями из цепей - спиралей (аминокислот). Внутри каждой микрофибриллы содержится одиннадцать протофибрилл: две в центре и девять по окружности.

Каждая протофибрилла включает в себя три альфа-спирали, перекрученные между собой и представляющие спиральные аминокислоты.

Сердцевинный (медулла)слой - это полость внутри волокна, заполненная высохшими клетками и воздухом. Сердцевина может быть непрерывной (волокна ости) и прерывистой (переходный волос). У пуховых волокон сердцевины не бывает. Наличие сердцевины снижает крепость и упругость волокна, но повышает его теплозащитные свойства и увеличивает его блеск.