[纤维知识]蜘蛛丝及其性能

　　生意社6月6日讯

　　蜘蛛丝是一种珍贵的物质，也是目前世界上最为坚韧且具有弹性的纤维之一。它是一种原纤蛋白质，光滑闪亮呈金黄色，具有原纤化结构和皮芯层结构。

　　1蜘蛛丝的结构

　　经扫描电镜观测，蜘蛛丝内部结构透明、无孔隙，其结构形态与蚕丝存在很大差异。蜘蛛丝横截面接近圆形，蚕丝的横截面为三角形。蚕丝是由两根长丝组成的复丝，中间有丝胶将两根丝粘在一起。蜘蛛丝是单丝，因此没有蚕丝那样覆盖于表面的水溶性物质。蜘蛛丝的纵向形态是丝中央有一道凹形痕迹，平均直径为6.9μm，大约是蚕丝的一半，物理密度为1.34g/cm3，蜘蛛丝在水中会发生截面膨胀，而径向收缩。在碱性条件下，其黄色加深;在酸性条件下，其性能会受到破坏。

　　蜘蛛丝的结晶度比蚕丝的结晶度小得多，约为10%～15%，而蚕丝约为50%～60%。蜘蛛丝优异的力学性能源于其链状分子结构的特殊取向和结晶结构。蜘蛛丝是一种纳米微晶体的增强复合材料，晶粒尺寸为2×5×7nm的微晶体构成的蜘蛛丝结晶占纤维总质量的10%左右，是分散在蜘蛛丝无定性蛋白质基质中的增强材料。蜘蛛丝结构模型可以这样描述:由柔韧的蛋白质分子链组成的非晶区，通过一定硬度的棒状微粒晶体所增强，这些晶体由具有疏水性的聚丙氨酸排列成氢键连接的β-折叠片层，折叠片层中分子相互平行排列。另一方面，甘氨酸富集的聚肽链组成了蜘蛛丝蛋白无定形区，无定形区内的聚肽链间通过氢键交联，组成了似橡胶分子的网状结构。

　　2蜘蛛丝的组成

　　蜘蛛丝的主要成分是蛋白质，基本组成单元为氨基酸，氨基酸的摩尔分数和氨基酸的主链序列与天然聚肽如蚕丝、羊毛和人的头发有很大的差距。这种差异和组成取决于蜘蛛的种类、食物、气候及其他因素。不同蜘蛛丝所含的氨基酸种类差异不大，各种氨基酸的含量也因蜘蛛的种类不同而有一定的差异。蜘蛛丝中含量较多的7种氨基酸为甘氨酸(42%)、丙氨酸(25%)、谷氨酸(10%)、亮氨酸(4%)、精氨酸(4%)、酪氨酸(3%)和丝氨酸(3%)，7种氨基酸的总和占其总量的90%。

　　3蜘蛛丝的基本性能

　　①物理性能

　　蜘蛛丝表面光滑柔和、有光泽，抗紫外线能力强，而且较耐高温和低温。热分析表明，蜘蛛丝在200℃以下表现热稳定性良好，300℃以上才会黄变，零下40℃时仍有弹性，只有在更低的温度下才变硬，是耐高温、低温的理想纤维材料。而且蜘蛛丝摩擦系数小，抗静电性能优于合成纤维，导湿性、悬垂性优于蚕丝，因此，蜘蛛丝具有强度高、弹性好、初始模量大、断裂功高等特性，是一种性能十分优异的材料。

　　②化学性能

　　蜘蛛丝具有特殊的溶解特性，它所显示的橙黄色遇碱加深，遇酸褪色，它不溶于稀酸、稀碱，仅溶于浓硫酸、溴化钾、甲酸等，并且对大部分水解蛋白酶有抗性。

　　蜘蛛丝在水中有相当大的溶胀性，纵向有明显的收缩。在加热时，蜘蛛丝能微溶于乙醇中。由于蜘蛛丝的构造材料几乎完全是蛋白质，所以它是生物可溶的，并可以生物降解和回收。

　　③蜘蛛丝的力学性能

　　蜘蛛丝尤其是它的牵引丝在力学性能上具有蚕丝和一般合成纤维无法比拟的突出优势。在强度方面，牵引丝的强度远高于蚕丝、橡胶、合成纤维，与钢丝的强度接近，低于开伏拉纤维(Kevlar)。伸长与蚕丝及合成纤维相似，高于钢丝、棉和开伏拉，因而韧性很好。断裂能最大，伸长至断裂伸长率的70%时，弹性恢复率仍可高达80%-90%。

　　当牵引丝浸入水及其它溶剂中时，其力学性能会发生明显的改变。初始模量和强度下降，伸长率增加。另外在常温时，水中的收缩率达50%以上，因而，蜘蛛丝表现出一般纤维所没有的超收缩性能。

　　作者：冯岚清