山羊绒结构

山羊绒的结构包括分子结构、形态结构、化学结构等。了解山羊绒纤维的结构可以为进一步掌握其性能和品质奠定基础。

一、山羊绒的分子结构

山羊绒纤维的大分子是以多缩氨链为主链，而多缩氨链是由许多种α-氨基酸用肽键联结构成。在组成山羊绒纤维的十几种α-氨基酸中，以二氨基酸（精氨酸）、二羟基酸（谷氨酸、天冬氨酸）和含硫氨基酸（胱氨酸）等的含量最高，因此在山羊绒纤维角质蛋白大分子主链之间能够形成盐式键、二硫键和氢键等空间横向联键。山羊绒纤维大分子之间，依靠分子引力、盐式键、二硫键和氢键等相结合，呈现较稳定的空间螺旋形态。

二、山羊绒的形态结构

山羊绒的纵向外观形态与羊毛类似，但鳞片覆盖密度小，鳞片边缘光滑，排列较整齐，紧贴毛干，翘起角度小，边缘棱脊较薄，很难看到纵向条纹，山羊绒的横截面多为规则的圆形，也有少量山羊绒的横截面为椭圆形，参见图2-1。

细羊毛的纵向外观形态为卷曲状，表面有鳞片，鳞片多呈环状，部分呈花盆状，鳞片覆盖密度大，鳞片边缘翘起角度大，棱边明显而且较厚，表面有明显条纹，细羊毛的横截面多为椭圆形，也有少量细羊毛的横截面为圆形，参见图2-2。

图2-1 山羊绒纤维的纵横向照片

山羊绒纤维与羊毛纤维的形态结构（见图2-3）也相似。山羊绒纤维是由角质细胞堆砌而成的细长物体，山羊绒纤维主要由很薄的鳞片层和发达的皮质层组成，没有髓质层。鳞片层位于纤维的最外层，皮质层位于鳞片层的里面，皮质层是纤维的主要组成部分。山羊绒的鳞片边缘光滑，覆盖间距比绵羊毛大，密度为60～80个/厘米。鳞片的环状与完整性特征明显，且大而稀，紧贴于毛干，手感柔软滑糯。

图2-2细羊毛的纵横向照片

图2-3 羊毛形态结构示意图

山羊绒纤维平均细度多在14～16μm，细度不匀率约为20%。山羊绒的计重平均长度为25～45mm，短绒率为15%～26%。山羊绒纯纺难度较高、价格昂贵，容易发生起球、毡缩。山羊绒的拉伸断裂性能、弹性比绵羊毛好，具有细、轻、柔软、保暖性好等优良特性，一般用作羊绒衫，粗纺产品用作高级服装，如大衣呢、毛毯原料，也可以作精纺产品（如高级服装和精纺羊绒衫等）的原料。

（一）鳞片层

鳞片层覆盖于羊毛或山羊绒表面，是由扁平、无核的角质蛋白细胞组成的薄外壳。由于纵向外观形态似鱼鳞，故称为鳞片层。在粗毛毛干下部的鳞片边缘光滑或稍有波形，近毛尖部分的鳞片边缘呈锯齿形，鳞片底部与皮质层紧密相连。

普通羊毛的纵向表面鳞片清晰，鳞片较薄，片间距离短，鳞片杂质较山羊绒多，有的鳞片翘起。断面观察组织疏松，有空洞，方向性不明显；细羊毛纤维纤细，卷曲特性、鳞片形状和密度与山羊绒近似，但其纤维粗细不均匀，粗节、弱节较多，鳞片倾角大，鳞片边缘较薄，不光滑，鳞片表面具有明显的皱纹和突起，致使鳞片对光线的反射不均匀，光泽不如山羊绒柔和，手感差，有较大的毡缩性。

山羊绒纵向表面的鳞片呈环形，每个鳞片围绕毛干周围，有的呈水平状（环状），有的呈倾斜状，每个鳞片的上缘包围着下一个鳞片的下缘，山羊绒鳞片比绵羊毛鳞片的高度高，鳞片紧贴在毛干上，单位长度上的鳞片数量少，且鳞片翘角小，表面辉纹不明显。在扫描电镜下观察山羊绒表面，鳞片清晰、整齐，鳞片层较厚，片层间距长，表面杂质较少。在断面观察，组织细而致密，同时有一定方向性。一般情况下，白山羊绒表面相邻鳞片的间距在8～9μm之间，青山羊绒和紫山羊绒表面相邻鳞片的间距在16～18μm之间。

鳞片细胞与所有细胞一样，最外层为磷脂分子和甾醇分子平行排列的双分层薄膜，即细胞表皮薄膜。毛绒纤维鳞片细胞表皮膜基础成分是磷脂的长尾分子和甾醇分子按1：1平行排列的分子层，两层尾对尾衔接。极性基团向外结合氨基酸及蛋白质颗粒。膜层嵌有蛋白质分子团块，称为某些物质的细胞内外通道。膜本身具有很强的憎水性和化学稳定性，这些蛋白质团块称为液体和离子的通道。

鳞片层的亚结构包括鳞片表层、鳞片外层与鳞片内层。鳞片外层又分为A、B两个微层（图2-4）。其中，A层的胱氨酸含量比B层高，角质蛋白分子排列呈不规则状态，为无定形结构。鳞片内层的胱氨酸含量极低，化学稳定性极差，容易被酸、碱、氧化剂、还原剂降解和解朊酶酶化。鳞片外层和鳞片内层之间，局部有细胞腔，且这些细胞腔内有残余细胞核与细胞原生质干涸后的残余物。

图2-4 山羊绒纤维鳞片层结构

山羊绒鳞片细胞的外层厚度小于细羊毛的对应值，细羊毛的中层发达，厚度变异较大，平均厚度大于鳞片细胞的1/2，而山羊绒是内层发达，这种差异是导致这两种纤维鳞片表面微结构不同的主要原因。

从微观结构看，鳞片层排列的疏密和附着程度，对山羊绒纤维的光泽和表面性质有很大的影响。山羊绒的鳞片结构赋予山羊绒柔和的光泽和柔软的手感。山羊绒绒纤维放置不同时间，其鳞片会发生不同的变化：6个月，基本无变化；12个月，鳞片开始脱落，直径变粗，强力降低，皮质细胞形成空腔；2年，鳞片大面积脱落，皮质细胞间空腔增大，直径变小（脱水而致），强力减弱；3年，鳞片翘起脱落，直径增大，皮质细胞的空腔更大，强力减弱。所以，山羊绒应适时加工分梳，不宜久放。

（二）皮质层

皮质层位于鳞片层的里面，由皮质细胞组成。皮质细胞由巨原纤组成，而巨原纤又是由杆状的微原纤与无定形基质组成，微原纤“嵌入”在无定形基质中（图2-3）。微原纤直径达到7～10nm，电子显微镜已经能够辨认。微原纤的结构研究已约50年，至今仍有多种结构模型，广泛承认的有“9+2”结构模型、截面三角形密堆砌模型、“交叉指”结构模型，也叫“绳索结构模型”。多肽链之间、基原纤之间主要依靠胱氨酸二硫键、氢键、盐式键联结。采用透射电镜（TEM）对微原纤的超细结构研究表明，基原纤之间也存在着基质。

皮质细胞作为毛绒纤维的主要组成部分，也是决定毛绒纤维物理化学性质的基本物质。皮质细胞间及其与鳞片层之间由细胞间质紧密联结，细胞间质也是含有少量胱氨酸的蛋白质，它充满细胞的所有缝隙，易被酸、碱、氧化剂、还原剂降解和酶解。

根据皮质细胞中微原纤及巨原纤的排列、堆砌状态，皮质细胞又可分为三种：正皮质细胞、偏皮质细胞和间皮质细胞。这三种皮质细胞的特点，见表2-1。

表2-1 三种皮质细胞的特点

山羊绒与羊毛的皮质层均呈双侧分布结构，但山羊绒皮质层正皮质细胞含量较少。山羊绒皮质层主要由正、间皮质细胞组成，羊毛皮质层主要由正、偏皮质细胞组成。两种纤维正、间皮质细胞中的巨原纤、微原纤排列相似，但是偏皮质细胞具有明显差异，山羊绒纤维偏皮质细胞中微原纤排列更加有序、范围较窄，且基本呈现出六方形或近六方形形态。因此，两种纤维中三种皮质细胞含量的不同导致其卷曲、吸湿性、手感等性能存在显著差异。

三、山羊绒的细胞膜复合物

山羊绒、细羊毛在鳞片层与鳞片层之间、鳞片层与皮质层之间以及皮质细胞区域内都存在着细胞复合膜（CMC），鳞片层与鳞片层之间的细胞复合膜不如鳞片层与皮质层之间的细胞复合膜黏着力强。在切片过程中，鳞片层之间的细胞复合膜较易破裂，使鳞片层之间相互分离，而鳞片层与皮质层之间的细胞复合膜黏着力较强，不易分离。CMC是角朊纤维中唯一的连续组织，因此对纤维的机械及化学性能有重要影响。CMC是由胞间黏合物、类脂物和惰性膜组成，胞间黏合物能被酶、甲酸溶解和破坏。CMC具有较强的黏着力和通透性，山羊绒皮质细胞内的细胞复合膜的分支比细羊毛多，通透性强。细胞复合膜是皮质细胞吸湿、放湿和吸附染料的主要通道。山羊绒厚而发达的细胞复合膜是其易于化学染色和在相同条件下回潮率高于细羊毛的原因。

四、山羊绒的化学结构

山羊绒的主要成分是一种特殊的角蛋白，其分子量大，结构复杂，在净绒干物质中角蛋白含量为90%～98%，其他为脂肪、多糖、矿物质和核酸的残余物。角蛋白是一种复杂的蛋白质化合物，角蛋白经过水解可分解生成十几种氨基酸（H2N-CHR-COOH），所以角蛋白是由十几种氨基酸缩合而成的多肽链大分子，不同品种的山羊绒，其氨基酸成分及含硫量各有差异。氨基酸是构成山羊绒的基本单元，含有由天门冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、赖氨酸、全部蛋氨酸和较少的胱氨酸组成的低硫蛋白（即促升螺旋氨基酸），也含有由胱氨酸、苏氨酸、甘氰酸、酪氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸组成的高硫蛋白（即促降螺旋氨基酸）。

纯净干燥的山羊绒纤维中角朊纤维约占82%，而含有较多的硫是角朊纤维区别于其他蛋白质的一贯显著特点，角阮纤维中的硫主要以胱氨酸的形式存在。角朊低硫蛋白质的多肽链上，有50%是α-螺旋形的构造，但高硫蛋白质却没有α-螺旋形构造。有人认为高硫蛋白质的分子链呈无规则卷曲状，也有人认为高硫蛋白质的分子链呈弓形。因此，基原纤必然由低硫蛋白质形成。但是，基质并非全部由高硫蛋白质组成。因为在正常绵羊毛的透射电子显微镜（TEM）照片中，基原纤与基质的面积比例接近于1∶1，而对低硫蛋白质与高硫蛋白质馏分按重量测定的结果，则发现其比例接近于2∶1。不同品种山羊绒及70s澳毛中角朊纤维的氨基酸组成见表2-2，从表2-2中可以看出山羊绒的角朊纤维中含量较多的氨基酸为谷氨酸、胱氨酸、精氨酸、丝氨酸、亮氨酸等。

五、山羊绒、细支绵羊毛纤维结构不同点

（一）形态结构及鳞片层

通过光学显微镜法（LM）及扫描电镜法（SEM）的研究、观察，山羊绒、细支绵羊毛纤维的形态结构、鳞片层明显不同（见表2-3）。

绒纤维的细度较细，鳞片层较薄，溶液容易渗透到山羊绒纤维皮质层及整根纤维。因此，经过同一鉴别溶液（十二烷基硫酸钠0.1%水溶液）处理后，两种纤维的卷曲变化也不同：山羊绒卷曲伸展，沿整根纤维方向曲率变得很小且均匀，而绵羊毛几乎保持着卷曲状态，且曲率不均匀。

表2-2 不同山羊绒及70s澳毛中各类α氨基酸的含量

表2-3 山羊绒与细支绵羊毛纤维的形态特征

1989年，苏格兰Scottish纺织学院的Robson等人首先提出采用计算机图像分析技术，分析山羊绒与细支绵羊毛纤维的表面鳞片特征。他们将这两种纤维的大量纵向扫描电镜照片输入计算机，经过计算机图像处理，使其成为清晰的二值化（0，1）图像。然后，选择一些能描述纤维表面鳞片特征的参数，并进行计算。此后，Robson进一步研究了此方法，并得出了区分山羊绒、绵羊毛这两种纤维的统计线性方程：P6=5.141-0.167×P2，其中：P6—鳞片标准周长；P2—鳞片间隔；P6=鳞片周长/纤维直径。根据计算出的鳞片特征参数P2、P6的值，绵羊毛纤维有90%位于直线（P6=5.141-0.167×P2）下面，而山羊绒纤维有88%位于该直线上面。

（二）皮质层

TESTER.D.H.、Hudson A.H.F.采用超薄纤维切片的TEM方法，对中国产山羊绒纤维及超细美利奴羊毛纤维的皮质层结构研究表明：山羊绒皮质层结构与细支羊毛有明显差异，山羊绒皮质层主要由正、间皮细胞组成，正皮质细胞含量为40%～64%，偏皮质细胞为16%～30%，间皮质细胞含量为21%～37%，正皮质细胞分布在皮质层一侧，间皮质细胞与偏皮质细胞分布在皮质层另一侧；而细支绵羊毛皮质层主要由正、偏皮质细胞组成，正皮质细胞含量为66%～68%，偏皮质细胞为28%～32%，间皮质细胞为1%～4%。

（三）CMC结构

Leeder报道了纤维角朊纤维CMC的成分对纤维的机械性能有明显的影响；Jones等人报道了或许可以根据类脂物的脂肪酸组成来鉴别特种动物纤维。研究人员还测试发现，未成熟的毛发及胎毛均具有较厚的CMC结构，因而较为柔软。根据这些报道，山羊绒纤维与细支绵羊毛纤维的CMC结构或许有差异，但还未见报道。

（四）DNA序列

1998年，英国纺织技术集团（BTTG）的Paul F.Hamlyn首次报道了根据物种特征的DNA序列，可以客观、准确地证实混合纤维中是否含有山羊绒、绵羊毛及牦牛毛等纤维成分。由于纤维中的DNA被包在角质化细胞的防水胶囊内，对单根纤维毛干的原位DNA分析实际上是不可能的，因此，目前该种技术尚不能对混合纤维成分作定量分析。尽管如此，可采用该种方法首先证实某种纤维成分的有无，然后再采用扫描电镜或光学显微镜方法对各种组分进行定量分析。