蚕丝纤维的光老化降解机理分析

摘要

为探究蚕丝纤维的光老化降解规律，评估蚕丝纤维的劣化情况，以生丝、熟丝、姜黄染色熟丝、靛蓝染色熟丝为研究对象，采用紫外线发生器对蚕丝进行光老化实验，结合单纤维强力机、纳米压痕仪、ATR-FTIR红外光谱、X射线衍射（XRD）技术，系统分析了不同时间光老化后蚕丝纤维的宏观/微纳米力学性能、分子二级结构及聚集态结构的演变特征。结果表明：生丝中的丝胶对丝素具有显著保护作用，其力学性能劣化速率显著慢于熟丝及染色熟丝；蚕丝纤维在光老化初期非晶区大分子链断裂，少量产物规整排列使蚕丝中β折叠结构占比和结晶度升高，纤维的模量和硬度提高，而断裂强度和断裂伸长率快速下降；而后，光老化破坏延伸至纤维的结晶区，β折叠结构占比降低，纤维结晶度、模量和硬度均下降，断裂强度和伸长率持续下降，纤维拉伸曲线的屈服区消失，纤维呈现脆性断裂特征。蚕丝结晶度与β折叠结构含量的变化趋势一致，二者均可指示蚕丝的最大割线模量及微观力学层面纤维截面模量和硬度的变化。此外，蚕丝非晶区酪氨酸（芳香族氨基酸）含量与纤维断裂伸长率具有高相关性，可作为评估蚕丝断裂伸长率劣化的有效表征指标。本研究明确了蚕丝纤维光老化的结构-性能演变机制及蚕丝光老化结构表征指标与其力学性能劣化的关系，为丝绸文物的老化程度评估、保护材料匹配及保护方案制定提供了科学参考。

关键词

蚕丝纤维 / 光老化 / 力学性能 / 红外光谱 / 降解机理

基金资助

国家社科基金冷门绝学项目（23VJXG048）; 故宫博物院第二期开放课题项目