Шелк

Шелк

Шелк представляет собой продукт выделения желез червя-шелкопряда при завивке им кокона перед превращением в куколку. Представляя собой непрерывную нить, шелк существенным образом отличается как формой, так и свойствами от других прядильных волокон. Главным производителем шелка является тутовый шелкопряд (Bombyx mori), принадлежащий к отряду чешуекрылых (Lepidoptera), семейству Bombycidae и питающийся тутовым листом. Тутовый шелкопряд является одомашненным животным, почему и шелк его называется культурном шелком, в отличие от шелка, производимого другими видами шелкопрядов, живущих в диком состояний (дикий шелк). Коконная нить представляет собой шелковину (bave), состоящую, в свою очередь, из двух одиночных нитей (brin), соответственно двум отделительным железам червя, склеенных серицином в одну связную нить.

Под микроскопом эта двойная нить (фиг. 20) представляется в виде сплюснутого цилиндра; посредине шелковины видна бороздка - линия раздела между одиночными нитями.

Под микроскопом шелк

По длине шелковины в различных местах встречаются утолщения и перехваты неправильной формы, представляющие собой места скопления серицина (фиг. 21).

Под микроскопом шелк

В шелковине диких шелкопрядов эти перехваты встречаются чаще и выражены более резко, чем у тутового шелкопряда. Особенно они развиты в нити индийского туссора (Antherаеа mylitta). В перехватах шелковины светопреломляющая способность иная, чем в других местах. При размотке перехваты и утолщения размягчаются и исчезают, но часть утолщений и налетов остается. Содержание серицина в коконной нити и внешний вид серицинового слоя отличаются большей неустойчивостью, чем фиброинный слой. Встречаются места с недостаточным содержанием серицина и с полным отсутствием серицинового слоя. Наиболее резкие колебания и в данном случае дает нить дикого шелкопряда. Серициновый слой, будучи высушен, быстро становится твердым и ломким, на поверхности нити образуются трещины, складки и утолщения, вызывающие пороки в грежевой нити. Во время завивки кокона и укладывания червем коконной нити в виде восьмерок на поверхности ее появляются трещины и рассечины, которые сильнее в наружных слоях коконной нити, а также в нити диких шелкопрядов. В разрезе шелковинная нить представляется в виде растянутого неправильного овала или в виде двух клиньев треугольного сечения с закругленными углами, повернутых заостренными концами в противоположные стороны.

Структура коконной нити еще недостаточно изучена, хотя первые указания по этому вопросу были даны еще голландским ученым А. А. Левенгуком (1702 г.). Гёнель (Hohnel) в 1887 г. окончательно установил, что нить диких шелкопрядов состоит из отдельных элементарных волоконец кругловатого сечения и очень небольшой тонины (0,3—1,5 мкм). Фибриллярное строение шелковинной нити придает ей полосатый вид. Наряду с продольными, правильными, очень тонкими и нежными полосами в шелковине некоторых диких шелкопрядов, как и в шелковине китайского туссора, можно наблюдать резкие, темные, неправильно расположенные места. Происхождение этих пятен объясняется пустотами внутри коконной нити, возникшими вследствие испарений протеиновой массы, причем пустоты заполняются воздухом. Пустоты могут быть отмечены карминовой кислотой. При проходе нити через выводные протоки-волочильни червя пустоты принимают форму весьма тоненьких полосок, число которых в разрезе доходит до 500, а поперечник колеблется от 0,2 до 1 мкм. При рассмотрении шелковины в среде канадского бальзама воздушные каналы шелковины становятся блестящими благодаря заполнению пустот бальзамом. Фибриллярность нити долгое время признавалась лишь за шелковиной диких шелкопрядов, причем полосатость нити принималась за признак, отличающий нить дикого шелкопряда от нити культурного шелка; но работы последних лет, в том числе исследования профессора Lentichia, показали, что и у тутового шелкопряда шелковина состоит из отдельных элементарных волоконец. Происхождение этих волоконец объясняется тем, что фиброин поступает в шелкоотделительную железу из ее клеточного слоя в виде мельчайших капель, которые, попадая в канал железы, не вполне растворяются в общей массе шелкового вещества и сохраняют свою структуру. При проходе шелковой массы через волочильню червя фиброинные капли удлиняются и получают форму длинных тонких волокон, которые встречаются не только в фиброинной части шелковинной нити, но и в серициновом слое ее. При употреблении веществ, растворяющих серицин, или при продолжительной выварке шелка серицин исчезает, и волоконца теряют связь с общей массой. При этом нити становятся более доступными наблюдению и представляются в виде отдельных волосков, наподобие щетины в щетке или в кисти, почему и носят по-итальянски название fiochetti - кисточки (фиг. 22 и 23).

Под микроскопом шелк

Под микроскопом шелк

Фибриллярной структурой коконной нити тутового шелкопряда объясняется один из главных недостатков шелковой нити - моховатость, т. е. стремление нити расщепляться, отсутствие связности, что особенно сильно проявляется при крашении шелка и его выварке: волоконца теряют между собой связь, на поверхности нити; появляются маленькие усики, отделяющиеся от основной нити, нить получает полосатую поверхность и делается рыхлой. После крашения такой шелк часто приобретает неравномерную окраску с крупинками более сильного тона. Это явление объясняется тем, что в моховатой шелковинной нити длина и тонина волоконец не одинаковы и более толстые волоконца производят впечатление более густой окраски, подобно тому как окрашенная жидкость, налитая в бутылки разной ширины, кажется в широкой бутылке интенсивнее окрашенной, чем в плоской. Поэтому для размотки шелковинная нить должна иметь возможно более однородную структуру, в особенности в смысле фиброинного слоя. Излишняя фибриллярность с заполнением промежутков серициновой массой ведет к тому, что при растворении серицина нить делается моховатой. Практика показывает, что однородность нити тутового шелкопряда и отсутствие моховатости зависят: 1) от породы шелкопряда и 2) от ведения выкормки. Породы более культурные, как, например, итальянские, французские, имеют значительно более связную нить, которая оказывает большее сопротивление расщеплению, чем нить пород менее культурных. Особенно слабыми в этом, отношении оказываются нити поливольтинных пород (кантонский шёлк, некоторые виды японского шелка). Равным образом при рациональном ведении выкормки развитие червя и его шелкоотделительная секреция идут правильно; здоровый червь завивает однородную, правильно построенную нить. В табл. 12 приведены результаты, к которым пришла особая комиссия при Миланском кондиционе (1905 г.), подвергшая этот вопрос тщательному изучению.

Моховатость различных пород шелка-сырца

Таблица показывает, что грежи нагорных мест, например, севенская и Фриули, отличающиеся гладкостью нити, имеют наименьшую моховатость. Далее, работы упомянутой комиссии показали, что моховатость шелковины в значительной мере зависит и от способа обработки. Так, число моховатых мест у шелка, окрашенного в лаборатории, составляло на 1000 м - 216, а на фабрике - 985 (табл. 13).

Зависимость моховатости шелка от обработки

Длина шелковины. Средняя длина шелковины, смотанной с одного кокона, различна: она зависит от породы и качества коконов; в среднем она составляет 600—700 м. Наибольшая длина шелковины, которую возможно смотать с одного кокона, доходит до 1200—1250 м. Общая же длина шелковины, выпускаемой червем, включая сюда теллет, фризон и др. отбросы, примерно на 200 м больше разматываемой длины шелковины. Данные о длине разматываемой нити у разных пород, по измерениям Кавказской станции шелководства, приведены в табл. 14.

Длина шелковины различных пород

Тонина шелковины измеряется титром или номером. Общепринятым является легальный титр, представляющий собой вес мотка шелка, длиной в 450 м, выраженный в денье (1 денье = 0,05 г). Титр шелковины коконов различных пород (по данным Миланской лаборатории): кутаисских коконов 2,82, туркестанских 2,68, персидских 2,87 денье. Титр шелковины, как и длина ее, зависит и от величины коконов. Исследования, произведенные в этом направлении Миланской лабораторией (табл. 15), показывают, что 1) титр шелковины мелких коконов меньше, чем крупных, 2) мелкие коконы дают большую длину шелковины, смотанной с весовой единицы (со 100 г коконов), чем крупные.

Зависимость титра и длины от величины коконов

Особенное значение для получения шелка-сырца хорошей согласности имеют колебания титра шелковины в зависимости от слоя кокона. Титр шелковины, за небольшими исключениями, следует определенному закону; так, титр шелковины первых слоев кокона (удаляемой при запарке) несколько выше среднего титра и колеблется для различных пород от 2,6 до 4,0, доходя в исключительных случаях до 5,0 денье и даже несколько выше. Достигнув максимума, титр шелковины начинает постепенно падать и в конце шелковины составляет от 2,0 до 1,1 денье. Таким образом в конце размотки шелковина имеет от 0,3 до 0,5 начального титра. Титр шелковины различных пород, по данным Миланской лаборатории, представлен в табл. 16.

Титр шелковины различных пород

Диаметр шелковины. Под диаметром шелковины понимается наибольший поперечник сечения. Диаметр шелковины, как длина и титр ее, зависит от породы и места происхождения коконов, от способа ведения выкормки и от слоя кокона. Диаметр шелковины и ее геометрическое строение в свое время изучали Корналия, Робине, Дюсеньер и др., которые нашли, что диаметр шелковины не является величиной постоянной. Корналия рассматривал шелковинную нить как очень длинный конус с основанием в начале разматываемой нити и с вершиной в конце нити, но дальнейшие исследования показали неправильность этого предположения. Диаметр шелковинной нити непостоянен, но он не обнаруживает постепенного уменьшения к концу нити. Уерлд (World) наблюдал наибольший диаметр и посредине шелковины и у ее конца. Это не противоречит тому, что было сказано относительно изменения титра шелковины. Титр зависит от веса шелковины и не зависит от формы ее сечения. Форма же сечения шелковины изменяется: у конца она суживается и принимает лентообразную форму, что позволяет ей, уменьшаясь в титре по определенному закону, сохранять диаметр или изменять его вне зависимости от изменения титра. Постоянного соотношения между диаметром шелковины и титром нет. Утверждения некоторых исследователей (Паризе, Дюсеньер, Рондо и др.), что удельный вес шелковины уменьшается к ее концу, не подтвердились работами Миланской лаборатории.

Работы последней показали, что колебания удельного веса шелковины, смотанной из разных слоев кокона, очень невелики. Диаметр вареной шелковины является более постоянным, чем диаметр сырцовой нити. Большие колебания диаметра сырцовой нити следует объяснить: 1) непостоянным соотношением количеств серицина и фиброина, 2) не всегда параллельным положением одиночных нитей шелковины, 3) дефектами сырцовой нити в виде утолщений серицинового слоя, перехватов и пр. По данным Зильбермана, диаметр сырцовой шелковины тутового шелкопряда колеблется от 18 до 30 мкм. Результаты исследований Миланской лаборатории относительно диаметра сырцовой шелковины приведены в табл. 17.

Диаметры сырцовых шелковин

Диаметр вываренной шелковины значительно меньше диаметра сырцовой нити и, по данным Миланской лаборатории, колеблется от 12 до 16,7 мкм (табл. 18).

Диаметр вываренной шелковины

Диаметр шелковины диких шелкопрядов значительно больше тутового и, по Зильберману, составляет в мкм:

Диаметр шелковины диких шелкопрядов значительно больше тутового и, по Зильберману, составляет в мкм

Механические свойства шелковины. Из механических свойств шелковины для производства имеют особенное значение крепость на разрыв и удлинение нити под влиянием последнего. В производственной практике для определения крепости (р) нити пользуются не разрывной длиной или разрывным усилием на 1 мм2 сечения нити, а разрывным усилием на одно денье, по формуле р = Р/Т, где Р - разрывное усилие, Т - титр. Разрывное усилие для шелковины хорошего качества колеблется в среднем от 2,8 до 3,0 грамм на 1 денье. Разрывное усилие на 1 денье, определенное на разрыве грежевой нити, всегда больше разрывного усилия, определенного на разрыве одной шелковины. Это объясняется тем, что, благодаря перевивке и склеиванию грежевой нити серицином, она обладает большей связностью.

Удлинение составляет приращение длины нити к моменту ее разрыва и выражается или в мм на 1 м первоначальной длины нити или в % приращения к первоначальной длине. Предел эластичности для шелковины составляет приблизительно 25% разрывного усилия, причем нить получает лишь около 10% того удлинения, которое соответствует разрыву. Механические свойства шелковины, крепость на разрыв и удлинение, хотя и зависят от тех же причин, что и титр, диаметр и длина нити (от породы и происхождения коконов, от ведения выкормки и от слоя кокона), но не дают таких значительных колебаний, как рассмотренные ранее свойства шелковины. Крепость на разрыв, отнесенная к одному денье, обычно возрастает от начала шелковины к ее концу; внутренние слои шелковины показывают большую крепость на разрыв на 1 денье. Удлинение показывает обратное. Наибольшее удлинение дают верхние слои кокона. Возможны, как и во всех физических и химических свойствах шелковины, отступления. Первые метры шелковины, выпускаемой червем, совершенно не подчиняются высказанному положению. Разрывное усилие шелковины хорошего качества до известной степени пропорционально титру; удлинение в меньшей степени зависит от тонины шелковины. Случается, что тонкая шелковина имеет большее удлинение, а толстая - меньшее. Результаты испытаний крепости и удлинения, полученные Миланской лабораторией, приведены в табл. 19.

Крепость и удлинение шелковин

Миланской лабораторией, кроме того, были произведены опыты для выяснения, насколько разрывное усилие шелковой нити на 1 денье колеблется в пределах одной партии. Эти опыты (табл. 20) показали, что колебания разрывного усилия значительно меньше, чем колебания титра и диаметра шелковины.

Колебания крепости шелковин в одной партии

Испытания же крепости и удлинения на одно денье в зависимости от слоя кокона, произведенные Миланской лабораторией, представлены в табл. 21.

Крепость и удлинение грежи, полученной из различных слоев коконов

Данные Зильбермана о крепости и удлинении шелковины пород диких шелкопрядов показывают, что дикий шелк в этом отношении весьма неоднороден, что значительно понижает его технологическую ценность по сравнению с шелковиной тутового шелкопряда (табл. 22).

Крепость и удлинение дикого шелка

Физические свойства шелковины. Удельный вес шелковой нити определяли в свое время Робине, Персо, Мюльбе, Виньон и др. Трудность определения удельного веса заключается в том, что шелк очень порист, легко поглощает воздух, газы и влагу. Первые трое из названных нами исследователей определяли объем, вытесняемый шелком при погружении в воду, и пришли к следующим результатам относительно удельного веса шелка-сырца: Робине - 1,367, Персо - 1,357, Мюльбе - 1,359. Удельный вес шелковины диких шелкопрядов выше удельного веса шелковины тутового шелкопряда (табл. 23).

Удельный вес дикого шелка-сырца

Отношение шелка к теплу. Шелк - плохой проводник тепла. При нагревании шелк теряет гигроскопическую воду, но к действию тепла значительно устойчивее других волокон: при постепенном нагревании шелк не обнаруживает признаков разложения до 160° ни в морфологическом, ни в химическом отношениях и восстанавливает в значительной степени эластичность и крепость на разрыв при последующем охлаждении. Поэтому кондиционирование шелка производится при 130—140°. Утяжеленный шелк менее устойчив по отношению к нагреванию. При 120° он делается хрупким, и светлые тона получают коричневую окраску. При сжигании в тигле шелк обнаруживает то же, что и протеиновые вещества: разбухая и размягчаясь, он превращается, издавая запах жженого рога, в уголь с большим содержанием азота; образовавшийся уголь трудно сжигается.

Отношение шелка к электричеству. Шелк - плохой проводник электричества и употребляется в качестве изоляционного материала. При трении шелк наэлектризовывается положительно или отрицательно. При трении двух шелковых лент одна о другую лента с продольным направлением волокон наэлектризовывается положительно, с поперечным - отрицательно. Влажный и в особенности намасленный шелк наэлектризовывается значительно слабее. Особенно легко наэлектризовывается сухой шелк после обработки его кислотой; при этом он становится шероховатым. В наэлектризованном состоянии шелк остается долгое время даже при соприкосновении с хорошими проводниками электричества. Способность шелка наэлектризовываться и оставаться в таком состоянии обнаруживается в особенности при прядении шелка, при трении волокон о карду и гребни. Волокна взаимно отталкиваются, топорщатся, вместо того чтобы ложиться параллельно друг другу, что затрудняет обработку. Для предупреждения наэлектризовывания волокно смачивают эмульсией с мыльным раствором. Шелк является плохим проводником электричества лишь в виде чистого шелкового волокна. Крашеный и в особенности крашеный в черный цвет и утяжеленный шелк относится к электричеству иначе: электропроводность такого шелка значительно выше. Электропроводность утяжеленного шелка в 10 раз выше электропроводности чистого шелкового волокна. Высокая электропроводность утяжеленного шелка объясняется присутствием в нем солей металлов, и чем больше солей в шелке, тем выше его проводимость. По отклонению гальванометра можно судить о проценте металлических примесей в утяжеленном шелке.

Вращение плоскости поляризации в шелке исследовали в свое время Виньон и другие, причем нашли, что оно соответствует приблизительно вращению в альбуминоидах. По Виньону, угол вращения составляет для серицина 38,8—39,5°, для фиброина 39,96—42,8°. Вращательная способность шелка зависит от породы тутового шелкопряда и колеблется: для серицина от 30 до 45°, для фиброина от 39,5 до 48,2°. Серицин имеет кислую реакцию, и в растворе кислот его вращательная способность больше, чем в щелочном растворе. Фиброин - вещество с щелочной реакцией и обнаруживает обратные оптические свойства.

С химической стороны шелковина представляет собой органическое соединение (животного происхождения), по своему составу являющееся белком, по некоторым данным - кристаллического строения. Первые работы по химии шелка относятся ко второй половине 18 века (Риго де-Сен-Кентен, Моке и др.). В настоящее время установлено, что шелковинная нить образована из волокна белковой природы - фиброина (70—80%), из покрывающего его шелкового клея (20—30%), состоящего главным образом из белка - серицина и из небольших количеств красящих минеральных веществ, жиров и восковидных образований неизвестной природы. Содержание второстепенных веществ в серицине составляет около 2,5% веса всей шелковой нити. Главная составная часть шелковины - фиброин, сложное азотсодержащее органическое соединение, относящееся к протеинам. Вместе с некоторыми другими азотистыми веществами, как, например, кератином, входящим в состав волос, перьев и пуха, фиброин выделяется в особую группу белковых тел, т. н. альбуминоидов (см. Белковые вещества). Фиброин является одним из немногих белковых тел, не содержащих серы; он стоек по отношению к ферментам: например, неспособен перевариваться при действии пепсина. Последние исследования физико-химической природы фиброина показывают, что фиброин не является химически однородным веществом, а представляет собой смесь двух или даже большего количества компонентов, и что в волокнах фиброина присутствуют кристаллические вещества в состоянии твердого раствора. При гидролизе фиброин, подобно другим белкам, распадается на составные части, главную массу которых составляют аминокислоты, в особенности гликоколь, аланин и тирозин. Наиболее полный анализ продуктов гидролиза фиброина был произведен Абдергальденом в 1922 году и дал следующие результаты (в %):

Анализ продуктов гидролиза фиброина

Анализы фиброина различных сортов шелка показывают, что количественные отношения входящих в его состав аминокислот подвержены значительным колебаниям (табл. 24).

Соотношение аминокислот в фиброине шелка

Районы добычи шелка. Культура шелковичного червя неразрывно связана с культурой шелковицы, или тутового дерева. Культура шелковицы возможна лишь в широтах, где температура зимой не опускается ниже —20°. В Союзе ССР эта граница проходит примерно по линии Сталинград—Воронеж—Минск. Главными же производящими шелк районами являются: в Союзе ССР - Закавказские республики и Средняя Азия, отчасти Северный Кавказ: в Европе - Италия, Франция и Испания; на Ближнем Востоке - Турция, Персия, Левантийское побережье и на Дальнем Востоке - Япония, Китай и Индия. Количество шелка-сырца (грежи), выработанного в отдельных районах в 1924 г., составило (в т):

Количество шелка-сырца (грежи), выработанного в отдельных районах в 1924 г.

К этому количеству следует прибавить потребление шелка-сырца кустарной промышленностью Китая, Японии и др. стран Азии, которое составляет 10000—12000 т в год. Особенное развитие производство шелка-сырца за последние 60 лет получило в странах Дальнего Востока (табл. 25).

Рост производства шелка-сырца

Шелковые отбросы. Кроме утилизации в виде непрерывной шелковой нити, шелковое волокно находит значительное применение в прядении в виде шелковых отбросов. Последние разделяются на 2 категории: 1) отбросы, получаемые при шелководстве, и 2) отбросы, получаемые при размотке коконов. К первой группе принадлежат: а) охлопья, сдор - нить, выпускаемая червем перед завивкой кокона; вследствие своей неровности сдор принадлежит к наихудшим видам шелковых отбросов; содержание шелка в нем приблизительно 35%; б) порченые коконы, которые не м. б. размотаны, - коконы слабые, ржавые, запачканные, уродливые, коконы после гренажа; смотря по сорту, содержание шелка в этой группе колеблется от 50 до 75%. Ко второй группе принадлежат: а) фризон - верхи коконов, снимаемые при запарке коконов перед размоткой; сюда отходит в среднем около 25% шелковой массы коконов; фризон является очень ценным шелковым отбросом, с содержанием шелка в 65—78%; б) телетт - внутренняя оболочка размотанных коконов; содержание шелка здесь не более 40%, причем волокно крайне тонко и слабо. Шелковые отбросы перерабатываются на прядильных фабриках в пряжу, называемую шаппом, бурдесуа или пряденым шелком. Это производство держится в большом секрете и точных статистических данных нет. Ориентировочно можно считать, что мировое количество всех шелковых отбросов, перерабатываемых в год, составляет около 25000 т.

 Шелк. Тутовый шелкопряд

Шелк. Тутовый шелкопряд

Шелк. Тутовый шелкопряд

Шелк. Тутовый шелкопряд

Шелк. Тутовый шелкопряд

Шелк. Тутовый шелкопряд

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.