蜘蛛絲纖維是一種由動物腺體分泌出的天然纖維,具有優良的物理化學性能。蜘蛛絲光滑閃亮呈金黃色,平均直徑為6.9um,物理密度為1.34 g/cm3,耐紫外線性強[1],在200℃以下表現熱穩定性,300℃以上才變黃,一40℃依然有彈性,是耐高溫和低溫的理想纖維材料,且不溶于水、稀酸、稀堿,僅溶于濃硫酸、溴化鋰、甲酸等,在加熱時能微溶于乙醇,并對大部分蛋白水解酶具有抗性,所顯示的橙黃色遇堿加深遇酸褪色_2]。蛛網中的縱絲,即牽引絲(dragline),其斷裂能是同樣粗度的鋼鐵纖維的5~10倍,是炭素纖維的3.5倍L3]。蜘蛛絲以其重量最輕、彈性和抗拉性能最強等特殊性能被譽為“生物鋼”,受到人們的廣泛關注[4]。
對蜘蛛絲的研究可以追溯到18世紀,即由巴黎科學院展出的于1710年織成的長統襪和手套[5]。由于蜘蛛絲性能優越,因此在軍事、航空航天、醫療、建筑[6]、紡織制衣[7]和體育等各個領域都具有廣闊的發展前景[8]。
但是,由于蜘蛛絲是一種動物腺體分泌物,在形成過程中易受諸多因素的影響[9],致使蛛絲具有性質的多變性和難獲取性,造成蜘蛛絲纖維的應用無法得到普及。針對這一問題,這里對影響蜘蛛絲性能的因素進行了較為詳細的分析和闡述。
1 影響蜘蛛絲性能的因素
1.1 宏觀因素
1.1.1 蜘蛛絲的種類
根據吐絲的多少,蜘蛛可以分為古蛛亞目、原蛛亞目和新蛛亞目3個種類。古蛛亞目蜘蛛只能吐出一種絲;原蛛亞目蜘蛛可吐出3種絲;新蛛亞目蜘蛛可吐出7種絲[1]。由于新蛛亞目蜘蛛的牽引絲強度約為4×109N/m2,斷裂功約為105/kg,比蠶絲等纖維高出近1個數量級[10]。,因此受到廣泛的關注。但在一張新蛛亞目蜘蛛網中通常含有多種蛛絲,有的甚至含有7種之多。而這些由不同絲腺分泌出的蛛絲性質存在很大差異[11],其中牽引絲的含量較少,且不易采集。
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