蜘蛛丝纤维是一种由动物腺体分泌出的天然纤维,具有优良的物理化学性能。蜘蛛丝光滑闪亮呈金黄色,平均直径为6.9um,物理密度为1.34 g/cm3,耐紫外线性强[1],在200℃以下表现热稳定性,300℃以上才变黄,一40℃依然有弹性,是耐高温和低温的理想纤维材料,且不溶于水、稀酸、稀碱,仅溶于浓硫酸、溴化锂、甲酸等,在加热时能微溶于乙醇,并对大部分蛋白水解酶具有抗性,所显示的橙黄色遇碱加深遇酸褪色_2]。蛛网中的纵丝,即牵引丝(dragline),其断裂能是同样粗度的钢铁纤维的5~10倍,是炭素纤维的3.5倍L3]。蜘蛛丝以其重量最轻、弹性和抗拉性能最强等特殊性能被誉为“生物钢”,受到人们的广泛关注[4]。
对蜘蛛丝的研究可以追溯到18世纪,即由巴黎科学院展出的于1710年织成的长统袜和手套[5]。由于蜘蛛丝性能优越,因此在军事、航空航天、医疗、建筑[6]、纺织制衣[7]和体育等各个领域都具有广阔的发展前景[8]。
但是,由于蜘蛛丝是一种动物腺体分泌物,在形成过程中易受诸多因素的影响[9],致使蛛丝具有性质的多变性和难获取性,造成蜘蛛丝纤维的应用无法得到普及。针对这一问题,这里对影响蜘蛛丝性能的因素进行了较为详细的分析和阐述。
1 影响蜘蛛丝性能的因素
1.1 宏观因素
1.1.1 蜘蛛丝的种类
根据吐丝的多少,蜘蛛可以分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目3个种类。古蛛亚目蜘蛛只能吐出一种丝;原蛛亚目蜘蛛可吐出3种丝;新蛛亚目蜘蛛可吐出7种丝[1]。由于新蛛亚目蜘蛛的牵引丝强度约为4×109N/m2,断裂功约为105/kg,比蚕丝等纤维高出近1个数量级[10]。,因此受到广泛的关注。但在一张新蛛亚目蜘蛛网中通常含有多种蛛丝,有的甚至含有7种之多。而这些由不同丝腺分泌出的蛛丝性质存在很大差异[11],其中牵引丝的含量较少,且不易采集。
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