蚕丝纤维被誉为纤维皇后,具有良好的服用性能、生物亲和性、可降解性以及良好的力学性能和染色性能。传统的水浴法对蚕丝纤维进行脱胶、漂白等工艺加工存在着处理时间过长、处理温度过高、试剂浓度过高等问题,不仅会造成污染大、能耗多,还会破坏蚕丝纤维的性能和品质,因此降低处理温度、减少化学药品的使用对保持蚕丝纤维良好性能有着特别的现实意义。超声波以其绿色环保、节能减排、便捷高效的特性在丝绸工业有着巨大的前景,超声波产生的热效应、机械效应以及空化效应有着提高整理剂整理效率,增强反应效果,改善纤维性能等特性。超声波在丝绸工业领域的应用在控制制造成本、环保绿色发展、增强纺织品竞争力有着重要的意义。本文研究了超声波处理蚕丝对织物组织结构、表面性质、吸湿性能、力学性能、二级结构、热学性能的影响;通过设置不同脱胶时间,不同脱胶温度,不同超声波频率,不同类型脱胶剂,探究超声波对蚕丝纤维脱胶影响以及最佳脱胶参数设置;通过控制不同漂白温度,不同频率超声波,不同浓度漂白剂,探究超声波漂白对蚕丝织物的影响以及最佳漂白参数设置;通过考虑水温变化影响水中传播声速、水的表面张力、水的饱和蒸汽压因素,使用Matlab模拟超声波空化气泡运动,探究超声波频率对清洁效果差别的影响。主要的研究内容和结论如下:(1)用不同频率(40 kHz和80 kHz)超声波和水浴法在不同时间(15min、30min、60min和90min)处理蚕丝纤维,研究超声波处理对蚕丝纤维性能的影响。回潮率测试和毛效高度测试结果表明超声波处理提高了蚕丝纤维的吸湿性能,通过XPS和EDS测试表明吸湿性提高主要是由于纤维表面含氧基团和氧元素含量的提高。拉伸强力结果表明超声波处理蚕丝纤维的断裂强力得到增强,断裂伸长率减少,通过经纬密测试、红外光谱和拉曼光谱表明断裂强力的增强是由于纤维二级结构中β-sheet结构比例增加和经密增加,断裂伸长率减少是由于纤维中无规卷曲结构减少以及纬密增加,XRD测试表明超声波处理对蚕丝纤维的晶型和结晶结构的影响可忽略不计。扫描电镜测试、抗弯刚度测试、平方米克重测试表明超声波处理蚕丝不会破坏纤维表面形貌,对蚕丝弯曲模量也几乎没有影响,超声波产生的空化气泡会影响蚕丝织物组织结构,特别是较长时间处理和超声波40 kHz条件下,由于空化气泡破裂产生冲击,使纤维在纱线中排列变得散乱,但是对织物平方米克重的影响较小。TGA、DSC和DTG结果表明超声波处理会提高蚕丝纤维的热稳定性,可能是由于超声波的作用使纤维中大分子发生重排,形成更紧密结构。(2)通过超声波法和水浴法脱胶进行对比,研究超声波频率(40 kHz、60 kHz、80 kHz和100 kHz)、脱胶温度(60℃和90℃)、脱胶时间(30min和60min)、脱胶剂种类(柠檬酸、碳酸钠和木瓜蛋白酶)对蚕丝纤维脱胶效果的影响。脱胶率测试结果表明随着超声波频率降低和脱胶时间延长,蚕丝的脱胶率提高。在温度60℃条件下,超声波80 kHz、100 kHz和对照组的脱胶率明显低于超声波40 kHz、60 kHz脱胶率。木瓜蛋白酶脱胶率显著高于柠檬酸和碳酸钠,脱胶率最高为超声波组(40 kHz,60min,60℃)和(40 kHz,60min,90℃),均达到22%左右。红外光谱、XRD测试结构表明超声波脱胶不会对蚕丝二级结构产生明显影响。强力测试表明超声波对蚕丝脱胶强力影响较小,与对照组相比断裂伸长率增大,可能是由于超声波处理时丝素表面的丝胶被更完整的去除了。白度测试表明在低温条件下超声波脱胶提高蚕丝白度,高温条件下超声波40 kHz、60 kHz和100 kHz降低蚕丝白度,可能是由于脱胶反应过度损伤蚕丝白度。扫描电镜图片显示超声波脱胶后蚕丝纤维表面变得光滑干净,说明超声波脱胶不会对蚕丝纤维表面形貌进行破坏。(3)通过超声波法和水浴法对蚕丝漂白进行对比,研究超声波频率(40 kHz和80 kHz)、漂白温度(50℃和75℃)、漂白剂过氧化氢浓度(0.1 mL/100mL、0.2m L/100mL、0.3 mL/100mL、0.5 mL/100mL、0.8 m L/100mL、0.9 mL/100mL、1.0m L/100mL和1.5mL/100m L)对蚕丝纤维漂白效果的影响。白度测试表明,蚕丝织物漂白后其白度随着过氧化氢先增加后保持不变最后降低:0.1 mL/100mL至0.5m L/100mL浓度范围内增加,0.5 mL/100m L至1mL/100mL浓度范围内基本保持不变,在1.5 mL/100mL浓度时白度下降。在低浓度过氧化氢漂白条件下(0.1m L/100mL至0.5 mL/100mL),超声波组漂白蚕丝白度显著高于对照组,并且随着漂白温度增加,超声波组漂白蚕丝白度与对照组差异变得更加显著。超声波频率对蚕丝漂白效果也有较大影响,超声波40 kHz比80 kHz漂白蚕丝白度更高。强力测试表明,在低浓度过氧化氢下超声波组与对照组漂白强力差别不大,高浓度下超声波组漂白蚕丝织物强力相比对照组下降明显。XRD测试表明,超声波对蚕丝织物漂白后晶型未发生变化,没有对纤维的结晶结构产生明显影响。(4)通过仿真模拟超声波空化气泡半径运动的结果来分析造成不同超声波频率清洗效果差异的原因。测试不同频率下超声波照射去离子水记录并拟合水温随时间变化,将水温度变化对水中传播声速、水表面张力、水饱和蒸汽压因素设置进气泡运动方程,模拟空化气泡周期内半径运动,研究发现,超声波频率越低,气泡数量越多,气泡破裂半径大。以空化气泡半径变化曲线与时间轴合围包含面积定义为空化气泡做功,研究发现,超声波频率40 kHz做功最大,超声波60 kHz和超声波80 kHz做功依次减少,但是两者差别不大。分析超声波频率造成清洗差异的原因发现,超声波40 kHz清洗效果好原因是由于超声波产生的空化气泡数量多,能量大,做功多,能够更有力的清理掉污渍;而超声波80 kHz清洗效果好原因是气泡直径小,容易在接近污渍表面破裂产生冲击加速污渍剥落。