1、纺织材料学全册配套最完整纺织材料学全册配套最完整 精品课件精品课件1 纺织材料学 n纺织材料纺织材料 -指纤维及纤维制品。 具体表现为：纤维、纱线、织物及其复合物。 棉花 棉纤维 羊毛 亚麻 蚕丝 化学纤维 纱线 纱线 机织物 针织物 非织造布 纤维增强复合材料 密度低：钢的1/5、铝合金的1/2、钛合金的1/3 比强度高：钢的6倍、铝合金的6.5倍、钛合金的5倍 比模量高：钢的3倍、铝合金的3.2倍、钛合金的3.5倍 n课程研究的主要内容：课程研究的主要内容： （1）研究纤维及纤维制品的结构、性能及结构 与性能之间的关系； （2）研究纤维及纤维制品的性能与加工工艺之 间的关系； （3）研究纤
2、维及纤维制品的结构、性能的测试 方法及标准。 n课程的主要内容：课程的主要内容： 第一章 绪论 第二章 天然纤维素纤维 第三章 天然蛋白质纤维 第四章 化学纤维 第五章 纺织材料的吸湿性 第六章 纺织纤维的机械性质 第七章 纺织材料的热学、电学、光学性质 第八章 纱线的结构与性质 第九章 织物的基本结构 第十章 织物的基本性能和品质评定 n纤维： 直径为几微米到几十微米（或更细），而长 度比直径大千倍、万倍以上的细长物体，称为纤 维。 如：棉花、羊毛、叶络、毛发、肌肉等。 n纺织纤维应具备以下条件：纺织纤维应具备以下条件： （1）适当的长度和细度； （2）一定的强力、变形能力、弹性、耐磨性、刚
3、柔性、抱 合力和摩擦力； （3）一定的吸湿性、导电性和热学性质； （4）一定的化学稳定性和染色性能； （5）特种纺织纤维应具有能满足特种需要的性能。 纺织纤维： 是指截面呈圆形或异形的、横向尺寸 较细、长度比细度大许多倍的、具有一定 强度和韧性的（可绕曲的）细长物体。 木棉纤维木棉纤维 竹原纤维竹原纤维 n再生纤维： 由天然聚合物或失去纺织加工价值的纤维原料经人工溶解 或熔融，再抽丝制成的纤维。 n合成纤维： 由小分子化合物合成有机聚合物后，再溶解或熔融，抽丝 制成的纤维。 n半合成纤维： 以天然高分子物为骨架，通过其他化学物质反应，改变其 组成成分，再形成天然高分子衍生物而制成的纤维。 n无
4、机纤维： 以无机物（金属、玻璃等）为原料，通过加热熔融或压延 等物理化学方法制成的纤维。 生丝 棉 苎麻 羊毛 n线密度（或特克斯） -指1000米长纤维或纱线所具有的重量克数。 n纤度（或旦尼尔、旦、袋） -指9000米长纤维或纱线所具有的重量克数。 n公制支数 -指重量为1克的纤维或纱线的长度米数。 n回潮率 -纤维材料所吸水分重量对其干燥重量的百分率。 n含水率 -纤维材料所吸水分重量对含有水分的材料重量的 百分率。 标准大气条件： n强力（又称断裂强力、绝对强力） -指纤维材料能够承受的最大拉伸力。 n相对强度 -指单位细度（每特或每旦）纤维或纱线能承受的最大 拉力。 n断裂应力 -指
5、纤维或纱线在单位面积上能承受的最大拉伸力。 n断裂长度 -指纤维或纱线靠自身重量被拉断时所具有的 长度。 克力）断裂强力为：()1000(gLP p )/(/gmg纱线的单位长度重量为纤维设： )( 1 1000 1 L千米则： g P p )( 1000 1 L千米 mp NP 断裂伸长率 -纤维或纱线被拉伸断裂时产生的伸长 占原来长度的百分率。 (%)100 0 0 L LLa a mm) 0 拉伸前的长度（L mm) a 拉伸后的长度（L n纤维大分子的典型构象示意图 纺织纤维的大分子是由许多相同或相似的原子团彼 此以共价键联合而成的，那么这些相同或相似的原子团 称为大分子的单基。 n单
6、基 -组成高聚物大分子的最小循环单元。 一个伸直的直链 大分子在三处依 箭头方向使主链 键相对于上端旋 转180后,就变 成了一根很皱曲 的分子链了. n大分子的柔曲性 如果 (1)大分子主链上原子键的旋转性较差； (2)侧基较大； (3)主链四周侧基不均衡； (4)侧基间结合力较大； 分子链节就不易转动，分子链也不易弯曲或伸直，即分子链 较“僵硬”，反之较“柔软”，这种特征叫做大分子的“柔 曲性”。 n聚集态结构（超分子结构） -指纤维内大分子排列与堆砌的结构。 大分子间的作用力： 1、范德华力、范德华力（由静电引力、诱导力、色散力组成） 作用距离：0.30.5nm 作用能量：2.123J/
7、mol 2、氢键、氢键（由大分子侧基上的极性基团：羟基、氨基、羧基等静电引力形成) 作用距离：0.230.32nm 作用能量：5.442.7J/mol 3、盐式键、盐式键（部分纤维的侧基在成对的某些基团之间会产生能量级跃迁原子转 移，从而形成络合物类型的价键性质的化学键) 作用距离：0.090.27nm 作用能量：126209.3J/mol 4、化学键、化学键 作用距离：0.090.19nm 作用能量：209.8837.36J/mol n角蛋白大分子的构成及分子间作用 取向和无序排列的缨状微胞结构 n结晶度 -把纤维中结晶区的大小占整根纤维的比例 称为结晶度。 n取向度 -大分子排列方向与纤维
8、轴向的符合程度， 称为取向度。 n缨状微胞理论： 纤维中每一个大分子可能间隔地 穿过几个结晶区和非晶区，靠结晶区 中大分子之间的结合力把大分子相互 联结在一起，又靠穿越两个以上结晶 区的大分子把各个晶区联系起来，并 由组织结构比较松散紊乱的非晶区把 各个晶区间隔开来，使纤维形成一个 疏密相间而不散开的整体。 纺织纤维的结构层次 事实上，从高聚物大分子排列堆砌组合到形成纤维，经历了多级微事实上，从高聚物大分子排列堆砌组合到形成纤维，经历了多级微 观结构层次：观结构层次： 1、大分子、大分子 2、基原纤、基原纤（由几根直线链状大分子按照一定空间位置排列，相对稳定地相成的 结晶态的大分子束，也称为晶
9、须，是原纤中最小、最基本的结构单元） 直径：13nm 3、微原纤、微原纤（由若干根基原纤平行排列结合在一起的较粗的基本属结晶态的大分 子束，也称微晶须，存在一定的结晶缺陷） 直径：48nm 4、原纤、原纤（是个统称，由若干根微原纤基本平行排列结合在一起的更粗的大分子束。原纤中 会存在比微原纤中更大的缝隙和孔洞，还可能有态较差的非晶态部分） 直径：1030nm 5、巨原纤、巨原纤（由原纤基本平行堆砌而成的更粗的大分子束） 直径：0.10.5m 6、纤维、纤维（由巨原纤堆砌而成） 微原纤的堆砌形式示意图 羊毛纤维各层次结构综合示意图 2010年（年底）世界的主要纤维产量（单位：万吨，）年（年底）世
10、界的主要纤维产量（单位：万吨，） 总纤维 化学纤维 棉羊毛丝 总量合纤纤维素 产量7257.54621.54297.7323.82510111.8 14.2 构成比10063.759.24.534.51.50.2 其中:棉纤维的产量占天然纤维总产量的比重接近90% 据海关统计，2011年我国累计进口棉花 336.5万吨，同比增长18.5%。 细绒棉（又称陆地棉） 原产于美洲大陆，19世纪末传入中国。 n长度：23 32 mm n细度：5000 6000 公支 n中段线密度：1.4 2.2 dtex（1620m） n单纤维强度：2.6 3.2 cN/dtex （Lp：2025 km） n可纺纱细
11、度：10tex 以上 长绒棉（又称海岛棉） 原产于南美和北美东南沿海岛上。 n长度：33 75 mm n细度：6500 8500 公支 n中段线密度：0.9 1.4 dtex（1315m） n单纤维强度：3.3 5.5 cN/dtex （Lp：3340 km） n可纺纱细度：10tex 以下 粗绒棉（又称亚洲棉） 原产于印度和我国西北内陆地区。 n长度：14 24 mm n细度：2500 4000 公支 n中段线密度：2.5 4.0 dtex（2428m） n单纤维强度：1.4 1.6 cN/dtex n可纺纱细度：28tex 以上 n 彩色棉是1972年由美国科学家通过转基因生 物技术培养出
12、的高科技产物。 n 它是把彩色基因转移到原棉的DNA中而使原 棉具有彩色特性。 n采棉的最大优点：不需要通过任何化 学染料着色、漂染等处理，因此采棉 服装不含甲醛等有害化学物质。 n彩棉及其制品的主要物理性能，如单纤细度、强 度、伸长率等与白棉接近略低，属粗绒棉品种。 长度：2025mm，中段线密度:2.54.0dtex n彩棉的种植过程环保。 n彩棉的运输、存储、加工过程环保。 主要特点：主要特点： n色谱不全。 n色泽稳定性差。 n色素遗传变异大。 n纤维长度偏短、短绒率高。 存在问题：存在问题： 棉花的初加工： -指将籽棉上的纤维与 棉籽分离的过程，也称 轧棉。 手工采摘棉花 籽棉分级分
13、垛 皮棉清理（除杂除疵） 打包 机械采摘棉花 轧花机轧花（棉籽剥离） 籽棉清理（除杂除疵） 自带清杂 自带棉籽剥离 自带再清理 棉纤维的初加工工艺内容及流程棉纤维的初加工工艺内容及流程 锯齿轧棉 皮辊轧棉 皮辊式与锯齿式轧棉原理比较图皮辊式与锯齿式轧棉原理比较图 两种皮棉的品质特征 n白棉： 正常成熟，正常吐絮，色泽呈洁白、乳白或淡黄色。棉纺 厂使用的主要原料。 n黄棉： 在棉花生长晚期，棉铃经霜冻伤后枯死，铃壳上的色素染 到纤维上，使纤维颜色变黄，一般属于低级棉。 n灰棉： 棉纤维在生长过程中或吐絮后由于日照少，温度低，使纤 维成熟受到影响，颜色呈灰白。这种纤维强度低，质量差， 棉纺厂很少使
14、用。 棉花大多为一年生植物,每年45月下种 78月开花 11月收获 一个棉铃(棉桃)56个棉室 45粒棉籽/棉室 11.5万根纤维/棉籽 棉花花朵 花苞 棉花 通常,棉株从开花吐絮(花见花)大约48 50天 棉花开花后的天数与纤维的平均长度 日轮层日轮层 在电子显微镜下可以观察到棉纤维的日轮在电子显微镜下可以观察到棉纤维的日轮 棉纤维截面形态 正常成熟的棉纤维其截 面形态呈：不规则的腰不规则的腰 圆形，有中腔圆形，有中腔。 棉纤维纵向形态 正常成熟的棉纤维其纵向呈： 不规则的沿纤维长度方向不不规则的沿纤维长度方向不 断改变转向的螺旋形扭曲断改变转向的螺旋形扭曲， 称为天然转曲。称为天然转曲。
15、n天然转曲形成原因： 由于棉铃吐絮后，纤维与空气接触，纤维 内的水分蒸发，纤维胞壁发生扭转，形成 不规则螺旋形转曲-称为天然转曲 成熟棉纤维纵 向和截面形态 未成熟棉纤维 纵向和截面形态 棉纤维的形态结构模型棉纤维的形态结构模型 初生胞壁初生胞壁：由网状原纤组成 厚度约为：0.10.2 次生胞壁次生胞壁S1：由微原纤紧密堆砌 厚度0.1 次生层次生层S2：全部由纤维素组成 （主体） 厚度约为：14 特点：微原纤与纤维 轴的平均螺旋角 25,同时旋转 方向沿纤维长度 方向周期性左 右改变。 次生层次生层S3：由微原纤组成 厚度= S1 棉纤维的主要品质指标 n长度 n细度 n成熟度 n天然转曲
16、n强度 n含水和含杂 影响棉纤维长度的因素： n棉花的品种 n生长条件 n初加工 细绒棉纤维自然长度排 列图（拜式图） 长绒棉纤维自然长度排 列图（拜式图） 拜式图：把纤维逐根抽出，置于黑板上，按纤维长短拜式图：把纤维逐根抽出，置于黑板上，按纤维长短 排成纤维排列图，称为拜式图。排成纤维排列图，称为拜式图。 纤维自然长度排列 图(拜式图) 纤维长度分 布示意图 SWN ; ; n(l); w(l); s(l) 分组直方图 SWN ; ; 连续函数 n(l); w(l); s(l) dl l 纤维长度分布示意图 棉纤维长度对成纱质量的影 响： n纤维长度越长，成纱强度越大。 n在保证成纱强度的前
17、提下，纤维长度越 长，成纱的极限细度越细。 n纤维长度越长，长度整齐度越好，细纱 条干均匀度越好，成纱表面越光洁。 不同纺纱方法的成纱 电子显微镜照片 棉纤维长度与纺纱工艺关系密切： n从棉纺机台的结构、尺寸到纺纱各道工序工艺 参数的确定都必须与原料的长度密切配合。如： 罗拉隔距要随纤维长度的不同而调节。 梳棉机的给棉板长度也要随纤维长度而改变等。 举例： 使用长度较长的纤维纺纱时，纱线捻系 数可适当降低，从而可提高细纱机产量。 短绒率较高时，要改善细纱条干或纺制 高档产品，要用精梳工序去除短纤维。 n主体长度： -指一批棉样中，含量最多的纤维的长度。 n平均长度： -纤维长度的平均值。（重量
18、加权平均长度） n品质长度：（又称右半部平均长度） -比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度。 n短绒率： -指纤维长度短于某一长度界限的纤维重量占棉样总重 的百分比。 n基数： -长度范围为5mm的最重部分纤维的总量占棉样总重的 百分比。 n匀度： -指棉样主体长度与基数的乘积。 n跨距长度：（纤维照影仪所测得的纤维长度指标） -表示梳夹钳口线到纤维相对根数为某一百分数处的距 离。 常用的有：50%跨距长度、2.5%跨距长度等。 手扯长度是目前国内原棉检验中必测的长度值。手扯长度是目前国内原棉检验中必测的长度值。 国家标准国家标准GB 1103-2007 棉花棉花 细绒棉细绒棉 国家标
19、准国家标准 GB/T 19617-2007 棉花长度试验方法手扯尺量法棉花长度试验方法手扯尺量法 手扯长度测定方法手扯长度测定方法: 将品级检验后的棉样用手扯的方法整理成没有丝 团、杂质、纤维平直，一端平齐的小棉束，放在 黑绒板上，量取平齐端到另一端不露黑绒板处的 距离，即为手扯长度。 原棉业务检验中，以原棉业务检验中，以1mm为级距分级如下：为级距分级如下： n25mm 包括包括25.9mm及以下及以下 n26mm 包括包括26.026.9mm n27mm 包括包括27.027.9mm n28mm 包括包括28.028.9mm n29mm 包括包括29.029.9mm n30mm 包括包括3
20、0.030.9mm n31mm 包括包括31.0及以上及以上 罗拉式棉纤维长度分析仪罗拉式棉纤维长度分析仪 梳片式羊毛纤维长度分析仪梳片式羊毛纤维长度分析仪 罗拉式长度测量原理图罗拉式长度测量原理图 基本原理： 基本原理：将纤维试样预先整理成一端整齐且长短层次分 明的棉束，放在分析仪中，利用罗拉分组（2mm间隔）， 然后由短到长依次称重，从而获得纤维长度分布的数据。 梳片式长度测量原理图梳片式长度测量原理图 10mm 3mm 梳片 毛条（纤维条） 10mm 50mm，腔宽 d 3 1 n同质毛 -羊体各毛丛由同一类型毛纤维组 成,纤维细度和长度基本一致。 n异质毛 -羊体各毛丛由两种或两种以上
21、类 型毛纤维组成。 一般，同质毛按照细度分成各种支数毛， 异质 毛按照粗腔毛含量分为各种级数毛。 支数毛：细羊毛品质支数分70支、66支、64支 和60支；半细毛分为4858支。 级数毛：以粗腔毛含量为主要依据，平均细度 （直径）作为参考条件，分一级、二级、 三级、四级和五级。 n套毛：从羊身上剪下的毛丛相互连接成一 整张的毛，称为套毛或毛被。 n散毛：从羊身上剪下的不连成一整块的毛。 n抓毛：在羊脱毛季节用梳状工具从动物身 上抓下来的毛。 n春毛： 纤维较细，含绒较高，品质好。 n秋毛： 纤维较短，洁白光泽好，品质仅次于春毛。 n伏毛： 纤维粗短，含死毛较多，品质较差。 羊毛纤维的主要组成物
22、质： 一种不溶性的蛋白质-称为角朊。 它是由多种-氨基酸缩合而成。 羊毛纤维蛋白质大分子中氨基酸的种类有25种之多 （特别是胱氨酸胱氨酸的存在使相邻大分子产生交联，呈网状结构） 组成元素有：碳、氮、氧、氢、硫 角蛋白大分子的构成及分子间作用 羊毛纤维大分子结构的特点： n主链为多种氨基酸缩聚而成。 n主链的三维构象有两种：直线型折 叠链 -螺旋链 n大分子和大分子间形成很多氢键、 盐式键等。 n含有大量的羧基和氨基。 n浓度10%，常温处理，纤维强力不下降反而增加; n浓度 8%，煮沸，纤维损伤不大，但羊毛中纤维素 类的物质炭化;（炭化工艺） n浓度80%，常温，短时间处理，强度几乎不变. 4
23、2SO H 羊毛纤维的细度越细 n纤维的细度均匀度越好 n纤维强度高 n纤维卷曲波形好、卷曲数量多 n羊脂含量高 n鳞片密度大，光泽好（柔和） n可纺纱的支数越高 n粗纺产品粗纺产品要求： 织物手感柔软、质地紧密的高级织物 多选用品质支数为6064支的同质细羊毛 粗梳毛纱：纱线粗、条干均匀度低，表面有毛茸，所用纤维短。所织粗粗梳毛纱：纱线粗、条干均匀度低，表面有毛茸，所用纤维短。所织粗 纺毛织物表面有茸毛，一般织纹不明显，比较厚重，手感柔软而有纺毛织物表面有茸毛，一般织纹不明显，比较厚重，手感柔软而有 弹性。粗纺呢绒有麦尔登、大衣呢、制服呢、法兰绒等。弹性。粗纺呢绒有麦尔登、大衣呢、制服呢、法
24、兰绒等。 n精纺产品精纺产品（轻薄织物）要求： 织物表面光洁、纹路清晰、手感滑爽 选用更高支数的同质细羊毛 精梳毛纱：纱线细，条干匀，所用纤维长而均匀。所织精纺毛织物表面精梳毛纱：纱线细，条干匀，所用纤维长而均匀。所织精纺毛织物表面 光洁，织纹清晰，较轻薄，手感坚、挺、爽。精纺毛织品如哔叽、光洁，织纹清晰，较轻薄，手感坚、挺、爽。精纺毛织品如哔叽、 华达呢、啥味呢、花呢、凡立丁等。华达呢、啥味呢、花呢、凡立丁等。 n绒线绒线产品要求： 手感丰满、富有弹性、具有一定强度、耐穿耐磨等 选用4658支同质半细毛 麦尔登（粗纺）麦尔登（粗纺） 哔叽（精纺）哔叽（精纺） n品质支数 -表示平均直径在某一
25、范围内的羊毛细 度。 品质支数是羊毛工业长期沿用下来的一个表示羊毛细度 的指标。 品质支数这个概念的来源是十九世纪末的一次国际会议， 根据当时纺纱设备和纺纱技术水平，以毛纱品质要求， 把各种细度羊毛可能纺得的英制精梳毛纱支数称为品质 支数。随着技术的进步，这个概念已经失去原有的意义， 但一直沿用下来。 目前，商业上的交易，毛纺工业中的分级、制条工艺制 定等都是以品质支数为重要依据的。 棉羊毛品质支数与平均直径的关系 OFDA100测量 仪 OFDA法（光学纤维分析法） 纤维样品 激光 泵 二级过 滤器 纤维 分散 容器 测量 传感器 纤维 光电识别器 透镜 异丙醇 测量 单元 过滤器 信号 处
26、理 电路 计算机 参考 传感器 微孔 分光 装置 分束 器 激光扫描纤维直径 测量原理图 该方法是澳大利亚羊毛检验局测量羊毛 直径的专用仪器，可以用于测定纤维直 径、变异系数、卷曲率、粗纤维含量， 以及直径分布图。 基本原理：将分散的纤维段在液体的带 动下，经过一毛细管时作平行管轴的移 动，利用纤维段对激光的遮挡量给出纤 维的直径。（可以在2min之内测量 4000根纤维） n自然长度：纤维束在自然卷曲下两端间的距离。 一般用来表示毛丛长度。 n伸直长度：毛纤维除去卷曲伸直后的长度。 一般在毛纺生产中使用。 自动长度与强力仪自动长度与强力仪测试原理： 60个毛丛被分别排列在以定速前进的输送带上
27、A上，传送带上的毛 丛从一排光源及对面的一排检测器之间穿过。当光被毛丛遮断时， 电子计数器便会纪录光束被毛丛遮断的时间。通过此方法可以测定 毛丛的长度，并计算的平均长度、均方差及变异系数。 断裂毛丛称量 控制箱 喂入带 长度测量传送带 A 毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头 毛丛长度 SL 毛丛 v0 传送带 A 探 测 器 光 源 ATLAS结构及毛丛长度测量原理 （澳大利亚联邦科学院（CSIRO）开发） 10mm 3mm 梳片 毛条（纤维条） 10mm 后者。 n水蒸气压的梯度差不同：放湿时，内高外低；吸湿时， 外高内低。 吸湿滞后性对实际工作的影响： n为了消除吸湿滞后
28、性对测试结果的影响，要先 对试样进行低温烘燥（预调湿）低温烘燥（预调湿）。即，对试样 烘燥4050去湿0.51小时。 n生产车间进行湿度调节时，当纤维处于吸湿状 态时，RH要调高些，当纤维处于放湿状态时， RH要调低些。 100 W100 GG k 0k 实 实 W100 W100 GG k k 纤维吸湿后体积会发生膨胀 n截面积膨胀较大 n长度方向膨胀较小 各种纤维在水中的膨胀性能 织物吸湿前后织物结构的变化 纤维密度随回潮率的变化 纤维吸湿后，开始密度稍有增加，随后会逐渐减小 不同湿度下纤维的应 力应变曲线 纤维吸湿后 n纤维的柔软性会增加 n纤维的弹性会下降 n纤维的摩擦系数会增加 n纤
29、维在吸湿时会放出热量。 原因： 由于运动中的水分子被纤维大分子吸附 时，水分子会将动能转化成热能而释放，这种 放热会使温度上升。 吸湿放热的指标： n吸湿微分热：吸湿微分热： 纤维在各种回潮率时，吸收1克水放出的热量，单 位为J/g（水）。 n吸湿积分热：（又称纤维润湿热）吸湿积分热：（又称纤维润湿热） 干重为1克的纤维从某一回潮率开始吸湿到达完全 润湿所放出的总热量，单位为J/g（干纤维）。 n吸湿微分热反映纤维吸湿的机理 n吸湿积分热反映纤维的吸湿能力 由图看出: n各种纤维吸湿微分热的曲线形状各种纤维吸湿微分热的曲线形状 相似。相似。 （说明各种纤维的吸湿过程和机理很相 似。） n各种干
30、燥纤维吸湿微分热大致接各种干燥纤维吸湿微分热大致接 近，约为近，约为0.841.26kJ/g（尤其是（尤其是 棉、毛、粘胶等吸湿较好的纤棉、毛、粘胶等吸湿较好的纤 维）。维）。 （说明干燥纤维吸湿，水分子的吸收形 式基本一致，进入纤维后，与纤维分 子上的亲水基团成氢键结合，故释放 的能量相近。） n随着回潮率的增加，各种纤维的随着回潮率的增加，各种纤维的 吸湿微分热不同程度的减小。吸湿微分热不同程度的减小。 （这是因为水分子与纤维分子亲水基团 直接结合的量逐渐减少，吸附在已结 合的水分子上，或间接吸收的量逐渐 增多，而这种增减随纤维内部结构不 同而异。） 几种常见纤维的吸湿积分热 由图可见，各
31、 种干燥纤维的 润湿热明显不 一样： 羊毛为112.6 、 粘胶为104.7 棉为46.1、锦纶 为31.4 涤纶5.4 润湿热不同， 反映了各种纤 维吸湿能力的 不同：吸湿能 力越强，吸湿 量越高，放出 的热量越大。 n延缓服装温度的变化。 纤维吸湿放热，能有助于人体适应环境温湿度的突然 变化。 例如，从20，40%相对湿度的室内条件进入, 10，90% 相对湿度的室外条件时，lkg羊毛服装约放出 350kJ的热量，相当于人体静坐状态1h释放的代谢热量， 使人体体温在短时间内不至明显下降。 n工厂设计厂房以及供热时,要考虑吸湿热。 例如，在纺织加工中，对供燥设备设计作热工平衡计 算时，应加以
32、考虑。 n纺织材料存储时要注意通风，避免自燃。 吸湿的热效应对实际工作的影响： n干燥纤维的电阻很大，是优良的绝缘体，其质量 比电阻在 数量级。在相对湿度较高时，纤 维的质量比电阻下降到 数量级。 10 11 10 18 l吸湿会影响纤维的折射、反射、透射和吸收性 质，进而影响纤维的光泽、颜色，以及光降解 和老化性能。 当纤维的回潮率升高时，纤维的光折射率、透射率和光泽会下降， 光的吸收会增加，颜色会变深，光降解和老化会加剧等。 纺织材料吸湿性的测量方法纺织材料吸湿性的测量方法: 一、直接测量法一、直接测量法 1. 烘箱干燥法 测试原理：利用烘箱中的电热丝加热箱内空气，通测试原理：利用烘箱中的
33、电热丝加热箱内空气，通 过过 热空气使纤维温度上升，达到使水分蒸干的目的，使热空气使纤维温度上升，达到使水分蒸干的目的，使 纤维干燥。纤维干燥。 影响测试结果的因素：影响测试结果的因素： 烘燥温度、烘燥方式、试样量、烘燥温度、烘燥方式、试样量、 烘干时间、箱内湿度、称重等。烘干时间、箱内湿度、称重等。 YG747型通风式 八篮快速烘箱 纺织材料吸湿性的测量方法纺织材料吸湿性的测量方法: 一、直接测量法一、直接测量法 2. 红外线干燥法 原理：用红外线灯泡来照射试样，将红外线辐射出的能 量转变为热能，烘干纤维。 优点：仪器占地小、测试速度快。 缺点：温度不能控制、结果不稳定。 测量时将定量样品放
34、置在仪器内部的天平秤盘上,打开天平和红外线加热装置。样品在红外线的 直接辐射下，游离水分迅速蒸发，当试样物中的游离水分充分蒸发失重相对稳定后，即能通过 SC69-02C型快速水分测定仪快速水分测定仪的光学投影读数窗，直接读出试样物质含水率的百分比。 纺织材料吸湿性的测量方法纺织材料吸湿性的测量方法: 一、直接测量法一、直接测量法 3. 高频加热干燥法 原理：将纺织材料放在高频电场中，使纤维内部水分 子极化，极化分子随高频变电场方向的转变而不断调 向，产生摩擦，发热而干燥。 优点：速度快、烘干量大且均匀，可避免“外热内晾” 的现象。 缺点：含水分过多会发生纤维爆裂现象，设备较贵。 纺织材料吸湿性
35、的测量方法纺织材料吸湿性的测量方法: 一、直接测量法一、直接测量法 4.吸湿剂干燥法 原理：在密闭容器中放入氯化钙、五氧化二磷或浓酸 等吸湿剂，使空气干燥，试样放入后，水分被吸湿剂 吸干。 优点：不加热、不改变纤维的结构和特点，不会影响 纤维中的易挥发物质。 缺点：只适宜少量试样，干燥时间长。 纺织材料吸湿性的测量方法纺织材料吸湿性的测量方法: 一、直接测量法一、直接测量法 5. 真空干燥法 原理：将试样放在密闭容器中，抽真空进行加热烘干。 由于气压变低，水的沸点降低，在较低温度（60- 70 ）时即可将水分烘干，并当一定时间后由于水汽 被驱出,真空度降低，用压差法即可推算出水分的含量。 该方
36、法不需称干重，测试简便，试样用量少，测试结 果准确，设备费用不高。 纺织材料吸湿性的测量方法纺织材料吸湿性的测量方法: 二、间接测试法二、间接测试法 1. 电阻测湿法 2. 电容式测湿法 3. 微波吸收法 4. 红外光谱法 YG412BL型原棉水分测定仪 纺织材料的机械性质 n拉伸性质 n压缩性质 n弯曲性质 n剪切性质 n摩擦性质、抱合性质 n力学疲劳性质 n负荷-伸长曲线： 以负荷为纵坐标，伸长为横坐标来描述材 料拉伸过程的曲线。 n应力-应变曲线： 以相对负荷为纵坐标，以伸长率为横坐标， 所获得的曲线。 a Y (y,y) s Pb b 0.06 0.12 Pa 负荷 P(N) la 2
37、 4 l 伸长(mm) 0 0 0.1 0.2 0 10 20 =应变 =应变率(%) 比应力 p (N/tex) 0 0.2 0.4 应力 (N/mm2=MPa) 0 300 600 试样长度 20 mm 线密度 0.3 tex 纤维密度 1.5 g/cm3 纺织纤维的拉伸曲线 n断裂功 -拉断纤维材料所需做的功。 即：纤维材料受到拉伸到断裂时所吸收的能量。 l PdlW 0 在负荷伸长曲线上，断裂功为该曲线下的面积。在负荷伸长曲线上，断裂功为该曲线下的面积。 注意：断裂功的大小与试样的细度和长度有关，因此，不 同粗细和不同试样长度的纤维材料其断裂功没有可比性。 n断裂比功 -拉断单位细度、
38、单位长度纤维材料所做的功。 b 0 0 v d lA W W 断裂比功在应力应变曲线上反映为该曲线下的面积。断裂比功在应力应变曲线上反映为该曲线下的面积。 n充满系数（功系数 ） -指纤维的断裂功与断裂强力(Pb)和断裂伸长 (lb)的乘积之比。即，曲线ob下的面积占矩形 的面积的比例。 bb lP W 断裂功、断裂比功和功系数等都是强力和伸长的 综合指标，它们可以有效地评定纤维材料的韧性， 即纤维材料的坚牢度和耐用性能。 n初始模量 -指拉伸曲线的起始部分直线段的应力和应变的 比值。即应力应变 曲线在起始段的斜率。 texa 0a 0 Nl lP E 初始模量的大小表示纤维材料在小负荷作用下
39、变 形的难易程度，即纤维材料的刚性。 屈服点（a点） -在拉伸曲线上，从近似直线的起始段之后，常会出现 一个较为明显的转折点，过这一转折点之后，往往随着 应力的增加，应变增加有加速现象，这一转折点称为屈 服点。 纤维在屈服以前产生的变形主要是纤维大分子链本身 的键长、键角的伸长和分子链间次价键的剪切，所以 基本上是可恢复的急弹性变形。而屈服点以后产生的 变形中，有一部分是大分子链段间相互滑移而产生的 不可恢复的塑性变形。 因此，纺织材料经过a点之后，从弹性变形粘弹变形 转变。 纤维的屈服点 Y Yc p 1 2 (a) Y p (b) 纤维材料的屈服点很不明显，往往表现为一 段区域，通常用作图
40、法来定出。 常用方法有： （1）角平分线法角平分线法，是在屈服点前后作拉仲曲 线的切线1和2，再作曲切线1、2交角的角平 分线，交拉伸曲线于Y点，Y即为屈服点; （2）考泊兰考泊兰(coplan)法法，从两切线1、2的交 点作横坐标的平行线交拉伸曲线于Yc点，Yc 即为屈服点。 （3）梅列狄斯梅列狄斯(Meredith)法法，作坐标原点和 断裂点连线0b的平行线，且与拉伸曲线转折 区域相切，切点Y即为屈服点。 不同纤维的应力-应变曲线 羊毛 醋酯 粘胶 醋酯 腈纶 蚕丝 锦纶 涤纶 棉 锦纶 比应力 苎麻 亚 麻 应变 (%) 产业用纤维的应力-应变曲线 应变 (%) 尼龙 聚酯 凯夫拉 玻璃
41、 人造丝 应力 (g/d) 钢丝 应力 (g/tex) 纤维的拉伸破坏机理纤维的拉伸破坏机理: （1）纤维开始受力时，无定型区中长无定型区中长 度较短的大分子首先被拉伸伸直度较短的大分子首先被拉伸伸直,其变形 主要是纤维大分子链本身的拉伸，即键 长、键角的变形。 拉伸曲线接近直线，基本符合虎 克定律。 （2）当外力进一步增加，无定型区中 大分子链克服分子链间次价键力而进一 步伸展和取向，这时一部分大分子链伸一部分大分子链伸 直，紧张的可能被拉断，也有可能从不直，紧张的可能被拉断，也有可能从不 规则的结晶部分中抽拔出来规则的结晶部分中抽拔出来,导致次价键 的断裂。次价键的断裂使非结晶区中的 大分
42、子逐渐产生错位滑移大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形比 较显著，模量相应逐渐减小。 （3）继续拉伸纤维，纤维中晶区产生晶区产生 滑移滑移，纤维大分子主链和大多次价键的 断裂，致使纤维解体。 (由于错位滑移的纤维大分子链基本 伸直平行，大分子间距就靠近，分子链 间可能形成新的次价键。产生的变形主 要又是分子链的键长、键角的改变和次 价键的破坏，表现为纤维模量再次提 高。) 纤维拉伸断裂时的裂缝和断 裂面 C B A A B C A B (a) (b) (c) (d) (e) 纤维的内部结构 ： n聚合度：提高聚合度是保证高强度的首要条件。 n取向度：取向度增大，纤维断裂强度增加，断裂 伸长率降低。
43、 n结晶度： 纤维的结晶度愈高，纤维的断裂强度、 屈服应力和初始模量表现得较高。 不同取向度纤维的应力应变曲线 g/den 伸长率 (%) 增加取向度 醋酯纤维 粘胶纤维 比应力 (gf/tex) 断裂点轨迹 N/tex 聚丙烯纤维结晶度对拉伸性能的影响 比容 (cm3/g) 初始模量 (N/cm2) 屈服应力 (N/cm2) 结晶度 (%) 试验条件的影响： n温度 n相对湿度 n试样长度(夹间距)：试样越长，弱环出现的概率越 大，测得的断裂强度越低。 n试样根数：由束纤维试验所得的平均单纤维强力 比单纤维试验时的平均强力为低。 n拉伸速度：拉伸速度对纤维断裂强力与伸长率的 影响较大。 n拉
44、伸试验机类型 拉伸实验机类型 (不同类型拉伸试验机在拉伸过程中对试样施加负荷的方式不同） n等速伸长型 n等加负荷型 n等速牵引型 （采用不同类型的测试仪器所测结果没有可比性，因为纤维 拉伸曲线为非线性。一般，等速伸长型测得的纤维强力比 等加负荷型要低，但初始模量要高） 温度对涤纶拉伸性能的影响 L (cN/tex) 177 99 21 -57 P0 (cN/dtex) (c/mm2) 相对湿度对细羊毛拉伸性能的影响 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) 相对湿度对富强纤维和棉的影响 富纤 棉 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) (%) 低
45、速和高速试验结果对比 拉伸实验机类型 (不同类型拉伸试验机在拉伸过程中对试样施加负荷的方式不同） n等速伸长型 n等加负荷型 n等速牵引型 （采用不同类型的测试仪器所测结果没有可比性，因为纤维 拉伸曲线为非线性。一般，等速伸长型测得的纤维强力比 等加负荷型要低，但初始模量要高） n急弹性变形： 当外力去除后能立刻恢复的那一部分变形。 n缓弹性变形： 当外力去除后能缓慢恢复的那一部分变形。 n塑性变形： 当外力去除后不能恢复的那一部分变形。 n实例1：凉衣绳 n实例2：对粘胶复丝114D/40f加恒外力125gf， 测定其拉伸变形率为： 时间 t（min）110100 变形 （%）1.2514.
46、917 n实例3：棉纤维Nm=5200公支，P=1.3gf，作用5 分钟后，去除外力，观察时间t与变形 %之间的 关系。 T：去除外力后恢复的 时间（min） 0（去除外力瞬间）51530 R弹：弹性恢复率（%）74.982.88487.3 纤维的蠕变及蠕变回复曲线 P0 31 P 1 2 4 5 3 t t t t2 t1 O O t2 t1 n蠕变：在一定拉伸力下，变形随时间而 变化的现象称为蠕变。 n弹性恢复率：是指材料的急弹性变形加上一定 时间的缓弹性变形占总变形的百分率。 n具体实施方法： 把 确定为25%，所施加的外力保持t=30s， 去除外力后立即得到 ，1分钟后得到 ，计 算后
47、，可测得材料的弹性恢复率。 总 3 4 n一些纤维的弹性恢复率： 纤维种类棉粘胶毛涤纶锦纶 弹性恢复率R弹 （%） 4552898998 n应力松弛：当纤维材料受到外力拉伸 时保持变形一定，则纤维内部的应力 随时间的延长而逐渐减小的现象，称 为应力松弛。 纤维的应力松弛曲线 t 0 变形 t1 张力 0 t t1 (t) 或 P(t) n纤维的应力松弛和蠕变是一个性质的两种表现。 n主要原因主要原因：由于在外力作用下纤维中大分子链的 构象变化和大分子链之间的相互滑移，即大分子 链的重新排列所引起。 n并且，当外力或变形大、温度高、空气相对温度 或纤维回潮率高时，应力松弛或蠕变的速度也较 快。
48、羊毛纤维在不同负荷下的蠕变 时间 (s) 负荷 (cN) 伸长 (%) 羊毛纤维在不同温度下的蠕变 时间 (s) 温度 定张力 伸长 (%) 羊毛在不同相对湿度下的应力松弛 时间 (s) 应力 (N/mm2) 空气相对湿度 涤纶在不同拉伸率下的应力 松弛 基本力学模型 n弹性体：在受到外力作用后产生的应变不随时间而改变。 n粘流体：外力作用后，产生的应变随时间的改变而改变。 n纺织纤维介乎于二者之间，称为粘弹体。 E = E 为 常数 t (a) 虎克弹簧模型 (b) 牛顿粘壶模型 t 0 虎克弹簧及牛顿粘壶应力-应变模型 材料的疲劳疲劳是指当低于破坏强度的应力施加于材料， 经过一段时间的作用
49、后导致材料失效的现象。 第一种： 指对纤维材料施加一不大的恒定拉伸 力，开始时纤维材料迅速伸长，接着 较缓慢地逐渐伸长，当到达一定时间 后纤维材料在最薄弱的一点发生断裂 的现象。 第二种： 指纤维材料经受多次加负荷、去负荷 的反复循环作用，使塑性变形逐渐积 累，纤维内部局部损伤，形成裂痕， 最后被破坏的现象。 纤维的多次拉伸循环曲线 4 1 2 5 e d a b c O 3 0 oa为第一次 加负荷，ab 为停顿，bc 为去负荷， cd为去负荷 停顿，de为 第二次负荷， od为第一次 剩余变形。 在一次拉伸循环中： l拉伸外力对材料所作的功是曲线四边形oabe下的面积。 l去除外力回缩时纤
50、维对外力所作的功是曲线三角形bec的面积。 l外力对纤维净作功就是曲线四边形oabc下的面积。 因而： 弹性功:曲线三角形bce的面积 净功：曲线四边形oabc的面积 外力对纤维所做的功=净功+弹性功 从疲劳曲线可以得到以下结论: n积累的总净功 一次拉伸断裂功. 并且,拉伸负荷越小,停顿时间越长,总净功. n随着循环次数,缓, 塑. n拉伸功恢复系数: oabe bce Rw 总功 弹性功 研究方法: （1）定负荷法。 （2）定伸长法。 P P0=const d O P0 a b c e 0 0 c d a b O e P 0=const (a)定负荷 (b)定伸长 纤维的重复拉伸疲劳图 表
