1、纤维的分类及发展 第一节第一节 纤维及其分类纤维及其分类一、纤维定义与要求一、纤维定义与要求二、纤维的分类与命名二、纤维的分类与命名1天然纤维天然纤维2化学纤维化学纤维3其他分类其他分类纤维纤维纤维纤维(What is a fiber?)长宽比在长宽比在103倍以上、粗细为几微米到上百微米的倍以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。Large length to width ratio纺织纤维纺织纤维长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤挠曲性
2、和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤维。维。Small enough to be flexible 纤维的基本性能纤维的基本性能(1)一定的长度和长度整齐度；(2)一定的细度和细度均匀度；(3)一定的强度和模量；(4)一定的延伸性和弹性；(5)一定的抱合力和摩擦力；(6)一定的吸湿性和染色性；(7)一定的化学稳定性。对于特殊用途的纺织纤维，还应具备一些特殊的要求，如阻燃、抗菌等。表1-1 主要天然纤维的来源分类与名称 分类分类定义定义组成物质组成物质纤维来源纤维来源植物植物纤维纤维取自于植物种子、取自于植物种子、茎、韧皮、叶或茎、韧皮、叶或果实上获得的纤果实上获得的纤维维主要组成物质为纤维主
3、要组成物质为纤维素，并含有少量木质素，并含有少量木质素、半纤维素等，含素、半纤维素等，含量比随纤维的不同而量比随纤维的不同而不同不同种子纤维：取自植物种子表面的单细胞纤维，如棉及彩种子纤维：取自植物种子表面的单细胞纤维，如棉及彩色棉和转基因棉等纤维；色棉和转基因棉等纤维；韧皮纤维：取自植物韧皮中的韧皮纤维：取自植物韧皮中的纤维，如苎麻、亚麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻、苘麻纤维，如苎麻、亚麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻、苘麻等；等；叶纤维：取自植物叶子的纤维，如剑麻、蕉麻、菠叶纤维：取自植物叶子的纤维，如剑麻、蕉麻、菠萝叶纤维、香蕉茎纤维等；萝叶纤维、香蕉茎纤维等；果实纤维：取自植物果实的果实纤维
4、：取自植物果实的纤维，如木棉、椰子纤维；纤维，如木棉、椰子纤维；竹纤维：取自竹类茎杆的纤竹纤维：取自竹类茎杆的纤维，如竹子纤维。维，如竹子纤维。动物动物纤维纤维取自于动物的毛取自于动物的毛发或分泌液的纤发或分泌液的纤维维主要组成物质为蛋白主要组成物质为蛋白质，但蛋白质的化学质，但蛋白质的化学组成有较大差异组成有较大差异毛纤维：取自动物的毛发，由角蛋白组成的多细胞结构毛纤维：取自动物的毛发，由角蛋白组成的多细胞结构的纤维，如绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、牦的纤维，如绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、牦牛毛、马海毛、羽绒、野生骆马毛、变性羊毛、细化羊毛牛毛、马海毛、羽绒、野生骆马毛、变
5、性羊毛、细化羊毛等；等；丝纤维：指由昆虫的丝腺分泌物形成的纤维，如桑丝纤维：指由昆虫的丝腺分泌物形成的纤维，如桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署蚕丝、天蚕丝、樗蚕丝、蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署蚕丝、天蚕丝、樗蚕丝、柳蚕丝、蜘蛛丝等。柳蚕丝、蜘蛛丝等。矿物矿物纤维纤维从纤维状结构的从纤维状结构的矿物岩石获得的矿物岩石获得的纤维纤维二氧化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁等氧化铁、氧化镁等各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等表表1-2 1-2 化学纤维的分类及名称化学纤维的分类及名称分类分类定义定义纤维纤维再生再生纤维纤维以天然高聚物为原料以天然高聚
6、物为原料制成浆液其化学组成制成浆液其化学组成基本不变并高纯净化基本不变并高纯净化后制成的纤维后制成的纤维再生纤维素纤推：指用木材、棉短绒、蔗渣、麻、竹类、海藻等天然纤维素再生纤维素纤推：指用木材、棉短绒、蔗渣、麻、竹类、海藻等天然纤维素物质制成的纤维，如粘胶纤维、物质制成的纤维，如粘胶纤维、Modal纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、醋酯纤维、纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、醋酯纤维、Lyocell纤维、富强纤维等；纤维、富强纤维等；再生蛋白质纤维：指用酪素、大豆、花生、毛发再生蛋白质纤维：指用酪素、大豆、花生、毛发类、丝素、丝胶等天然蛋白质制成的，绝大部分组成仍为蛋白质的纤维，如酪类、丝素、丝胶等天然蛋白
7、质制成的，绝大部分组成仍为蛋白质的纤维，如酪素纤维、大豆纤维、花生纤维、再生角朊纤维、再生丝素纤维等；素纤维、大豆纤维、花生纤维、再生角朊纤维、再生丝素纤维等；再生淀粉再生淀粉纤维：指用玉米、谷类淀粉物质制取的纤维，如聚乳酸纤维（纤维：指用玉米、谷类淀粉物质制取的纤维，如聚乳酸纤维（PLA）；）；再生再生合成纤维：指用废弃的合成纤维原料熔融或溶解再加工成的纤维。合成纤维：指用废弃的合成纤维原料熔融或溶解再加工成的纤维。合成合成纤维纤维以石油、煤、天燃气以石油、煤、天燃气及一些农副产品为原及一些农副产品为原料制成单体，经化学料制成单体，经化学合成为高聚物，纺制合成为高聚物，纺制的纤维的纤维涤纶：
8、指大分子链中的各链节通过酯基相连的成纤聚合物纺制的合成纤维；涤纶：指大分子链中的各链节通过酯基相连的成纤聚合物纺制的合成纤维；锦纶：指其分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维；锦纶：指其分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维；腈纶：通常指含腈纶：通常指含丙烯腈在丙烯腈在85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维；以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维；丙纶：分子组成为聚丙烯丙纶：分子组成为聚丙烯的合成纤维；的合成纤维；维纶：聚乙烯醇在后加工中经缩甲醛处理所得的纤维；维纶：聚乙烯醇在后加工中经缩甲醛处理所得的纤维；氯纶：氯纶：分子组成为聚氯乙烯的合成纤维；分子组成为聚氯乙烯的合成纤维；其他的还有乙纶、氨纶、乙
9、氯纶及混合高其他的还有乙纶、氨纶、乙氯纶及混合高聚物纤维等。聚物纤维等。无机无机纤维纤维以天然无机物或含碳以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接炭经人工抽丝或直接炭化制成的无机纤维化制成的无机纤维玻璃纤维：以玻璃为原料，拉丝成形的纤维；玻璃纤维：以玻璃为原料，拉丝成形的纤维；金属纤维：以金属物质制成金属纤维：以金属物质制成的纤维，包括外涂塑料的金属纤维、外涂金属的高聚物纤维以及包覆金属的芯的纤维，包括外涂塑料的金属纤维、外涂金属的高聚物纤维以及包覆金属的芯线；线；陶瓷纤维：以陶瓷类物质制得的纤维。如陶瓷纤维：以陶瓷类物质制得的纤维。如氧化铝纤维，碳化硅纤维、多氧
10、化铝纤维，碳化硅纤维、多晶氧化物；晶氧化物；碳纤维：是指以高聚物合成纤维为原料经碳化加工制取的，纤维碳纤维：是指以高聚物合成纤维为原料经碳化加工制取的，纤维化学组成中碳元素占总质量化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维，是无机化的高聚物纤维。以上的纤维，是无机化的高聚物纤维。第二节第二节 各类常用纤维简介各类常用纤维简介一、天然纤维素纤维一、天然纤维素纤维棉棉棉纤维的生长发育棉纤维的生长发育 棉纤维是由胚珠(即将来的棉籽)表皮壁上的细胞伸长加厚而成的。一个细胞长成一根纤维.uCotton:seed hair obtained from the boll of the cotton plant
11、u 4000 fibers/seed,max 20,000 fibers/seedu250,000 fibers/boll 棉纤维正常生长发育分三个阶段棉纤维正常生长发育分三个阶段 增长期 加厚期 干涸期（扭曲期）增长期：纤维加长，形成胞壁加厚期：长度基本长足，主要是胞壁加厚干涸期：失去水分、胞壁扭转，沿纤维纵向形成天然转曲。棉纤维的生长发育棉纤维的生长发育 长绒棉 细绒棉 粗绒棉 图图1-1 不同来源棉种纤维的截面示意图不同来源棉种纤维的截面示意图 按品种分类按品种分类 长度(mm)细度(dtex)强度(km)陆地棉(细绒棉)2333 1.432.22 2125海岛棉(长绒棉)3345 1.
12、21.4 30亚洲棉(粗绒棉)1524 2.54.0 12棉花的初加工棉花的初加工 (P(P3636)棉花的初加工也叫轧棉或轧花初加工的目的是使籽棉上的纤维（俗称衣分）和棉籽分离,除去棉籽和部分杂质。籽棉皮棉（轧花厂的称呼）籽棉原棉（纺纱厂的称呼）按棉花的初加工分类按棉花的初加工分类皮辊棉锯齿棉皮辊棉和锯齿棉的比较皮辊棉和锯齿棉的比较 锯齿棉锯齿棉皮辊棉皮辊棉对纤维作用对纤维作用剧烈，纤维损伤较大剧烈，纤维损伤较大缓和，纤维损伤小缓和，纤维损伤小外观形态外观形态松散松散薄片状薄片状主体长度主体长度及整齐度及整齐度主体长度短，主体长度短，整齐度较高整齐度较高主体长度长，整齐度低、主体长度长，整齐
13、度低、短绒无法去除短绒无法去除除杂设备除杂设备有排杂、排僵设备有排杂、排僵设备无排杂设备无排杂设备轧工疵点轧工疵点多，如棉结、索丝等多，如棉结、索丝等少，有黄根少，有黄根适宜加工适宜加工细绒棉细绒棉长绒棉长绒棉产量产量高高低低按纤维色泽分类按纤维色泽分类(creamy white to gray)白棉彩色棉（遗传育种）黄棉灰棉棉纤维的形态结构和品质正常生长的棉纤维形态结构 截面：腰圆形，有中腔(kidney-bean shaped with a lumen)纵向：天然转曲the twists reverse in direction along the length 棉纤维的成熟度degree
14、 of maturity定义纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越厚，成熟度越好。根据成熟度可把棉纤维分为：根据成熟度可把棉纤维分为：成熟、未成熟、完全未成熟（死纤维）、过成熟及成熟、未成熟、完全未成熟（死纤维）、过成熟及完全成熟棉。完全成熟棉。未成熟未成熟 成熟成熟 过成熟过成熟 实际形状实际形状 图图1-2 棉纤维成熟度的理论几何图示棉纤维成熟度的理论几何图示 成熟度指标成熟度指标成熟系数：指棉纤维中断截面恢复成圆 形后相应于双层壁厚与外径之比的标定值成熟度指标及测试方法 式中：式中：M M-棉纤维成熟度系数；棉纤维成熟度系数；-棉纤维壁厚；棉纤维壁厚；D D-棉纤维截面复圆后的直径棉纤维截面复圆后
15、的直径。22013DM成熟度测试方法：成熟度测试方法：中腔胞壁对比法中腔胞壁对比法NaOHNaOH膨胀法膨胀法偏振光偏振光棉纤维的成熟度与纺纱工艺、成品棉纤维的成熟度与纺纱工艺、成品质量的关系质量的关系成熟度高的棉纤维能经受打击，易清除杂质；成熟度高的棉纤维能经受打击，易清除杂质；吸湿较低，弹性较好，加捻效率较低；吸湿较低，弹性较好，加捻效率较低；在加工过程中飞花和落棉少，成品制成率高；在加工过程中飞花和落棉少，成品制成率高；吸色性好，织物染色均匀。吸色性好，织物染色均匀。成熟度中等的棉纤维，由于纤维较细，成纱强成熟度中等的棉纤维，由于纤维较细，成纱强度高度高。细绒棉的细绒棉的M在在1.5 2
16、.0为成熟纤维，为成熟纤维，一般纺纱用的一般纺纱用的M在在1.7 1.8为最佳；为最佳；未成熟的未成熟的M2.0；死纤维；死纤维M70%70%；粘粘 胶胶-30-40%-30-40%取向度：棉取向度：棉-20-30-20-30；麻；麻-7-8-7-8；粘胶粘胶-看抽伸倍数，可人为控制，普通粘纤看抽伸倍数，可人为控制，普通粘纤 3030左右。左右。缝隙空洞：棉缝隙空洞：棉-较小；粘纤较小；粘纤-较大较大 3.3.形态结构形态结构 棉棉 ：腰圆形，有中腔，扁平带状，有：腰圆形，有中腔，扁平带状，有天然转曲。天然转曲。苎麻：腰圆形，有中腔裂缝苎麻：腰圆形，有中腔裂缝。粘胶：纵向有构槽，截面呈锯齿形，
17、有粘胶：纵向有构槽，截面呈锯齿形，有皮芯层。皮芯层。4.4.丝光棉丝光棉 丝光丝光通常是指棉织品（纱、布）通常是指棉织品（纱、布）在紧张状态下经浓碱液在紧张状态下经浓碱液(NaOH(NaOH或液氨或液氨)处处理，以获得持久的光泽，并提高对染料理，以获得持久的光泽，并提高对染料吸附能力的加工过程。吸附能力的加工过程。结构变化：天然转曲消失成为棒状；结构变化：天然转曲消失成为棒状；无定形区有所增加，结晶区有所下降；无定形区有所增加，结晶区有所下降；取向度视张力变化而定。取向度视张力变化而定。性能变化：光泽、染色性改善；强力增性能变化：光泽、染色性改善；强力增 大，延伸度下降；化学性能活泼。大，延伸
18、度下降；化学性能活泼。一一.结构结构 1.1.大分子结构大分子结构 （1 1）化学组成）化学组成 羊毛：蛋白质角朊；羊毛：蛋白质角朊；C C、H H、O O、N N、S S元素组元素组成。成。丝丝 ：蛋白质丝素（：蛋白质丝素（70-80%70-80%），少量丝胶），少量丝胶（20-30%20-30%）；）；C C、H H、O O、N N元素组成。元素组成。柞蚕丝：丝素柞蚕丝：丝素85%85%天然蛋白质纤维（2 2）单基）单基R R侧基侧基羊毛：多、复杂，约羊毛：多、复杂，约2525种氨基酸；种氨基酸；蚕丝：少、简单，约蚕丝：少、简单，约1818种氨基种氨基酸。酸。（3 3）空间形态：）空间形态
19、：羊毛的稳定羊毛的稳定结构是结构是型，型，型加外力变型加外力变为为型，型，型型去外力变为去外力变为型；蚕丝的稳型；蚕丝的稳定结构是定结构是型。型。2.2.超分子结构超分子结构 分子间力分子间力 羊毛：范德华力、盐式键、氢键、硫键力；羊毛：范德华力、盐式键、氢键、硫键力；蚕丝：范德华力、盐式键、氢键蚕丝：范德华力、盐式键、氢键结晶、取向结晶、取向 羊毛的结晶度、取向度低，而蚕丝的较大。羊毛的结晶度、取向度低，而蚕丝的较大。3.3.形态结构：形态结构：羊毛羊毛鳞片层、皮质层、髓质层鳞片层、皮质层、髓质层 1)1)鳞片层：鳞片层：作用如下：作用如下：保护纤维，使羊毛内层组织不受外界保护纤维，使羊毛内
20、层组织不受外界的生物、的生物、化学、机械等作用；化学、机械等作用；由于鳞片具有方向性，形成差微摩擦由于鳞片具有方向性，形成差微摩擦效应。效应。鳞片形状：鳞片形状：环状、瓦状、龟裂状环状、瓦状、龟裂状 2)2)皮质层：羊毛纤维的主体，占皮质层：羊毛纤维的主体，占90%90%左右。左右。皮质细胞：正皮质皮质细胞：正皮质结构疏松；结构疏松；偏皮质（副皮质）偏皮质（副皮质）结构结构紧密；紧密；双边结构：细羊毛的正副皮质细胞（结构双边结构：细羊毛的正副皮质细胞（结构与性能不同）分布于纤维的两侧，并在长与性能不同）分布于纤维的两侧，并在长度方向上不断转换位置，正皮质一般在纤度方向上不断转换位置，正皮质一般
21、在纤维卷曲处的外侧，而副皮质处于卷曲的内维卷曲处的外侧，而副皮质处于卷曲的内侧，使羊毛具有天然卷曲。这种结构成之。侧，使羊毛具有天然卷曲。这种结构成之。3)3)髓质层髓质层 存在于粗羊毛中；羊毛越粗，中腔髓质层存在于粗羊毛中；羊毛越粗，中腔髓质层的比例越大，羊毛品质越低。的比例越大，羊毛品质越低。蚕丝：丝素外包有丝胶；蚕丝：丝素外包有丝胶；纵向平滑，截面为不规则三角形。纵向平滑，截面为不规则三角形。缩绒性缩绒性 羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧密，并相互穿插，纠缠，交编毡化。这密，并相互穿插
22、，纠缠，交编毡化。这一性能称之。一性能称之。利：缩绒使毛织物有独特的风格；利：缩绒使毛织物有独特的风格；弊：缩绒使毛织物的尺寸稳定性变差（洗弊：缩绒使毛织物的尺寸稳定性变差（洗涤后易收缩，变形）影响穿着的舒适性涤后易收缩，变形）影响穿着的舒适性与美观（起毛起球）与美观（起毛起球）合成纤维结构 一、涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯）一、涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯）1 1结构结构 大分子结构大分子结构：特征基团：苯环特征基团：苯环具有刚性和惰性；具有刚性和惰性；酯基酯基-COO-COO-弱极性基团；弱极性基团；脂肪基脂肪基柔性基团。柔性基团。大分子无卷曲，基本上带曲折状的直链；大分子无卷曲，基本上带曲折状的
23、直链；超分子结构：超分子结构：大分子间主要是靠范德华力；结晶度较大分子间主要是靠范德华力；结晶度较大，取向度也较高。大，取向度也较高。2 2性质性质（1 1）机械性质）机械性质 断裂强度较高，伸长率大；初始模量高；断裂强度较高，伸长率大；初始模量高；弹性回复性好；弹性回复性好；织物挺括，耐磨性较好，尺寸稳定性较织物挺括，耐磨性较好，尺寸稳定性较好。好。（2 2）吸湿染色差）吸湿染色差 W=0.4%W=0.4%；不能采用常温染色。；不能采用常温染色。易起静电，耐污性差易起静电，耐污性差 （3 3）热学性质）热学性质 熔点高熔点高 255-265255-265C C；耐热性和热稳定性；耐热性和热稳
24、定性好好（4 4）光学性质）光学性质 耐光性好，仅次于腈纶耐光性好，仅次于腈纶（5 5）耐酸不耐强碱，不霉不蛀）耐酸不耐强碱，不霉不蛀（6 6）密度：）密度：1.38 g/cm1.38 g/cm3 3 二、锦纶二、锦纶1 1、结构、结构 分子式：分子式：H NHH NH（CHCH2 2）5 5CO CO n n OH OH 锦纶锦纶6 6 H NHH NH（CHCH2 2）6 6NHCONHCO（CHCH2 2）4 4 CO CO n n OH OH 锦锦纶纶66 66 特征基团：有极性集团特征基团：有极性集团-CONH-CONH-；-NH-NH2 2；-COOH-COOH；单基较长，无支链，
25、属柔性单基较长，无支链，属柔性基团基团锦纶是柔曲大分子，空间呈平面锯齿形。锦纶是柔曲大分子，空间呈平面锯齿形。有范德华力、氢键力；结晶度比涤纶略低有范德华力、氢键力；结晶度比涤纶略低 2 2、性质、性质 （1 1）机械性质）机械性质 断裂强度、屈曲强度较高，伸长大；断裂强度、屈曲强度较高，伸长大；初始模量较低，断裂功大；初始模量较低，断裂功大；弹性好，耐磨性好，织物的保形性和弹性好，耐磨性好，织物的保形性和挺挺 括性较差。括性较差。（2 2）吸湿染色性）吸湿染色性 W=4.5%W=4.5%，比涤纶好，比涤纶好 （3 3）热学性质）热学性质 耐热性差；耐热性差；安全使用温度：低于安全使用温度：低
26、于9393C C（锦纶（锦纶6 6），低于），低于130130C C（锦纶（锦纶6666）；）；熔点：熔点：215215C C（锦纶（锦纶6 6），），250250C C（锦纶（锦纶6666）（4 4）耐光性差）耐光性差（5 5）耐碱不耐酸）耐碱不耐酸（6 6）密度较小：）密度较小：1.14 g/cm1.14 g/cm3 3 三、腈纶三、腈纶 第一单体：丙烯腈（超过第一单体：丙烯腈（超过85%85%）第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹性、柔软性，同时还有利于染料分子进性、柔软性，同时还
27、有利于染料分子进入。入。第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲染料的基团改善纤维的染色性染料的基团改善纤维的染色性。1.1.结构结构 准结晶结构准结晶结构 2.2.性质性质 强度较低，伸长较大；强度较低，伸长较大；初始模量：初始模量：E E锦纶锦纶EE腈纶腈纶EE涤纶涤纶；弹性：比棉、麻、粘胶好，但比羊毛、涤纶、弹性：比棉、麻、粘胶好，但比羊毛、涤纶、锦纶差；锦纶差；染色性较好；没有明显的熔点，不会产生熔染色性较好；没有明显的熔点，不会产生熔孔现象；孔现象；耐光性特别好；耐光性特别好；耐酸也耐碱；耐酸也耐碱；密度较小：密度较小：1.17g/cm1.17g/cm
28、3 3 四、维纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维）四、维纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维）1.1.结构：结构：皮芯层结构，皮芯层结构，截面形状：截面形状：浓度浓度30%30%，哑铃状；，哑铃状；浓度浓度40%40%，圆，圆形；形；大分子主链呈平面锯齿形。大分子主链呈平面锯齿形。2.2.性质性质 机械性质：强度较高，伸长率不大，初机械性质：强度较高，伸长率不大，初始模量比涤纶低，始模量比涤纶低，弹性较差，耐磨性较弹性较差，耐磨性较好。好。吸湿染色性：吸湿染色性：W=5.0%,W=5.0%,在合纤中，吸湿性在合纤中，吸湿性居于首位居于首位;染色性不好，色泽不鲜艳染色性不好，色泽不鲜艳 。热学性质：耐干热稳定性较好，耐热
29、水性热学性质：耐干热稳定性较好，耐热水性较差。较差。耐碱不耐强酸；耐碱不耐强酸；耐光性、耐腐蚀性较好；耐光性、耐腐蚀性较好；热传导系数低，保暖性较好；热传导系数低，保暖性较好；五、丙纶五、丙纶1 1、结构、结构 分子间不存在强的化学结合力。分子间不存在强的化学结合力。等规聚丙烯分子量相当高，具有较高的立等规聚丙烯分子量相当高，具有较高的立体规整性，易结晶。体规整性，易结晶。2 2、性质、性质 机械性质：强度较高，伸长率较大，初机械性质：强度较高，伸长率较大，初始模量不高，始模量不高，弹性很好，耐磨性好。弹性很好，耐磨性好。吸湿染色性：吸湿性、染色性很差吸湿染色性：吸湿性、染色性很差 热学性质：
30、熔点低，耐湿热不耐干热热学性质：熔点低，耐湿热不耐干热 耐光性特别差，易老化耐光性特别差，易老化 化学稳定性很好，耐酸、耐碱、耐其他化学稳定性很好，耐酸、耐碱、耐其他化学试剂化学试剂 密度最轻：密度最轻：0.91g/cm0.91g/cm3 3 第三章第三章 纤维形态的表征纤维形态的表征 东华大学纺织学院纤维的形态主要是指纤维的形态主要是指:纤维的纤维的长度长度、细度细度、卷曲或转曲、截面形状卷曲或转曲、截面形状等等与纤维的与纤维的可纺性可纺性、成纱质量成纱质量、手感手感、保暖性保暖性等关系密切等关系密切.纤维形态的表征纤维形态的表征 纤维的长度及其分布纤维的长度及其分布 纤维的细度及其分布纤维
31、的细度及其分布 纤维的卷曲或转曲纤维的卷曲或转曲 纤维的截面形状及表征纤维的截面形状及表征 纤维长度指标的基本表达纤维长度指标的基本表达 纤维长度分布的基本测量纤维长度分布的基本测量 纤维长度分布及其相互关系纤维长度分布及其相互关系 典型纤维的长度表达典型纤维的长度表达 纤维的细度表征纤维的细度表征 纤维细度不匀指标纤维细度不匀指标 纤维细度及分布的测量方法纤维细度及分布的测量方法 纤维细度及其不匀表征的意义纤维细度及其不匀表征的意义 纤维的卷曲形式及表征纤维的卷曲形式及表征 纤维的转曲及表征纤维的转曲及表征 异形纤维的基本概念异形纤维的基本概念 截面异形的表征截面异形的表征 截面空心与复合的
32、表征截面空心与复合的表征 2022-11-30147第一节第一节 纤维的长度及其分布纤维的长度及其分布纤维长度：一般指伸直长度，即纤维伸直而未纤维长度：一般指伸直长度，即纤维伸直而未 伸长时两端的距离。伸长时两端的距离。另有自然长度（另有自然长度（自然长度：纤维在自然伸展状 态下的长度）：例）：例毛丛长度毛丛长度 天然纤维天然纤维随动物、植物的随动物、植物的种类、品系种类、品系与生长条件与生长条件而不同。而不同。棉、麻、毛棉、麻、毛 ：短纤维，纤维长度一：短纤维，纤维长度一般般2525250mm250mm；长度差异很大长度差异很大（不同品种（不同品种或同品种）或同品种）蚕丝蚕丝 ：长丝，一个茧
33、子上的茧丝长长丝，一个茧子上的茧丝长度可达数百米至上千米。度可达数百米至上千米。天然纤维长度（天然纤维长度（mmmm）范围）范围 棉纤维：棉纤维：2525-4545 亚麻单纤维：亚麻单纤维：1515-20 20 亚麻工艺纤维：亚麻工艺纤维：500-750500-750 黄麻单纤维：黄麻单纤维：2-4 2-4 黄麻工艺纤维：黄麻工艺纤维：2000-3000 2000-3000 大麻单纤维：大麻单纤维：10-15 10-15 大麻工艺纤维：大麻工艺纤维：700-1500700-1500 细毛、半细毛：细毛、半细毛：50-10050-100 粗毛、半粗毛：粗毛、半粗毛：50-20050-200 化学
34、纤维化学纤维人工制造，可根据需要而定。人工制造，可根据需要而定。长丝：可无限长；长丝：可无限长；短纤维：等长或不等长。短纤维：等长或不等长。长度离散性小，但超长纤维和倍长纤维对长度离散性小，但超长纤维和倍长纤维对 纺纱工艺危害较大。纺纱工艺危害较大。棉型化纤：棉型化纤：30-40 mm 30-40 mm 用棉纺设备纺纱用棉纺设备纺纱 纯纺或混纺纯纺或混纺 毛型化纤：毛型化纤：70-150 mm 70-150 mm 用毛纺设备纺纱用毛纺设备纺纱 纯纺或混纺纯纺或混纺 中长纤维：中长纤维：51-65 mm 51-65 mm 用棉纺或化纤专纺设备纺纱用棉纺或化纤专纺设备纺纱 仿毛织物仿毛织物一、纤维
35、长度指标的基本表达一、纤维长度指标的基本表达1纤维长度纤维长度（1）纤维根数加权长度（手排）纤维根数加权长度（手排法、法、Wira单纤维长度测量法和单纤维长度测量法和AFIS法等法等）以纤维根数加权平均长度简称以纤维根数加权平均长度简称根数（加权）平均长度，是将根数（加权）平均长度，是将对应某一纤维长度的根数与该对应某一纤维长度的根数与该长度长度l（mm）积的和的平均值）积的和的平均值Ln。即。即 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 图图3-1 纤维长度分布示意图纤维长度分布示意图llNNNNLld1max 0 n（2）质量
36、加权长度（罗拉法和梳片法）由分组称重方法得到，又称重量加权长度Lw 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B（3）截面加权长度（Almeter纤维长度仪）典型的表达为豪特（Hauteur）长度H 纤维长度的加权值只与截面的频数函数或频率密度函数s(l)相关 max0 d1 lllWWWlWBmax 0 d1lllSSSlSH2.纤维长度界限及含量值长度界限：某特定纤维含量值C（）条件下的纤维长度LC，即超出此长度LC纤维的含量只有C。如C=2.5，则长度界限为L2.5。短纤维含量：是指短纤维的含量值SFC。即长度小于LSF的纤维含量百分比。如纤维长度小于20mm的纤维含量为14.8%，则写为14
37、.8%20mm。二、纤维长度分布的基本测量二、纤维长度分布的基本测量1一端整齐法一端整齐法（1）拜氏图）拜氏图（2）Almeter测量测量（3）罗拉法）罗拉法（4）梳片法）梳片法 2.逐根测量逐根测量（1）Wira法法（2）AFIS测量测量 3.纤维须丛法纤维须丛法（1）光照影法）光照影法(HVI)（2）微夹取法）微夹取法1、一段整齐法拜氏图（羊毛、切断化纤）O L C B B2 L5 B4 B3 L2 L4 L1 L3 B1 B5 交叉点 最大长度点 下 4 分位长 上 4 分位长 A 图图3-2 拜氏图的意义及长度求法拜氏图的意义及长度求法上上4分位长度：分位长度：有效长度OL的作图求法是
38、，取OL的中点A作水平线交轮廓线LB于L1，由L1作垂线交OB于B1，取B2（令OB2=OB1/4）作垂线交轮廓LB于L2，再取L2B2的中点A2作水平线交轮廓线LB于L3，由L3的垂线交OB轴得B3。此时，取OB3的上4分位B4，即OB4=OB3/4。作垂直线交LB得L4B4，称为有效长度，也称上4分位长度。（2）Almeter测量（毛）导杆 一端齐试样 显示 打印 检测 电容器 电动A/D 控制 计算机 移动 图图3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图长度测量仪工作原理示意图（3）罗拉法（棉）（4）梳片法（毛、麻或仿 毛类纤维）图图3-5 累计分布和频率密度累计分布和频率密度 10
39、mm 3mm 梳片 毛条（纤维条）10mm 70%RH70%时，曲线斜率又明显地增大。时，曲线斜率又明显地增大。3 3.纤维种类不同，曲线的高低不同，吸湿能力纤维种类不同，曲线的高低不同，吸湿能力 强的在上方，如羊毛、粘胶；吸湿能力差的强的在上方，如羊毛、粘胶；吸湿能力差的 在下方，如腈纶、涤纶等在下方，如腈纶、涤纶等。2 2、吸湿等湿线（、吸湿等湿线（RH%RH%一定，一定，W-TW-T的关系曲线的关系曲线)定义定义：纤维在一定的大气压力下，相对湿度一：纤维在一定的大气压力下，相对湿度一 定时，平衡回潮率随温度而变化的曲线，定时，平衡回潮率随温度而变化的曲线，称为吸湿等湿线。称为吸湿等湿线。
40、曲线：曲线：一般规律：温度愈高，平衡回潮率愈低。但一般规律：温度愈高，平衡回潮率愈低。但 在高温高湿的条件下，由于纤维的热膨胀等在高温高湿的条件下，由于纤维的热膨胀等 原因，平衡回潮率略有增加。原因，平衡回潮率略有增加。返回返回羊毛和棉的吸湿等湿线羊毛和棉的吸湿等湿线三、纤维的吸湿机理纤维的吸湿机理 1.1.吸着水分的种类吸着水分的种类 根据水分子在纤维中存在的方式不同，可分为三种：根据水分子在纤维中存在的方式不同，可分为三种：（1 1）吸收水）吸收水 由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。吸收水是纤维吸湿的主要原因。吸收水是纤维吸湿的主要原因。吸收水
41、属于化学吸着，是一种化学键力，因此必然吸收水属于化学吸着，是一种化学键力，因此必然 有放热反应；有放热反应；直接吸收水：由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水：由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水 分子。分子。如:-0H,-COOH,-CONH-,-NH2 结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。间接吸收水：其他被吸着的水分子。其他被吸着的水分子。a.a.由于水分子的极性再吸着的水分子由于水分子的极性再吸着的水分子 ；b.b.纤维中其他物质的亲水基团所吸引的水分子。纤维中其他物质的亲水基团所吸引的水分子。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。结合力较弱，主
42、要是范德华力，放出热量较少。(2)2)粘着水（表面吸附水）粘着水（表面吸附水）纤维因表面能而吸附的水分子。纤维因表面能而吸附的水分子。毛细水和粘着水属于物理吸着，是范德华力，没有明显的毛细水和粘着水属于物理吸着，是范德华力，没有明显的热反应，热反应，吸附也比较快。吸附也比较快。(3)(3)毛细水毛细水 纤维无定形区或纤维集合体纤维间存在空隙，由于毛纤维无定形区或纤维集合体纤维间存在空隙，由于毛细管的作用而吸收的水分细管的作用而吸收的水分 。与纤维结构（结晶度）和纤维与纤维结构（结晶度）和纤维集合体的结构有关集合体的结构有关 微毛细水：存在于纤维内部微小间隙之中的水分；微毛细水：存在于纤维内部微
43、小间隙之中的水分；大毛细水：存在于纤维内部较大间隙之中的水分子。大毛细水：存在于纤维内部较大间隙之中的水分子。（当湿度较高时）。（当湿度较高时）。吸湿理论Peirce理论：纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分。为总的吸收水分子数；为直接吸收水分子数；为间接吸收水分子数，直接吸水取决于纤维中的极性基团；间接吸水与纤维中的空隙和无序区有关。Speakman的羊毛吸湿的三相理论第一相水分子是与角朊分子侧链中的亲水基相结合的水吸湿的第二相水分子被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子链段间的相互作用吸湿的第三相水分子是填充在纤维空隙间和分子间的汽、液态水，abCCC图图4-5 相对湿度对吸收水分子数
44、的影响相对湿度对吸收水分子数的影响图图4-6 相对湿度对回潮率的影响相对湿度对回潮率的影响四、吸湿滞后性四、吸湿滞后性1.吸湿滞后现象吸湿滞后现象图图4-7 纤维吸湿、放湿的回潮率纤维吸湿、放湿的回潮率-时间曲线时间曲线图图4-8 吸湿滞后性图吸湿滞后性图2 2、定义、定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者大于后者，这两种平衡回潮率不相等，前者大于后者，这种现象称之。种现象称之。吸湿滞后性产生的原因能量获得概率的差异水分子进出的差异纤维结构的差异水分子分布的差异热
45、能作用的差异3.3.应用应用 a.a.调湿和预调湿调湿和预调湿：调湿调湿：纺织材料具有一定的吸湿性，故：纺织材料具有一定的吸湿性，故实验前，需要将试样统一在标准状态下放实验前，需要将试样统一在标准状态下放置一定时间，使达到平衡回潮率。置一定时间，使达到平衡回潮率。预调湿预调湿：为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差，为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差，需预先将材料在较低的温度下烘燥（一需预先将材料在较低的温度下烘燥（一 般为般为404050 50 去湿去湿0.50.5l hl h），使纤维），使纤维 的回潮率远低于测试所要求的回潮率。的回潮率远低于测试所要求的回潮率。然后再在标准状态下，使达到平衡
46、回潮然后再在标准状态下，使达到平衡回潮 率。率。b.b.车间温湿度调节车间温湿度调节 如：纤维处于放湿时，车间空气的如：纤维处于放湿时，车间空气的RH%RH%RH%规定值规定值。五、五、影响纤维吸湿的因素影响纤维吸湿的因素 影响纤维回潮率的因素有影响纤维回潮率的因素有内因内因和和外因外因两个方面。两个方面。内在因素包括内在因素包括：化学结构化学结构-纤维大分子亲水基团的数量和极性的强弱；纤维大分子亲水基团的数量和极性的强弱；聚集态结构聚集态结构-纤维的结晶度、纤维内孔隙的大小和多纤维的结晶度、纤维内孔隙的大小和多少；少；形态结构形态结构-纤维比表面积的大小，截面形状、粗细及纤维比表面积的大小，
47、截面形状、粗细及表面粗糙程度；纤维伴生物的性质和含量表面粗糙程度；纤维伴生物的性质和含量。外在条件包括外在条件包括：温湿度；气压；原来回潮率的大小：温湿度；气压；原来回潮率的大小。(一一)纤维内在因素纤维内在因素 1 1亲水基团的作用亲水基团的作用 纤维大分子中，亲水基团的多少和极性强弱纤维大分子中，亲水基团的多少和极性强弱 均能影响其吸湿能力的大小。数量越多，极均能影响其吸湿能力的大小。数量越多，极 性越强，纤维的吸湿能力越高。性越强，纤维的吸湿能力越高。各种基团对各种基团对 纤维素纤维，蛋白质纤维，纤维素纤维，蛋白质纤维，合成合成纤维吸水性都有很大影响纤维吸水性都有很大影响。如：羟基（如：
48、羟基（-OH-OH）、）、酰胺基（酰胺基（-NHCO-)-NHCO-)、羧基、羧基 （-COOH-COOH）、氨基）、氨基(-NH(-NH2 2)等。等。与水分子的亲和力很大，能与水分子形与水分子的亲和力很大，能与水分子形 成化学结合水（吸收水）。成化学结合水（吸收水）。纤维素纤维：纤维素纤维：如棉、粘纤、铜氨等纤维，大分子中的每一如棉、粘纤、铜氨等纤维，大分子中的每一葡萄糖剩基含有葡萄糖剩基含有3 3个个-OH-OH，在水分子和，在水分子和-OH-OH之间之间可形成氢键，所以吸湿性较大。醋酯纤维中可形成氢键，所以吸湿性较大。醋酯纤维中大部分羟基都被乙酸大部分羟基都被乙酸基（基（-COCH-C
49、OCH3 3）取代，而）取代，而乙酸基对水的吸引力又不强，因此醋酯纤维乙酸基对水的吸引力又不强，因此醋酯纤维的吸湿性较低。的吸湿性较低。蛋白质纤维：蛋白质纤维：主链上含有亲水性的酰胺基、氨基主链上含有亲水性的酰胺基、氨基（一（一NHNH2 2）羧基（一羧基（一COOHCOOH）等亲水性基团，因此吸湿）等亲水性基团，因此吸湿 性很好，尤其是羊毛，侧链中亲水基团较性很好，尤其是羊毛，侧链中亲水基团较 蚕丝更多，故其吸湿性优于蚕丝。蚕丝更多，故其吸湿性优于蚕丝。合成纤维：合成纤维：维纶维纶大分子中含有羟基（一大分子中含有羟基（一OHOH），经），经缩醛化后一部分羟基被封闭，吸湿性减小，缩醛化后一部分
50、羟基被封闭，吸湿性减小，但在但在 合纤中其吸湿能力最好。合纤中其吸湿能力最好。锦纶锦纶6 6、锦纶、锦纶6666 大分子中，每大分子中，每6 6个碳个碳原子上含有一个酰胺基（原子上含有一个酰胺基（-CONH-CONH-），所以），所以也具有一定的吸湿能力。也具有一定的吸湿能力。腈纶腈纶大分子中只有亲水性弱的极性基大分子中只有亲水性弱的极性基团氰基（团氰基（-CN-CN），故吸湿能力小。），故吸湿能力小。涤纶、丙纶涤纶、丙纶因缺少亲水性基团，故吸因缺少亲水性基团，故吸 湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。2 2纤维的结晶度纤维的结晶度 纤维的结晶度越低，吸湿能力就
