1、2023-1-121第三章第三章 纤维形态的表征纤维形态的表征 2023-1-122第一节第一节 纤维的长度及其分布纤维的长度及其分布一、纤维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 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2023-1-123llNNNNLld1max 0 n（1）根数加权长度）根数加权长度 N为纤维的总根数；Ni为纤维频数分布函数；lmax为最长纤维长度 max0 nd)()(llllnllnLn(l)Ni /N，表示纤维长度的频率密度函数
2、，表示纤维长度的频率密度函数100nnnLCVLL根数加权长度的变异系数 2023-1-124（2）质量）质量(重量重量 )加权长度加权长度 Lm=Lw=巴布（Barbe）长度Bmax0 d1 lllWWWlWBmax0 d)()(llllwllwBlSNWmax0 2n2d1 lllNLlNlNB)1(2nnCVLLB为纤维密度；S为单根纤维的平均截面积)(100BBCVB2023-1-125（3）截面加权长度）截面加权长度Ls Ls理论上是由质量加权长度引出,典型的表达为豪特（Hauteur）长度H，Ls=H max 0 d1lllSSSlSHmax 0 d)()(llllsllsH，截面
3、的频数函数；s(l)，频率密度函数S若假设各单纤维的截面积Si 是一致的，则截面加权长度直接等于根数加权长度。Si=S，S(l)=N(l)s，或s(l)=n(l)s，2023-1-1262纤维长度界限及含量值纤维长度界限及含量值 纤维长度界限（纤维长度界限（mm）：或称界限长度，某特定纤：或称界限长度，某特定纤维含量值维含量值C（）条件下的纤维长度（）条件下的纤维长度LC，如，如C=2.5，则长度界限为则长度界限为L2.5。短纤维含量短纤维含量SFCSFC，通过设定最大短纤维长度界限，通过设定最大短纤维长度界限LSF确定，基本表达形式是确定，基本表达形式是 SFC（LSF mm）2023-1-
4、127二、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q按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如拜氏图拜氏图；q纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人工手排（工手排（罗拉法罗拉法）或梳片排（）或梳片排（梳片法梳片法）和机械自动）和机械自动排（排（Almeter法）法）2023-1-128 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最大长度OC，交叉长度
5、OL，有效长度L4B4100OBBB3nR)1(100)BLBL1(1004455K短纤维含量Rn 纤维长度的整齐度K（）OB4=OB3/4B5B3=OB3/42023-1-129 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原理：电容值与极板间的纤维质量（m=S(l)l(l)）成正比，假设纤维密度(l)不随纤维丛长度而变，极板宽度l为常数，则长度l处的纤维含量只与纤维丛的截面积S(l)有关。2023-1-1210 累积分布函数)()()()()(MNWSlF或 O 50 100 l lm
6、ax F(l)e 频率密度函数%)()()()()(mlnlwlslf或 r(l)图图3-4 累计分布和频率密度函数累计分布和频率密度函数为须从长度分布)(r2023-1-1211图图3-5 罗拉法罗拉法测量原理图测量原理图我国棉纤维长度检验标准中使用的方法，采用的长度指标有主体长度、品质长度、短纤维率、重量平均长度、长度均匀度和基数，多被纤维须丛测量法（HVI系统）所替代。2023-1-1212 10mm 3mm 梳片 毛条（纤维条）10mm 31mm）或16mm（LM31mm）纤维的质量百分比。2023-1-1221 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
7、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 图图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理结构及毛丛长度测量原理2毛、麻纤维毛、麻纤维(1)加权主体长度加权主体长度ML:即分组称重时连续最重四组的加权平均长度；(2)质量加权平均长度Lm和变异系数CVLm(3)主体基数SM:连续最重四组重量的总和占全部试样重量的百分数(4)短毛率:30mm以下长度的重量占总重量的百分数2023-1-12223等长切断化纤等长切断化纤 纤维长度 LC LS LSS 图图3-15 切断切断称重法求等长纤维平均长度称重法求等长纤维平均长度超长纤维：指实际长度7mm+LN（名义长
8、度LN50mm）或10mm+LN（LN50mm）的纤维，但长度必须2000根）2023-1-1228 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 处理 电路 计算机 参考 传感器 微孔 分光 装置 分束 器 图图3-19 激光扫描纤维直径测量原理图激光扫描纤维直径测量原理图2023-1-1229 L Q P0 QPR M,SS,K()Q P 3气流仪法气流仪法图图3-20 气流仪测量纤维细度原理示意图气流仪测量纤维细度原理示意图2023-1-123032201(1)A PQK SL苛仁纳公式 201QSMH或2SQ
9、MHM H K系数，与纤维在管道中的排列状态有关，并受空隙率的影响；P管道两端的压力差空隙率，未被纤维占据的体积的比率S0纤维的比表面积A管道截面L管道长度气体粘滞系数Hs、H分别为每厘米纤维的理论重量和实际重量（g）M H/Hs（成熟度比，可认为是棉纤维的成熟度）2023-1-1231图图3-21 振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图4振动测量法振动测量法2023-1-1232四、纤维细度及其不匀对纤维集合体性质的影响四、纤维细度及其不匀对纤维集合体性质的影响（1）对纤维本身 ffSVA2Sdd424圆形 2（）粗细将影响其比表面积SS，纤维的吸附性能和染色性
10、质 纤维间的细度不同，会引起纤维力学性质的差异 纤维变粗，使纤维的弯曲刚度增大，点接触面积增大，纤维变得刚硬和触感粘涩、偏冷。2023-1-1233（2）对纱线 2DC100d1CVNLnnSS为可纺性，L为纤维长度，英吋（1in=25.4mm）；nc为纺纱加工中纱截面中临界纤维根数；Cvd纤维自身的细度不匀纤维细，纱截面中的纤维根数增加，有利于纤维间的相互接触和纱条均匀性的增加，使纤维的可纺性提高，但纱的结构膨松，有序性下降 2023-1-1234纤维细度种类纤维细度种类线密度（线密度（dtex）直径（直径（m）性能特征性能特征细旦细旦0.892.28.4117.7柔软、均匀、高支轻薄化柔软
11、、均匀、高支轻薄化棉、丝型纤维棉、丝型纤维0.891.338.4113.7柔软、均匀、高支轻薄化柔软、均匀、高支轻薄化毛、麻型纤维毛、麻型纤维1.12.213.717.7柔软、均匀、高支轻薄化柔软、均匀、高支轻薄化超细超细0.0110.893.011.2吸湿、导湿、细腻、仿皮革吸湿、导湿、细腻、仿皮革皮革（特细）皮革（特细）0.0110.110.94.0透汽、防水、细密、麂皮特征透汽、防水、细密、麂皮特征极细极细0.00010.010.090.12吸附、超滤、功能吸附、超滤、功能纳米尺度纳米尺度10-810-40.0010.1特殊功能特殊功能表表3-4 纤维细度与功能的关系纤维细度与功能的关系
12、（3）对织物）对织物 2023-1-1235第三节第三节 纤维的卷曲或转曲纤维的卷曲或转曲一、纤维的卷曲形式及表征一、纤维的卷曲形式及表征1卷曲现象卷曲现象图图3-22 羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达无或弱卷曲，浅平波形，半细和土种羊毛；锯齿波形，人工；和正常卷曲波形，常波卷曲，美利奴羊毛和中国良种羊毛；、属高卷曲纤维，粗羊毛和新西兰羊毛；和为三维螺旋卷曲，部分粗羊毛和土种毛2023-1-1236表表3-5 澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系羊毛的羊毛的品质支数品质支数纤维直径纤维直径um平均纤维平均纤维长度长度mm卷曲数卷曲数个
13、个/25mm8018.119.55522247019.621.05722246421.122.56720226222.624.07016206024.125.57716205825.627.07816205627.128.59213165030.131.79613164831.833.410010134633.535.110810134435.237.012710132023-1-1237填塞箱法复合纤维法加捻变形工艺编织解脱法图图3-23 变形纱中的卷曲形态变形纱中的卷曲形态2023-1-12382纤维卷曲的测量纤维卷曲的测量图图3-24 单纤维卷曲测量法原理示意图单纤维卷曲测量法原理示意图
14、（a）单纤维拉伸曲线）单纤维拉伸曲线100GL100OC0LCT0：卷曲张力；GL：T=0时的夹持隔距；L0：纤维的自然长度；=L0-L12023-1-1239图图3-24 单纤维卷曲测量法原理示意图单纤维卷曲测量法原理示意图（b）纤维卷曲弹性测量仪测量）纤维卷曲弹性测量仪测量00n210LnC CCC0001022nLnL100LLL010C100LLL121RC1000121eLLLLC卷曲数（个/cm）一个波长中纤维的长度卷曲率（%）卷曲回复率（%）卷曲弹性率（%）2023-1-1240 A B C O r 图图3-25 切断纤维段的卷曲度计算原理图切断纤维段的卷曲度计算原理图OC1OB
15、1OA11r1)2/cos(2C)2/cos(5.1200nrLC曲率 卷曲度 卷曲数 r为纤维段弯曲半径；为纤维段两弯曲拐点的切线夹角；为弯曲段的长度；0为两拐点间的直线距离；L0取25mm。2023-1-1241 (b)一致性强 一致性弱 (a)实物照片实物照片 图图3-26 羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图清晰度清晰度Cd：对毛丛的纹理作图像分析得出条纹的频率及其均匀性，以及条纹的主频率或规则条纹面积占所有频率或面积的百分数来描述纤维卷曲的规整度2023-1-1242 O c T a 图图3-27 纤维束拉伸曲线起始卷曲段求纤维束拉伸曲线起始卷曲段求Cd1
16、0000dWWWCW0完全不均匀卷曲所做的功；W为实际卷曲不匀所做的功 2023-1-1243二、纤维的转曲（二、纤维的转曲（Convolution）及表征）及表征1.纤维转曲和扭转的表达纤维转曲和扭转的表达图图3-28 纤维转曲及其理论表达示意图纤维转曲及其理论表达示意图n/1hn/1h转曲高度nn 转曲数为单位长度上的纤维扭转个数（个/cm）2023-1-1244 0 D O l 图图3-29 纤维扭转的表面条纹与扭转角差异纤维扭转的表面条纹与扭转角差异tan1nDh纤维扭转角；D直径2023-1-1245第四节第四节 纤维的截面形状及表征纤维的截面形状及表征一、异形纤维的基本概念一、异形
17、纤维的基本概念 单 凹 跑 道 粗 糙 粗 糙 多 角 多 叶 异 形 d2 中空 圆周波动异形圆周波动异形 直径变异异形直径变异异形 双 凹 复合 复复合合 复复合合 复合复合 图图 3-30 纤维截面变化的过程、类型及相互关系纤维截面变化的过程、类型及相互关系2023-1-1246二、截面异形的表征二、截面异形的表征1截面的轮廓波动异形截面的轮廓波动异形2截面的直径变异异形截面的直径变异异形 Ri R0 tS Di D0 Di tw th 周边波动 内凹变形 直径异化 A1 A3 A2 D 图图3-31 截面异形几何特征参数示意图截面异形几何特征参数示意图2023-1-124700rRrR
18、D202200r0rRrRAAAS 1002/)(dt0i0i（理论半径）（平均半径）（内切圆半径）NrRRRr径向异形度 截面异形度)11(78n造形系数 dtLNP表面系数 Sf2PSAP周长系数 2023-1-1248iiRRDD0000fDMSSS 纤维异形的保持率 椭圆比（可直接表达异形度）内凹度 ts，跑道形的截面厚度SiSttDt S0，Sf分别为纤维和喷丝板孔的形态特征值（或异形度）2023-1-1249三、截面空心与复合的表征三、截面空心与复合的表征1截面的空心截面的空心 r re dv O re(a)dv R0(b)(c)图图3-32 中空和复合纤维几何特征参数示意中空和复合纤维几何特征参数示意2023-1-1250100fVAAH中空度 Av，纤维截面中孔洞横截面积；Af，纤维表观横截面积1002VddH单孔圆形 多孔（n孔）圆形 10022VdndH2023-1-1251空隙率 fVfVAAVVVV是孔隙的体积；Vf是纤维表观体积；Vh为中腔的体积 100fhVVVH中腔率 偏心度 1)/(verRre2/vvdr 多孔区域面积系数 a=(r/R)2 2023-1-12522复合截面特征复合截面特征皮芯结构的复合纤维相当于中空的表达；双边分布相当于偏心度e=1；海岛基质型相当于多孔的孔隙率表达
