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纺织纤维及其形态结构管理知识分析特征
纤维是一种细长而柔软的资料，在自然界中具有这种特定形状的素材无处不在。例如，植物身上的毛纤维、桑蚕吐出的蚕丝、蜘蛛编网的蜘蛛丝、棉花苞中的棉纤维等资料都具有这种特征。细长而柔软的纤维与纤维会自然地集合、纠缠在一同，也会在外力或人工的作用下堆积、陈列、取向，构成不同的纤维集合体，如纤维团、纤维网、纱线、绳索、织物、服装、包装袋、传送带等五花八门的纺织品。纤维也可以与其他类型的物质资料一同构成具有两相结构的复合资料。在生物体中也有少量的纤维存在，如蔬菜、木材中的纤维素，人体中的基因、神经，光导纤维在构筑Internet网络世界中也发扬了重要的作用。在本章中我们重点引见可以用于纺织加工的纤维资料。
第一节 纤维的定义及分类
一、纤维的定义
纤维是一种细长而且柔软的资料，它的直径较细，为几微米或几纳米，长度那么为几毫米、几十毫米甚至上千米，细而长是纤维资料的主要几何外形特征。纤维还必需具有一定的模量、断裂强度、断裂伸长等力学功用。纤维同时还是一种柔软的资料。依据上述剖析，纤维可以复杂地定义为细长且具一定力学功用的柔性资料。
从狭义的角度来看，纤维作为具有特定外形特征的资料普遍地出如今食品、生物资料、复合资料等各类资料中。从纺织工业〔狭义〕的角度来看，纤维资料主要是指能在纺织工业体系中加工并用于纺织产品消费的纤维，也称为纺织纤维资料，或简称为纺织资料。在本书中，〝纤维资料〞的含义与〝纺织纤维资料〞〝纺织资料〞意义基本同等，主要是指可停止纺织加工、用于制造纺织品的纤维资料，普通须满足以下条件：①满足纺织产品运用功用的要求；②具有某些特定的物理和化学功用，可以停止物理和化学的加工；③消费本钱较低，产量较大，能以较低的价钱少量地供应纺织工业消费。
二、纤维的分类
纤维的种类很多，也有多种不同的分类方法。假设依据纤维的运用范围和场所来分类，可以分为服用纤维、家用〔装饰用〕纤维和产业用纤维。假设依据纤维的功用和功用来分类，可以分为常用纤维、高功用纤维和功用纤维。假设依据纤维的来源分类，可以分为自然纤维和化学纤维两大类。假设依据纤维的长度来分类，可以分为长丝纤维和短纤维。
三、自然纤维与化学纤维的分类
依据纤维来源分类，可分为自然纤维和化学纤维。
自然纤维又可以细分为来自生物质的自然纤维和来自矿物质的自然纤维。生物质自然纤维可从自然界中的植物、植物上获取，如棉纤维、毛纤维、蚕丝纤维等。矿物质自然纤维可从自然界中的矿物质提取，如自然石棉矿石纤维等。
化学纤维也可以细分为再生纤维和分解纤维。再生纤维主要以自然高聚物、无机资料、金属资料为原料经工业化消费加工成纤维资料，如粘胶纤维、醋酯纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、钢丝、铜丝等。再生纤维消费进程中并未改动原有资料的分子组成与结构，故称为再生纤维。分解纤维是以石油化工的低聚物原料动身经过聚合反响将低聚物分解为高聚物，然后将其加工成纤维资料，如涤纶、锦纶、腈纶、氨纶等。
纤维的分类如表2-1所示。

表2-1 纤维的分类
纺织纤维
自然
纤维
植物纤维
种子纤维：棉、木棉等
叶纤维： 剑麻、蕉麻等
韧皮纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄麻、罗布麻等
植物纤维
植物毛发：绵羊毛、山羊毛、牦牛毛、兔毛等
腺分泌物： 桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝等
矿物纤维
石棉
化学
纤维
再生纤维
再生纤维素纤维：粘胶纤维、天丝纤维
竹纤维、醋酯纤维等
再生蛋白质纤维：牛奶纤维等
无机纤维：玻璃纤维、陶瓷纤维、铜丝纤维等
金属纤维：铜丝纤维、不锈钢纤维等
分解纤维
涤纶、锦纶、腈纶、丙纶维纶、氯纶、氨纶等

〔一〕自然纤维的分类
自然纤维可分为植物纤维和植物纤维和矿物纤维三大类。
1、植物纤维：植物纤维是指从自然界生长的植物中提取的纤维，其中有从种子壳内采收的棉纤维，有从植物茎杆上剥取韧皮制得的韧皮纤维，也有用植物的叶制取的叶纤维。苎麻、亚麻、黄麻、大麻、罗布麻就是从相应植物的茎杆上剥取韧皮制得的韧皮纤维，剑麻、蕉麻等就是应用相应植物的叶子制得的叶纤维。
2、植物纤维：植物纤维是应用植物的植物毛发或腺分泌物经过初步加工而制取的纤维，也称为植物蛋白纤维。羊毛是直接从羊体剪取而得的植物毛发。桑蚕丝是从茧子上抽丝而失掉的。茧子是蚕宝宝由体内绢丝腺分泌作成的，人们抽取其丝而取得质量极高、功用优秀的桑蚕丝。
3、矿物纤维：矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中取得的纤维，如石棉等。
〔二〕化学纤维的分类
化学纤维可分为再生纤维和分解纤维两大类。
1、再生纤维：再生纤维是用自然原料经过适当的化学处置经纺丝而失掉的纤维，也称之为天然纤维。这类纤维是由自然物质加工制成，纺丝加工进程中化学组成和化学结构不变，所以称为再生纤维。
2、分解纤维：分解纤维是以人工分解的高分子化合物为原料，经纺丝成形而失掉的纤维。人们在研讨自然无机化合物(蛋白质、淀粉和纤维素等)的结构和性质时，树立了聚合物迷信，将无机分解和纺织迷信相结合，出现了分解纤维。分解纤维种类很多，常用的有涤纶、锦纶、腈纶、丙纶及氨纶等。
第二节 纤维的构成及其基本结构
一、纤维的构成
纤维是一种细长且具有一定强度和柔韧性的资料，普通可从以下结构特点来了解纤维的构成：
⑴细长而柔软的纤维资料是一种高分子化合物，它是由不可胜数个结构相反的单体分子以化学健或极性分子间作用力结合构成的长链状分子组成。普通，每根纤维都由多根长链分子组成，这些由首尾相连的单体组成的长链状分子以有序或无序的方式堆砌、集合、陈列构成了一根纤维。
⑵在纤维资料外部，以化学健或分子极性作用结合构成的分子链，可具有多种链状结构，如2-1所示，组成纤维的长链分子可以是直线型、枝杈型和网状型等不同形状。

(a) 网状型 (b) 枝杈型 (c) 直线型
图2-1 纤维的长链分子
⑶高分子化合物中含有单基的数目称为聚合度。自然纤维的聚合度，取决于纤维的生长条件和基因种类。化学纤维的聚合度那么可以经过化合物的聚合工艺停止调理。普通化合物的相对分子量较小，普通在1000以下，而高分子化合物的分子量很大，大都在10000以上。
二、纤维资料的结构及其结构层次
纤维资料的功用与其结构存在着对应关系，随着迷信的开展和观测手腕的提高，人们可以从不同的层面〔如微观、细观和微观〕来看法资料的结构，并从不同的结构层面来提醒资料的结构与功用的关系。在纺织迷信与工程中，可以从纤维的形状结构、纤维的超分子结构、纤维的大分子结构等层面来看法纤维资料的结构以及结构与功用的关系，为迷信、理性地停止纺织品的设计和加工，提供迷信依据。
(一)纤维的形状结构
纤维的形状结构是指经过肉眼或缩小镜、显微镜等仪器观察到的纤维资料内在的几何轮廓结构。它可以用纤维的长短、粗细、横截面形状、外表形状、三维空间形状以及纤维纵向的卷曲或转曲形状等特征来表达。目前观察纤维资料形状结构的方法主要有光学显微镜法和电子显微镜法。由于测试手腕的不时提高，能观察到的纤维形状结构的特征尺寸也越来越小。随着专业学习的深化和拓展，可以了解到，纤维的形状结构对纤维及其构成纺织品的光泽、手感、吸湿性、染色性、保暖性和力学功用等都有直接或直接的影响。例如纤维中有缝隙和孔洞时，纤维的强度较低，吸湿性较好。截面为三角形或多角形的异形纤维，普通会具有特殊的光泽和不易起毛起球的特点。中空纤维的保暖性较好。卷曲度高的纤维疏松性、弹性较好。羊毛纤维由于外表有鳞片而光泽柔和。
不同种类的纤维，在纵向形状、横截面形状、外表形状方面存在一定差异，尤其是各类自然纤维都各自具有共同的形貌特征。经过显微缩小观察，就可取得各种纤维的微细结构特征，以此可以作为判别不同纤维并停止纤维鉴别的信息。如图2-2所示，区分为麻纤维、棉纤维、蚕丝纤维、羊毛纤维、羊绒纤维、涤纶纤维的外观形状照片。

图2-2 各种纤维的纵向形状
纤维的形状特征主要包括以下几个方面：
⑴纤维的形尺度：指纤维的长度、细度；
⑵纤维的纵向形状：纤维纵向呈自然伸直形状还是具有自然的卷曲、转曲等形状；
⑶纤维的外表形状：纤维外表是润滑的还是有凹凸不平的微坑、沟槽、鳞片等形状；
⑷纤维的截面外形：纤维截面是圆形截面、异形截面及其他不规那么截面外形等；
⑸纤维的截面结构：如纤维的皮芯结构、复合结构、羊毛的双侧结构、棉纤维的日轮等；
⑹纤维的三维空间散布结构：如纤维中的缝隙和孔洞等。
(二)纤维的超分子结构
纤维的超分子结构又称为纤维资料的聚集态结构，或凝聚态结构。它是指高分子资料中大分子堆砌和陈列的形状，主要包括大分子间的作用、凝聚形状和大分子的取向。
(1)分子间的作用力：纤维大分子的分子之间距离在一定范围时，相互之间表现出来的主要是吸引力。这种吸引力能使相邻的大分子坚持动摇的相对位置和较结实地结合。纺织纤维大分子之间是依托范德华力和氢键结合的，此外还有盐式键和化学键。
①范德华力：是存在于分子之间的一种力，其作用距离约为0.3～0.5nm，作用能量在2.1～23J/mol之间，范德华力随分子之间距离的添加而迅速地增加。
②氢键：它是大分子侧基上或局部链段上极性基团之间的静电引力，在一定条件下能使相邻分子较动摇地结合。其作用距离约为0.23～0.32nm作用能量在5.4～42.7J/mol之间。其结合力较强，它的键能略大于范德华力。
③盐式键：局部纤维的侧基在某些成对的基团之间发生能级跃迁原子转移，构成络合物类型的配价键。如羊毛、蚕丝大分子侧基上的-COOH和-NH2成对接近时，可以构成盐式键(-C00-……+H3N-)。盐式键的键能大干氢键。
④化学键：少数纤维大分子之间含有的桥侧基，如羊毛纤维中的二硫键将两个大分子主链用化学键衔接起来。其作用距离约为0.09～0.19nm，作用能量在209.3～837.36J/mol之间。化学键的键能大于盐式键。
(2)纤维大分子的聚集态：纺织纤维大分子的凝聚态有着复杂结构，通常将其复杂地分为两类即结晶态和非结晶态。我们把纺织纤维中大分子陈列划一有规律的形状称为结晶态，出现结晶态的区域叫做结晶区。反之，纺织纤维中大分子陈列呈杂乱无章的形状称为非结晶态，出现非结晶态的区域叫做非结晶区。结晶区中的大分子陈列比拟划一密实，缝隙孔洞较少，水分子和染料分子难以进入结晶区。而非结晶区中的大分子陈列比拟紊乱，堆砌的比拟疏松，密度较低，有较多的缝隙和孔洞，水分子和染料易于进入非结晶区。纺织纤维中结晶区局部的质量占整个纤维质量的百分比称为纤维的结晶度。结晶度越高，纤维的模量或断裂强度就越高。
(3)纤维大分子的取向与取向度：在拉伸力作用下，纤维内大分子有沿纤维轴向平行陈列的趋向，我们把这种现象称为纤维大分子的取向。大分子主轴方向与纤维轴向的平行水平称为纤维大分子陈列的取向度。当取向度较高时，纤维的拉伸断裂强度就比拟高。自然纤维的取向度与纤维的种类、生长条件有关。化学纤维的取向度主要取决于纺丝——拉伸进程中纤维的拉伸倍数，拉伸倍数大时，纤维的取向度就较高。
如图2-3所示为具有不同取向度和结晶度的纤维超分子结构。

(a)取向度和结晶度 (b)取向度和结晶度 (c) 大分子折叠结
较低纤维结构 较高纤维结构 晶纤维结构
图2-3 纤维的超分子结构
(三)纤维的大分子结构
高聚物大分子都是由许多相反或相近的单基经过化学健或极性分子间的作用力结合而构成的长链分子。由于纤维资料的分子量很大，约在一万以上，因此被称为〝大分子〞或〝高分子〞。在大分子的长链中重复出现的单体被称为大分子的基本链节(或称为单基或基本单元)。
纺织纤维的单基随纤维种类不同而不同，如：纤维素纤维的单基是β—葡萄糖剩基；蛋白质纤维大分子的单基是α—氨基酸剩基；涤纶的单基是对苯二甲酸乙二酯；丙纶的单基是丙烯；维纶的单基是乙烯醇缩甲醛。
纤维大分子的通式可繁复表达为：A/—A—A—A—…—A—A—A—A//，式中A/、A//为分子的端基，A为单基。如锦纶分子式为：

单基的化学结构、官能团的种类决议了纤维的耐酸、耐碱、耐光以及染色等化学功用。例如：腈纶的单基中含有氰基，所以它的耐光性好。大分子上亲水基团的多少和强弱，影响着纤维的吸湿性，如羊毛纤维分子结构中含有少量的亲水基团，所以它的吸湿功用较好。氯纶大分子中含有卤素基，故有助于提高氯纶纤维的难燃性。同时，分子极性的强弱影响着纤维的电学性质。大分子上的原子可以围绕结合键停止一定水平的内旋转，内旋转的难易水平决议了大分子的柔曲性。
假设一个大分子中单基重复的次数或其聚合度为n，那么聚合度为n的大分子的分子量M等于其单基的分子量与聚合度n的乘积。构成纺织纤维的资料普通都为高分子资料，其聚合度是比拟大的。制造化学纤维的高分子资料，其聚合度可以人为地停止设计与控制。
(四)纤维的结构层次
纤维的结构层次，从微观到微观，即由大分子到纤维资料，可划分为多级的结构层次。纤维高分子资料在不同的结构层次会表现出各自结构层次的性质与功用。为了充沛研讨纤维资料的各种性质与功用，可以依据研讨的需求对其结构层次停止划分。如纤维的大分子结构、超分子结构和形状结构，就是区分对纤维的微观、细观和微观三个层面来研讨纤维的性质与功用的。
为了能更充沛、片面地研讨纤维资料的各种性质与功用，还可以将纤维资料的结构作更为细致地划分，最多可作如下六个层次的划分：
⑴大分子：由各种单基组成的不同聚合度的线型大分子，在纤维中普通具有相对动摇的三维空间几何外形，有的大分子呈锯齿形，有的呈波浪形，有的呈螺旋形。
⑵基原纤：由几根线型大分子相互平行，按一定距离、一定位相、一定相对外形比拟动摇地结合在一同，构成结晶结构的细长的大分子束，其直径为1～3nm。
⑶微原纤：微原纤是由假定干根基原纤平行陈列在一同成为较粗的、基本上属于结晶态的大分子束。微原纤内的基原纤之间存在一些缝隙和孔洞，也能够搀填一些其他分子的化合物。微原纤一方面靠相邻原纤之间的分子间结合力结合，另一方面也靠穿越两个基原纤的大分子主链将两个基原纤结合起来，微原纤的横向尺寸约为4～8nm。
⑷原纤：原纤是由假定干根微原纤基本平行地陈列结合在一同构成的更粗的大分子束，原纤中存在着比微原纤中更大的缝隙、孔洞和非结晶区，也能够存在一些其他分子的化合物。微原纤之间依托相邻分子的结合力和穿越的大分子主链来结合，横向尺寸10～30nm，在一根原纤上能够出现许多段由非结晶区距离开来的结晶区。
⑸巨原纤：巨原纤是由原纤基本平行地堆砌而构成的更粗的大分子束，在原纤之间存在着比原纤中更大的缝隙、孔洞及菲结晶区，原纤之间主要靠穿越非结晶区的大分子主链和一些其他物质来结合，一局部多细胞的自然纤维中，巨原纤能够就是一个细胞。
⑹纤维：纤维由巨原纤堆砌而成，在巨原纤之间存在着比巨原纤更大的缝隙和孔洞，巨原纤之间的结合也更疏松一些，有的纤维甚至要靠其他物质如多细胞纤维的胞间物质来结合。
不同种类的纺织纤维，其结构层次并不相反。普通来说。阅历层次较多的纤维，其结构较为疏松。而阅历层次较少的纤维，其结构较为严密。
第三节 纤维资料的功用及其特征参数
作为纺织纤维，必需具有一定的物理、化学和生理性质，以满足工艺加工和人类运用的需求。为了对纤维资料的上述功用停止表达、研讨和比拟，我们把与此相关的纤维形状结构特征、纤维力学功用和纤维物理、化学功用统称为纤维的功用。
一、纤维形状结构特征及其表达
纤维是细而长的柔软资料。纤维的形状结构特征是指纤维的长短、粗细、截面外形、纤维的卷曲或转曲形状、纤维的外表形状等特征。由于纤维是比拟特殊的庞大而柔韧的资料，上述参数的观察需求借助特殊的测试仪器，有些还要对纤维资料停止一些特殊的处置，并在特殊的条件下停止测量。
(一)纺织纤维的长度和细度
纤维的长度和细度目的是常用的描画纤维资料外形的基本参数。不同的纤维，具有不同的纤维长度和细度，而且其长度和细度的散布也是不平均的。大自然中自然生长的植物或植物纤维，受环境、气候以及自身基因的影响，即使是同时收获的纤维，其长度和细度也是随即散布的；即使是同一根纤维，它的细度也是变化的。
1、纺织纤维的长度
纺织纤维的长度可以是单纤维的长度，也可以是一束纤维或纤维集合体中一切纤维的平均长度。假设是长丝或单纤维的长度，那么是指它在低张力(不发生弹性变形)条件下沿长度方向的伸展长度，即纤维伸直但不发生伸长时的长度。依照纤维长度可以复杂地把纤维分类为长丝纤维和短纤维。大少数自然纤维都是短纤维，只要桑蚕丝是长丝。自然短纤维的长度是在一定范围内随机散布的。在停止纺织纤维的加工和贸易进程中，需求用纤维集合体内一切纤维的平均长度及其散布来对纤维长度停止描画。假设是束纤维或纤维集合体，为了直观易懂和方便测量，普通运用主体长度、平均长度、质量长度来表示纤维的长度。主体长度：是指一批纤维中含量最多的纤维的长度。在工商贸易中，普通采用主体长度作为纤维的长度目的。平均长度：是指纤维长度的平均值。普通用重量加权平均长度来表示。质量长度：是指比主体长度长的那一局部纤维的重量加权平均长度。用来确定纺纱工艺参数时采用的纤维长度目的。
自然纤维中蚕茧抽取的桑蚕丝是长丝，由高分子资料经纺丝失掉的化学纤维是长丝纤维。关于化学纤维来说，用等长切断方法可以制造各种长度规格的化学短纤维。如棉型化学短纤维长度在28～40mm，毛型化学短纤维长度在51～150mm，中长型化学短纤维长度在45～65mm。等长化学短纤维的长度平均性总体上较好，但也有一定差异，存在大批的超长、倍长纤维。用牵切法制造的不等长化学短纤维，其纤维长度散布与自然纤维相似，纤维长度差异比拟清楚。
2、纺织纤维的细度
纺织纤维的细度是表征纤维截面尺度或粗细水平的物理量。由于纤维截面的直径、周长、面积以及纤维沿长度方向散布的线密度都与纤维的粗细度亲密相关，所以从实际下去说，可以用纤维截面的直径、周长、面积及线密度来表示纤维的粗细度。
纤维的线密度是指单位长度纤维所具有的重量，普通线密度越大那么纤维越粗，线密度越小那么纤维越细，这样我们可以很直观地将纤维线密度与纤维的粗细度联络起来，并经过比拟几种不同纤维的线密度大小就可判别比拟不同纤维的粗细大小。由于测量纤维的线密度相对测量纤维截面的直径、周长、面积具有测量的便捷性以及运用的直观性，所以常运用纤维的线密度来直接地表示纤维的粗细度。在工程实际中，线密度可以用一定长度纤维所具有的重量表示，称为定长制；也可以用一定重量纤维所具有的长度表示，称为定重制。下面引见几种常用的度量纤维粗细度的计算方法及单位。
⑴号数(tex)
号数(tex)是指在公定回潮率条件下，1000m长度纤维所具有的质量克数。普通棉纤维、化学纤维的短纤维习气用号数(tex)来表示纤维的粗细。特数是法定的线密度计量单位，普通号数越大，纤维越粗；反之，号数越小，纤维越细。
⑵旦尼尔数(Den)
旦尼尔数(Den)是指在公定回潮率条件下，9000m长度纤维所具有的质量克数。蚕丝、化学纤维长丝习气于用旦尼尔数(Den)表示纤维的粗细。普通旦尼尔数(Den)越大，纤维越粗；反之，旦尼尔数越小，纤维越细。
⑶公制支数(Nm)
公制支数指在公定回潮率条件下，质量为1g的纤维所具有的长度米数。目前国际习气用公制支数表示毛纤维的粗细。关于同一种纤维资料，公制支数越高，说明纤维越细；反之，公制支数越低，说明纤维越粗。
⑷英制支数(Ne)
英制支数(Ne)是指在公定回潮率条件下，质量为l磅的棉纤维所具有长度〔码数〕为840的倍数。目前国际习气用英制支数(Ne)表示棉纤维的粗细。关于同一种纤维资料，英制支数越高，说明纤维越细；反之，英制支数越低，说明纤维越粗。
⑸直径(μm)
假设纤维截面外形接近于圆形，可以用投影法测量纤维的直径，来表示纤维粗细。
纺织纤维的种类单一，不同纤维的线密度平均值及变异系数的变化范围都比拟大。自然纤维的线密度与其纤维种类、品系、生长条件等要素有关，即使是同一根纤维，其不同部位的线密度值依然存在差异，如棉纤维中段最粗、梢部最细、根部居中。依照产品要求，化学纤维的线密度是可以控制的，如棉型化学短纤维的线密度普通在1.67dtex左右，毛型化学短纤维的线密度在3.33dtex以上，中长型化学短纤维的线密度在2.78～3.33dtex。惯例化学纤维粗细平均，线密度变异系数很小。为了改善化纤产品的服用功用和作风，在化纤长丝中出现了混纤丝、竹节丝等新型纺织原料，其纤维线密度变化出现出多样性。
〔二〕纤维的空间形状
经过显微镜观察纺织纤维的纵向和截面形状，发现不同的纤维具有不同的纵向形状和截面形状。纤维的纵向形状和截面形状是纤维十分重要的内在几何形貌特征，纤维以及纤维集合体的很多功用都与它的形貌特征有关。
1、纤维的纵向形状及其形状特征
细而长的纤维在自然形状下沿纵向所出现出的伸直、或转曲或卷曲的形状。

图2-4 纤维的纵向形状

2、纤维的截面形状及其形状特征
应用切片器可以将纤维沿截面切开，并经过显微镜观察纤维截面的外形以及外部质量散布的状况。

图2-5 纤维的截面形状

3、纺织纤维的外表形貌
所谓纤维形状、外表和空间结构的形貌是纤维资料重要的形貌特征。

图2-6 纤维的外表形状

二、纺织纤维的力学功用
纺织纤维在其产品加工、运用进程中遭到各种方式外力的作用，如拉伸、弯曲、改动、紧缩、摩擦等。纺织纤维的力学功用是确定其纺织加工工艺条件的重要要素之一，也是决议其最终产品运用价值和用途的重要依据之一。
(一)纤维资料的拉伸功用
纺织纤维的拉伸曲线是反映纤维在拉伸进程中接受负荷与伸长关系的曲线，经过一次拉伸断裂实验可以测得纺织纤维的拉伸曲线，并求得有关力学目的。纺织纤维拉伸曲线有两种类型，一种是以负荷为纵坐标，以伸长为横坐标，称负荷──伸长曲线；另一种是以相对负荷(应力)为纵坐标，以相对伸长(应变)为横坐标，称应力──应变曲线。
通常，各种纺织纤维的拉伸曲线形状不一，依据纺织纤维的拉伸曲线可以判别各种纤维的力学功用特征。依据纺织纤维拉伸特性不同，可以将纤维分为多种类型。如低强高伸型纤维(强度低，伸长大)、高强低伸型纤维(强度高，伸长小)、高强高伸型纤维(强度高，伸长大)、中强中伸型纤维(强度和伸长适中)等。表征纺织纤维力学功用的目的有断裂强力、断裂强度、断裂伸长率、初始模量、断裂功、断裂比功等。
1、断裂强力和断裂强度
纺织纤维的断裂强力指纤维由拉伸末尾至断裂进程中所接受的最大负荷，单位为cN。纺织纤维的断裂强度是断裂强力与纤维线密度的比值，单位为cN／dtex。
2、断裂伸长率
纺织纤维的断裂伸长率是指纤维由拉伸末尾至断裂时的相对伸长值与试样夹持距离之比的百分率。断裂伸长率是反映纤维受力之后变形才干上下的力学目的。

上式中： L—拉伸致断裂时纤维的相对伸长值〔mm〕；
L0—试样夹持距离或纤维试样原长〔mm〕；
3、初始模量
实际上杨氏模量为应力与应变的比值，弹性体的杨氏模量值在弹性范围内是恒定的。纺织纤维多为粘弹体，其拉伸曲线出现非线性变化的特性，即在整个拉伸进程中纤维模量是变化的。因此，纺织上习气用初始模量表征纤维在小负荷作用下的变形难易水平。在数值上，初始模量为纤维应力──应变曲线起始段(1%应变处)直线局部切线的斜率，单位为cN／dtex。
4、断裂功和断裂比功
纺织纤维的断裂功指纤维由拉伸末尾至断裂进程中外力所做的功，即拉断纤维所需的能量，在数值上为负荷—伸长曲线与横坐标所包围的面积。断裂功与纤维的抗疲劳功用、抗冲击功用、耐磨性等机械功用有关。
断裂比功指拉断单位线密度、单位长度纤维所需的能量，在数值上为应力—应变曲线与横坐标所包围的面积。断裂比功为相对性力学目的，可以对不同纤维作相对比拟。
(二)纤维资料的弹性
纺织纤维在外力作用下将发生一定的变形，而去除外力后纤维的变形并不可以完全回复，依据这一特性可以将纤维的变形分为两种基本类型，即弹性变形和塑性变形。
1、弹性变形
弹性变形指当惹起变形的外力去除后纤维可以回复的那一局部变形。由于纺织纤维具有粘弹性的特点，因此纤维变形的回复水平与时间有关，依据纤维变形回复时间的长短，又可以将弹性变形分为两种状况，一种是急弹性变形，即当惹起变形的外力去除后，纤维可以立刻回复的那一局部变形；另一种是缓弹性变形，即当惹起变形的外力去除后，纤维需求经过较长时间才干缓慢回复的那一局部变形。
2、塑性变形
塑性变形指当惹起变形的外力去除后，纤维不可以回复的那一局部变形。纺织纤维弹性的优劣对纺织工艺及最终产品服用功用影响较大。通常，锦纶、羊毛、涤纶和腈纶的弹性较好，氨纶的弹性是纺织纤维中最好的，棉、麻、丝、粘胶纤维的弹性都比拟差。吸湿会使纺织纤维的弹性降低，遭到外力时容易发生不可回复的不测变形。表征纤维弹性的物理目的是弹性回复率，其计算公式如下：

三、纺织纤维的吸湿性
(一)纤维的吸湿现象与机理
通常，把纤维资料从大气中吸收水分或向大气放出水分的才干称为吸湿性。纺织纤维吸湿的缘由可以归结为三个方面：⑴纤维大分子中存在着一定数量的亲水基团，纤维可以经过亲水基团的极化作用而吸收水分；⑵纤维外部存在着一定数量的微孔或缝隙，纤维可以经过毛细管效应吸收水分；⑶纤维可以经过其外表的吸附作用而吸收水分。
(二)吸湿目的
1、回潮率和含水率
纺织资料(如纤维、纱线和织物)的吸湿上下以回潮率〔W〕表示，它等于纤维资料所含有的水分〔G-G0〕与其枯燥质量〔G0〕之比。
原棉在销售进程中为了表达棉花在吸湿形状下水分的含量状况，往往运用含水率〔M〕目的，它等于纤维资料所含有的水分〔G-G0〕与其湿质量之比。
2、规范回潮率和公定回潮率
纺织纤维资料回潮率的测定方法主要采用烘箱法，其测试结果又与纤维的取样方法、大气温湿度、试样平衡条件、烘燥温度、称量等测试条件有关。同一种纤维资料在不同测试条件下测得的回潮率结果并不相反。为了准确测定纺织资料的回潮率，以便于对各种纤维资料的吸湿性停止比拟，回潮率测定必需依照其实验方法所规则的实验条件和实验顺序停止。其中，回潮率实验用一级规范大气条件规则为：温度20℃±20℃，相对湿度65%±2%。
在国际外贸易中，为了对纺织资料(如纤维、纱线和织物)准确计重、合理计价，各国和国际规范化机构都以公布实施规范的方式，一致规则了纺织资料的回潮率，即公定回潮率。我国国度规范规则的各种纺织资料的公定回潮率见表2-2。

表2-2 我国国度规范规则的各种纺织资料的公定回潮率
纺织资料
公定回潮率(%)
纺织资料
公定回潮率(%)
原棉
10(含水率)
苎麻、亚麻、大麻、罗布麻、剑麻
12.0
棉纱线、棉缝纫线
8.5
棉织物
8.0
黄麻
14.0
洗净毛〔异质毛〕
15.0
桑拿蚕麻、柞蚕丝
11.0
洗净毛〔同质毛〕
16.0
粘胶纤维、铜氨纤维、贫弱纤维
13.0
兔毛、驼毛、牦牛毛
15.0
醋酯纤维
70
分梳山羊绒
17.0
锦纶〔6，66，11〕
4.5
精纺毛纱
16.0
涤纶
0.4
粗纺毛纱
15.0
腈纶
2.0
绒线、针织绒线、羊绒纱
15.0
维纶
5.0
毛织物
14.0
丙纶、氯纶、偏氯纶
0
长毛绒织物
16.0
氨纶
1.3

四、纺织纤维的热学、电学和光学功用
(一)纤维资料的热学功用
1、纤维资料的比热容
纤维资料的比热容是指单位质量纤维资料在温度变化l℃时吸收或放出的热量。纺织纤维的比热容普通在1．2l～2．05J/(g·℃)，锦纶的比热容较大，为2.05J／(g·℃)；棉纤维的比热容较小，为1.21～1.34J/(g·℃)，当温度上升或回潮率增大时，纺织纤维的比热容相应增大。
2、纤维资料的相转变温度
纤维资料受热之后，其外部结构将随着温度降低而逐渐发作变化，并惹起纤维物理形状及功用的改动，在高温条件下，纤维资料可以被分解。通常，热塑性纤维(如涤纶、锦纶等)在受热升温进程中会出现三种不同的物理形状变化，即玻璃态、高弹态和黏流态。
①玻璃态：当温度较低时，纤维分子热运动的能量较低，尚无法克制阻碍分子链内旋转的势能，不能激起起分子链段的运动，因此分子链段和整个大分子的运动都处于解冻形状。此时受外力作用，纤维只能经过其非晶区分子键长、键角的变化而发生很小的变形，外力去除后变形又立刻回复，具有普通固体资料的弹性变形特点，这种物理形状被称为玻璃态。
②高弹态与玻璃化转变温度：当温度继续降低，纤维资料的分子热运动能量增大到足以克制阻碍分子链内旋转势能时，分子链段运动末尾激起，可以经过内旋转改动分子的构象，局部分子链段可以发生滑移，但整个大分子运动依然处于被解冻形状。此时受外力作用，纤维可以经过其分子链内旋转和链段运动发生较大的变形，纤维分子链被强迫伸直，整个分子不发生位移。外力去除后，被强迫伸直的分子在一定时间内又能经过火子链内旋转和链段运动回复到原来的形状，纤维变形也随之回复。在这种形状下，纤维资料在一定范围内可以发生较大的弹性变形，被称为高弹态。我们把纤维资料从玻璃态向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度(Tg)。
③黏流态与活动温度(熔点)：随着温度进一步降低，纤维分子热运动的能量进一步增大，并到达整个分子运动所需求的能量，此时不只分子链段可以运动，而且整个分子链末尾运动，纤维资料由固体逐突变为黏性活动的液体。此时受外力作用，纤维资料发作黏性活动，所发生的变形是不可逆的，这种物理形状被称为黏流态。而我们把纤维资料由高弹态转变为黏流态的温度称为活动温度，即熔点。
④热分解点：高温条件下，纤维资料将发生化学分解，我们把纤维资料发生化学分解所需的温度称为分解点。
惯例纺织纤维的热转变温度见表2-3。
表2-3 惯例纺织纤维的热转变温度
纺织纤维
玻璃温度(℃)
硬化点(℃)
熔点(℃)
分解点(℃)
棉
—
—
—
150
羊毛
—
—
—
130
蚕丝
—
—
—
235
粘胶纤维
—
—
—
260-300
锦纶6
45-70
180
215-220
—
锦纶66
45-80
225
255
—
腈纶
Tg1=80-100
Tg2=140-150
190-240
—
280-300
涤纶
67-81
240
258-264
—
维纶
85
干态：220-230
水中：110
—
—
丙纶
-18
145-150
163-175
—

氯纶
70-80
90-100
190-210
—

3、纤维资料的热定形
纤维资料内应力的存在对纺织加工将发生不利影响，也影响最终产品的尺寸和形状动摇性，因此在纺织加工中必需对纤维、纱线或织物停止热定形，即经过热、湿、外加张力等综协作用，使纤维资料在较短时间内消弭内应力的工艺加工进程。由于纤维资料的结构和物理功用不同，所采取的工艺措施并不完全相反，有汽蒸、干热定形(如热风)等定形方法，能否需求外加张力应依据详细的定形工艺要求确定。
4、纤维资料的热收缩
分解纤维受热后长度将发生收缩，即热收缩。虽然分解纤维消费进程中已对纤维做了热定形加工，纤维内应力大局部被消弭，但依然残留着少局部外应力，一旦在纺织加工或产品运用进程中遭到热的作用，分解纤维依然会出现热收缩现象。分解纤维因热收缩惹起的尺寸变化可以用热收缩率表示，其计算公式如下：

测定分解纤维热收缩率时，处置试样的方式有：沸水处置、饱和蒸汽处置和干热空气处置。一方面，由于分解纤维具有潜在的收缩才干，因此在纺织消费中必需思索到热收缩抵消费工艺和产质量量的影响，热收缩率及其变异系数过大会降低织物质量，如布面不整、门幅不齐、经纬密度和单位面积质量的偏向过大等。另一方面，可以充沛应用分解纤维的热收缩特性，例如经过原料组合、织物组织设计或采用热轧等方法，可以使织物外表发生绉效应、起绒效应或泡泡效应。
5、纤维资料的耐热性
纤维资料在高温条件下坚持其原有物理机械功用的才干称纤维的耐热性。纤维资料长时期经受高温热处置，其力学功用清楚下降，手感变硬，纤维变色或泛黄，这种现象被称为热老化。相比拟而言，腈纶、涤纶和棉纤维的耐热性较强，蚕丝、麻纤维的耐热性较差。
(二)纤维资料的电学功用
1、纤维资料的比电阻
纤维资料的导电才干可以用体积比电阻或质量比电阻表示。体积比电阻指电流经过长度为lcm，截面积为1cm2纤维集合体时的电阻值。由于纤维的截面积和体积测量比拟困难，因此普通用质量比电阻作为目的。质量比电阻在数值上等于试样长度为lcm，质量为1g的纤维集合体的电阻值。枯燥纺织纤维的比电阻都较大，导电性较差，在纺织消费中因摩擦作用而容易发生静电现象。
2、纺织纤维的静电
在纺织消费中，纤维与纤维、纤维与机件之间发作的摩擦作用将形成电荷聚集，由于纺织纤维的比电阻较大，特别是在枯燥条件下纤维的导电性很差，假设聚集的电荷不能及时引导，那么会发生静电现象，而吸湿性较差的分解纤维在纺织加工中更容易发生静电。静电对纺织加工将发生不利影响。在短纤维纺纱加工进程中，静电过大使纤维松懈、飞花多、清花容易粘卷、卷绕成形不良、断头增多，会严重影响纺纱加工消费正常停止，降低产质量量。为了减小静电对纺织加工的不利影响，可以采取一些消弭静电的工艺措施，常用的方法有：
⑴提空中气相对湿度。由于空气相对湿度增大而使纤维回潮率增大，纤维比电阻减小，纤维的导电性增强，静电现象会清楚失掉改善。相对湿渡过大也会带来一些反作用，如吸湿会对纤维力学功用发生不利影响、减轻消费设备锈蚀、好转消费环境等。
⑵使纤维周围空气电离。经过电离，存在于纤维周围空气中的正负离子与纤维所带电荷中和，从而消弭静电。
⑶选择摩擦系数较小的导纱机件，减轻摩擦。并经过接地，使集聚的电荷能及时引导。
⑷在纺织纤维中添加消静电油剂。消静电油剂包括抗静电剂、润滑剂等，经过纤维外表抗静电剂亲水基团的作用吸收空气中的水分，提高纤维的含潮率，降低其比电阻。同时借助纤维外表润滑剂的作用减轻其摩擦作用。
(三)纤维资料的光学功用
1、纺织纤维的颜色
纺织纤维的颜色取决于纤维对不同波长色光的吸收和反射才干，本性纤维普通显现出白色或接近于白色。自然纤维经过基因改性可以显现出自然的颜色，我国黑色棉消费已有一定规模，颜色有绿色和褐色两大色系。化学纤维经过原液着色可以制成各种有色纤维。另一方面，本性纤维经过散纤维或条子染色后成为色纤维。有色纤维在色纺或色织产品中运用，可以大大减轻纺织品印染加工对环境形成的不利影响。
2、纺织纤维的光泽
纤维光泽取决于纤维对投射光线的反射、折射和透射状况。投射到纤维上的一束平行光线可以被分解为以下几局部：
①吸收光：吸收光是指被纤维吸收的那一局部光线；
②外表反射光：外表反射光是指直接在纤维外表构成反射的那一局部光线。假设纤维外表平整。反射光线应按名义正反射方向停止反射，构成正反射光。假设纤维外表凹凸不平，反射光线将沿着不同的反射角度停止反射，构成漫反射光；
③来自纤堆外部的散射反射光：投射到纤维上的光线，有一局部光线经折射后进人纤维外部，并在纤维外部的某一界面上一次或屡次地构成反射和折射，最终又沿不同角度从纤维外表反射出来，构成来自纤维外部的散射反射光；
④透射光：进入到纤维外部的光线，其中有一局部光线经过一次或屡次折射后透过纤维，成为透射光。
当纤维吸收光线的才干较强时，纤维光泽显得比拟昏暗。当来自纤维外表的正反射光线比拟剧烈时，容易发生刺目感，亦称〝极光〞。当纤维的散射反射光比