纺织纤维的形态及基本性质.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,王春广,五邑大学纺织服装学院,纺织材料学,第二章 纺织纤维的形态及基本性质,纤维内部的形态结构,常用纤维的纵横向形态特征,纤维种类,纵向形态,横截面形态,棉,天然转曲,腰圆形、有中腔,苎麻,横节竖纹,腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹,亚麻,横节竖纹,多角形，中腔较小,黄麻,横节竖纹,多角形，中腔较大,大麻,横节竖纹,不规则圆形或多角形，内腔呈线形、椭圆形、扁平形,绵羊毛,鳞片大多呈环状或瓦状,近似圆形或椭圆形，有的有毛髓,山羊绒,鳞片大多呈环状，边缘光滑，间距较大，张角较小,多为较规则的圆形,兔毛,鳞片大多呈斜条状，有单列或多列毛髓,绒毛为非圆形，有一个中腔；,粗毛为腰圆形，有多个中腔,桑蚕丝,平滑,不规则三角形,柞蚕丝,平滑,扁平的不规则三角形，内部有毛细孔,粘胶纤维,多根沟槽,锯齿形、有皮芯结构,醋酯纤维,1,2,根沟槽,梅花形,腈纶,平滑或,1,2,根沟槽,圆形或哑玲形,涤纶、锦纶、丙纶等,平滑,圆形,氨纶,平滑,不规则圆形或土豆形,复合纤维,一根纤维由两种高聚物组成，其截面呈皮芯形、双边形或海岛形等,涤纶中空纤维,根据需要可制成一孔、四孔、七孔或九孔等,异形纤维,可根据需要制成各种异形截面，如三角形、扁平形、哑铃形、,L,形等,棉纤维纵横向照片,丝光棉纵横向照片,苎麻纤维纵横向照片,亚麻纤维纵横向照片,黄麻纤维纵横向照片,红麻纤维纵横向照片,大麻纤维纵横向照片,绵羊毛纤维纵横向照片,山羊绒纤维纵横向照片,丝光毛和细化毛,牦牛毛和绒,兔毛,骆驼毛纤维纵横向照片,桑蚕丝纤维纵横向照片,柞蚕丝纤维纵横向照片,粘胶纤维纤维纵横向照片,醋酯纤维纵横向照片,涤纶纤维纵横向照片,腈纶纤维纵横向照片,涤纶纤维横截面的异型化和中空化,第二章 纺织纤维,的形态,细度,截面形状,长度,卷曲和转曲,细度,截面形状,长度,卷曲和转曲,第二章 纺织纤维,的形态,纤维细度：纤维的粗细程度（沿长度方向）。,由于大部分纤维截面形状不规则及中腔、缝隙、孔洞存在而无法用直径、截面面积等指标准确表达，习惯上用,单位长度的质量（定长制）或单位质量的长度（定重制）,来表示纤维细度。,纤维的细度,一、纤维的细度指标,直接指标：用直径、截面积及宽度等纤维的几何尺寸表达，如绵羊毛及其动物毛等。,间接指标：用长度与重量之间的关系表示，测量方便。,如,:,特数,T,t,(tex),、分特数,T,dt,(dtex),旦尼尔,N,D,公制支数,Nm,纤维的细度,线密度：单位为特克斯,(tex),，简称特，表示在公定回潮率下，,1000,米长的纤维材料所具有重量的克数。可根据下列公式得到：,式中，,G,k,-,纤维在公定回潮率下的重量,(g),，,L-,纤维长度,(m),。,同一品种纤维，,Tt,，纤维越粗。,行业上，通常也称为号数。,纤维的细度,纤度,(N,d,),：即旦尼尔,(denier),简称旦，表示在公定回潮率下，,9000m,长的纤维所具有重量的克数。可根据下列公式得到：,式中，,G,k,-,纤维在公定回潮率下的重量,(g),，,L-,纤维长度,(m),。,纤度，广泛应用于蚕丝和化纤长丝的细度表示中，如超细旦纤维。,同品种纤维，,N,d,，纤维越粗,.,纤维的细度,支数，常用于棉纤维，表示单位质量纤维的长度指标。,公制支数,N,m,，表示在公定回潮率下，单位重量,(1g),的纤维所具有的长度,(m),：,式中，,G,k,-,纤维在公定回潮率下的重量,(g),，,L-,纤维长度,(m),。,纤维的细度,英制支数,Ne,，在公定回潮率下，,1,磅重纱线长度的,840,码的倍数。也就是说,1,磅重纱线正好,840,码长，为,1,支纱，,1,磅重纱线长度为,21840,码长，纱线的细度为,21,支，写为,21s,。,同品种纤维，,N,m,，纤维越细,.,纤维的细度,细度指标的换算,线密度,(Tt),、纤度,(Nd),和公制支数,(Nm),的数值可互相换算，其换算关系如下：,纤维的细度,当纤维的截面为圆形和已知纤维密度下，直径细度,指标与间接细度指标的,换算。,式中，,d,纤维直径（,m,），,纤维密度（,g/cm,3,）。,纤维的细度,纤维的细度,各种干燥纤维的密度,单位：,g/cm,3,二、纤维细度不匀及其指标,纤维之间粗细不匀,单根纤维沿长度,方向上的粗细不匀,比如，棉纤维、麻纤维中段粗两边细；羔羊毛根端粗梢端细，成年羊毛纤维两端粗中间细。,纤维的细度,棉纤维：,成熟度、品种、产地、生长部位等；,毛纤维：,品种、年龄、生长部位、生长季节、饲养条件等；,麻纤维：,生长条件、初生韧皮纤维细胞和次生韧皮细胞生长期不同等；,蚕丝：,蚕茧结构；,化学纤维：,线密度可控，均匀度总体较天然纤维好，但也受温度、时间、牵伸力等因素的影响。,各类纤维之间细度不匀,纤维的细度,不匀率指标：纤维直径或线密度的差异。可通过纤维平均直径及其离散指标或平均线密度及其离散指标来表示纤维细度不匀。,细度不匀指标及分布,纤维直径分布直方图及分布曲线,纤维的细度,离散指标包括直径或线密度的标准差,及其变异系数,CV,d,值（又称离散系数）,(%),。,纤维、纱线和织物各种指标在计算算术平均值和变异系数时均采用上述计算方程式。,纤维的细度,三、纺织纤维细度测量方法,中段切断称重法示意图,一般棉,L,C,=10,或,20mm,，毛麻一般,L,C,为,20,或,30mm,式中，,n,为中段纤维根数，,G,(,g),、,g,(mg),为所称重量。,测长称重法,纤维细度测量规定必须在标准温湿环境（,20,o,C,，相对湿度,65%,）中平衡后进行。,纤维的细度,直径测量法,长纤维测试方法,采用周长,1m,在一定张力下绕取一定圈数（,50,圈或,100,圈），达到吸湿平衡后称重计算。,OFDA100,测量仪,激光扫描纤维直径测量原理图,纤维的细度,4.,振动测量法：,利用纤维振动频率与线密度的关系。一般用于短纤维。,振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图,5.,气流仪测量法：,利用不同细度的纤维比表面积不同，测量气流阻力间接测量纤维线密度或实心圆截面纤维的直径。,气流仪测量纤维细度原理示意图,纤维的细度,测量方法使用基本现状,棉纤维较多地采用气流仪法，其次为切断称重法；,毛纤维几乎采用,OFDA,和,LaserScan,方法，其次为显微镜,法和气流仪法；,麻纤维为切断称重法，其次套用显微镜法或,OFDA,法；,丝纤维大多为绞丝称重法（类切断称重）其次显微镜法；,化纤短纤根据毛型、棉型分别采用各自纤维在纺织加工工,艺体系中的测量方法，即上述,，偶尔采用振动法测量；,化纤长丝一般用绞丝称重，或显微镜法，其次为振动法。,显然，麻、丝的细度测量是落后原始的。,纤维的细度,四、纤维细度对纤维、纱线、织物的影响,对纤维本身,纤维的粗细将影响其比表面积,S,S,，,纤维的吸附性能,和染色性质；,-,纤维间的细度不匀，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；,-,纤维内的细度差异，会导致纤维的力学弱节。,细度不匀会导致纱线不匀及纱疵，但是另一方面具有一定的异线密度对纱的某些品质的形成是有利的。,纤维的细度,2.,对纱线质量及纺纱工艺的影响,-,与成纱强度的关系,在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱强度越高；,-,与成纱条干的关系,在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱条干越均匀；,-,在保证一定成纱质量的前提下，细而均匀的纤维可纺较细的纱；,-,与纺纱工艺的关系,纤维越细，加工过程中容易扭结、折断而产生棉结、短纤维。,纤维的细度,3.,对织物的影响,纤维细度种类,线密度（,dtex,）,直径（,mm,）,性能特征,细线密度（丝型）,1.1 2.8,4 10,柔软、滑爽、轻薄,棉、丝型纤维,0.891.33,8.4113.7,柔软、均匀、轻薄,毛、麻型纤维,1.12.2,13.7,17.7,柔软、均匀、轻薄,超细化纤,0.0110.89,3.011.2,吸湿、导湿、细腻、仿皮革,皮革（特细）,0.0110.11,0.94.0,透汽、防水、细密、麂皮特征,极细纤维,0.00010.01,0.090.12,吸附、超滤、功能,纳米纤维,10,-8,10,-4,0.0010.1,特殊功能,纤维细度与功能的关系,不同细度的纤维会极大地影响织物的手感及性能。如内衣织物要求柔软、舒适，可采用较细；外衣织物要求硬挺，一般可用较粗的纤维。,纤维的细度,细度,截面形状,长度,卷曲和转曲,第二章 纺织纤维,的形态,纤维的截面形状,纤维截面形状随种类而异。,天然纤维具有各自的,形态。毛纤维大部分为圆形，棉纤维接近腰圆形，木棉纤维为近圆形，丝纤维近似三角形，麻纤维为椭圆形或多角形等。,化学纤维则可以根据要求进行异形喷丝，从而获得异形截面纤维。非圆形截面的化学纤维称为异形纤维。,纤维的截面形状,纤维截面变化的过程、类型及相互关系,一、异形化的方法,截面形状的非圆形化，包括轮廓波动的异形化和直径不对称的异形化；,截面的中空和复合化；,中空截面也是一种异形截面，即纤维内部空缺异形，与前面轮廓空缺是对应的。,天然棉、麻不仅轮廓内部空缺，而且异形，是典型的复合异形截面；兔毛不仅有单孔的中腔，而且大多是多孔的中腔，并带有竹腔层节结构，这是合纤至今无法实现的一种结构；木棉巨大的中腔、超薄的胞壁，同样也是合纤加工梦寐以求的异形形态。,纤维的截面形状,异形截面纤维一般蓬松度较好，抗起毛起球，可以消除化学纤维光滑的手感，可以解决丝的光泽和丝鸣问题。,异形中空纤维可以提高纤维刚度和保暖性能、实现轻量化、增加不透明感和改善纤维吸湿透气等功能。,纤维异形化的发展过程是逐渐从单一改变纤维直径到纤维截面轮廓的波动，从单孔到多空，从单组份到多组分，从对称到不对称，甚至从径向截面异形发展到纵向随机变形的异形丝。,纤维的截面形状,纤维的截面形状,常见异型截面纤维的截面形状与功能效果,-,增加纤维的覆盖能力，,提高抗起毛起球能力,；,-,具有,优良光学性能,，三角形截面表面光泽优雅，多叶形的则表面消光，光泽柔和；,-,增加纤维抱合力，使,蓬松度、透气性及保暖性均提高,；,-,减少合成纤维蜡状感，使织物,具有丝绸感,，并,增加染色鲜艳度,；,-,表面沟槽起到,导汗、透湿,作用；,二、异形纤维的特征,纤维的截面形状,1.,相对径向异形度,D,R,纤维的截面形状,三、异形纤维的指标,2.,平均径向异形度,D,M,3.,理论径向异形度,D,r,径向异形度是异形纤维截面外接圆半径,R,与内切圆差值对某一指定径向参数的百分数。,1.,相对截面面积异形度,S,R,2.,平均截面面积异形度,S,M,3.,理论截面面积异形度,S,r,截面面积异形度,S,是异乡纤维截面外接圆面积（,R,2,）与某一指定半径圆面积（,r,2,）的差值相对外接圆面积的百分数。,纤维的截面形状,截面中空度,C,0,：纤维截面中孔洞横截面积占纤维表观横截面积的百分比。,纤维的截面形状,细度,截面形状,长度,卷曲和转曲,第二章 纺织纤维,的形态,天然纤维,随动物、植物的,种类、品系与生长条件,而不同。,棉、麻、毛：,短纤维，纤维长度一般,25,250mm,；长度差异很 大（不同品种或同品种）,蚕丝：,长丝，一个茧子上的茧丝长度可达数百米至上千米。,化学纤维,人工制造，可根据需要而定。,长丝：,可无限长；,短纤维：,等长或不等长。,纤维的长度,纤维的长度,纤维品种,长度,纤维品种,长度,陆地棉,25 31,亚麻,12 24,海岛棉,33 46,苎麻,20 200,细绵羊毛,40 100,黄麻,1.5 5,半细绵羊毛,70 300,汉,(,大,),麻,5 55,山羊绒,22 36,中长化纤,51 65,马海毛,45 70,毛型化纤,76 120,绢丝,60 1300,棉型化纤,38 41,常见纤维品种的长度范围,单位：,mm,自然长度：,纤维在自然伸展状 态下的投影长度，,例,毛丛长度。,伸直长度：即纤维伸直而未伸长时两端的距离。,纤维自然长度与纤维伸直长度之比，称为伸直度。,纤维的长度,一、纤维长度分布与指标,纤维长度集中性指标,平均长度、主体长度、品质长度、跨距长度、手扯长度和交叉长度。,2),主体长度（L,m,）：,纤维中含量最多的纤维长度。,-,根数主体长度：纤维中根数最多的一部分纤维的长度。,-,重量主体长度：纤维中重量最重的一部分纤维的长度。,1),平均长度：,是纤维长度的平均值,。,-,计数加权平均长度：各根纤维长度之和的平均数。,-,计重加权平均长度：各组长度的重量加权平均数。,纤维的长度,4),跨距长度,采用梳子随机夹持取样（纤维须从），纤维由夹持点伸出的长度，可自动快速测出，已成为重要的长度指标。,5),手扯长度,在手感目测的检验方法中，用手扯尺量法测得的棉纤维的长度，主要用于棉纤维商品贸易。,6),交叉长度（,L,c,）,计数的纤维长度一次累积曲线由长向短方向累积频率,0.5%,处或拐折点处的长度。,3),品质长度（,L,p,）,又称右半部平均长度或上半部平均长度，指的是比主体长度长的那部分纤维的平均长度。纺纱工艺中决定罗拉隔距的重要参数。,纤维的长度,纤维的长度,纤维长度分散性指标,短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率。,（表示长度整齐度的指标）界限：细绒棉,16mm,；长绒棉,20mm,；棉羊毛,30mm,；苎麻,40mm,等。,短纤维多制成本低成本高，不宜纺细支纱。,纤维长度的均方差和变异系数、短绒率、超长纤维和倍长纤维和纤维长度整齐度。,二、纤维长度测量方法,-,逐根测量法；,-,成束一端排齐测量法；,-,平行排列测量法；,-,分组称重测量法；,计数二次累计曲线测量法。,纤维的长度,长丝纤维,-,测长法,.,短纤维,三、纤维长度与工艺的关系,纤维长度与成纱强度的关系,在其他条件相同下，纤维越长，成纱强度越大，在保证成纱具有一定强度的前提下，纤维长度越长，纺出纱的极限细度越细（棉纤维）。,长度长，纤维间抱合力变大，则纤维间的滑脱率减少，这时,纱线拉断以纤维拉断为主，滑脱次之,，这样纱的强度便增大，同时纺纱断头率相应减少。,纤维的长度,纤维长度与成纱毛羽关系,成纱的毛羽是由伸出成纱表面的纤维端头，纤维圈等形成。在其它条件相同情况下，长度较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。,纤维短绒率与成纱强度、条干的关系,当纤维短绒率大时，成纱条干变差，强度下降。生产高档产品时，需经过精梳以去除短纤维。,纤维的长度,细度,截面形状,长度,卷曲和转曲,第二章 纺织纤维,的形态,卷曲与转曲是纺织纤维特征之一，大部分纤维有卷曲或转曲。卷曲可以使：,-,短纤维纺纱纤维间摩擦力和抱合力增加，成纱有一定强力；,提高纤维和纺织品弹性，使手感柔软，突出织物风格；,-,改善织物抗皱性、保暖性以及表面光泽。,卷曲：,在指定初始负荷作用下，能较好保持的具有一定规则性的皱缩形态结构。而,转曲,是纤维沿轴向发生扭转的现象。,纤维的卷曲和转曲,天然纤维中羊毛具有天然卷曲，棉具有天然转曲，而一般化学纤维表面光滑。,天然纤维,化学纤维,自然卷曲,人工机械卷曲,-,利用纤维内部结构不对称（皮芯结构以及复合纤维），经热空气、热水处理后产生卷曲，如维纶及粘胶纤维；,-,利用纤维热塑性采用机械方法挤压而成，如涤纶等。,羊毛：由于内部结构中的正、偏皮质细胞呈双边结构或偏皮芯结构或不均匀的混杂结构所致。,填塞箱法,复合纤维法,加捻变形工艺,编织解脱法,纤维的卷曲和转曲,由于正偏皮质细胞结构的差异和皮质层形成双侧形,态导致羊毛,的天然卷曲。,这对于化学纤维的卷曲改,性具有重要的借鉴意义。,波幅大，波数多，细羊毛属此类,卷曲近似半圆，为常波卷曲,卷曲小于半圆为粗羊毛,人工卷曲,纤维的卷曲和转曲,一般纤维越细，抗弯刚度低，应力不平衡程度高，因而卷曲更细密。,羊毛的,品质支数纤维直径,m,平均纤维,长度,mm,卷曲数,个,/25mm,80,18.1,19.5,55,22,24,70,19.6,21.0,57,22,24,64,21.1,22.5,67,20,22,62,22.6,24.0,70,16,20,60,24.1,25.5,77,16,20,58,25.6,27.0,78,16,20,56,27.1,28.5,92,13,16,50,30.1,31.7,96,13,16,48,31.8,33.4,100,10,13,46,33.5,35.1,108,10,13,纤维的卷曲和转曲,纤维的卷曲和转曲,卷曲的表达指标：,按国家标准测定的程序和方法测定，除了卷曲形态及卷曲数外，还有模量、伸长率、弹性恢复率和稳定性等指标。,卷曲整齐，毛丛紧密、外界影响小，羊毛质量好,;,卷曲好，抱合力大,;,卷曲与织物风格有关，比如：正常卷曲宜做精纺，强卷曲宜做粗纺。,卷曲的作用,纤维的卷曲和转曲,转曲：,纤维沿轴向发生扭转的现象，比如棉纤维。,转曲反向：,转曲沿纤维长度方向不断改变方向，时而左旋，时而右旋，这种现象称为转曲反向。,纤维的卷曲和转曲,纤维转曲的表达：单位长度（,1cm,）中扭转,180,o,的个数。,转曲的反向：在显微镜或投影仪中直接计算；偏光显微镜。,纤维转角测定计算方法示意图,棉纤维的转曲有利于纤维间的抱合，纤维的纺纱工艺与成品质量。但是转曲的反向确实棉纤维的强度下降。单位长度反向次数多的棉纤维强度降低，反向次数少的强度较高，其内微原纤的反向引起了纤维的弱环。,纤维的卷曲和转曲,