纺织纤维的形态及基本性质.ppt

纺织纤维的形态及基本性质,Configuration And Fundamental Property Of Fibers,形态（Configuration）,纤维的细度（Fineness）,细度：指纤维的粗细程度（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（线密度）或单位质量的长度（线密度的倒数）来表示纤维细度。,纤维细度的指标 直接法：用直径、投影宽度、截面积、周长、比表面积；间接法：用长度与重量之间的关系表示。如:特数Nt(tex)、分特数Ndt(dtex)旦尼尔ND 公制支数Nm,特克斯 Nt（tex）国际标准单位 在公定回潮率下，1000米长的纤维所具有重量的克数。Gk 纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（g）L纤维长度（m）,同品种纤维，Ntex，纤维越粗。,旦尼尔（旦数）Nd（denier）绢丝，化纤常用指标 在公定回潮率下，9000米长的纤维所具有重量的克数。Gk 纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（g）L纤维长度（m）,同品种纤维，Nd，纤维越粗.,公制支数 Nm 常用于棉纤维 在公定回潮率下，单位重量（克）的纤维所具有的长度：Gk 纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（g）L纤维长度（m）,同品种纤维，Nm，纤维越细.,直径细度指标与间接细度指标的换算,d纤维直径（m），纤维密度（g/cm3）,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,中端粗，两边细,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。,纤维之间细度不匀,细度不匀指标及分布,细度不匀指标及分布,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,ni为第i组中纤维根数含量比,n(d)为纤维根数概率密度函数,纤维直径分布直方图及分布曲线,细度测量方法,中段切断称重法示意图,一般棉LC=10或20mm，毛麻一般LC为20或30mm,n为中段纤维根数，G（g）、g（mg）为所称重量,测长称重法,直径测量法,长纤维测试方法,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。,振动测量法：利用纤维振动频率与线密度的关系。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。声阻仪测量法：利用不同纤维的比表面积和共振频率不同，测量声振动的阻尼系数，折算线密度和直径。,纤维细度及不匀对纤维、纱线、织物的影响,对纤维本身,-粗细将影响其比表面积SS，纤维的吸附性能和染色性质；,-纤维间的细度差异，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；,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。,对织物的影响,纤维细度与功能的关系,形态（Configuration）,棉纤维纵、横截面,绵羊毛纵、横截面,大麻纤维纵、横截面,桑蚕丝纵、横截面,涤纶纤维纵、横截面,晴纶纤维纵、横截面,粘胶纤维纵、横截面,四孔中空纤维横截面,导电纤维,纤维的截面形状（Cross Section）,纤维截面形状随种类而异，天然纤维具有各自的形态，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。,纤维截面变化的过程、类型及相互关系,异形纤维功能,-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；-异形中空丝改变纤维集合体密度、热阻、孔隙率、蓬松度、刚度、比表面积，其内所含的空气提高了热阻和保暖性能；-中空纤维还降低了纤维密度，使纤维材料轻量化，增强纤维不透明感,异形截面表征,相对径向异形度,截面异形度,中空度：实际有效空腔截面积占有效外周界内截面积的百分数,形态（Configuration）,纤维的长度（Length）,一般指伸直长度，即纤维伸直而未伸长时两端的距离。另有自然长度，指纤维在自然伸展状态下的长度。自然长度与伸直长度之比，为纤维伸直度。,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25250mm；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。,天然纤维长度（mm）范围 棉纤维：25-45 亚麻单纤维：15-20 亚麻工艺纤维：500-750 黄麻单纤维：2-4 黄麻工艺纤维：2000-3000 大麻单纤维：10-15 大麻工艺纤维：700-1500 细毛、半细毛：50-100 粗毛、半粗毛：50-200,棉型化纤：30-40 毛型化纤：70-150 中长纤维：51-65,化学纤维长度范围,纤维长度集中性指标,主体长度 平均长度 品质长度,主体长度：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。,平均长度：是纤维长度的平均值。-根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。-重量加权平均长度Lg：各组长度的重量加权平均数。,品质长度：比主体长度长的那部分纤维的平均长度。（是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数）,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；毛 30mm；苎麻 40mm 短纤维多制成本低成本高，不宜纺细支纱,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,纤维长度与工艺的关系,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。,形态（Configuration）,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：,纤维的卷曲（Crimp）,-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,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。,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,纤维的转曲（Convolution）,转曲：纤维沿轴向发生扭转的现象。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。,一定长度扭转180度的个数表征。,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。,基本性质（Fundamental Property）,吸湿性（Hygroscopicity）,吸湿平衡：单位时间纤维材料吸收大气中的水分等于放出或蒸发的水分，这种现象叫吸湿平衡。如进入纤维水分子多于放出的水分子，则表现为吸湿，反之表现为放湿。,吸湿性：纤维材料在大气中吸收或放出气态水的能力。,回潮率W：纺织材料中所含水分重量对纺织材料干重的百分比。含水率M：纺织材料中所含水分重量对纺织材料湿重的百分比。,回潮率：含水率：,平衡回潮率：在一定大气条件下，吸、放湿达到平衡时的回潮率。标准回潮率：在统一标准条件下，吸湿过程达到平衡时的回潮率。公定回潮率：为折算（商业）重量时加到干燥重量上的水分量对干燥重量的百分数。公定重量：纺织材料在公定回潮率时的重量。,G 纺织材料湿重G0纺织材料干重,常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率,吸湿等温线,吸湿机理及影响因素：,第一批水分子亲水基团直接吸附，以后再吸附重叠成为间接吸附水，也可由纤维中其他物质的亲水基团所吸引。纤维高聚物中常见的亲水极性基团：羟基，酰胺基，氨基、羧基等。天然动物纤维和植物纤维（包括再生纤维）含有较多的亲水基团；合成纤维大多数不含有亲水基团，吸湿能力较低。,大分子结构,吸湿作用主要发生在非结晶区，水分进入结晶区量很少。大分子取向度对吸湿性影响很小。比表面积越大，吸湿能力愈强。纤维表面分子具有比内层分子多余的能量表面能，表面能使液体向表面收缩表面张力。有些成分能吸着水分，而有些不易吸着水分。,聚集态结构,形态,伴生物,吸湿等温线：气压和温度不变条件下，吸湿平衡回潮率随相对湿度变化的曲线。,各种纤维的平衡回潮率在相同的湿度条件下不同，表明纤维吸湿的阶段性。不同的纤维具有不同的吸湿等温线，曲线形状呈反S形，反S形的明显程度越突出，表明该纤维吸湿性越强。,吸湿滞后现象,在同一空气条件下，纺织材料吸湿平衡回潮率比放湿平衡回潮率小的现象（或叫吸湿保守性，吸湿滞后现象）。,纤维实际平衡回潮率与纤维在放湿或吸湿前的历史有关。一般提的平衡回潮率指吸湿平衡回潮率。,产生滞后的原因,吸湿时纤维内部氢键打开，纤维间作用力被破坏，微结构单元距离被拉开。在此基础上，当蒸汽压减少纤维进行放湿时，水分子已经和较多极性基团结合，要离开必需赋予更多能量；另外，放湿时内部微孔单元已经变大，不可能完全回复到原来状态，导致纤维可以保持更多的水分，所以纤维放湿平衡回潮率会比吸湿平衡回潮率高。,为了得到准确的回潮率指标，不仅需要在标准大气条件下进行吸湿平衡，还要将材料在较低温度下烘燥，使纤维回潮率远低于测试要求的回潮率，然后再在标准状态下达到吸湿平衡，减少吸湿滞后性误差，这一过程称为试样预调湿。,温度对吸湿的影响,一般情况下，随空气和温度提高，平衡回潮率下降；在高温高压下，纤维因热膨胀，导致内部空隙增多，平衡回潮率略有增加。（水分子及大分子热动能增大；蒸汽压力提高）,纤维结构与吸湿的关系,对质量的影响：吸湿后纤维重量随水分子量的增加而成比例增加。,吸湿膨胀：吸湿后长度和截面均发生膨胀。横向膨胀大而纵向膨胀小，表现出明显的各向异性。,对纤维密度的影响：开始时随回潮率增大而上升，以后又下降。,回潮率小时，吸附的水分子与纤维以氢键结合，而氢键长度短于范德华力的结合长度，故纤维吸附水分子后增加的体积比原来水分子体积小，从而密度有所增加。随纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维，则密度又下降。,基本性质（Fundamental Property）,拉伸强度（Tensile Strength）,拉伸强力,伸长,断裂强力、相对强度、断裂伸长率、初始模量,拉伸断裂强力：纤维受外力直接拉伸断裂时所需要的力，是表示纤维承受最大拉伸外力绝对值的一中指标，又称绝对强力、断裂强力，单位牛顿（N）,相对强度：将强力折合成规定粗细时的力。,a 断裂应力：纤维单位截面上能承受的最大拉伸力。标准单位为 N/m2(即帕)，常用N/mm2(即兆帕 Mpa)表示。,P：断裂强力A：截面面积,b 断裂比强度P0：纤维1tex粗细时能承受的拉伸力。单位为 N/tex，常用 cN/dtex。c 断裂长度L：单根纤维悬挂重力等于断裂强度力时的长度。单位为 km,P0=PTt,P:强度，Tt：线密度,L=P0g10 g：重力加速度，P0断裂比强度,千克力表示一千克的物体所受的重力.由G=mg g=9.8牛/千克.所以 1千克力=9.81牛顿.即1kgf=9.81N.于是 1牛=0.102千克力.即1N=0.102kgf.它与克力(一克的物体所受的重力)关系是1000倍.1N=0.102kgf=102gf.克力也是我们常说的厘牛(cN).综上 1N=0.102kgf=102gf=102cN,N 与cN换算,断裂伸长率a：纤维拉伸到断裂时的伸长率。初始模量：拉伸伸长率为1%时应力的100倍，单位一般为cN/dtex，反映纤维在小应力条件下的弹性或刚性。,a=（La-L0）L0100 La：试样原长，L0：试样拉断时的长度,