纺织纤维的基本理化.ppt

第 3 章,纺织纤维的基本理化性能,1.了解纺织纤维与纺织品的关系。2.了解纺织纤维的物理结构，包括纤维长度、纤维的细度、纤维的横截面及纵向形态结构、纤维的卷曲性能。掌握纤维细度的表征方法。3.掌握纺织纤维的吸湿现象及吸湿大小的影响因素，吸湿量的表示方法，纤维的溶胀。4.掌握纺织纤维的强度、纤维的伸长性、纤维的初始模量、纤维的拉伸弹性、纤维的断裂功与耐磨性等拉伸性质。了解纤维的弯曲性质、扭转性质和压缩性质等其他力学性质。,本章学习要求,5.了解纤维比热容、导热性、耐热性等热学性质。6.了解纤维的点燃温度和火焰最高温度，燃烧特性等纤维的燃烧性能。掌握纤维的极限氧指数。7.了解纤维的导电性能，静电及消除等电学性质。8.了解纤维的折光指数与双折射率，纤维的光泽，纤维的耐光性，二向色性等光学性质。9.熟悉纺织纤维的鉴别方法。10.了解纺织纤维的分类。,本章学习要求,目录,第二节 纺织纤维与纺织品,第三节 纺织纤维的物理性能,第四节 纺织纤维的吸湿性,第五节 纺织纤维的力学性质,第六节 纺织纤维的热学性质,第八节 纺织纤维的电学性质,第九节 纺织纤维的光学性质,第七节 纺织纤维的燃烧性,第一节 纺织纤维的分类,第十节 纺织纤维的鉴别方法,1.按来源,第一节 纺织纤维的分类,2.按线状状态（长度）,第二节 纺织纤维与纺织品,一、服用纺织纤维及其纺织品：服用纤维材料，制成服装后需满足的条件。1.卫生保健功能：良好的透湿及对皮肤的保护功能。2.适应活动功能：也叫物理舒适功能或弹性舒适功能。较好的延伸性和较好的弹性回复性能。3.耐用功能：足够的强度、延伸性和柔软性等力学性能，经受得起化学加工、洗涤、体液和日晒作用。4.装饰、美观功能：一定的形状稳定性、悬垂性和免烫性。,二、装饰用纺织纤维及其纺织品：可以分三类。1.服用装饰：如领带、领结、头巾等。2.室内装饰：如床上用品、地面装饰、墙面装饰、家具装饰等。是装饰纺织品主体。3.商品包装及书籍装饰：比较重视外观效应，一提升商品档次。,三、产业用纺织纤维及其纺织品：1.产业用纺织品：非服饰用和装饰用的纺织品。使用的纤维比较刚硬。2.主要特点对性能和功能要求高：针对不同使用场合和用途，要具备特定的性能和功能以满足使用的需要。专业特性更强：服用和装饰用纺织品，专业面较窄，产业用纺织品专业特色突出。加工方法与使用设备更加专业化：需要特定的设备对特定的产品进行加工。使用寿命不同：不同的产品要求不同。,四、纤维性能与产品用途纺织品对纺织纤维的要求：纺织品的基本组成物质：纺织纤维。纺织纤维性能对纺织品的使用性能起决定性作用。不同纺织品对纺织纤维的不同要求：见P109表31。纤维品质与产品性能的关系：见P110表32。选择纺织纤维的依据：产品用途为依据，纤维性能为中心，此外还要考虑所选纤维在产品加工和使用中的问题。,表31 不同用途纺织品对纤维性能的要求,表32 纤维品质与产品性能的关系,第三节 纺织纤维的物理性能,一、纤维的长度,衣料纤维长度：长度:直径1000:1。1.纤维的长度纤维的伸直长度：充分伸直。一般所指的长度。纤维的自然长度：自然伸展下的投影长度。纤维的伸直度：自然长度与伸直长度之比。长度表示方法：集中性指标或平均长度表示。纤维长度不匀性表示：整齐度表示。,2.天然纤维长度与细度间的关系 羊毛：负相关；棉：正相关。3.纤维长度与纱线质量的关系长度，纱强度，达一定值，影响减小。原因：长度，纤维接触面积，纱线受外力作用纤维不易滑脱。棉：较短，影响较大。粗绒棉只能纺较粗的纱，细纱只能用长绒棉纺。羊毛纤维：较长，影响不及细度。,二、纤维的细度及其表征方法,（一）纤维细度对纺织品性质的影响,1.影响纺织品的弯曲刚性、悬垂性以及手感。2.影响织物的光泽。3.影响纺织品的染色速率。4.影响纱线的均匀度。5.影响纱线的抗扭刚度。,（二）纤维（纱）细度的表征方法,1.定长制 线密度 线密度：单位长度的质量，值越大，纤维或纱越粗。（1）特克斯（tex）可用符号Nt表示 俗称号数定义：纤维或纱线在公定回潮率下，1000m长所具有的质量（g）。即：1tex1g/1000m或1mg/1m,G：纱（丝、纤维）的重量（g）L：纱（丝、纤维）的长度（m）,Nt=1000G/L,计算公式：,纱线表示：单纱：写成“特”。股线：组成股线单纱的特数相同：单纱特数股数，18特2表示两根单纱18特的纱线合股，合股线为36特。组成股线单纱的特数不同：单纱特数之和，18特+15特，其合股线特数为33特。分特克斯（dtex）：1000m长的纤维质量有多少分克（1分克0.1g）。即：1dtex0.1g/1000米或0.1mg/1m,（2）旦尼尔（denier）可用符号Nden表示定义：纤维或纱线公定回潮率下，9000m长所具有的质量（克）。即：1旦 1g/9000m,Nden=9000G/L,G：丝线（纤维）的重量（g）L：丝线（纤维）的长度（m）,旦数多用于天然纤维蚕丝或化纤长丝的细度表达。特和旦的关系：1tex=9旦分特和旦的关系：1dtex=0.9旦,计算公式：,2.定重制 线密度的倒数 单位质量的长度，数值越大，纤维和纱越细。（1）公制支数（简称公支）用符号Nm定义：纤维或纱线公定回潮率下，1g（或1Kg）重所具有的长度（m或Km）。即：1公支1m/g或1Km/Kg,Nm=L/G,G：纱（丝、纤维）的重量（g）L：纱（丝、纤维）的长度（m）,计算公式：,股线公制支数表示：组成股线单纱的支数相同：单纱公制支数股数，如26/2、60/2等。组成股线单纱的支数不同：用斜线划开并列的单纱支数，如21/42，股线的公制支数计算如下：Nm1/(1/N1+1/N2+1/Nn)1/(1/21+1/42)=14公支,（2）英制支数（简称英支）Ne定义：公定回潮率下，1磅（1b453.6g）重的纤维（或纱线）所具有的长度码数（1yd=0.915m）。不同纤维的纱线计算方法不同。表示：数值s,G：纱（纤维）的重量（g）L：纱（纤维）的长度（m）A：不同的纱线不同,计算公式：,具体：棉纱：每一磅棉纱，有多少个840码，就为多少英支。目前在进出口棉纱中采用较多。麻纱：每一磅麻纱有多少个800码，就为多少英支。粗梳毛纱：每一磅粗纺毛纱有多少个256码，就为多少英支。精梳毛纱：每一磅精纺毛纱有多少个560码，就为多少英支。股线英制支数表示法和计算法：同公制支数。,3.不同纱线英制支数和特之间的换算：Nt（特）C/Ne（英制支数）C换算常数，随纱线的公定回潮率不同，见表。,4.注意点：只有特克斯及其倍数单位是国际法定单位。线密度相同不同纤维的情况：密度小的直径较粗，密度大的直径较细。P114图31为各种纤维的密度值。,P114表33 常见纤维的横截面及纵向外观（形态）特征,三、纤维的横截面及纵向形态结构,四、纤维的卷曲性能,1.卷曲的作用 3个增加短纤维纺纱时纤维间的摩擦力和抱合力，使纱有一定的强力。提高纤维和纺织品的弹性，使手感柔软，突出织物的风格。影响织物的抗皱性、保暖性及表面光泽等性能。,2.纤维的卷曲性能的表示方法：卷曲率、卷曲数、卷曲回复率等。3.纤维的卷曲性能天然纤维：棉和羊毛均有天然卷曲，羊毛表面有鳞片层。合成纤维：表面光滑，纤维间摩擦力小，抱合力差，难纺纱，故必须采用机械、化学等方法，对纤维进行一定的卷曲。,第四节 纺织纤维的吸湿性,一、纤维的吸湿 1.纤维的吸湿与脱湿,吸湿：纤维从环境吸收水分的过程，结果纤维的重量。湿度，发生吸湿现象。脱湿：纤维向环境放出水分的过程，结果纤维的重量。湿度，发生脱湿现象。纤维的吸湿性：纤维吸收和放出水分的性能。,吸湿的影响因素：环境的温度、湿度。标准环境：温度20，相对湿度65%。纤维吸湿后的现象：吸湿后，纤维的性质会发生一系列变化，如强度、延伸性能等。纤维吸湿性的用途：能使皮肤保持适当的湿度，保护人体不受环境突变的影响，特别内衣的纺织纤维，必须考虑吸湿性。,2.吸湿量的表示方法即吸湿指标,（1）吸湿指标回潮率（吸湿率）R：Regain Percentage 纤维内水分的重量与纤维绝对干燥重量之比的百分数。,G0：未经烘干纤维的重量 G：绝对干燥纤维的重量,含水率（保湿率）M：Moisture Percentage 纤维内所含水分的重量与纤维重量之比的百分数。,则：,（2）回潮率的种类实际回潮率：纤维在实际环境条件下的回潮率。表明纤维材料实际含湿情况。标准回潮率：纤维在标准环境下的回潮率。P117表34为几种常见纤维的标准回潮率。公定回潮率或商业回潮率：为了贸易、计价、检验等需要定的回潮率。表示折算公定（商业）重量时加到干燥纤维上的水分重与干燥纤维重之比的百分率。公定回潮率的大小：通常高于标准回潮率或取其上限。各国规定不一致。我国几种常见纤维公定回潮率的规定值见P118表35。,表34 几种常见纤维的标准回潮率,表35 几种常见纤维的公定回潮率,3.纤维吸湿过程（机理）,（1）纤维吸湿机理直接吸附水分子纤维无定形区的极性基团与H2O结合。,特点：单分子层吸附。称为结合水，较难去除。,间接吸附水分子直接吸附在纤维上的水分子进一步吸附水分子。特点：多分子层吸附或毛细管水，吸附量较大。称为游离水，结合较为松弛，较易去除。吸附是放热反应（2）吸湿热：纤维在吸湿时放出的热量。,4.吸湿滞后现象,（1）平衡回潮率：吸湿平衡时的回潮率，是一条件值。（2）吸湿等温线作法：环境的温度不变，湿度逐渐，依次测定各湿度条件下的平衡回潮率，以平衡回潮率为纵坐标，对应湿度为横坐标所画的曲线。,吸湿等温线特点：湿度，纤维平衡回潮率的增加速度不一致。相对湿度015%和70100%两阶段：曲线斜率较大；相对湿度1570%时：曲线斜率较小；吸湿性强的纤维的吸湿等温线呈反S形。吸湿性差的纤维吸湿等温线的反S性特征不明显。,原因015%阶段：直接吸附水，回潮率增加较快。1570%阶段：间接吸附水，回潮率增加较慢。70100%阶段：吸湿引起纤维溶胀，吸湿中心增加，所以平衡回潮率又上升。,（3）脱湿等温线：温度不变，纤维在相对湿度100%的空气中达吸湿平衡，测定回潮率，然后使环境湿度，依次测定平衡回潮率，以平衡回潮率为纵坐标，对应的湿度为横坐标所绘制的曲线。,（4）吸湿滞后现象吸湿滞后现象：同一种纤维，同样的温度下，吸湿等温线和脱湿等温线的形状相似，但脱湿等温线始终高于吸湿等温线的现象。,不同纤维的情况吸湿性较好的纤维：明显。吸湿性差的纤维：不显著，两等温线几乎重合。,吸湿滞后现象产生的原因：吸湿时：水分子进入纤维后，纤维无定形区分子链间距离，少数交联点被拆散，纤维中吸收水分子的极性基团，并与水分子结合。脱湿时：水分子离开纤维，无定形区纤维分子间重新形成交联点，但纤维分子间的距离不能完全回复到未吸湿前的情况，仍保持了较大的距离，吸附水分子的极性基团未吸湿前，这样纤维中保留着一部分水分子，有较高的平衡回潮率。,5.影响纤维吸湿的因素,（1）纤维的结构化学结构即纤维大分子结构上的极性基团吸湿中心的多少和强弱。纤维中主要的极性基团羟基氨基极性基团越多，吸湿率越大,例：天然及再生纤维：有较多的极性基团，吸湿性好。如粘胶、棉、羊毛、蚕丝等。合成纤维：极性基团少，吸湿性差。如：聚酰胺：有酰胺键，分子末端有氨基及羧基，有一定的吸湿性。腈纶：侧基有CN，也有一定的吸湿性。涤纶：除苯环和亚乙基外，只含极性不强的酯键，吸湿性差。丙纶：不含极性基团，吸湿性几乎为0。,纤维的聚集态结构结晶区和非晶区的多少吸湿主要发生在纤维的无定形区和晶区表面。吸水量与无定形区含量成正比。结论：化学结构相同的纤维，无定形区不同，吸湿性不同。,例棉和粘胶：化学组成相同，但粘胶的无定形区多，吸湿强。如表：粘胶的无定形区几乎是棉的2倍，其吸湿性也几乎是2倍。未丝光棉和丝光棉：棉丝光后，无定形区，吸湿性。,纤维内部空隙：空隙多，水分子可填充到空隙中形成毛细管水，吸湿性好。提高疏水性纤维吸湿性的措施：在纤维成形加工过程中使纤维内部形成无数毛细管。纤维表面结构纤维表面的作用：吸附大气中的水汽和其他气体。纤维愈细，比表面积越大，吸附水的能力愈强。对疏水性纤维的表面进行适当的处理，可以改善疏纤维的表面结构，提高纤维的吸湿性。纤维伴生物,（2）时间和温度及湿度时间：纤维达到平衡回潮率所需的时间很长。,温度：两方面温度较高水分子热运动动能，逸出纤维表面的概率，纤维吸湿少，回潮率也小。纤维膨胀，纤维内部空隙，吸湿能力略有。图：相对湿度Hc，温度，吸湿。相对湿度Hc，温度，吸湿。,6.纤维吸湿的意义,（1）影响织物的服用性影响穿着舒适性：吸湿性好，衣服穿着舒服，有吸湿排汗的作用。影响抗静电性：吸湿好的纤维静电现象较少。其他方面的服用性，如防污性等，吸湿性好，不容易沾污。（2）影响纤维的溶胀性 吸湿性好的纤维，吸湿溶胀大，相反则小。,（3）影响纤维的机械性能 吸湿会影响纤维的应力应变曲线。粘胶、羊毛、蚕丝等纤维：断裂强度，断裂伸长率。棉纤维、麻纤维：断裂强度，断裂伸长率。,二、纤维的膨化（溶胀）,1.膨化现象：纤维吸湿的同时伴有体积增大的现象。原因：纤维吸湿后消弱了无定形区分子间的作用力，使无定形区大分子链段的运动范围。2.纤维溶胀的异向性现象：横向溶胀 纵向溶胀原因：纵向：主要是共价键，难以伸长。横向：主要是氢键和范德华力，易拆散。,3.纤维的溶解性水中：只能溶胀，不能溶解。不溶解的原因：含结晶，水不能拆散结晶。4.影响纤维吸湿膨化程度的因素吸湿大小：一般吸湿性大，吸湿膨化大。温度：温度，吸湿膨化。纤维的吸湿膨化基本上是可逆的。,5.纤维溶胀后性能的变化（1）质量的变化：随环境的不同而不同。（2）长度和截面积的变化：通常截面长度，锦纶例外，其长度截面。（3）对密度和体积的影响：大多数纤维，低吸湿时，密度，吸湿进一步，密度。吸湿，体积。,（4）对力学性能的影响：表面摩擦系数：吸湿，摩擦系数。弹性：吸湿，亲水性纤维弹性。强度一般纤维：干强湿强棉、麻、柞蚕丝：干强湿强涤纶：干强湿强,6.纤维吸湿溶胀的意义有利于染整加工：在溶液中，纤维溶胀，空隙增大，化学试剂等易于进入纤维内部。产生缩水问题：溶胀越大，织物缩水率越大。影响织物手感：纤维吸水溶胀变粗，织物变厚变硬。影响织物机械性能：如棉织物吸湿后，强度增加。其他：如棉帆布水龙带吸水溶胀，将织物的缝隙堵塞，不透水。,第五节 纺织纤维的力学性质,一、纤维的拉伸性质,二、纤维的弯曲性质,三、纤维的扭转性质（自学）,四、纤维的压缩性质（自学）,五、织物的性能与纤维性能的关系,一、纤维的拉伸性质,（一）纤维的应力应变试验,（二）纤维的强度,（三）纤维的伸长性,（四）纤维的初始模量,（五）纤维的拉伸弹性,（七）纤维的断裂功与耐磨性,（六）纤维的耐疲劳性（耐多次变形性）,软（柔）而弱硬（刚）而脆软（柔）而韧硬（刚）而强硬（刚）而韧,（一）纤维的应力应变试验1.纤维的应力应变曲线类型 5种,（1）基本指标 5个：（初始）模量、屈服应力、断裂强度、断裂延伸度（断裂伸长率）、断裂功等。（2）基本指标与纤维性能间的关系硬（刚）、软（柔）：（初始）模量，硬高、软低。强、弱：断裂强度，强大、弱小。脆：无屈服点且断裂延伸度很小。韧：断裂强度和断裂延伸度均较高，可用断裂功或强韧度作为韧性的指标。纤维应力应变曲线基本指标与纤维性能间的关系见P126表36。,2.应力应变曲线基本指标与纤维性能间的关系,表36 纺织纤维应力应变曲线的几种典型特征,五种纤维的应力应变曲线见P127图311。,棉：初始模量较高、断裂强度中等，断裂伸长率和断裂功低，硬（刚）而脆。蚕丝：断裂强度、初始模量较高，断裂伸长率及断裂功中等，硬（刚）而强（韧）。,涤纶：初始模量、断裂强度、断裂伸长率及断裂功均较大，硬（刚）而韧。羊毛：断裂强度、初始模量与断裂功均较低，断裂伸长率中等，柔而弱（韧）。,锦纶：初始模量较低，断裂强度、断裂伸长率、断裂功均较高，柔而韧。,（3）纤维性能与织物间的关系模量：影响悬垂性、手感、洗涤性和耐磨性。屈服点：影响起皱抗皱性、防缩性、牢度、弹性行为和形状保持性。屈服应力、抗张断裂性：影响可加工性、强度等。断裂伸长率：影响延伸性。断裂功：决定韧性、耐疲劳性。,3.纤维应力应变曲线微观解释,应力应变曲线：反映了纤维从拉伸到断裂的全过程。微观解释,ab段：直线，应变为普弹形变，形变主要是原子键长和键角的变化引起的，分子链和链段不发生运动。直线的斜率称为初始模量。,bc段：应力增加，外力强迫链段发生运动，纤维分子沿拉伸方向取向，而大分子不发生相对滑移。强迫高弹形变。与ab段相比，bc段每单位应变所需的应力减少。,cd段：大分子沿着拉伸方向发生质量中心改变的相对移动，并进一步趋于平行排列，形变主要发生在纤维的无定形区。塑性形变。在这个区段，纤维的形变能力降低，应力急剧增加。,de段：试样已拥有足够的能量，足以克服结晶区内某些分子间的相互作用力，发生第二次塑性流动，直至纤维断裂。,（二）纤维的强度1.纤维强度的表示方法,表示方法：相对强度，每特克斯（tex）纤维受力拉伸断裂时能承受的最大外力。,P0相对强度，N/tex。D纤维线密度，tex。P绝对强度，N，纤维被拉断时所需的力。,P0P/D,纤维强度种类：干强度：纤维恒温恒湿（20，RH65%）放置24h以上，使纤维的回潮率达到平衡后测定的强度。湿强度：纤维在潮湿状态下测出的强度。,2.纤维的理论强度,理论强度：根据单位面积键数量和键强度计算出来的强度，键的强度取决于键的类型。纤维最重要的键：共价键、氢键、范德华力。,3.纤维在外力作用下断裂机理,克服了分子内化学键结合力和分子链间作用力的结果。（1）大分子链排列平行于受力方向：断裂可能是化学键的断裂和分子链间滑脱。（2）大分子链排列垂直于受力方向：断裂是破坏氢键和范德华引力。,（1）大分子链排列平行于受力方向，纤维的断裂可能是化学键的断裂和分子链间的相对滑脱。分子链断裂（化学键断裂）纤维断裂时必须拉断截面上所有的分子链。理想断裂强度：20109N/m2。实际强度：即使高度取向的结晶高分子化合物，它的拉伸强度也要比理论值小几十倍。结论：纤维受外力拉伸，同一截面上的分子链同时被拉断是不可能的。,分子链或结构单元间的滑脱必须克服分子间的H键和范德华引力。高分子物次价力的总和往往主价键力，从内聚能的计算也得出同样的结果。分子间存在H键纤维：如聚乙烯醇、纤维素、聚酰胺等。总内聚能比共价键大10倍以上。分子间无H键只有范德华力的纤维：如聚丙烯等。总内聚能比共价键大1倍以上。结论：纤维受外力拉伸，其断裂完全是因分子间的滑脱造成的是不可能的。,（2）大分子链排列方向垂直于受力方向：纤维的断裂只是破坏部分氢键和范德华引力。理论强度和实际测定的高度取向纤维的强度同数量级。（3）纤维的实际强度小于理论强度的原因取向不是理想的取向，即使是高取向度的纤维，也或多或少存在着未取向部分。结构的不均匀性，存在许多薄弱环节即缺陷，如微细的裂缝、空洞、气泡等。,纤维拉伸破坏实际的情况纤维的结构不均匀，存在较薄弱的地方，在外力作用下，纤维的断裂首先从薄弱环节开始。纤维不是理想的取向，纤维中的大分子不可能均匀承受外力，而是先使未取向的分子链段间的H间或范德华引力破坏，应力逐渐向其他部位扩展，集中到少数取向的分子链上（即应力集中），分两种情况：,聚合度、结晶度、取向度高的纤维：分子间的作用力大，难发生分子链间的滑移，当应力集中到少数分子链上后，导致了分子链的断裂而使纤维拉断。如棉纤维、麻纤维等。聚合度、结晶度、取向度低的材料：分子间的作用力小，容易发生分子链间的滑移，当应力集中到少数分子链上后，导致了分子链间或其结构单元间的滑移而使纤维破坏。如粘胶纤维等。,（4）纤维素纤维的断裂机理 P130 P186-187纤维的断裂分两种：分子链断裂和分子链滑移。麻、棉：聚合度、结晶度及取向度都较高，分子间作用力大，在外力作用下，很难使分子链间发生相对滑移，它的断裂很可能是由于超分子结构中存在缺口、弱点，在外力作用下，弱点首先被破坏，缺口逐渐扩大，进而应力集中于少数分子链上，最终这些分子链被拉断，导致纤维断裂。证明：,棉、麻的湿强干强：因为在潮湿状态下，水的增塑作用，消除了纤维中的部分弱点，使应力分布趋于均匀，从而使纤维的强度增加。在分子间建立交联：强度下降。麻的结晶度、取向度大于棉，所以 麻的强度比棉高。,粘胶纤维：聚合度、结晶度、取向度低都较低，分子间作用力较小，在外力作用下，易发生分子链间或其结构单元间的滑移而使纤维破坏而使纤维断裂。粘胶干强湿强：因为水的作用，使大分子之间的作用力下降，更有利于分子链或结构单元之间的相对滑移。分子链间适当引入交联：增加了分子间的结合，不利于分子链或结构单元间的相对滑移，提高了纤维的强度。,4.影响纤维实际强度的因素,（1）纤维的结构化学结构极性大：强度大。分子间作用力大。非极性：强度较低。分子间的作用力小。分子量分子量低：强度较低，分子量，纤维的强度。因分子量小，纤维断裂以分子链滑移为主。分子量达一定数值后：纤维强度与分子量的关系不明显。因纤维的断裂以大分子主链断裂为主。,结晶度和取向度：结晶度：结晶能限制大分子链的相对滑移，强度高。结晶度，模量和屈服应力，结晶度对断裂强度的影响无明显的规律。取向度：取向度，有利于纤维应力的分布，强度。其中非晶区的取向是最主要的。纤维结构的缺陷：存在缺陷，纤维的强度。因为缺陷使纤维在受到外力作用时，引起应力集中。,（2）测试条件或使用条件温、湿度温度：湿度固定，温度，分子热运动，分子间作用力，断裂强度、初始模量，断裂伸长率。湿度：温度固定，含湿，分子间作用力，断裂强度及初始模量，断裂伸长率。但棉、麻例外。纤维及其制品的强力等测试条件：须统一，我国干态测试条件：温度202，相对湿度653%。应变速率：在室温附近测试，拉伸速率增加的效果大致与温度降低的效果一致。必须根据需要调整拉伸速率。,试样长度试样拉伸测试时总是在最薄弱的截面处拉断并表现断裂强度。试样长度，断裂强度与断裂伸长率。原因：试样越长，薄弱环节越多。试样根数n根纤维成束被拉断测得的强度单根测得平均强度的n倍，根数越多，差异越大。测试纤维强力时，要求有一定的根数，并做统计分析。,5.常见纤维的拉伸强度,总规律：吸湿性好，干湿强度相差较大；吸湿性差，干湿强度相差较小。天然和再生纤维：吸湿性好，干湿强力相差较大。合成纤维：吸湿性较差，干湿强度相差较小。P132表37为常见纤维的干湿强度。,（三）纤维的伸长性,1.纤维的断裂伸长率（断裂延伸度）断裂伸长：纤维拉伸断裂时的长度与纤维原来长度之差。断裂伸长率或断裂延伸度：断裂伸长与纤维原来长度之比的百分数。,L0纤维的原长；L纤维伸长至断裂时的长度。,2.纤维在外力作用下发生伸长的原因（1）原子键长和键角的变化，次要的。（2）取向度，主要的。非晶区：分子链或链段在外力方向取向。晶区：微晶体在外力方向取向。两者的结果：纤维在外力方向的取向度。所以纤维在外力作用下发生伸长的根本原因是其取向度的提高。,3.纤维断裂伸长率与其制品使用性能的关系断裂伸长率：反映了纤维的柔韧性。断裂伸长率大的纤维，其手感较柔软，在纺织、染整加工时，可以缓冲所受到的力，毛丝、断头较少。但断裂伸长率不能太大，否则易变形。纤维断裂伸长率的一般要求：10%30%较合适。,4.影响纤维断裂伸长率的因素：化学结构和物理结构：一般结晶度、取向度较高，断裂伸长率较低。5.常见纤维的断裂伸长率 见P133表38。氨纶、橡胶的断裂伸长率比较大，而麻、棉纤维的断裂伸长率比较小。,表38 各种纤维的断裂伸长率,（四）纤维的初始模量,1.纤维的初始模量定义：应力应变曲线起始一段直线的斜率，通常以纤维伸长率1%时的应力与应变之比表示，单位N/tex。意义：表示了纤维在外力作用下对小形变的抵抗能力，反映了纤维的刚性。劲度或刚度：产生1%的应变所需的应力乘以100，具有初始模量的意义。,2.纤维初始模量与其制品性能之间的关系初始模量大：织物抗皱性好，穿着较挺括。两种纤维同样粗细，初始模量小的制品的手感柔软。不同纤维材料的要求工业用（绳索、帘子线）：初始模量大，不希望受力后产生较大的形变。民用（纺织品）：初始模量不要太大，否则手感硬，脆性大、耐磨性差。,3.影响纤维初始模量的因素分子链柔性：柔性高，小。分子间作用力：作用力小，小。结晶度及取向度：同一类纤维，结晶度、取向度高，初始模量大。,（五）纤维的拉伸弹性1.纤维的弹性回复又称为回弹性,回弹性：纤维从形变中回复原状的能力。和其它机械性能一样，受环境影响很大。通常指的回弹性：20、相对湿度为65%条件下回弹性。,2.纺织材料在外力作用下发生的形变,纺织材料使用环境：TTg，接近Tg，常发生强迫高弹形变。纺织材料在外力作用下发生的形变：急弹性形变：15s内回复的形变，包括普弹形变和回复快的高弹形变。缓弹性形变：5min内回复的形变，即高弹形变的中间部分。永久形变：5min内不能回复的形变，包括回复很慢的高弹形变和塑性形变。,（1）一次负荷回弹性能测定方法：,lae总形变，lde弹性形变包括高弹形变ldc和普弹形变lce，lad剩余（塑性）形变。总功：伸长所做的总功为Sabe面积。回复功：去除负荷回复的功为Scge面积。,3.纤维回弹性的表示方法,回弹性的表示方法,回弹率的大小：0100%。回弹率两种表示方法：定负荷的回弹率定伸长的回弹率,回复功大小：0100%。c.形变回复率、回复功越高，纤维的弹性越好。,纤维具有弹性回复的原因外力作用发生变形时：分子链段发生移动，无定形区一定量的较弱分子间的结合被拆散，并在应力状态下建立起新的连接。外力去除后：分子链的柔性使大分子链克服分子间力而发生运动，使伸长发生回复。若回复力小于链段在新位置上的结合力，就不能回复，成为塑性形变。,弹性比较,a.定负荷回弹率 锦纶的弹性最好，低应力时羊毛次之。b.定形变回弹率 锦纶的弹性最好，羊毛次之。c.从回复功进行比较 低形变：羊毛涤纶锦纶棉粘胶 高形变：锦纶最好，羊毛次之。结论：锦纶和羊毛最好，聚乙烯纤维、腈纶和聚酯纤维较好，蚕丝中等，纤维素纤维最差。,多次循环负荷回弹性质目的：真实反映纤维在使用过程中的弹性。P137图316为粘胶纤维的多次循环负荷伸长曲线。,测定方法：同一次负荷测定方法。负荷由小逐渐增大，度量最后一次拉伸试样长度及放松后试样长度，分别减去试样原长，得到多次负荷作用后的总形变及剩余形变，剩余形变大，说明纤维的回弹性较差，弹性形变为总形变减去剩余形变。原因：滞后现象。,（2）多次循环负荷回弹性质,影响纤维回弹性的因素纤维的结构：大分子柔性：柔性大，大分子链间有较大的局部流动性，能给予纤维一定的形变量，外力去除后，柔性分子链又可以促使纤维形变的回复，回弹性好。大分子间的作用力一定的固定点：大分子间有一定的作用力，可限制大分子链的相对滑移，发生塑性形变的机会则较小，回弹性较好，但点不能太多，否则影响回弹性。,例子：棉、麻等：大分子柔性较差，大分子间有大量的氢键，结晶度也较高，回弹性较差。锦纶：大分子柔性较好（大分子链中有大量的碳氢链），大分子链间存在一定的氢键，回弹性好。,设定的伸长率大小、受力大小及温湿度 设定的伸长率越大，回弹性越差；受到的力越大，回弹性越差；温湿度对纤维的回弹性也有影响。P135图315为几种主要纤维在相对湿度60%和90%、伸长率5%条件下的回弹率。,1.纤维的疲劳：纤维在多次重复施加应力、应变后其力学性质的衰减或损坏的现象。注意：给纤维加的负荷或伸长断裂强度或断裂伸长。2.疲劳指标（耐久度）：在给定条件下，纤维发生损坏前所承受的循环应力、应变的次数。,（六）纤维的耐疲劳性（耐多次变形性）,3.产生疲劳的原因 形变的积累纤维在外力作用下发生形变包括急弹、缓弹及永久形变，在再次加上负荷时，只有急弹及部分缓弹形变得以回复，而永久及部分缓弹形变未能回复。每一次“拉伸松弛”循环都有形变积累，使纤维结构逐渐破坏，最后达到断裂伸长，发生断裂。,4.影响耐疲劳性的因素纤维的弹性：回弹性较好，耐疲劳性较高。同一化学组成的纤维制品：耐疲劳性随线密度及纤维结构不同有差异。单纤维线密度，耐疲劳性有所。分子量，耐疲劳性。晶粒小且晶区分布均匀，纤维耐疲劳性高，取向度过高，耐疲劳性低。温度：温度，耐疲劳性。应变振幅：应变振幅，耐疲劳性。应变频率：频率，耐疲劳性变好。,（七）纤维的断裂功与耐磨性,1.纤维的断裂功：定义：纤维从受拉伸直到断裂，外力对纤维所做的总功。断裂功大小：应力应变曲线下所围的面积。随纤维的粗细和试样原始长度而变化。断裂比功：单位线密度和单位长度的试样拉伸至断裂，外力所做的功。断裂功和断裂比功的用途：衡量纤维韧性的指标，可有效评价纺织纤维的强韧性和耐磨性。,2.纤维的耐磨性耐磨性表示方法：一般用纤维经多次拉伸后的断裂功来表示。是影响纤维耐用性的主要指标。影响纤维耐磨性的因素：强度、延伸度、回弹性。以延伸度和回弹性的影响更重要。例麻：强度高，但延伸度低、弹性差，耐磨性差。羊毛纤维：强度低，但延伸度高、弹性好，多次拉伸后断裂功降低少，弹性好。锦纶：强度、延伸度、弹性好，耐磨性好。,二、纤维的弯曲性质,钩结强度：指两根纤维相互钩接套成环状，然后将其拉断所测得的强度。结节强度：指在一根纤维的中央打结，然后将其拉断所测得的强度。单位：干强度的百分数或相对强度的单位表示（N/tex、cN/tex）。,钩接强度和结节强度增减趋势：一致。纤维的钩接强度和结节强度：一般低于纤维的拉伸强度。意义：纤维的钩接强度、结节强度低，说明纤维的脆性较大，容易折裂，不耐磨，耐疲劳性能较差。一般情况下，锦纶和涤纶的相对钩接强度与结节强度较高。,三、纤维的扭转性质,纤维受到扭转应力作用会产生扭转变形，在反复扭转应力的作用下也会出现疲劳，随着扭转变形的增大，纤维中的剪切应力增大，在倾斜螺旋面上相互滑移剪切，造成结晶区破坏和非晶区大分子被拉断，直至断裂。纤维的扭转性质随温度、湿度、形变速率的变化而变化。,四、纤维的压缩性质,纤维受到压力的作用，则纤维沿受力方向被压扁，沿垂直方向变宽。由于单根纤维在测定上存在困难，所以一般研究纤维块被压缩的情况。纤维在加压过程中的变形，也分成急弹性、缓弹性和塑性三类，而且跟温度及湿度等有关。纤维在一般的压缩条件下不会造成明显的破坏，但在强压下会造成破坏。,五、织物的性能与纤维性能的关系1.耐用性,织物的耐用性：指织物在一定条件下抵抗损坏的性能。织物损坏类型：拉破、破损、变质和其他如霉变、虫蛀等。其中磨损是最主要的损坏。织物服用过程中最常受到的机械作用：反复的拉伸、放松，反复的弯曲，反复的表面摩擦。,（1）织物耐用性试验磨损试验模拟实验：模拟穿着过程的磨损条件，接近实际，能反映织物的耐磨性。加速试验：条件比实际穿着过程剧烈。（2）织物磨损的原因纤维的疲劳,（3）影响织物耐用性因素纤维强度足够高后，不是主要因素。纤维延伸度越高越好。纤维弹性越大越好。外力越小越好。松弛时间越长越好。各因素间的关系高应力：强度起决定作用，体力劳动宜穿棉织物，不宜穿毛织物（强度小）。低应力：弹性起决定作用，办公室可穿着毛织物。,2.织物的柔韧性：可用纤维的模量、纤维的强度、纤维的断裂延伸度来表示。,3.织物的防皱性、平挺性：主要取决于纤维的弹性等性质。,第六节 纺织纤维的热学性质,一、纤维的比热容,1.比热容：单位质量的纤维在其温度变化1时所吸收或放出的热量。P142图320为20下测得的干纤维的比热容。,2.影响因素纤维中的水分：纤维吸湿后其比热容增加，这是因为水的比热容为1，是干纤维的23倍；温度：温度升高，纤维的比热容增加。,1.导热性大小的表示：导热系数，越小，纤维导热性越低，热绝缘性和保暖性越高。P143图 321为常见纤维的导热系数。空气的导热系数小。,二、纤维的导热性,2.影响纤维导热性因素（1）纤维中夹持的空气：当空气不流动时，纤维中夹持的空气越多，绝热性越好。中空纤维：使每根纤维内部都夹持较多的静止空气，提高了纤维的保暖性。（2）纤维回潮率：回潮率，导热系数，保暖性。水的导热系数约为纤维的10倍左右。（3）温度：温度，纤维的导热系数略有。,三、纤维的耐热性,纤维在热作用下的现象：温度逐渐，分子链间的作用力逐渐，分子的运动方式和物理机械状态也随之发生变化，最后熔融或分解。不同纤维在热作用下的现象天然及再生纤维：熔点分解点，高温下，不熔融而是分解或炭化。合成纤维：不同温度下，有三种物理机械状态，即玻璃态、高弹态和粘流态，大部分合纤在高温下先软化，然后熔融。合纤的软化温度：熔点以下2040的一段温度。,纤维的耐热性：指纤维在高温下保持自身性能的能力。纤维耐热性的评定：根据纤维受热时强度的变化来评定。纤维受热后强度下降的原因：在热的作用下，会发生纤维内结晶部分、无定形部分、大分子发生降解及分子间作用力减弱现象，结果使纤维的强度。,纤维耐热性比较：纤维不同，强度下降程度不同。天然及再生纤维：纤维素纤维较好，羊毛较差，蚕丝比羊毛好；合成纤维：涤纶和腈纶较好，因为其熔点和分解温度较高，受长时间较高温度的作用，强度损失较小，锦纶较差，维伦的耐热水性较差。常见纤维的热敏感温度见P144表311。,表311 常见纤维的热敏感温度,一、纤维的点燃温度和火焰最高温度,第七节 纺织纤维的燃烧性,衣服燃烧时，高分子物熔融会严重伤害皮肤，其造成的危害程度与纤维的点燃温度、火焰传播速度和范围以及燃烧时产生的热量有关。几种常见纤维的点燃温度可见P145同样322。,天然纤维：羊毛的点燃温度较高，而棉纤维较低。再生纤维：三醋酯纤维较高，粘胶纤维较低。合成纤维：丙纶较高，涤纶较低。,极限氧指数（LOI）：纤维材料点燃后在氧氮混合气体中维持燃烧所需的最低含氧量的体积分数。,纤维分类：根据极限氧指数，可分成3类：可燃或易燃纤维：LOI21%难燃纤维：21%LOI26%阻燃纤维：LOI26%常见纤维的极限氧指数见P145图323。一般纤维可燃或易燃，羊毛属于难燃纤维。,二、极限氧指数,三、纤维的燃烧特性,纤维的燃烧特性：燃烧速度，火焰颜色，燃烧时散发的气味，燃烧后灰烬的颜色、形状和硬度等。纤维燃烧特性的用途：可用来鉴别纤维。常见纤维的燃烧特性P146表312。,表312 常见纤维的燃烧特性,第八节 纺织纤维的电学性质,一、纤维的导电性能,1.导电性表示方法 比电阻 比电阻，导电性。比电阻有体积比电阻（电阻率）、表面比电阻、质量比电阻。,2.影响纤维电阻的因素（1）纤维的结构纤维化学结构吸湿性：吸湿性好的纤维电阻较低，导电性较好。纤维大分子形状：大分子呈共轭体系平面状，纤维具有导电性。如经拉伸后的聚丙烯腈纤维经高温焦化后能形成导电率大的半导体。纤维的超分子结构结晶度：，电阻，导电性。取向度：，电阻，导电性。,（2）湿度：湿度，比电阻，导电性。（3）温度：温度，比电阻，导电性。合纤的导电性在玻璃化温度区域对温度的依赖性：TTg：温度影响较明显；TTg：影响较小。（4）杂质 影响很大，利用在纤维中掺导电成分或用导电成分包覆纤维可制导电纤维。,二、静电及消除 1.静电现象,（1）起电现象：在外界因素影响下使纤维产生电荷的过程。（2）静电产生过程两物体接触、摩擦，发生电荷转移。两物体分离：各自带有数量相同、符号相反的电荷。分离瞬间或分离后，物体可通过与另一物体的接触点将电荷泄漏。保持在物体上的电荷为静电荷静电。,（3）影响静电大小的因素材料的导电性：导电性，静电。材料的吸湿性：吸湿性，静电。摩擦时力的大小：力，静电。,（4）静电序列：两物体相互摩擦，介电常数高的带正电荷，低的带负电荷，纤维带电情况：,玻璃 人发 羊毛 锦纶 粘胶 棉 蚕丝 麻 钢铁 醋纤 维伦 涤纶 腈纶 氯纶 丙纶 乙纶,纤维大分子官能团性质对摩擦产生电荷的影响：供电子能力强的带正电；吸电子能力强的带负电。两材料摩擦分离所带的电荷：近（）端的带正电荷；近（）端的带负电荷。例：涤和钢铁，钢铁带正电荷，涤带负电荷；棉和钢铁，钢铁带负电荷，棉带正电荷。,2.静电消除方法,在纤维分子链上引人某些极性基团；选择能形成相反电荷的两种纤维混纺或交织，如涤和棉，毛和涤，毛和腈等。生产抗静电纤维；进行抗静电整理；染整加工时，设备上加装静电消除装置。