纺织材料学复习资料.doc

纤维的物理性能（吸湿性、拉伸力学性能、耐热性和导热性、光泽）一、 光泽影响纤维光泽的因素：1、 纤维层状结构对光泽的影响在纤维体内，层状结构使纤维体内光的折射率产生差异。当光照射到具有层状结构的纤维上时，经一系列的反射和折射，所有从纤维内部各个层面上产生的反射光，部分被纤维吸收，部分仍折回到纤维表面而射出纤维体。多层反射作用使到达纤维表面的反射光产生叠加，不同波长光还会产生干涉作用，使纤维呈现较强的光泽而不耀眼。2、 纤维纵向形态对光泽的影响纤维沿纵向的表面形态结构对光泽有重要的影响，纤维纵向表面平滑一致，则漫反射少，纤维表现出较强的光泽。没有卷曲长丝的化学纤维，镜面反射较多使得光泽较强；丝光处理后的棉纤维，纤维膨胀使天然卷曲消失，纵向表面较为平滑，光泽较强；粗羊毛鳞片较稀疏，紧贴毛干，表面较为光滑，光泽较强。细羊毛鳞片稠密，毛干贴紧程度较差，光泽较柔和。若羊毛鳞片受损伤，光泽就会变得暗淡。3、 纤维横截面形状对光泽的影响对圆形截面纤维，进入纤维的光线可在纤维内部反射面上产生透射和反射。平行光束照射时，透射光会形成聚焦，形成极光点或线，称为“极光”效应。对三角形截面纤维，照射在纤维上的光线会产生强烈的镜面反射效果，进入纤维内部的光线，会产生镜面反射和平行的透射，像棱柱晶体一样转动或不同视角观察，产生光泽暗淡相间的现象，称为“闪光”效应。获得具有不同光泽度纤维的措施：清除极光、呆板和刺眼现象，采取添加消光剂；实现光泽的层次感、柔和性和细腻闪烁化，采取仿生。如天然纤维的原纤结构，能增加散射和多次反射与透射，达到柔和、细腻和微闪烁作用；天然纤维原纤的层状排列结构，能增加多层次的折射与反射，达到层次感和柔和作用。二、吸湿性影响纤维吸湿性的因素：（1）、纤维内在因素 1、亲水基团的作用：纤维分子中，亲水基团的多少和亲水性的强弱能影响其吸湿能力的大小。数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。（论述题增添如下： 各种基团对纤维素纤维，蛋白质纤维，合成纤维吸水性都有很大的影响，如羟基、酰胺基、羧基、氨基等，与水分子的亲和力很大，能与水分子形成化学结合水。纤维素纤维：如棉、粘胶、铜氨等纤维，大分子中的每一葡萄糖剩基含有三个羟基，在水分子和羟基之间可形成氢键，所以吸湿性较大。醋酯纤维中大部分羟基都被乙酸基取代，而乙酸基对水的吸引力又不强，因此醋酯纤维的吸湿性较低。蛋白质纤维：主链上含有亲水性的酰胺基、氨基、羧基等亲水性基团，因此吸湿性很好，尤其是羊毛，侧链中亲水基团较蚕丝更多，故其吸湿性优于蚕丝。合成纤维：维纶大分子中含有羟基，经缩醛化后一部分羟基被封闭，吸湿性减小，但在合成纤维中其吸湿性能力最好。 锦纶6、锦纶66大分子中，每6个碳原子上含有一个酰胺基，所以也具有一定的吸湿能力。 腈纶大分子中只有亲水性弱的极性基团氰基，故吸湿能力小。 涤纶、丙纶因缺少亲水性基团，故吸湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。）2、纤维的结晶度：结晶度越低，吸湿能力就越强。在同样的结晶度下，微晶体的大小对吸湿性也有影响。一般来说，晶体小的吸湿性较大。（如：棉经丝光后，由于结晶度降低使吸湿量增加；棉和粘胶，同属纤维素纤维，每一个葡萄糖剩基上都含有3个羟基，但棉纤维的结晶度为70%左右，而粘胶纤维仅30%左右，W粘胶W棉。纤维无定形区内缝隙孔洞越多越大，纤维吸湿能力越强。如粘胶纤维结构比棉纤维疏松，缝隙孔洞多，是其吸湿能力远高于棉的原因之一；合成纤维结构一般比较致密，而天然纤维组织中有微隙，这也是天然纤维的吸湿能力远大于合成纤维的原因之一。）4、 纤维的比表面积：比表面积越大，表面能也就越大，表面吸附能力越强，吸附的水分子数也越多，吸湿性越好。细纤维的比表面积大，比粗纤维的回潮率偏大些。5、 纤维内的伴生物和杂质：A、棉：纤维中有含氮物质、棉蜡、果胶、脂肪等，其中含氮物质、果胶较其主要成分更能吸着水分，而蜡质、脂肪不易吸着水分，因此棉纤维脱脂程度越高，其吸湿性越好。B、羊毛：表面油脂是拒水性物质，使吸湿能力减弱。C、麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶有利于吸湿。D、化学纤维：表面的油剂对纤维吸湿能力有影响，当油剂表面活性剂的亲水基团向着空气定向排列时，纤维吸湿量变大；而疏水基团向外时，纤维吸湿性变弱。（2）外界因素1、温度的影响：在一般的情况下，随着空气和纤维材料温度的提高，纤维的平衡回潮率将会下降。2、相对湿度的影响：在一定温度条件下，相对湿度越高，空气中水蒸气的压力越大，也即是单位体积空气内的水分子数目越多，水分子到达纤维表面的机会越多，纤维的吸湿也就越多。（在温度和湿度这两个因素：对亲水性纤维来说，相对湿度对回潮率的影响是主要的，对疏水性的合成纤维来说，温度对回潮率的影响明显。）3、气压的影响（可以不做答，包括4、5）4、纤维原来回潮率大小的影响：由吸湿滞后性知，当纤维材料置于一新的大气条件下时，其从放湿达到平衡时的回潮率要高于从吸湿达到的回潮率。故纤维原来回潮率大小也有一定的影响。5、空气流速的影响：当纤维材料周围空气流速快时，有助于纤维表面吸附水分的蒸发，纤维的平衡回潮率会降低。改进纤维吸湿性或消除纤维吸湿性的方法：根据吸湿的极性基团、高比表面积、多微孔、高表面能和吸湿性杂质等机制，方法：引入吸湿基团，采用超细多微孔纤维，进行表面改性与活化，实施掺杂等方法，实现纤维吸湿性能的改善。三、 导热性（1）、纤维的导热性：指纤维材料将热量从高温物体向低温物体传递的性能。（2）、表征导热性的指标： 1、导热系数：当纺织材料的厚度为1m及两表面间的温度差为1时，1秒钟内通过1m2材料所传导的热量焦耳数。W/m. 2、绝热率：指包覆试样前、后保持热体恒温所需热量的差值，对包覆试样前保持热体恒温所需热量的百分率。3、克罗值：在室温2021，相对湿度小于50%，气流为不超过10cm/s（无风）的条件下，一个人静坐不动或从事轻度劳动，保持保持舒适状态，能将皮肤平均温度维持在33左右时，所穿着服装的隔热值为1克罗值。（3）、纤维的导热性的主要影响因素：1、纤维的结晶和取向：结晶度越高，有序排列的部分越多，连续性越好，有利于热振动的传递，导热系数越大。纤维中的分子沿纤维轴的取向排列越高越多，有利于热在此方向上的传递，分子的取向度越高，沿纤维轴向的导热系数越大。2、纤维集合体的密度：纤维本身的空穴和集合体的多孔结构，使其具有典型的低导热特征，多孔结构的材料可以携带较多的空气，尤其是静止空气，具有很好的绝热特征；同样的纤维填充密度，当两端气压越大时，空隙中的气体流动性增大，导热系数增大。填充密度变化，导热系数先大后小，再增大。3、纤维排列方向：纤维平行于热辐射方向排列，即纤维垂直于纤维层方向取向时，导热能力较强；当纤维垂直热辐射方向，即纤维平行于纤维层排列时，导热能力较低。4、纤维细度和中空度：当纤维排列特征相同时，纤维细度越细，纤维制品的热辐射穿透能力越弱。同样密度下相对的空隙越小，静止空气的作用越强，导热系数越小。纤维中的空腔量越大，在不压扁的状态下，所持有的静止空气及空间越多，纤维集合体的导热系数越小。5、环境温、湿度：一般认为，温度升高后，纤维分子的热运动频率升高，小分子的自由程度增大，热量的传递能力增强，导热系数随温度升高而增大。因为水的导热系数较大，湿度增大，纤维的回潮率增加，纤维导热系数增大。四、拉伸力学性能（1）、表征指标：1、断裂强力（绝对强力）：纤维能承受的最大拉伸外力。2、相对强度 A、断裂强度（比强度）：指每特（或每旦）纤维能承受的最大拉力。B、断裂应力（强度极限）：指纤维单位截面上能承受的最大拉力。C、断裂长度：纤维的自身重力与其断裂强力相等时所具有的长度。（2）、影响纤维拉伸性能的因素：1、纤维的内部结构：a、聚合度：聚合度增加，大分子链间的次价键数目增多，剪切阻力增大，大分子链间不易滑移，所以纤维断裂强度提高。聚合度足够大，分子链间滑动阻力已大大超过分子链的断裂强力，再增加聚合度，作用越来越不显著。B、取向度：取向度决定有效承力分子数，取向度高的纤维，分子链张力在纤维轴向的有效分力越大，纤维强度也越高。C、结晶度：结晶度越高，纤维中分子排列愈规整，缝隙孔洞较少且较小，分子间结合力愈强，纤维的断裂强度、屈服应力和初始模量表现较高，但其伸长率低，脆性增强。2、试验条件的影响：a、温度和相对湿度：在纤维回潮率一定的条件下，温度高时，纤维大分子热运动能高，大分子柔曲性提高，分子间结合力消弱，纤维断裂强度下降，断裂伸长率增大，初始模量降低。空气相对湿度或纤维回潮率越大，大分子之间结合力越弱，分子链间越松散，易滑移，一般情况下，纤维回潮率高，则纤维的断裂强度降低，断裂伸长率增大，初始模量降低。B、试样长度：试样越长，弱环出现的概率越大。C、试样根数：束纤维根数越多，只算成单纤维强度越低。D、拉伸速度：拉伸速度大，拉伸至断裂经历的时间短，纤维强力偏高，初始模量偏大，但断裂伸长率无一定的规律。E、拉伸试验机类型：不同的类型的拉伸试验机，在拉伸过程中对试样施加负荷的方式不同。如：等速伸长型，等加负荷型和等速牵引型。天然纤维（棉、麻、丝、毛）一、 棉（1）、基本化学组成、特点：纤维素94%95%和其他物质5%6%，存在于纤维的主体层（次生层）中；果胶和蜡质，分布于表皮初生层上，其含量随纤维产地和品种不同；在中腔层还附有微量的色素、灰质和蛋白质，色素决定纤维的颜色。（2）、纤维形态结构特征：形态：多层状带中腔结构，梢端尖而封闭，中段较粗，尾端稍细而敞口，呈扁平带状，有天然的转曲；截面常态腰圆形，中腔呈干瘪状。结构：截面结构由许多同心圆柱组成，由外至内依次为，表皮层、初生层、次生层和中腔。 表皮层：由蜡质、脂肪和果胶的混合物组成，有细丝状皱纹，具有防水盒润滑作用。初生层：是纤维的初生细胞壁，由网状原纤组成，对纤维整体起约束和保护作用。次生层：是棉纤维的主体，基本成原纤不规则变向螺旋结构，含有非纤维物质，并有缝隙和孔洞。中腔：中腔的大小取决于次生层的厚度，棉纤维越成熟，中腔越小，其中留有原生质、细胞核残余。（3）、主要的物理与化学性能特点：拉伸力学性能：强度较高，湿强高于干强；断裂伸长率较低；刚柔性与弹性：弹性模量较高，变形能力较差，弹性较差。吸湿性：具有较强的吸湿能力，在标准大气条件下的回潮率为7.6%左右；化学稳定性：具有较好的耐碱性，即使在较浓的碱液中也会膨化而不溶解，耐酸性较差；隔热耐磨性较好，耐光性一般，耐有机溶剂，具有较好的染色性能，耐虫蛀易发霉。（4）、服用棉纤维的应用情况：棉纤维可以制成纯棉织物，也可以与其他纤维制成混纺织物或叫织物。棉织物通过不同的加工工艺，可以形成风格迥异的外观：或硬挺粗犷，或细腻光滑如丝绸，或在织物表面起绒毛、凸条或泡泡花纹等，还可制成弹力织物、烂花布、涂层织物等具有特殊外观和性能的织物。总之，棉纤维广泛用于各类内衣、外衣、袜子和装饰用布等。（5）、棉织物的主要服用性能特征：1、因为棉纤维细度细，且吸湿性好，所以棉布服装具有良好的贴身穿着舒适性。2、棉织物强度较好，手感柔软，但抗皱性差，经树脂整理可提高其抗皱性和服装的保形性。3、棉织物耐碱不耐酸。4、棉织物不容易虫蛀，但容易发霉。棉的丝光整理：利用烧碱溶液处理棉纤维使棉纤维直径膨胀，长度缩短，此时施加张力，限制其收缩，棉织品会变得平整光滑，有光泽，染色能力增加。棉的缄缩整理：利用烧碱溶液处理棉纤维使棉纤维直径膨胀，长度缩短，此时不施加张力，任其收缩，棉织品会变得紧密，丰厚，有弹性，保形性好。主要用于针织物。棉织物免烫整理：利用树脂整理剂处理棉织物。二、麻（1）、麻纤维的基本化学组成和特点：由不同比例的纤维素、半纤维素、木质素和其他成分，纤维素占大部分。（许多化学特性与棉相同）（2）、形态结构特征：苎麻：截面为腰圆或跑道形，有中腔，腔壁有辐射状裂纹；纵向无明显扭转，表面有不规则的条纹，有横节、竖纹。亚麻、黄麻（工艺纤维）：麻茎根部截面呈圆形或扁圆形，麻茎中部截面呈多角形，有中腔；纵向中段粗，两头细，有横节、竖纹。（3）、主要的物理与化学性能特点：拉伸力学性能：强度很高，湿态强度大于干态强度，断裂伸长率小，约为3%4% ；刚柔性与弹性：刚性大，模量高，耐水洗，弹性回复率低，弹性差，易折皱；吸湿性：吸湿放湿性能好，导热性好；耐碱不耐酸，透气性能好，耐热性好，防蛀抗霉性能好，染色性能不太好。苎麻：1、拉伸性能：强度是天然纤维中最强的，且湿强大于干强，但断裂伸长率较低。2、刚柔性和弹性：纤维硬挺，刚性大，较高的初始模量，弹性回复性较差，织物抗皱性和耐磨性较差。3、光泽：光泽较强；原麻脱胶后的精干麻色白且光泽好。4、吸湿性：具有很好的吸湿、放湿性能，在标准状态下的纤维回潮率为13%，润湿的苎麻织物3.5h即可阴干。5、耐酸碱性：苎麻与其他纤维素纤维相似，耐碱不耐酸。在稀碱液下极稳定，但在浓碱液中，纤维膨润，生成碱纤维素；在强无机酸中溶解。6、耐热性：好于棉纤维，在200时，纤维开始溶解。7、染色性：可以采用直接染料、还原染料、活性染料、碱性染料等染色。8、抗霉和防蛀性能较好。亚麻：1、拉伸性能：强度较高（远大于棉纤维，但小于苎麻），断裂伸长率很低，约为3%。2、刚柔性和弹性：刚度大（远大于棉纤维，但小于苎麻），模量较高。3、吸湿性：具有很好的吸湿、导湿性能，标准状态下的回潮率为8%11%；润湿亚麻织物4.5h即可阴干。（织物吸水速度次于苎麻织物，高于棉织物。）4、耐酸碱性：对酸的抵抗力差，对碱的抵抗力稍强。5、抗菌性：对细菌有一定的抑制作用。（4）、服用麻纤维的应用情况：苎麻：因纤维较粗，成纱毛羽较多，制成的织物手感硬挺；可纯纺也可混纺，与涤纶混纺的高支纱织成的麻涤布制作夏季服装，具有质轻、凉爽、挺括、不贴身、透气性好、便于洗涤等特点。苎麻与涤纶混纺的麻的确良具有挺爽的风格，适宜织制夏季衣料。亚麻：优良的亚麻纤维织物是高档的纺织品，是优良的服装用料抽绣或绣花服装的面料，还可用作渔网线和用于一些耐水要求高的场合，如消防管等。（用途 苎麻、亚麻：夏季面料、台布、窗帘布、帆布、水龙布等；黄麻：包装用布、麻袋、绳索、地毯底片。）（5）麻织物的主要服用性能特征：（与棉织物相似）三、丝（1）、基本化学组成、特点：蚕丝主要为丝素蛋白，其次是丝胶，还有色素、蜡质、脂肪、无机物等少量杂质。特点：丝胶分布在茧层外层比例较大，特别是茧衣的丝胶含量更高，中层丝胶含量较少。（2）、形态结构特征：横截面形态：桑蚕丝截面近似半椭圆形或三角形。柞蚕丝截面为锐三角形，扁平呈楔状。纵向形态：桑蚕丝较平直光滑，但其上有许多异状颣节。柞蚕丝纵向有条纹，内部有许多毛细孔。结构：平行的原纤束堆砌而成的丝素纤维，包覆在丝素外面的丝胶。（3）、主要的物理与化学性能特点：桑蚕丝：质轻、细软、光滑而富有弹性，无卷曲，抱合力较差；拉伸力学性能：生丝强度较高，高于羊毛，断裂伸长率可达15%25%，延伸性优于棉和麻纤维，耐用性一般。吸湿性：吸湿性较强，回潮率为11%，吸湿饱和率可高达30%，但透水性差。保暖性：仅次于羊毛，也是冬季较好的服装面料和填充材料；耐热性比棉、亚麻纤维差，但比羊毛纤维好。耐光性：比棉纤维、毛纤维差，导致蚕丝脆化、泛黄、强度下降。耐酸碱性：蚕丝纤维酸性大于碱性，是一种弱酸性物质，故耐酸不耐碱。蚕丝纤维不耐盐水侵蚀，不宜用含氯漂白剂或洗涤剂处理。丝织物易起皱，洗后需熨烫。柞蚕丝：难以染色，光泽、手感、柔软、细腻不如桑蚕丝。 坚牢度、吸湿性、耐热性等优于桑蚕丝，耐水性和强力比桑蚕丝好，湿强度比干强度大4%左右。具有较好的吸湿透气、保暖性能，对强酸、强碱和盐类的抵抗力较强。（5）、丝织物的主要服用性能特征：1、丝织物强度较好，抗皱性较差。2、桑蚕丝织物光泽柔和明亮、手感爽滑柔软、高雅华贵。3、柞蚕丝织物色泽和手感不及桑蚕丝织物，颜色黄、光暗，手感柔而不爽，略带涩滞。沾水易形成水渍，熨烫时应避免喷水。4、丝织物耐光性差，不宜太阳直晒。5、丝织物不耐碱，洗涤时应采用中性洗涤剂。（4）、服用丝纤维的应用情况：桑蚕丝：具有柔软舒适的触感，夏季穿着凉爽，冬季温暖。蚕丝可染成各种鲜艳的色彩，并加工成各种厚度和风格的织物，或薄如蝉翼、厚如毛呢，或挺爽、柔软。柞蚕丝：可制造各种组织的厚、中、薄型柞蚕丝绸织物，可制作男女西装、套装、衬衫、裙装等，织制贴墙布、窗帘、头纱、台布、床罩等装饰品；还可用于制作耐酸工作服、带电作业的均压服等。四、毛（1）、（绵）羊毛纤维的基本化学组成和特点：高硫角蛋白，存在于羊毛的无序和基质部分；低硫角蛋白，存在于原纤有序结构中，为典型角蛋白分子。（2）、形态结构特征：形态：截面近为圆形或椭圆形；纵向有天然卷曲，表面覆盖鳞片。结构：沿纤维径向分为三层：1、 鳞片层：由片状细胞连续叠合构成，对羊毛毛干形成保护，影响羊毛的光泽、手感、天然卷曲和缩绒性等。2、 皮质层：是羊毛的主体，一般由正皮质和副皮质两种皮质细胞组成，称为双边分布（双侧结构）。羊毛卷曲的本质原因。3、 髓质层：又称髓腔，结构松散，还有色素和较大的气孔，几乎无强度和弹性。细羊毛无髓质层。（3）、主要的物理与化学性能特点：1、强度低，弹性模量小，但断裂伸长率可达25%40%，故拉伸变形能力大，耐用性优于其他天然纤维。具有很好的拉伸、弯曲、压缩弹性性能，羊毛织物能长期保持不皱、挺括。2、由于羊毛分子含有较多的亲水性基团，纤维内部的微隙可容纳较多的水分子及具有疏水性的鳞片等，吸湿性在常用纺织纤维中最为突出，公定回潮率可达15%左右。3、羊毛分子在染色时能与染料分子结合，染色牢固，色泽鲜艳。4、羊毛纤维织物制成的服装穿着舒适、透气，较长时间穿着不易沾污，卫生性能好。5、羊毛纤维具有独特的缩绒性能，原因鳞片的方向性、羊毛纤维的波状卷曲和柔软性及弹性。6、羊毛纤维导热系数小，纤维又卷曲而束缚静止空气，故隔热保暖性好。7、羊毛耐热性较差，100105干热中