纺织材料学(4).ppt

2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 1 第二章 天然纤维素纤维 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 2 第二章 天然纤维素纤维 内容提要 天然纤维素纤维 棉 麻 的分类 形态结构特征 主要性能的概念 指标 检验方法 重点难点 重点的形态结构和指标 指标体系及表述是难点 解决方法 建立清晰的概念 讲课速度放慢一些 对在后面章节还会出现的长度 细度 强度等的概念和指标可采用螺旋上升的方法教学 成熟度要讲透 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 3 第一节 原棉 第二节 麻 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 4 第一节原棉原棉 供纺织厂作纺纱原料等用的皮棉 皮棉 籽棉经轧棉机加工 除去棉籽所得的纤维 籽棉 从棉铃中拾取的带籽的棉瓣 衣分 率 皮棉重量占籽棉重量的百分率 剥桃棉 从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花 棉花 棉植物种子上的纤维 籽棉和皮棉的统称 有时亦做为棉植物 棉植物开的花的名称 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 5 一 原棉的种类棉花在植物学上为 被子植物门 双子叶植物纲 锦葵目 锦葵科 棉属 棉属植物很多 但在纺织上有经济价值的裁培种目前只有四种 是一年生草本植物 多年生木本植物的木棉 目前主要用作纺织填料 救生圈 衣类的浮力材料 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 6 一 按棉花的品种分1 亚洲棉 亦叫中棉 是中国利用较早的天然纤维之一 已有2000多年 因纤维粗而短 又称粗绒棉 为一年生草本植物 种植面积很少 基本作为种子源保留 2 非洲棉 草棉 也是粗绒棉 主体长度16 25mm 平均宽度20 25mm 细度0 25 0 4tex 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 7 3 陆地棉 纤维长而细 又称细绒棉 它产量较高 纤维长 品质好 是世界上的主要裁培种 我国的种植量占棉田总面积的95 主体长度23 33mm 平均宽度18 20 m 细度0 15 0 2tex 4 海岛棉 纤维特别细长 又称长绒棉 是棉纤维中品质最好的 可纺很细的纱 生产高档织物或特种工业用纱 为世界次要裁培种 主体长度30 60mm 平均宽度14 17 m 细度0 12 0 14tex 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 8 二 按棉花的初步加工分1 皮辊棉 用皮辊式轧棉机加工的皮棉 特点 皮棉是片状 含杂含短绒较多 长度整齐度较差 黄根较多 但纤维长度损伤少 轧工疵点少 2 锯齿棉 用锯齿式轧棉机加工的质棉 特点 皮棉呈松散状 含杂含短绒罗少 长度较整齐 但损伤较长纤维 轧工疵点较多 含有棉结 束丝 带纤维籽屑 锯齿轧棉机产量高 细绒棉多用此方法 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 9 三 按原棉的色泽分1 白棉 正常成熟 为纺用棉2 黄棉 霜黄棉 少量使用 3 灰棉 雨灰棉 棉铃开裂时由于日照不足或雨淋 潮湿 霜等原因造成 很少用 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 10 二 棉纤维的形成 形态和结构 一 棉纤维的形成棉纤维是棉属植物种子表面生成的绒毛 种子纤维 它是胚珠表皮细胞经伸长加厚而成的 一根棉纤维就是一个植物单细胞 它的生长特点是 先伸长长度 然后充实加厚细胞壁 整个棉纤维的形成过程可分为三个时期 1 伸长期 2 加厚期 3 转曲期 用画图的方法 介绍生长特点 为下面的形态 结构内容做好铺垫 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 11 二 形态特征1 纵向 具有天然转曲 可见中腔 成熟度不同 形态和可纺性不同 见P24图1 32 截面 棉纤维沿长度方向截面的形状和面积都有很大变化 见P24表1 4 P25图1 4 纤维截面形状随成熟程度不同而不同 正常成熟的棉纤维横截面呈腰园形 并可见中腔 未成熟的纤维横截面呈扁环状 胞壁薄 中腔长 过成熟的纤维截面呈近圆形 中腔园而小 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 12 总体形态特征如下图 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 13 三 结构由于棉纤维生长过程中 纤维素每天淀积一层 所以 纤维由外向内许多同心层组成 大体可分为三个部分 见P25图1 5 1 初生层 棉纤的外层 即在伸长期所长成的初生胞壁和外表皮 外表皮是一层蜡质与果胶 初生层胞壁呈原纤网状螺旋结构 厚约0 1 0 2 m 2 次生层 位于初生层的下面 占棉纤维的绝大部分 是棉纤维的主体 呈原纤变向螺旋结构 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 14 3 中腔 棉纤维停止生长后遗贸下来的空隙 在壁内面了附有原生质干燥后的固整残留物 在棉纤维横截面上 次生胞壁在各部位处的结构显著不同 主要表现为堆砌密度的差异 如下图所示 这种结构上的纤维素对称型密度不匀堆砌状态称之为 双边结构 即两个最密点连成的直线两边密度是一大一小 A区最密 B区比C区密 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 15 三 原棉的性能与检验原棉的性能要通过检验才能知晓 从而确定原棉的质量 对商业贸易来讲 是按质论价的需要 对纺织厂来说 是为了充分掌握原棉的性能 达到合理使用原料 提高成纱质量 制定工艺参数 和产量 实现 优棉优价 优棉优用 粗粮细做 合理搭配 增强效益 的目的 人们通过多年的不断探索 不断实践 总结出了一套手感目测 仪器检验 单唛试纺三者相结合的综合检验方法 以全面了解原棉性能 三结合的具体内容 业务检验 物理性能 常规 检验 逐包检查及单唛试纺 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 16 一 商业检验 业务检验 四项内容 品级 长度 水分 杂质疵点 检验突出一个 快 字 1 品级检验 按成熟度 色泽特征 轧工质量将细绒棉分为七级 1级最好 1 5级为纺用棉 细绒棉分五级 一级最好 实物标准是最低标准 2 长度检验 用手扯法来测定 以手扯长度为计价的依据 每2mm为一价格差 误差由国家长度标准棉来校准 3 水分检验 常用电阻式测湿仪快速测定 公定含水率10 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 17 4 杂质疵点 收购以时常用手工和目测法估算 或用纤维杂质分析机测定 杂质 夹杂的非纤维性物质 如 泥纱 枝叶 棉籽 破籽 虫屎等 疵点 原棉中含有的有害纺纱的纤维性物质 如 索丝 棉结 软籽表皮 带纤维籽屑 黄根等 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 18 在准确分析时 常用以下指标 原棉含杂率 标准规定的公定含杂率 皮辊棉为3 锯齿棉2 5 反映制成率和质量 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 19 疵点用手拣的方法 取10 20g代表性棉样 分类拣出各类疵点 计算含有粒数和重量百分数 疵点率 疵点数 疵点的详细分类见 教材第63页 100 粒 100g 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 20 二 物理性能检验 常规检验 用专门的仪器进行检验 在实验室内进行1 长度 1 概念 伸直长度 伸直纤维两端间的距离 自然长度 自然伸展时两端间的距离 相当于手扯长度 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 21 这种分布反映了原棉的长短及整齐度的高低 而长短与整齐度决定着成纱质量的好坏 生产效率的高低及工艺参数的制定 简述其关系 2 长度分布与工艺的关系 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 22 3 长度指标的测定 长度测量意义重大 但为了反映整批原棉的长度全貌 用一个指标是不行的 只能多个指标综合表达 某一指标只代表某一长度特征 不同的测量方法各项长度指标的含义也不同 目前普遍使用的长度指标有以下几个 此处只介绍概念 具体计算在实验课解决 主体长度 平均长度 注意 权 的介绍 品质长度 为什么叫品质长度 短绒率 均方差 变异系数 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 23 测量长度的仪器和方法很多 可根据不同需要 不同场合来选用 这里简单介绍几种 原理 所测结果 A 遂根测量 基础方法B 罗拉式长度分析仪 朱可夫长度仪 C 梳片式长度分析仪D 光电长度仪 手扯长度仪 照影机 E YG081纤维长度分析仪 电容式 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 24 2 细度 1 概念 纤维的直径或截面面积的大小 2 细度与成纱质量 3 细度指标 由于直径无法正确表达棉纤维的粗细 而截面面积的测量费时费力 制做样片也较难 所以在实际工作中 我们常采用间接指标来达 由于历史的原因 形成了许多指标 我国目前规定细度法定计量单位为特克斯 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 25 特克斯 单位长度 1000米 纤维的质量数 克 分特克斯 符号含义 特克斯 旦尼尔 旦 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 26 公制支数 公支 马克隆尼值M 用马克隆尼气流仪测得的综合表达棉纤维细度与成熟度的指标 值越大 纤维越粗 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 27 4 细度测定 原理 指标 中段切断称重法 注意教材第25页图1 4的介绍 气流仪法 其它方法 A 测长称重法 单根 B显微放大投影法 宽度 截面积 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 28 3 成熟度 1 概念 棉纤维细胞壁的加厚程度 越厚 成熟越高 这是棉纤维所独有的一个物理性能指标 是一个反映内在质量的综合指标 棉纤维的几乎所有性能都与它有密切关系 见教材第23页图1 2 成熟程度与品种 生长条件的关系 成熟度的高低与纺纱工艺 成品质量的关系 请同学们自学 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 29 2 成熟度的表达 成熟度系数 平均成熟度系数 未成熟纤维 百分率 含量 令M 0 5 线性回归后得此式 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 30 3 成熟度的测量 中腔胞壁对比法 最基本的测试方法 见教材第51页图1 17 偏振兴法 A 偏光显微镜法 用干涉的颜色判别B 偏光成熟度仪 成熟度不同偏振光透过率不同 得平均成熟度等数 气流仪法 18 NaOH膨胀法 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 31 4 强度 1 概念 强力 纤维拉伸到断裂所需的外力 强度 拉断单位细度纤维所需的外力 采用多根测量和束方式测量的原因 差异 2 指标 单纤维 断裂长度 单位是千米 但表示的是纤维的相对强弱 定义 自身重力等于纤维断裂强力时纤维所具的长度 千米 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 32 3 测量 摆锤式 Y162 束纤维强力机 注意 实测值 真实值 断裂不同时性 学习一种思维方式 卜氏强度机 斯特洛强力仪 单纤维强力仪 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 33 5 天然转曲 棉纤维的外形特征之一 转曲的存在 使抱合力增大 有利于纺纱 提高产品的质量 形成的原因主要在于 棉纤维生长发育过程中微原纤集体性沿纤维轴向的螺旋变向所致 其指标的应用和测量在企业中很少见 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 34 6 综合检验与可纺性能 在纺织厂为了切实掌握原棉性能 搞好混配棉 工艺设计和操作管理 普遍采用手感目测 仪器检验 单唛试纺结合的方法 1 手感目测 可结合评定和手扯花度来进行 通过人体感觉器官进行原棉性能检验 是一种快速面广的检验方式 但建立于长期经验的基础上 如用手扯 手捏 手摸 耳听 鼻闻等 主要评价 长度及整齐度 强度 弹性 成熟度 色泽 抱合力 柔软性 杂质疵点及其他质量问题等 可在实验车间现场进行 逐包检验 它检验面广 快速代表性强 但人的主观影响大 一般无具体数据 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 35 2 仪器检验 实验室专门仪器进行单项性测试 如长度 细度 结果准确 可靠 稳定 重观性好 人为因素少 但代表性较差 费时 且需专门仪器和经过训练的技术人员 3 单唛试纺其结果可直接利用 可测得其它方法不能或无法检验的内容 试验成本高 费时费力 一般只在新品种投产时才做 现在有小型试纺机 可加工棉花50g 三个方法各有长短 三者相结 可全面了解原棉特性 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 36 7 其他性能 1 物理性能 光学性能 热学性能 电学性能 密度 服用性能 优点 吸湿好 透气 保暖 抗溶 染色好 缺点 耐用差 抗皱免烫差 外观保持性差 易发霉 弹性差 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 37 2 化学性能 水的作用 不溶于水 但会膨胀 纵 1 2 横40 45 酸的作用 酸会使纤维素水解 或发生酯化反应 对棉纤维的破坏能力 随强解 浓度 时间 温度的变化而变化 不耐酸 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 38 碱的作用 纤维在碱中很稳定 不会被破坏 当钠浓度达10 以上 才发生膨胀 此时若施加强力 则纤维会出现丝光一丝光外观 但当有氧或空气存在时 碱会使纤维发生氧化反应 而逐步降解破坏 可利用碱的这些特殊作用机理对棉纤维进行变性处理 如提高强度 吸湿少 染色少 光泽和尺寸稳定性 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 39 氧化剂的作用 氧化剂会使纤维素发生降解破坏 特别在碱性条件下更严重 微生物的作用 在潮湿条件下 微生物极易繁殖 他们会分泌出纤维酶和酸 使纤维变质变色而破坏 有机溶剂的作用 不溶于一般溶剂 但会与有些有机酸发生酯化 酢化反应 具体见教材第30 31页的反应式 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 40 第二节 麻纤维 一 麻纤维的种类它有韧皮纤维和叶纤维两大类 所以麻纤维是韧皮纤维和叶纤维的总称 韧皮纤维 双子叶植物茎的韧皮层内部丛生成束的纤维 如 苎麻 亚麻 黄麻 大麻 苘麻 荨麻 罗布麻等 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 41 叶纤维 单子叶植物的叶鞘和叶身内的维管束纤维 如剑麻 蕉麻 菠萝麻等 属于麻类的植物品种相当多 用于纺织的有十多种 韧皮纤维中的苎麻 亚麻是优良的麻种 其纤维没木质化 强度高 伸长小 柔软细长 可纺性能好 是织造夏季衣料的良好材料 用它们织成的织物挺括 吸汗 不贴身 透气 凉爽 黄麻 大麻 洋麻等纤维较粗 且短 适宜于包装材料 麻袋 麻绳等 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 42 对于叶纤维来讲 经济上有实用价值的品种主要为 剑麻和蕉麻 这类纤维比较粗硬 也称硬质纤维 因纤维细胞壁已木质化 长度较长 伸长小 强度好 耐腐蚀 耐海水浸泡 常用于做航船和矿井用的绳缆 也可编粗麻袋或包装用布 合成纤维的出现 麻制缆绳正逐渐被取代 此类纤维在纺织上几乎不用 所以这里就不做进一步的介绍了 2020 4 3 纺织与材料学院纺织工程系 43 麻纤维的使用在我国已有几千年的历史 最在公元前4000年前就开始采用苎麻纤维作为纺织原料 中国草 埃及人利用亚麻纤维纤维已有8000年的历史 麻的应用要比棉早得多 而且麻纺设备与毛纺设备比