纺织材料学期末复习资料.doc

第一章 纤维的结构特征纤维：通常是指长径比在103数量级以上、粗细为几微米到上百微米 的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。(是由一种或多种大分 子通过某种形式集聚堆砌而成的。)纤维结构：（1）形态结构：表观形态（纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等 ）、表面结构、 微细结构（原纤结构与排列 ）。（2）超分子结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度等；（3）大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、聚合度及其分布、大分子构象、大分 子链柔曲性等；一、纤维的形态结构微细结构(原纤结构) （1）微细结构：纤维内部的有序区(结晶或取向排列区)和无序区(无定形或非结晶区)的形态、尺寸和相互间的排列与组合，及细胞构成与结合方式。（2）纤维是柔软细长物，其微细结构的基本组成单元大多为细长纤维状的物质-原纤(fibril)原纤(fibril)：一统称，有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤，大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束，直径1030nm 。可能存在有序态较差的非晶态部分。（3）纤维的原纤按尺度大小和堆砌顺序可分为 基原纤（1-3nm）微原纤（4-8nm）原纤（10-30nm）巨原纤（0.1-0.6微米）细胞 棉纤维无巨原纤，羊毛无原纤，且副皮质无巨原纤层次，化学纤维和天然丝无细胞层次（4）分子与分子间作用力：范德华力、氢键、盐式键、化学键二、纤维的聚集态结构（超分子结构）纤维的聚集态结构指构成该纤维的大分子链之间的作用形式与堆砌方式。具体指纤维的结晶与非晶结构、取向与非取向结构，以及通过某些分子间共混方法形成的“织态结构”等。结晶结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。晶区特点：a. 大分子链段排列规整；b. 结构紧密，缝隙，孔洞较少；c. 相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。（4）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率（5）结晶度对纤维结构与性能的影响 结晶度纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度；纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性。结晶度纤维吸湿性，容易染色，拉伸强度降低，变形较大，纤维较柔软，耐冲击，弹性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。2、非晶态：纤维大分子无规则聚集排列的状态。（1）非晶区（无定形区）：纤维大分子无规则聚集排列的区域。（2）非晶区特点： a.大分子链段排列混乱，无规律； b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞； c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。（3） 直接影响着纤维的吸湿、染色、热定形、力学弹 性及伸长等 。“两相结构” 模型 ：纤维中存在明显边界的晶区与非晶区，一些大分子的长度可以远超过晶区或无定形区各自的长度足够把若干个晶区和无定形区串连起来形成网络结构 。粘胶纤维属于分散的晶相和连续的无定形相所组成的例子。棉及苎麻等则属于连续晶相和分散的无定形相的两相结构。 三、纤维的大分子结构 （1） 、单基（链节）1、定义：构成纤维大分子的基本化学结构单元。2、常用纺织纤维单基的化学组成（二）聚合度n（degree of polymerization ）1、定义：构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子中的单基重 复的次数。2、常用纤维的n：棉、麻的聚合度高，成千上万；羊毛576；蚕丝400；粘胶300600；化学纤维聚合度不宜过高。一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有一定的分布。3、聚合度与力学性质的关系n临界值，纤维开始具有强力；n，纤维强力；但增加的速率减小；n至一定程度，强力趋于不变。n的分布：n分布集中，分散度小，对纤维的强度、耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。（三）、纤维大分子链的内旋性、构象及柔曲性1、内旋性（internal rotation ）：纤维大分子内的单基之间在键长键角保持不变条件下，相邻单基可绕单键旋转的特性。 2、构象（conformation）：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象(或内旋转异构体) 构象与构型的根本区别在于，构象通过单键内旋转可以改变，而构型无法通过内旋转改变。3、大分子构型 定义：指分子中链节内各原子和基团通过化学键固定的空间排列。要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组。4、柔曲性（1）定义：指纤维大分子在一定条件下，通过内旋转或振动而形成 各种形状的难易程度的特性。（2）纤维大分子结构与柔曲性的关系： 主链弹性好，柔曲性 侧链较少，柔曲性 主链四周侧基分布对称，柔曲性 侧基间（大分子间）作用力较少，柔曲性 温度，内旋转加剧，大分子链柔曲性单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源；大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一。 第二章 纤维的分类及介绍一、纺织纤维：（1）长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤维。（2）纺织纤维应具备的基本性能一定的长度和长度整齐度 一定的细度和细度均匀度；一定的强度和模量 一定的延伸性和弹性；一定的抱合力和摩擦力 一定的吸湿性和染色性；一定的化学稳定性 特种工业用纺织纤维有特殊要求二、纤维的分类与命名（1）天然纤维：凡是自然界里原有的或从经人工种植的植物中、人工饲养的动物毛发和分泌液中直接获取的纤维，统称为（2）化学纤维：凡用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体，统称为分类定义组成物质纤维来源 植物 纤维自植物种子、茎、韧皮、叶或果实上获得的纤维纤维素，少量木质素、半纤维素等种子纤维：单细胞纤维，如棉纤维；韧皮纤维：如苎麻、亚麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻、苘麻；叶纤维：如剑麻、蕉麻、菠萝叶纤维；竹纤维：如竹子纤维。附：果实纤维（木棉、椰子纤维）分类 定义 组成物质 纤维来源 动物 纤维 取自于动物的 毛发或分 泌液 的纤维主要为蛋白质，但蛋白质的化学组成有较大差异 毛纤维：取自动物的毛发，由角蛋白组成的多细胞纤维， 如绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、牦牛毛、马 海毛、羽绒等； 丝纤维：指由昆虫的丝腺分泌物形成的纤维，如桑蚕丝、 柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署蚕丝、天蚕丝、蜘蛛丝等。 矿物 纤维 从纤维状结构 的矿物岩石获得 二氧化硅、氧 化铝、氧化铁、氧化镁等 各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等合成纤维以石油、煤、天燃气及一些农副产品为原料制成单体，经化学合成为高聚物，纺制的纤维涤纶：指大分子链中的各链节通过酯基相连的成纤聚合物纺制的合成纤维；锦纶：指其分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维；腈纶：通常指含丙烯腈在85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维；丙纶：分子组成为聚丙烯的合成纤维；维纶：聚乙烯醇在后加工中经缩甲醛处理所得的纤维；氯纶：分子组成为聚氯乙烯的合成纤维；其他的如乙纶、氨纶、乙氯纶及混合高聚物纤维等再生纤维以天然高聚物为原料制成浆液其化学组成基本不变并高纯净化后制成的纤维再生纤维素纤推：指用木材、棉短绒、蔗渣、麻、竹类、海藻等天然纤维素物质制成的纤维，如粘胶纤维、Modal纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、醋酯纤维、Lyocell纤维富强纤维等；再生蛋白质纤维：指用酪素、大豆、花生、毛发类、丝素、丝胶等天然蛋白质制成的，绝大部分组成仍为蛋白质的纤维，如酪素纤维、大豆纤维、花生纤维、再生角朊纤维、再生丝素纤维等；再生淀粉纤维：指用玉米、谷类淀粉物质制取的纤维，如聚乳酸纤维（PLA）；再生合成纤维：指用废弃的合成纤维原料熔融或溶解再加工成的纤维。 无机 纤维以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接炭化制成的无机纤维玻璃纤维：以玻璃为原料，拉丝成形的纤维；金属纤维：以金属物质制成的纤维，包括外涂塑料的金属纤维、外涂金属的高聚物纤维以及包覆金属的芯线；陶瓷纤维：以陶瓷类物质制得的纤维。如氧化铝纤维，碳化硅纤维、多晶氧化物；碳纤维：是指以高聚物合成纤维为原料经碳化加工制取的，纤维化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维，是无机化的高聚物纤维。三、常用纤维（一）天然纤维素纤维（植物纤维）棉（1）生长周期：A.伸长期-B.加厚期-C.转曲期转曲期：由于纤维素是以螺旋状原纤形态一层一层地淀积，螺旋方向有左旋也有右旋，在一根纤维的长度方向反复改变，因而当棉铃裂开，纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成不规则的螺旋形，称为“天然转曲”。（2）棉纤维形态特征横截面：腰圆形有中腔；（初生层、次生层、中腔）纵 向：有天然转曲的扁平带状。成熟正常的棉纤维转曲最多。 未成熟棉纤维呈薄壁管状物，转曲少。过成熟棉纤维呈棒状，转曲也少。（3）化学组成：纤维素，占94 95，分子式为（ ）其他物质56，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；中腔内层附有微量的色素、灰分和蛋白质，色素决定纤维的颜色。（4）结构棉纤维大分子的聚合度为600015000，分子量为12.43百万，纤维中约2/3为结晶部分，结晶晶格是单斜晶系 （5）棉纤维的特性1细长柔软，吸湿性好、耐强碱、耐有机溶剂、耐漂白剂以及隔热耐热，可方便地进行各种染色和纺织加工；2弹性和弹性恢复性较差、不耐强无机酸、易发霉、易燃。 （6） 分类1、 按种类：陆地棉（细绒棉）、海岛棉（长绒棉：又长又细又强）、亚洲棉（粗绒棉）、非洲棉（草棉，已淘汰）2、 按初加工：锯齿棉皮辊棉对纤维作用剧烈，纤维损伤较大缓和，纤维损伤小外观形态松散薄片状主体长度及整齐度主体长度短，整齐度较高主体长度长，整齐度较低，短绒没法去除除杂设备有排杂、排僵设备无排杂设备轧工疵点多，如棉结、索丝等少，有黄根适宜加工细绒棉长绒棉产量高低（7）棉的初加工传统的棉花初加工是指将籽棉上的纤维（俗称衣分）与棉籽分离的加工，也称轧花或轧棉。其得率称为衣分率，一般为30%40%，所得纤维称为皮棉或原棉。 头发、丙纶丝、动物毛发等物质，俗称“三丝”。麻（1）麻纤维是单细胞物质，但其长度太短（苎麻除外），故纺纱用纤维是多细胞自粘合成束的纤维。工艺纤维：多个单细胞纤维由细胞间质粘合而成的纤维束。特性：麻纤维的吸湿性好、强度高、变形能力小，纤维以挺爽为特征。 比棉纤维粗硬，易引起穿着中的刺痒。 耐热性好于棉纤维，当达到200时，纤维开始分解。与其他纤维素纤维相似，耐碱不耐酸。反映麻纤维可纺价值和品质的最主要的指标是麻纤维的细度及均匀性。（4）麻类纤维的初加工主要目的是除去非纤维类物质。（5）1、苎麻(ramie)：(中国草）截面：腰圆或跑道形，有中腔；纵向：无明显扭转，有横节竖纹。单纤维较长，可单纤维纺纱。苎麻纤维的细度直接影响可纺性和柔软性，纤维愈细，可纺支数愈高，成纱愈柔软。 头麻最细，三麻次之，二麻最粗。2、亚麻 (flax)（工艺纤维纺纱）截面：呈圆形和扁圆形；纵向中段粗两头细，有横节竖纹。 吸湿性好、导湿快、细度相对较细，是夏季衣衫的主要纤维原料。3、黄麻与红麻 （工艺纤维纺纱）包装、地毯底布，或混纺纤维制品的原料 。叶纤维剑麻和蕉麻，这类纤维比较粗硬，商业上称为“硬质纤维”，纤维长，强度高，伸长小，耐海水浸蚀，不易霉变，适宜制作绳缆，织制包装用布或粗麻袋。竹纤维(维管束纤维)（1）原生纤维物质。（工艺纺纱）（2）竹纤维为单细胞物质，其细胞壁为多层结构，纤维素含量约为 50%，木质素30%左右（3）性能上与麻纤维接近，有较好的吸湿、导湿和防臭性能，这可能源于竹纤维本身的多孔微细结构。（4）本身主要为纤维素物质，可以制成竹浆粕，制造粘胶类纤维。这同棉浆、木浆粘胶是一样的，已不再具有原天然纤维的结构特征，甚至某些组成成分特征。（二）天然蛋白质纤维（动物纤维）棉羊毛（角质蛋白）纵向：天然卷曲的圆柱状表面有鳞片。横向：为圆形或椭圆形，由外向内分为鳞片层、皮质层和髓质层。（细毛纤维没有髓质层，仅有鳞片层和皮质层。）皮质层：是羊毛的主要组成部分，主要由正、偏皮质组成，通常呈双边分布，是羊毛卷曲的本质原因。（2）羊毛纤维的基本组成是a氨基酸螺旋大分子，最为特殊的是胱氨酸，即在羊毛角朊大分子间形成二硫键的氨基酸。 （3）多细胞纤维，有鳞片细胞（角质化细胞）和皮质细胞（正副皮质）两类细胞。（4）摩擦性和缩绒性1、定向摩擦效应：由于鳞片的指向特点， 羊毛沿长度方向的摩擦， 滑动方向不同， 摩擦系数不同， 逆鳞片摩擦系数比顺鳞片摩擦系数大的现象。2、缩绒性：羊毛在湿热和化学试剂的作用下，经机械外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧密，并相互穿插纠缠，交编毡化的性能。1）产生缩绒性的原因：内因: 高度回缩弹性;天然卷曲; 定向摩擦效应。外因: 温湿度; 化学试剂; 外力作用。2） 缩绒性对织物风格的影响2）利：独特的风格，优良的弹性、蓬松、保暖、透气和细腻的外观。 弊：易产生尺寸收缩和变形，毡合、起毛起球等现象，影响舒适 和外观。3） 防缩绒整理的方法氧化法：使鳞片损伤，降低定向摩擦效应。树脂法：覆盖鳞片或粘结纤维。4）缩绒的实质: 羊毛纤维的单向无规爬动。两性：既呈酸性又呈碱性，对外酸性。酸碱均可使盐式键断开，缩氨酸链水解和断裂。（5）分类绒毛：具有鳞片层和皮质层，无髓质层，绒毛品质优良，纺纱性能好。两型毛：一根纤维上既有绒毛特性又有粗毛特性粗毛：具有鳞片层、皮质层和连续的髓质层。纺纱性能较差。死毛：除鳞片层外，整根纤维几乎全是髓质层，无纺纱价值。还可分为同质毛、异质毛；被毛、散毛、抓毛 超细毛、细羊毛、半羊毛、粗羊毛、长羊毛（7）毛纤维的初加工去除非纤维类物质和不适于纺纱纤维的过程，其工艺过程为：原毛选毛开毛洗毛烘干洗净毛。丝纤维（结晶度40%-50%）桑蚕丝春茧好，柞蚕丝秋茧好（1）蚕丝主要为丝素蛋白，其次是丝胶.一根蚕丝由两根平行的单丝（丝素），外包丝胶构成。单丝截面呈三角形。（2）蚕丝的大分子由多种-氨基酸剩基以酰胺键联结构成的长链大分子，又称肽链。桑蚕丝素大分子的规整性好，呈曲折链，有较高结晶性。侧基简单，分子间主要是氢键作用。（3）光学性质：具有良好光泽，耐光性差（柞好于桑） 化学性质：丝朊蛋白质:呈弱酸性、较耐酸不耐碱。 丝鸣:蚕丝经酸处理后， 相互摩擦， 产生一定频率的特殊音响效果。由外到里茧衣（丝胶含量多）茧层（最粗）（蛹衬丝胶含量低）蜘蛛丝蜘蛛丝属蛋白质纤维，具有很高的强度、弹性、伸长等，同时还具有质轻、抗紫外线、密度小、耐低温的特点，被誉为“生物钢”。组成：由多种氨基酸组成，如丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和丝氨酸等约17种。（三）化学纤维（1、化学纤维分类再生纤维1. 再生纤维素纤维；2. 再生蛋白质纤维；3. 其他再生纤维。半合成纤维1. 醋酯纤维；2. 聚乳酸纤维。合成纤维（2、化学纤维的制造：纺丝液制备，纺丝成形，后加工。1、纺丝液的制备 成纤高聚物要满足三个条件： （1）线性分子结构；（2）适当的分子量；（3）凝固后的纤维中，大分子间应该具有足够的结合能。熔体法：将高聚物加热到熔点以上，使其熔融成较稳定的粘性流动的纺丝熔体。如涤纶、锦纶、丙纶、乙纶。原因：熔融温度分解温度2、纺丝成形：（1）熔体（熔融）纺丝（melt spinning） 将高聚物加热熔融成熔体，然后由喷丝头喷出熔体细流，再冷凝而成纤维的方法 纺丝速度高，一般10002000m/min，高速纺丝可达30006000m/min或更高，加工干净，无污染、成本低，截面一般为圆形。（2）溶液纺丝（solution spinning）（a）湿法纺丝（wet spinning）将高聚物在溶剂中配成纺丝溶液，经喷丝头喷出细流，在液态凝固介质中凝固形成纤维。速度低，一般为18380m/min，污染严重、加工成本高，丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。（b）干法纺丝（dry spinning）凝固介质为气相介质，经喷丝形成的细流因溶剂受热蒸发，而使高聚物凝结成纤维。多用于制作溶液纺丝的长丝。纺丝速度一般为200500m/min，高者可达10001500m/min，溶剂易挥发，极易污染环境，成本高，但丝的质量好。3、后加工以短纤维后加工路线为例说明。集束拉伸（关键工序，可改变纤维的取向度，进而改变纤维的力学性质）上油（提高纤维的平滑性、柔软性和抱合力，减小摩擦和静电，改善纤维成形和后序加工性能）卷曲（仿生、方便后道加工、改变纤维性质和织物风格）干燥热定形（除去水分，消除内应力，提高结晶度和结构稳定性，减少蠕变和沸水收缩率，提高纤维的尺寸稳定性）切断、打包入库，准备售出。（3、普通粘胶纤维 化学组成与棉纤维相同截面呈不规则的锯齿形，有明显的皮芯结构；纵向平直有不连续条纹。聚合度300 400（ 250 500 ），结晶度较小（30 35）取向度低，结构中空隙含量大。吸湿性好（12-15%）、易染色，色谱全、色泽艳、染色牢度好，对酸与氧化剂比棉敏感，对碱的稳定性不及棉。湿强度低(湿干强度比40%50%)、初始模量低、弹性恢复性差，织物易变形起皱。高湿强粘胶纤维以提高粘胶纤维的结晶度为主要方式，形成全芯层结构的粘胶纤维。如中国的富强纤维、日本的虎木棉或波里诺西克（Polynosic）。高湿模量粘胶纤维以加强溶剂缓冲析出和凝固作用，增加纤维的皮层结构和分子间的微晶物理交联作用。具有较高的聚合度、强力和湿模量。断裂强度3.0-3.5cN/dtex。结晶度45-50%，聚合度500左右如欧美的莫代尔（Modal）纤维等。熟成度低，纤维素黄酸酯酯化度高，近全芯层结构。 强力粘胶纤维以提高分子的取向度和改善结晶颗粒尺寸与分布的方式，形成全皮层结构的粘胶纤维。具有较高的强力和耐疲劳性能。断裂强度3.6-5.0cN/dtex。50-55%，300-500Lyocell纤维（新型粘胶纤维）加工过程所用溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)可接近100的回收。比强度高，为3.8 cN/dtex 4.2 cN/dtex湿强损失低，小于15%手感柔软、悬垂性好有原纤化倾向，纤维表面易发生分裂小纤维绒 。（4、普通合成纤维合纤具有的共同性能：1. 纤维均匀度好，长短粗细较一致。截面可根据需要纺出各种形状。2. 合纤强度高，弹性好，结实耐用，不易起皱。3. 合纤长丝织物易勾丝，短纤织物易起毛起球。4. 吸湿性低，热湿舒适性不如天然纤维。5. 热定型性能好。1、.涤纶- PET或PES （挺括不皱） 聚酯类纤维 化学名称：聚对苯二甲酸乙二酯 单体：对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，乙二醇或环氧乙烷（1） 强度高、耐冲击性好，耐热，耐腐，耐蛀，耐酸不耐碱，耐光性仅次于腈纶，吸湿性 差(WK=0.4%)，染色困难，织物易洗快干，保形性好，“洗可穿”。（2）用途较广：目前化纤中用量最大。（聚酯纤维分子有刚性链苯环和柔性亚甲基链-CH2-CH2，其间由酯基连接，是典型的刚柔性兼备的线型大分子，且以刚性为主。侧基上没有极性基团，吸湿和染色差。）2. 锦纶 -PA（结实耐磨）聚酰胺类纤维纤维 聚酰胺-6；聚酰胺-66脂肪族 己内酰胺；己二酸，己二胺（1） 最大特点是结实耐磨，是最优的一种。密度小，弹性好，耐疲劳破坏，化学稳定性好， 耐碱不耐酸。（2）耐热性、耐日光性不好，吸湿也不好(WK=4.5%) ，但比腈纶、涤纶好。（大分子链由酰胺键(CONH)连接；酰胺键：极性基团，能形成稳定的氢键作用，既可使分子间产生相互作用构成晶区， 又可与水分子作用形成一定的吸湿性。亚甲基：疏水性的非极性基团，个数越多，构象越多，分子柔性则越大。）3. 腈纶-PAN（膨松耐晒）聚烯烃纤维 聚丙烯腈纤维(丙烯腈与15%以下的其它单体的共聚物纤维) 丙烯腈及丙烯酸甲酯或醋酸乙烯，苯乙烯磺酸钠，甲基丙烯磺酸钠（1）“合成羊毛”。具有很好的热弹性（可加工膨体纱），腈纶密度羊毛小，织物保暖性 好。耐日光性与耐气候性居第一位，吸湿差(WK=1.2-2%)，染色难。第一单体：丙烯腈，85%以上；第二单体：结构单体，如含酯基的乙烯基单体，改善纤维手感、弹性，克服脆性。5-10%。第三单体：染色单体，改善染色性，0.5-3%。（主要重复单元：CH2CH(CN) ；聚集态结构：侧向有序，轴向无序的准晶结构）4、维纶PVA（价廉耐用）：聚烯烃纤维 聚乙烯醇缩甲醛纤维 醋酸乙烯酯 （1）吸湿性是合成纤维中最好的(WK=5%)，称“合成棉花”。（2）强度比锦、涤差，化学稳定性好，不耐强酸，耐碱。耐日光性与耐气候性好，耐干热而不耐湿热（收缩）弹性最差，织物易起皱，染色较差，色泽不鲜艳。（维纶分子中的羟基是极性基团，是维纶优良吸湿性的主要作用部位。缩醛化后产生的醚键是维纶耐水和稳定的部分。）5、丙纶PP（质轻保暖） 聚烯烃纤维 聚丙烯纤维 丙烯（1）最轻的化学纤维。几乎不吸湿（0.03%），但芯吸能力强，强度高，尺寸稳定，耐磨弹性和化学稳定性好，热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损。其化学单基式为：CH2CH(CH3) （根据甲基在链上的排列位置不同，形成不同的立体构型，分为等规，间规、和无规，等规和间规能形成规则有序的排列，导致纤维的结晶。）6、氯纶PVC（阻燃纤维） 聚烯烃纤维 聚氯乙烯纤维 氯乙烯（1）强度与棉相接近，耐磨性、保暖性、耐日光性比棉、毛好。（2）抗无机化学试剂的稳定性好，耐强酸强碱，耐腐蚀性能强，隔音性好，但对有机溶剂的稳定性和染色性能比较差。7、氨纶 PU （1）商品名为“莱卡”（Lycra），也称高弹纤维。（2）性能：具有高弹性，高回复性和尺寸稳定性，伸长68倍，弹性恢复率可达100%。2）耐热性差熨烫温度90110 ，低温快速烫。染色性好，色牢度好。耐酸碱性较好。（5、差别化纤维1基本定义通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状上获得一定程度改善的纤维。2. 获得方法物理改性 ：改进聚合与纺丝条件 化学改性 ：共聚、接枝、交联、溶蚀、电镀等 表面物理化学改性 ：高能射线（射线、射线）、低温等离子体对纤维进行表面改性处理（1）变形丝(textured yarn) 变形加工：一般是指通过机械作用给予长丝(或纤维)二度或三度空间的卷曲变形，并用适当的方法(如热定形)加以固定，使原有的长丝(或纤维)获得永久、牢固的卷曲形态。 （2）异形纤维(profile fiber) 指纤维截面形状不是实心圆形的纤维。 一般采用非圆形孔眼喷丝板纺丝制得，或膨化粘着法、复合纤维分离法、热塑性挤压法和变形加工法等。目的：改善合成纤维的手感、光泽、抗起毛起球性、蓬松性等特性 （3）复合纤维 (composite fiber) 将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成的纤维。可解决纤维的永久卷曲和弹性，可通过多组分的连续覆盖作用，提供纤维易染色、难燃、抗静电、高吸湿等特性。（4）超细纤维 (ultra-fine fiber) 细度小于0.9dtex的纤维，可直接纺丝，如熔喷纺丝、静电纺丝；分裂剥离法和溶解去除法等方法得到。抗弯刚度小, 织物手感柔软、细腻、具有良好的悬垂性、保暖性和覆盖性，但回弹性低、膨松性差。比表面积大，吸附性和除污能力强。（5）高收缩纤维 在热或热湿作用下的长度有规律弯曲收缩或复合收缩的纤维。（6）易染色纤维易染色合成纤维主要是指涤纶的染色改性纤维。（7）吸水吸湿纤维具有吸收水分并将水分向临近纤维输送能力的纤维（6、功能性纤维(functional fiber) 功能纤维是满足某种特殊要求和用途的纤维，即纤维具有特定的物理和化学性质。例如抗静电纤维、导电纤维、蓄热纤维等（7、高性能纤维(high performance fiber) 高性能纤维（HPF）主要指高强、高模、耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。1、 对位芳纶：芳纶1414，纤维强度高、模量高、密度轻、柔性、化学性稳定，不耐高温、酸碱，易水解。主要用作各种复合材料的增强纤维。高速行驶或重载汽车和飞机的轮胎帘子线；防护、防弹材料；摩擦材料；复合材料的增强材料。2、 间位芳纶：芳纶1313，耐热性能好，阻燃性好，耐酸碱性好，但长期置于强酸、碱中，强度有所下降。具有良好的抗辐射性能。主要用作耐高温材料。耐高温防护服。3、 PBO纤维高强、高模、耐磨耐高温，“纤维之王”，耐热性最好的高聚物，耐碱及有机溶剂。缺点：耐酸性、耐光性、耐气候性差。主要用于耐火耐热要求高强高模的柔性材料领域4、 PEEK纤维高温熔体纺丝，耐湿热性耐化学性优良5、聚四氟乙烯纤维是已知最优异的化学稳定性、最耐腐蚀、最耐气候性、最难燃的纤维。其分子式为（CF2-CF2）n，是化学惰性的物质。但200以上使用时，有少量有毒气体氟化氢释出。6、碳纤维（无机纤维）指纤维化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维。以粘胶纤维为原料，经预氧化、炭化、石墨化制成粘胶基碳纤维。现主要为腈纶基和沥青基碳纤维。主要用于增强复合材料。（四）无机纤维 天然无机纤维：石棉纤维。无机纤维 人造无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维（一）石棉天然矿物纤维。矿物岩石结晶用途：耐热、隔热、保温缺点：短纤维吸入肺部引起硅沉着病（二）玻璃纤维玻璃纤维是用硅酸盐类物质人工熔融纺丝形成的无机长丝纤维。主要用途：.绝缘材料，过滤材料，纤维增强复合材料中的增强材料，光导纤维材料（三）金属纤维金属纤维是指金属含量较高，且金属是材料是连续分布、横向尺寸在微米级的纤维形材料。金、银、铜、镍、不锈钢、钨等。性能：良好的力学性能；很好的导电性（防静电、防电磁辐射）；耐高温。用途：智能服装中的电信号传输线，抗静电材料，电磁波屏蔽材料等（四） 新型无机纤维1. 碳化硅纤维碳原子和硅原子以共价键结合的无机高聚物纤维。可耐12001500 高温。主要用于宇宙飞行器上的耐高温结构部件、特殊高温环境下的耐高温毡垫等。2. 玄武岩纤维玄武岩是火山喷发形成的火成岩，高温熔融后纺成纤维。特点：耐高温、耐化学腐蚀、耐老化、高强、高模、高硬度，最高安全使用温度为650。主要用于纤维增强复合材料。3. 硼纤维采用气相沉积法，将硼原子沉积到钨或玻璃纤维上形成的。是一种复合纤维。硼纤维以钨丝纤维为芯材时，具有超高拉伸强度和压缩强度、耐高温的性能。硼纤维增强复合材料，作为特殊材料用于航空、航天、工业制品、体育等。4. 氧化铝纤维（陶瓷纤维）可在12501430使用。非织造毡状、纸状热防护及隔热材料，用于工业窖炉膛、烟囱管等。第三章 纤维的形态表征纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态、卷曲和转曲的表达与测量一、纤维的长度及其分布1、纤维长度纤维长度的基本表达：纤维长度平均值和纤维长度变异系数。（1） 根数加权平均长度：将对应某一纤维长度的根数与该长度积的和的平均值Ln 根数加权长度的变异系数 标准差 （2）重量（质量）加权平均长度 ：一般由分组称重方法得到。 Lm （质量）= Lw（重量）=巴布（Barbe）长度B（计算方法同根数加权平均长度）理论上可证明求得：重量加权长度永远大于根数加权长度（3） 截面加权长度Ls Ls理论上是由质量加权长度引出。假设对应某一长度l的纤维密度不变，纤维长度的加权值只与截面相关。典型的表达为豪特（Hauteur）长度H，Ls=H 标准差：若假设各单纤维的截面积Si 是一致的，则截面加权长度直接等于根数加权长度。 Si =S，S(l) = N(l)s，或s(l) = n(l)s注意：三种类型的加权长度中，根数加权长度是最为直接准确的表达纤维长度及其分布特征的长度。2、纤维长度界限及含量值 纤维长度界限（mm） ：或称界限长度，某特定纤维含量值C（）条件下的纤维长度Lc，即超出此长度Lc的纤维含量只有C。如C=2.5，则长度界限为L2.5。 短纤维含量SFC，通过设定最大短纤维长度界限LSF确定，基本表达形式是 SFC（ 31mm）或16mm（ LM31mm）纤维的质量百分比。纤维越长，成纱强度越大，纺出纱的极限细度越细（棉纤维），成纱毛羽越少，表面越光滑，整齐度高，纱线条干好。当纤维长度整齐度差，短绒率大时，成纱条干变差，强度下降。2毛、麻纤维(1)加权主体长度ML:即分组称重时连续最重四组的加权平均长度；(2)质量加权平均长度Lm和变异系数CVLm(3)主体基数SM:连续最重四组重量的总和占全部试样重量的百分数 (4)短毛率:30mm以下长度的重量占总重量的百分数。3等长切断化纤超长纤维：指实际长度7mm+LN（名义长度LN50mm）或10mm+LN（LN50mm）的纤维，但长度必须1.9LN。倍长纤维：指未切断的纤维其长度是LN的倍数（2）。二、 纤维的细度及其分布纤维细度的指标直接指标：直径、截面积、周长、 投影宽度、比表面积；间接指标：用长度与重量之间的关系表示。 如: 特数Ntex ,分特Ndtex , 旦数Nden ,公制支数Nm。一、纤维的细度表征1特数Nt (tex) 国际标准单位在公定回潮率下，1000米长的纤维所具有的重量克数。 同品种纤维，Ntex，纤维越粗 。 2旦数Nd 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。 同品种纤维，Nd，纤维越粗。 3公制支数Nm 常用于棉纤维 在公定回潮率下，单位质量（克）的纤维所具有的长度米数。 同品种纤维，Nm，纤维越细。间接细度指标间的换算关系： Ntex * Nm = 1000 Nd * Nm = 9000 Nd = 9 Ntex 4直径与截面积d纤维直径（mm），纤维密度（g/cm3）纤维细度的影响：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。纤维长度L越长，纤维细度越细，纤维的可纺性越好。三、纤维的卷曲或转曲（一）卷曲 沿纤维纵向形成的规则和不规则的弯曲。它与纤维的可纺性、成纱质量关系密切，对织物的柔软性、蓬松性、弹性、冷暖感等影响很大。（二）转曲扁平截面形状纤维轴向发生扭转的现象。1、卷曲现象弱卷曲、正常卷曲、高卷曲2、纤维卷曲产生的原因及方法羊毛：自然卷曲。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。化学纤维：人为赋予卷曲以改善其可纺性和织物性能。异形截面是指纤维截面形状的非圆形，异形化的截面有轮廓波动和直径变异两种。第四章 纤维的吸湿性一、纤维的吸湿及吸湿机理吸湿性：是指纺织材料从气态环境中吸着水分的能力。或纺织材料在空气中吸收或放出气态水的能力。 润湿性：是指纺织材料从水溶液中吸着水分的能力。（一）纤维的吸湿指标 1回潮率与含水率 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。 Ga纺织材料湿重；G0 纺织材料干重。目前基本上采用回潮率2标准回潮率：纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时的回潮率。 （标准大气条件：（中国）气压：1个大气压；温度：20；相对湿度：65%）3. 公定回潮率(Wk) 贸易上为了计重和核价的需要，由国家统一规定的各种纺织材料的回潮率。以标准回潮率 为依据设立，但不等于标准回潮率。 混纺纱的公定回潮率 其中： Wi（%）混纺材料中第i种纤维的公定回潮率； Pi（%）混纺材料中第i种纤维的干重混纺比。4.公定（标准）重量 ：纺织材料在公定（标准）回潮率时的重量。 5. 平衡回潮率：纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡时的回潮率。 纤维吸、放湿是一个动态平衡的过程。 有吸、放湿平衡回潮率之分，但常用吸湿平衡回潮率。（二）吸湿等温、等压、等湿线1.吸湿（放湿）等温线：在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因吸湿（放湿）达到的 平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线，称为纤维材料的吸湿（或 放湿）等温等压线，简称等温线。 吸放湿等温等压线(T一定，W-RH%的关系) 2、等湿线：吸放湿等湿等压线(RH% 一定，W-T的关系) 一般规律：温度愈高，平衡回潮率愈低，原因是水分子的热运动加剧，不易附着，易脱离。 但高温高湿时，由于纤维的热、湿膨胀等原因，平衡回潮率略有增加。3、变压线：吸放湿等温等湿线(T、RH% 一定，W-大气压力的关系) 纤维的平衡回潮率与大气压力呈近似正比线性关系。原因在于低气压易使水分蒸发， 平衡回潮率较低。气压引起的平衡回潮率相对变化很小。（三）纤维的吸湿机理水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。1、Peirce理论 Peirce理论认为，纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分。（1）直接水：纺织材料内部的极性基团吸水。 极性基团有：羊毛、蚕丝： -COOH，-NH2， -OH （羊毛，侧链中亲水基团较蚕丝更多，故其吸湿性优于蚕丝。） 棉：每个环上含有三个-OH 粘胶：-OH； 维纶：-OH 吸湿能力最好 腈纶：-CN 强极性（绝大部分形成规整排列） 锦纶：-CONH- 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。 结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。（2） 间接水：直接水本身具有极性再吸水（接续在已吸收的水分子上）。结合力较弱，主 要是范德华力，放出热量较少。 用于棉纤维吸收的二相理论2、Speakman理论羊毛吸湿的三相理论第一相水分子是与角朊分子侧链中的亲水基团结合的水，对结构的刚性无影响。第二相水分子被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子链段间的相互作用，对纤维的刚性有很大影响。第三相水分子是填充在纤维空隙间和分子间的汽、液态水。（四）吸湿滞后性（吸湿保守现象）1.定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到的平衡回潮率总是大于从吸湿 达到的平衡回潮率的现象。2.吸湿滞后性产生的原因：a.能量获得概率的差异；b.水分子进出的差异； c.纤维结构的差异； d.水分子分布的差异； e.热能作用的差异等。 （五）影响纤维吸湿的因素 内在因素包括：1、化学结构-纤维大分子中处于自由状态的亲水基团的数量和极性的强弱； 2、聚集态结构-纤维的结晶度、纤维内孔隙的大小和多少； 纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强，微晶体小的吸湿性较大。例如： 棉和粘胶 粘胶纤维的结晶度、聚合度比棉小，纤维无定形区内缝隙孔洞多 结晶度：棉70% 黏胶30%；聚合度：棉600015000 黏胶500左右 回潮率：棉8.5% 黏胶13% （取向度对纤维的吸湿性几乎无影响） 合成纤维和天然纤维 合成纤维结构一般比较致密，而天然纤维组织中有微隙，天然纤维的吸湿能 力远大于合成纤维原因之一。 3、形态结构-纤维比表面积的大小，截面形状、粗细及表面粗糙程 如超细纤维，本身组成未发生改变，吸湿性明显改善 4、纤维伴生物的性质和含量。 a. 棉：含氮物质、果胶、棉蜡、脂肪等 b. 羊毛：油脂等。 c. 麻、丝：胶质（丝胶）。 d. 化学纤维表面的油剂外在条件包括：温湿度；气压；原来回潮率的大小。二、吸湿对纤维性质的影响1、对重量的影响 Gk=G0（1+Wk） Gk=Ga（1+Wk）/（1+Wa）2、对长度和横截面积的影响纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小，表现出明显的各向异性。 不利之处： 使织物变厚、变硬，是造成织物收缩的原因之一。3、对密度的影响 W增加，纤维密度增加；大多数纤维在W=4%6% 时密度最大。 W再增加，纤维密度逐渐变小，因为纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维。4、对机械性质的影响 对强力的影响：a.一般规律是W增加，其强力会下降； b.吸湿能力差的纤维，W增加，强力变化不太显著。 c.棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加； 对纤维伸长率的影响：W增加，伸长率有所增加。 纤维的脆性、硬性有所减小，塑性变形增加，摩擦系数有所增加。5、 对热学性质的影响 纤维吸湿放热 原因：空气中的水分子动能转化为热能 a.吸湿微分热：纤维在给定回潮率时吸着1克水放出的热量。单位为J/g（水）。 b.吸湿积分热：在一定的温度下，1g干燥纤维从某一回潮率吸湿到达完全润湿，所放出的总热量，单位为J/g（干纤维）。吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。6、对电学性质的影响 干燥纤维：电阻大，优良的绝缘体，其质量比电阻在10111018数量级。 相对湿度较高时，纤维的质量比电阻下降到106108。 一般纺织纤维质量比电阻小于107无静电现象，否则采用防静电措施7、对光学性质的影响 当纤维的回潮率升高时，纤维的光折射率、透射率和光泽会下降，光的吸收会增加，颜色变深光降解和老化会加剧等是由于水分子进人纤维后，引起纤维结构改变造成的。第五章 纤维的力学性质一、纤维的拉伸性质（一）拉伸性能指标1、强伸性能：指纤维断裂时的强力或相对强度和伸长率或应变 断裂强力（breaking strength ）Pb 纤维能承受的最大拉伸外力，或单根纤维受外力拉伸到断裂时所需要的力，单位：N，cN 。 断裂强度（ breaking tenacity） Pt 简称比强度 或比应力，指单位线密度纤维所能承受的拉伸力，单位为N/tex，常用cN/dtex（或cN/D）。 断裂应力（b