第3章 纤维形态的表征

1、2021-8-61 第三章第三章 纤维形态的表征纤维形态的表征 2021-8-62 第一节第一节 纤维的长度及其分布纤维的长度及其分布 一、纤维长度指标的基本表达一、纤维长度指标的基本表达 1纤维长度纤维长度 SWN ; ; n(l); w(l); s(l) 分组直方图 SWN ; ; 连续函数 n(l); w(l); s(l) dl l 图图3-1 纤维长度分布示意图纤维长度分布示意图 2021-8-63 llN NN N L l d 1max 0 n （1）根数加权长度）根数加权长度 N为纤维的总根数； Ni为纤维频数分布函数； lmax为最长纤 维长度 max 0 n d)()( l l

2、llnllnL n(l) Ni /N，表示纤维长度的频率密度函数，表示纤维长度的频率密度函数 100 n n n L CVL L 根数加权长度的变异系数 2021-8-64 （2）质量）质量( (重量重量 ) )加权长度加权长度 Lm = Lw=巴布（Barbe）长度B max 0 d 1 l llW WW lW B max 0 d)()( l lllwllwB lSNW max 0 2 n 2 d 1 l llN LlN lN B )1 ( 2 nn CVLLB 为纤维密度；S为单根纤维的平均截面积 )(100 B BCVB 2021-8-65 （3）截面加权长度）截面加权长度Ls Ls理论

3、上是由质量加权长度引出,典型的表达为豪 特（Hauteur）长度H，Ls=H max 0 d 1l llS SS lS H max 0 d)()( l lllsllsH ，截面的频数函数； s(l)，频率密度函数 S 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， 2021-8-66 2纤维长度界限及含量值纤维长度界限及含量值 纤维长度界限（纤维长度界限（mm） ：或称界限长度，某特定纤：或称界限长度，某特定纤 维含量值维含量值C（）条件下的纤维长度（）条件下的纤维长度LC，如，如C=2.5， 则

4、长度界限为则长度界限为L2.5。 短纤维含量短纤维含量SFCSFC，通过设定最大短纤维长度界限，通过设定最大短纤维长度界限LSF 确定，基本表达形式是确定，基本表达形式是 SFC（ LSF mm） 2021-8-67 二、纤维长度分布的基本测量二、纤维长度分布的基本测量 1一端整齐法一端整齐法 q按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如拜氏图拜氏图； q纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人 工手排（工手排（罗拉法罗拉法）或梳片排（）或梳片排（梳片法梳片法）和机械自动）和机械自动 排（排（Almeter法）法） 2021

5、-8-68 O L C B B2 L5 B4 B3 L2 L4 L1 L3 B1 B5 交叉点 最大长度点 下 4 分位长 上 4 分位长 A 图图3-2 拜氏图的意义及长度求法拜氏图的意义及长度求法 最大长度OC，交叉长度OL，有效长度L4B4 100 OB BB3 n R )1 (100) BL BL 1 (100 44 55 K 短纤维含量Rn 纤维长度的整齐度K（） OB4=OB3/4B5B3=OB3/4 2021-8-69 导杆 一端齐试样 显示 打印 检测 电容器 电动 A/D 控制 计算机 移动 图图3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图长度测量仪工作原理示意图 原理：电

6、容值与极板间的纤维质量（m=S(l)l (l)）成正 比，假设纤维密度(l)不随纤维丛长度而变，极板宽度l为常 数，则长度l处的纤维含量只与纤维丛的截面积S(l)有关。 2021-8-610 累积分布函数 )( )( )( )( )( M N W S lF或 O 50 100 l lmax F(l) e 频率密度函数 % )( )( )( )( )(m ln lw ls lf或 r(l) 图图3-4 累计分布和频率密度函数累计分布和频率密度函数 为须从长度分布)(r 2021-8-611 图图3-5 罗拉法罗拉法测量原理图测量原理图 我国棉纤维长度检验标准中使用的方法，采用的长度指标有 主体长

7、度、品质长度、短纤维率、重量平均长度、长度均匀 度和基数，多被纤维须丛测量法（HVI系统）所替代。 2021-8-612 10mm 3mm 梳片 毛条（纤维条） 10mm 31mm）或16mm（ LM31mm）纤 维的质量百分比。 2021-8-621 断裂毛丛称量 控制箱 喂入带 长度测量传送带 A 毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头 毛丛长度 SL 毛丛 v0 传送带 A 探 测 器 光 源 图图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理结构及毛丛长度测量原理 2毛、麻纤维毛、麻纤维 (1)加权主体长度加权主体长度ML:即分 组称重时连续最重四组 的加权平均长度； (2)

8、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 2021-8-622 3等长切断化纤等长切断化纤 纤维长度 LC LS LSS 图图3-15 切断切断称重法求等长纤维平均长度称重法求等长纤维平均长度 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2000根） 2021-8-628 纤维样品 激光 泵 二级过 滤器 纤维 分散 容器 测量 传感器 纤维 光电识别器 透镜 异丙醇 测量 单元 过滤器 信号 处理 电路

9、 计算机 参考 传感器 微孔 分光 装置 分束 器 图图3-19 激光扫描纤维直径测量原理图激光扫描纤维直径测量原理图 2021-8-629 L Q P0 Q P R M, SS, K () Q P 3气流仪法气流仪法 图图3-20 气流仪测量纤维细度原理示意图气流仪测量纤维细度原理示意图 2021-8-630 3 22 0 1 (1) A P Q K SL 苛仁纳公式 2 0 1 QS MH 或 2 S QMHM H K系数，与纤维在管道中的排列状态有关，并受空隙率的影响； P管道两端的压力差 空隙率，未被纤维占据的体积的比率 S0纤维的比表面积 A管道截面 L管道长度 气体粘滞系数 Hs、

10、H分别为每厘米纤维的理论重量和实际重量（g） M H / Hs （成熟度比，可认为是棉纤维的成熟度） 2021-8-631 图图3-21 振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图 4振动测量法振动测量法 2021-8-632 四、纤维细度及其不匀对纤维集合体性质的影响四、纤维细度及其不匀对纤维集合体性质的影响 （1）对纤维本身 f f S V A2 S dd 424 圆形 2 （ ） 粗细将影响其比表面积SS，纤维的吸附性能和染色性质 纤维间的细度不同，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。 202

11、1-8-633 （2）对纱线 2 DC 100 d 1 CV N L n n S S为可纺性，L为纤维长度，英吋（1in=25.4mm）；nc为纺纱加 工中纱截面中临界纤维根数 ； Cvd纤维自身的细度不匀 纤维细，纱截面中的纤维根数增加，有利于纤维间的相互接触 和纱条均匀性的增加，使纤维的可纺性提高，但纱的结构膨松， 有序性下降 2021-8-634 纤维细度种类纤维细度种类线密度（线密度（dtex）直径（直径（ m）性能特征性能特征 细旦细旦0.892.28.4117.7柔软、均匀、高支轻薄化柔软、均匀、高支轻薄化 棉、丝型纤维棉、丝型纤维0.891.338.4113.7柔软、均匀、高支轻

12、薄化柔软、均匀、高支轻薄化 毛、麻型纤维毛、麻型纤维1.12.213.717.7柔软、均匀、高支轻薄化柔软、均匀、高支轻薄化 超细超细0.0110.893.011.2吸湿、导湿、细腻、仿皮革吸湿、导湿、细腻、仿皮革 皮革（特细）皮革（特细）0.0110.110.94.0透汽、防水、细密、麂皮特征透汽、防水、细密、麂皮特征 极细极细0.00010.010.090.12吸附、超滤、功能吸附、超滤、功能 纳米尺度纳米尺度10-810-40.0010.1特殊功能特殊功能 表表3-4 纤维细度与功能的关系纤维细度与功能的关系 （3）对织物）对织物 2021-8-635 第三节第三节 纤维的卷曲或转曲纤维

13、的卷曲或转曲 一、纤维的卷曲形式及表征一、纤维的卷曲形式及表征 1卷曲现象卷曲现象 图图3-22 羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达 无或弱卷曲，浅平波 形，半细和土种羊毛； 锯齿波形，人工； 和正常卷曲波形，常 波卷曲，美利奴羊毛和中 国良种羊毛； 、属高卷曲纤维，粗 羊毛和新西兰羊毛； 和为三维螺旋卷曲， 部分粗羊毛和土种毛 2021-8-636 表表3-5 澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系 羊毛的羊毛的 品质支数品质支数 纤维直径纤维直径um 平均纤维平均纤维 长度长度mm 卷曲数卷曲数 个个/25mm 8018.119.55

14、52224 7019.621.0572224 6421.122.5672022 6222.624.0701620 6024.125.5771620 5825.627.0781620 5627.128.5921316 5030.131.7961316 4831.833.41001013 4633.535.11081013 4435.237.01271013 2021-8-637 填塞箱法复合纤维法 加捻变形工艺编织解脱法 图图3-23 变形纱中的卷曲形态变形纱中的卷曲形态 2021-8-638 2纤维卷曲的测量纤维卷曲的测量 图图3-24 单纤维卷曲测量法原理示意图单纤维卷曲测量法原理示意图 （

15、a）单纤维拉伸曲线）单纤维拉伸曲线 100 GL 100OC 0 L C T0 ：卷曲张力； GL：T=0时的夹持隔距； L0：纤维的自然长度； =L0-L1 2021-8-639 图图3-24 单纤维卷曲测量法原理示意图单纤维卷曲测量法原理示意图 （b）纤维卷曲弹性测量仪测量）纤维卷曲弹性测量仪测量 0 0 n 2 10 L n C CCC 0 0 0 1 0 22 n L n L 100 L LL 0 10 C 100 L LL 1 21 R C 100 01 21 e LL LL C 卷曲数（个/cm） 一个波长中纤维的长度 卷曲率（%） 卷曲回复率（%） 卷曲弹性率（%） 2021-8

16、-640 A B C O r 图图3-25 切断纤维段的卷曲度计算原理图切断纤维段的卷曲度计算原理图 OC 1 OB 1 OA 11 r 1 )2/cos(2 C )2/cos( 5 .12 0 0 n r L C 曲率 卷曲度 卷曲数 r为纤维段弯曲半径； 为纤维 段两弯曲拐点的切线夹角； 为弯曲段的长度； 0为两拐点 间的直线距离；L0取25mm。 2021-8-641 (b) 一致性强 一致性弱 (a) 实物照片实物照片 图图3-26 羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图 清晰度清晰度Cd：对毛丛的纹理作图像分析得出条纹的频率及 其均匀性，以及条纹的主频率或规

17、则条纹面积占所有频 率或面积的百分数来描述纤维卷曲的规整度 2021-8-642 O c T a 图图3-27 纤维束拉伸曲线起始卷曲段求纤维束拉伸曲线起始卷曲段求Cd 100 0 0 d W WW C W0完全不均匀卷曲所做的功；W为实际卷曲不匀所做的功 2021-8-643 二、纤维的转曲（二、纤维的转曲（Convolution）及表征）及表征 1.纤维转曲和扭转的表达纤维转曲和扭转的表达 图图3-28 纤维转曲及其理论表达示意图纤维转曲及其理论表达示意图 n /1h n /1h 转曲高度 n n 转曲数为单位长度上的 纤维扭转个数（个/cm） 2021-8-644 0 D O l 图图3

18、-29 纤维扭转的表面条纹与扭转角差异纤维扭转的表面条纹与扭转角差异 tan 1 n D h 纤维扭转角；D直径 2021-8-645 第四节第四节 纤维的截面形状及表征纤维的截面形状及表征 一、异形纤维的基本概念一、异形纤维的基本概念 单 凹 跑 道 粗 糙 粗 糙 多 角 多 叶 异 形 d 2 中空 圆周波动异形圆周波动异形 直径变异异形直径变异异形 双 凹 复合 复复 合合 复复 合合 复合复合 图图 3-30 纤维截面变化的过程、类型及相互关系纤维截面变化的过程、类型及相互关系 2021-8-646 二、截面异形的表征二、截面异形的表征 1截面的轮廓波动异形截面的轮廓波动异形 2截面的直径变异异形截面的直径变异异形 Ri R0 tS Di D0 Di tw th 周边波动 内凹变形 直径异化 A1 A3 A2 D 图图3-31 截面异形几何特征参数示意图截面异形几何特征参数示意图 2021-8-647 0 0 r R rR D 2 0 22 0 0 r0 r R rR A AA S 100 2/ )( dt0 i0 i （理论半径） （