纺织材料学讲解

1、 纺织材料学纺织材料学第第3版版 姚穆姚穆 主编主编 绪 论 v1.纺织材料的概念 v2.纺织材料的分类 v3.纺织产业在国民经济中的地位 1.纺织材料的概念与范畴 纺织材料：包括纺织加工用的各种纤维原料和以纺织纤维 加工成的各种产品。 服用纺织品：服用纺织品：衣服、鞋、帽、纱巾 家用纺织品：家用纺织品：被、床单、桌布、坐垫 产业用纺织品：产业用纺织品：绳索、缆绳、帐篷、炮衣 复合材料：复合材料：轮胎、飞机壳体、风力发电设备的桨叶、土工 布、防弹衣、火箭整流罩和喷火喉管、海水淡化滤材 2. 纺织材料的分类 （1）纺织纤维纺织纤维 textile fibers 概念：截面呈圆形或各种异形的、横向

2、尺寸较细、长 度比细度大许多倍的、具有一定强度和韧性的（可 挠曲的）细长物体。 按材料类别分为：有机、无机纤维 按材料来源分为：天然纤维和化学纤维 v天然纤维：自然界生长或形成的，适用于纺织用的纤维 。 v化学纤维： 是指用天然的或合成的高聚物为原料，经过化学 和机械方法加工制造出来的纤维。化学纤维又可分为再生纤再生纤 维、合成纤维、无机纤维维、合成纤维、无机纤维。 再生纤维再生纤维：以天然高分子化合物天然高分子化合物为原料，经化学处理和机 械加工而再生制成的纤维。 合成纤维合成纤维：由低分子物质经化学合成的高分子聚合物低分子物质经化学合成的高分子聚合物，再 经纺丝加工而成的纤维。 纺纺 织织

3、 纤纤 维维 化学纤维化学纤维 按加工过程：初生丝、未拉伸丝、预取向丝、拉伸 丝、全取向丝 按纤维截面形态：圆形、异形 按纤维成分：单一成分、多成分（混抽、复合纤维 （皮芯、海岛、多层等） v高性能纤维、功能纤维：高性能纤维、功能纤维：纺织纤维中具有某些特殊 应用性能（如超高强度、超高模量、耐高温、耐烧 蚀）或某些特殊功能（如防紫外线、抑菌、防臭、 防蚊虫）的纤维。 （2）纱线 及其半成品 纱线纱线概念：由纺织纤维平行伸直（或基本平行伸直） 排列利用加捻或其他方法使纤维抱合缠结形成连续 的具有一定强度、韧性和可挠曲性的细长体。 纱 、线、绳（缆） 纱的半成品：粗纱、条、卷 按原料：纯纺纱线、混

4、纺纱线、混并纱线 按纤维长度：短纤维纱线、长丝纱线、复合纱线 纱线 环锭纺纱线 转杯纺纱线 喷气纺纱线 赛络纺纱线 平行纺纱线 花式纱线 短纤维纱线 加工形成方法 长丝纱 变形加工方法 加弹长丝纱 空气变形长丝纱 网络长丝纱 复合长丝纱 （3）织物 fabrics 概念：由纺织纤维和纱线用一定方法穿插、交 编形成的厚度较薄、长及宽度很大、基本以 二维为主的物体。 机织物 针织物 编织物 非织造织物 复合织物 织物 结构及其形成方式 纺织纤维原料 棉织物 麻织物 毛织物 丝织物 化纤织物 混纺织物 交织织物 织物组织 平纹织物 斜纹织物 缎纹织物 平针织物 罗纹织物 双反面织物 双罗纹织物 经平

5、组织织物 经缎组织 3.纺织产业的发展 纺织材料-上万年历史 近200年，纺织总加工量增长了近45倍； 天然纤维由100%降到37.81%，化纤从零增加到 57.59%； 纺织工业是我国经济中的重要产业之一； 趋势：石油化工资源 可再生、可降解、可循环 的生物资源 Homework P5:1、2、3、4题 习题集： 第一章 纤维结构基础知识 第一节 纤维大分子结构 第二节 纤维的凝聚态结构 第三节 纤维结构测试分析方法 结构结构与性能性能关系： 纺织材料的种类很多，性能各异，其根本根本 原因原因在于纤维内部结构的不同，纤维的大分 子组成、结构及其聚集结构状态和纤维中各 种组成成分的含量比例、分

6、布状态构成了纤 维的内在性能，性能性能是结构的表现。 了解结构与性能关系，以便我们正确选择和使 用纤维，更好地掌握生产条件，并提通过各种途径 改变纤维结构，有效地改变性能，设计并生产具有 指定性能的纤维和纺织产品。 研究纤维结构的目的 纤维结构：纤维结构：是指组成纤维的纤维结构单元相互作用达 到平衡时在空间的几何排列。 纤维结构 大分子链结构 （大分子结构） 凝聚态结构 （超分子结构） 形态结构： 大分子的化学组成 大分子链的构型 大分子分子量及其分布 大分子链的统计构象 晶态 非晶态 取向 原纤 液晶 多相织态 晶体晶胞类型 结晶形态 纵横向几何形态、径向结构、表面结构、孔洞结构 第一节 纤

7、维大分子结构 纤维大分子结构 内容包括 主链的化学组成及连接方式 侧基和端基的结构 大分子链的形态 相对分子质量及其分布 AAAAAA 或 A(A)nA 其中： A、A端基；n聚合度。 一、主链的化学组成及连接方式 p 主链定义：由某个结构单元以化学键的方 式重复连接而成的线型长链分子。 p纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链 的原子也有多种类型。从现有的主要纤维 来看，大致有三种类型 ： p1) 1) 均链大分子（碳链大分子）：均链大分子（碳链大分子）： p纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子以共价键形 式相联结的。 p例：乙纶、丙纶、腈纶 p 可塑性比较好，容易成型加工，原料比较简单， 成本

8、便宜。 但一般均不耐热，易燃甚至易熔。 服用纤维有一定缺点。 2)2)杂链高分子：杂链高分子： 大分子主链除碳原子以外，还有其它原子如氮、氧 等，它们都以共价键相联结，即主链是由两种以上 的原子所构成的。 例：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶大分子链刚性较 大，力学性能和耐热性较好，服用性能较好。但由 于主链含有极性基团，易产生水解、醇解、酸解。 3)3)元素有机高分子元素有机高分子 大分子主链上含有硼、铝、硅、钛等元素，并在其 侧链上含有有机基团。 例：碳化硅纤维、氧化铝纤维-具有无机物的较 高强力、耐高温，具有有机物的弹性和塑性，高性 能纤维。 v单基：构成纤维大分子主链的结构单元。 AAAAAA

9、或 A(A)nA 其中：A-单基； A、A端基；n 聚合度。 u均聚物纤维：大分子链由一种结构单元组成，单基完全相同 或基本相同。 构型：构造同分异构体、立体同分异构体。 u共聚物纤维：大分子链由两种及两种以上的结构单元组成 二、侧基与端基 v侧基：分布在大分子主链两侧并通过化学键与大分 子主链连接的化学基团。侧基的性能、体积、极性 等对大分子的柔顺性和凝聚态结构具有影响，也影 响到纤维的热学性质、力学性质、耐化学性质等。 主链接枝特性侧基基团，使纤维功能化。 v端基：大分子两端的结构单元，且与主链“单基” 结构有很大差别。影响纤维的光、热稳定性。 纤维改性、研究大分子的相对分子量。 三、大分

10、子链的柔性 v定义：指其能够改变构象的性质，也就是大 分子链可以呈现出各种形态的性质。 1 主链上原子链弹性好，柔曲性； 2 侧链较少，柔曲性； 3 主链四周侧基分布对称，柔曲性； 4 侧基间（大分子间）作用力较少，柔曲性; 5 温度，内旋转加剧，大分子链柔曲性 ; v大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一，长链分子 由于热运动而变成弯曲形状使高度柔曲性，这就是高聚物产 生弹性原因。 v柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较好，结构柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较好，结构 不易堆砌的十分密集，但在外力作用下，易被拉伸，易形成不易堆

11、砌的十分密集，但在外力作用下，易被拉伸，易形成 结晶。结晶。 v单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对于高聚物而 言，其中的大分子链的内旋转除了受分子内原子或基团相互 影响外分子间作用力也有很大影响。 四、相对分子质量 n聚合度n：大分子链中单基的重复个数。 n常用纤维的聚合度n： l 棉、麻的聚合度很高 ，成千上万； l 羊毛 576； 蚕丝 400； l 粘胶： 300-600； 一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有 一定的分布高聚物大分子的多分散性。 v 纤维大分子相对质量的大小，对纤维的 拉伸、弯曲、冲击强度和模量、热学及热稳 定性能、光学性能、透通性能、耐化学药品 性能等具有较

12、大影响，对纤维的加工性能具 有很大影响。 第二节 纤维的聚集态结构（超分子结构） v一、大分子间作用力（次价键力） v 纤维大分子间的作用力与大分子链间的相对位 置，链的形状、大分子排列的密度及链的柔曲性等 有关。 v 这种作用力使纤维中的大分子形成一种较稳定的 相对位置，或较牢固的结合，使纤维具有一定的物 理机械性质。 v次价键力：范德华力、氢键、盐式键、化学 键 ； v四种结合力的能量大小：真正化学键盐式 键氢键范德华力 v四种结合力的作用距离：真正化学键盐式 键氢键范德华力 v产生原因 名称名称产生原因产生原因特点特点 范范 德德 华华 力力 定定 向向 力力 产生于极性分子间，是由它们

13、的永久偶极产生于极性分子间，是由它们的永久偶极 矩作用而产生的矩作用而产生的 作用能量作用能量35千卡千卡/克分子；克分子； 与温度有关与温度有关 诱诱 导导 力力 由相邻分子间的诱导电动势产生的，产生由相邻分子间的诱导电动势产生的，产生 于极性分子与非极性分子之间于极性分子与非极性分子之间 1.53千卡千卡/克分子；与温度克分子；与温度 有关有关 色色 散散 力力 由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的偶由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的偶 极矩而产生的。产生一切非极性分子中。极矩而产生的。产生一切非极性分子中。 0.22千卡千卡/克分子；与温度克分子；与温度 无关无关 氢键氢键 大分子侧基（或

14、部分主链上）极性基团之大分子侧基（或部分主链上）极性基团之 间的静电吸引力（如间的静电吸引力（如NH2，COOH， OH，CONH等）等） 能量能量1.310.2千卡千卡/克分子距克分子距 离离2.33.2A ；与温度有关；与温度有关 盐式键盐式键 在部分大分子侧基上，某些成对基团之间在部分大分子侧基上，某些成对基团之间 接近时，产生能级跃迁的原子转移，从而接近时，产生能级跃迁的原子转移，从而 基团间形成相互结合的化学键。基团间形成相互结合的化学键。 是化学键中作用力较弱的一是化学键中作用力较弱的一 种，能量种，能量3050千卡千卡/克分克分 子子 化学键化学键少数纤维的大分子之间存在着桥式侧

15、基。少数纤维的大分子之间存在着桥式侧基。能量能量50200千卡千卡/克分子克分子 v分子间力的大小取决于：分子间力的大小取决于： v1.单基化学组成（原子团多少、极性基团数 目、极性强弱） v2.聚合度 v3.分子间距离 二、聚集态结构二、聚集态结构 对于纤维聚集态的形式，20世纪40年代出现了“两相结构”模型，即认 为纤维中存在明显边界的晶区与非晶区，大分子可以穿越几个晶区与非晶区， 晶区的尺寸很小，为10nm数量级，分子链在晶区规则排列，在非晶区完全无 序堆砌。这种模型成为缨状微胞模型缨状微胞模型。 从晶区到非晶区是否存在逐步转化的过渡区，尚有不同解释。 Hearle教授提出的 缨状原纤结

16、构模型， 对此作了很好的解释， 并与纤维的原纤结构 形成很好的对应。 Kellel等人提出了著名 的折叠链片晶假说，并认 为，线性高分子链可达几 百到几千纳米，具很大表 面能，极易在一定条件下 自发折叠，形成片状晶体。 依照片晶理论及事实，人们认为片晶就如同缨状微 胞结构中的微胞，伸出的分子就像缨状分子，再进入 其他片晶的为“缚结分子”，是纤维产生强度的主机 制。 1 1、结晶态结构、结晶态结构 （1）结晶态结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。 结晶区结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。 晶区特点晶区特点： 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

17、强，互相接近的基团结合力饱和。 （2）结晶度结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率。 重量结晶度重量结晶度：纤维内结晶区的重量占纤维总重量的百分率。 体积结晶度体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百分率。 结晶度对纤维结构与性能的影响：结晶度对纤维结构与性能的影响： v 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。 v 结晶度 纤维吸湿性；容易染色；拉伸强度 较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性，弹性有 所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。 2、非晶态结构、非晶态结构 非晶态：纤维大分子无规律地乱排列的状态。

18、 非晶区：纤维大分子无规律地乱排列的区域。 非晶区特点：非晶区特点： v a.大分子链段排列混乱，无规律； v b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞； v c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱 和。 3、取向结构、取向结构 取向度取向度 定义：指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿 纤维轴规则排列程度。 取向度与纤维性能间的关系：取向度与纤维性能间的关系： 取向度大大分子可能承受的轴向拉力也大，拉伸 强度较大，伸长较小，模量较高，光泽较好，各向异性明 显。 结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取向度高， 取向应包括微晶体的取向。除了卷绕丝，一般说来，结晶 度高，取向度也高。 4.原纤

19、结构原纤结构 u基原纤基原纤微原纤微原纤原纤原纤巨原纤巨原纤细胞细胞纤维纤维 u并非所有纤维都具有上述每一个结构层次。并非所有纤维都具有上述每一个结构层次。 5.液晶结构液晶结构 液晶态及液晶：液晶态及液晶：部分具有刚性结构的大分子材料，在 满足一定条件（热熔或溶解）时，宏观形态处于液 态状态，但大分子排列处于晶态，这种兼具晶体和 液态部分性质的过渡状态称为液晶态，处于液晶态 的物质叫液晶。 6.织态结构织态结构 某些分子间共混方法形成“织态结构”。 第三节第三节 纤维结构测试分析方法纤维结构测试分析方法 一、显微分析技术法 采用透镜光学放大原理或探针等方式，直接观察纤维形采用透镜光学放大原理

20、或探针等方式，直接观察纤维形 态结构的方法：态结构的方法： v光学显微镜，放大倍数1000倍左右，分辨距离约0.2m。 v电子显微镜，放大倍数100万倍左右，分辨距离0.1-0.2nm。 v扫描隧道显微镜，分辨距离横向可达0.1nm，纵向可优于 0.01nm。影片介绍 v原子力显微镜，分辨距离横向可达0.2nm，纵向可优于0.1nm。 二、X射线衍射法 v根据衍射方向和衍射强度确定纤维晶胞的晶 系、晶粒的尺寸和完整性、结晶度、晶粒的 取向度。XRD 三、红外光谱分析法 v高聚物纤维大分子的原子或基团会在其平衡位置产生周期性 的振动，采用连续不同频率的红外线照射样品，当某一频率 的红外线与分子中

21、键的振动频率相同时，将会产生共振而被 吸收的现象，从而获得红外吸收光谱。 v对纤维的分子结构判定，进而鉴别纤维的品种类别，也可以 对纤维超分子结构中结晶度、取向度等进行测量。 四、核磁共振法 v利用共振现象获取分子结构、纤维内部结构 信息的技术。 v可用于测定纤维大分子的相对分子质量、高 聚物的空间结构及结构规整性、共聚物的结 构以及高分子的运动研究等方面。 第二章 纺织纤维的形态及基本性质 v纤维的细度、细度不匀、长度、长度分布、卷曲、 转曲、拉伸强度指标的定义 v异形截面纤维的特征与指标 v纤维细度、长度指标与可纺性及纺织产品性能的关 系 v纤维的回潮率、公定回潮率以及吸湿机理，吸湿性 对

22、性能的影响 纤 维 形 态 结 构 纤维内部形态结构：分子、原子-微观尺寸 纤维表面形态结构：长短、粗细、截面形态、 卷曲、转曲 纤维形态结构纤维形态结构不仅与纤维的物理性能、纺织工 艺性能有着密切关系，而且对纺织品的使用性能有 直接影响。 第一节 纤维的细度 一、纤维细度的指标两种表示方法： 直接法： 用直径、投影宽度（非圆形截面的纤维）、截面积（测量 困难）、周长、比表面积（计算值）等指标表示。 间接法： 用纤维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 等。 2、间接法： 用长度重量关系衡量 （1 1）特数）特数 textex 国际标准单位

23、定义：在公定回潮率下，1000米长的纤维所具有重量的克数。 Gk 纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（mg或g）； L 纤维长度（mm或m） 同品种纤维，Ntex，纤维越粗 。 分特dtex：在公定回潮率下，10000米长的纤维所具有重量克数。 1tex10dtex 1000 L G N k tex （2）旦数（旦尼尔数）Nden 绢丝，化纤常用 指标 定义：在公定回潮率下，9000米长的纤维所具 有重量的克数。 v同品种纤维，Nden，越粗. 9000 k den G N L （3 3）公制支数）公制支数 NmNm 常用于棉纤维 定义：在公定回潮率下，单位重量（g、mg）的纤维所具有的长

24、度 （m、mm）： v同品种纤维，Nm，纤维越细。 v间接细度指标的换算式换算式如下： v直接细度指标（直径d）与间接细度指标的换算： v式中：d纤维直径（mm）； 纤维密度（g/cm3） m den tex Nd N d N d 129. 1 0113. 0 03568. 0 texden mtex NN NN 9 1000 k m G L N v马克隆值M （用于棉） 本身无量纲，相当于单位长度（英寸）的重量 （微克）； 反映细度、成熟度的综合指标。 MNm25400；Nt0.0394M；Nd0.354M v 品质支数 （用于毛） 沿用下来的指标，曾表示该羊毛的可纺支数， 现表示直径在某一

25、范围的羊毛细度。 二、纤维细度的测定二、纤维细度的测定 1、中段切断称重法： v 棉纤维或化纤的细度测定 v 该法只能测算纤维的间接平均细度指标，无法得到细度的离散性指标。 v 将纤维排成一端不齐，平行伸直的棉束，然后用纤维切断器在纤维中段切 取一定长度（棉10mm）的纤维束，在扭力天平上称重G，然后计数中段纤维的根 数n，计算Nm。 v 梳理切断称重数根数计算 v NmL/G=10n/G 2、气流仪法（棉，羊毛） v 原理： 在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，容器两端有网眼板，可以 通过空气，当两端有一定压力差的空气流过时，则空气流量与纤维的比表面积 平方成反比例关系。 v 见余序芬主编

26、的“纺织材料实验技术”。 v3、显微镜投影法 v 常用于羊毛细度和截面为圆形纤维的纵向投影直径的测量。 v 投影放大倍数一般为500倍，用放大500倍的锲形卡尺测量纤维直径。 v 通常用分组计数法，计算出纤维的平均直径和直径变异系数。 三、纤维细度对纤维、纱线及织物的影响 （一）对纤维的影响 纤维越细，比表面积越大，纤维的染色性有所 提高； 纤维间的细度不匀影响纤维力学性质。 （二）纤维细度与成纱质量、纺纱工艺的关系（二）纤维细度与成纱质量、纺纱工艺的关系 1.与成纱强度的关系 在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱强度越高； 2.与成纱条干的关系 在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱条干越

27、均匀； 在保证一定成纱质量的前提下，细而均匀的纤维可纺较细 的纱； 3.与纺纱工艺的关系 纤维越细，加工过程中容易扭结、折断而产生棉结、短 纤维。 （三）对织物的影响（三）对织物的影响 纤维较细，织物柔软、舒适； 较粗纤维，织物硬挺； 细度适当时，织物耐磨性较好。 第三节 纤维的长度 纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距离 。 （伸直长度） v天然纤维：长度天然纤维：长度随动物、植物的种类、品系与生长 条件等而不同;品种不同，差异很大；同品种的天然 纤维，长度离散也很大。 v棉、麻、毛 短纤维，长度一般为25250mm 化学纤维：化学纤维：人工制造的，根据需要而定，有 长丝和短纤维。 短纤维

28、：有等长化纤或不等长化纤之分。而 等长纤维又有棉型、毛型、中长型之分。 v棉型化纤：30-40 mm 用棉纺设备纺纱 ；纯纺或混纺 v毛型化纤：70-150 mm 用毛纺设备纺纱；纯纺或混纺 v中长纤维：51-65 mm 用棉纺或化纤专纺设备纺纱；仿 毛织物 特点：化学纤维的长度离散性小，但其中的超长纤维和 倍长纤维对纺纱工艺危害较大。 纤维长度指标 1、主体长度：纤维中含量最多的纤维长度。 （1）根数主体长度：纤维中根数最多的一部分纤维 的长度 （2）重量主体长度：纤维中重量最重的一部分纤维 的长度 棉的手扯长度主体长度。 2、平均长度：是纤维长度的平均值 （1）根数平均长度L：各根纤维长度

29、之和的平均数。 （2）重量加权平均长度Lg：各组长度的重量加权平 均数 3、品质长度（右半部平均长度）：比主体长度长的那 部分纤维的平均长度（是棉纺工艺中决定罗拉隔距 的重要参数） 4、短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率 （表示长度整齐度的指标）。 界限：细绒棉 16mm、长绒棉 20mm ；毛30mm ；苎 麻 40mm 纤维长度的测定 常用的纤维长度测试方法有： 1. 罗拉式长度分析仪法（适用于棉纤维的长度测定） 2. 梳片式长度分析仪法（适用于羊毛纤维、苎麻、 绢丝或不等长化纤的长度测定） 3. 中段切断称重法（适用于等长化纤的长度测定） 4. 排图法（适用于棉或不等长化纤、羊

30、毛、苎麻、 绢丝等长度分布的测定） 5. ALMETER电容测量法（适用于毛条、棉、麻纤 维条子的长度测定） 长度与成纱质量、纺纱工艺的关系 1. 1. 纤维长度与成纱强度的关系纤维长度与成纱强度的关系 在其它条件相同下，纤维越长，成纱强度越大，在保 证成纱具有一定强度的前提下，纤维长度越长，纺出纱的 极限细度越细（棉纤维） 2. 2. 纤维长度与成纱毛羽的关系纤维长度与成纱毛羽的关系 成纱的毛羽是由伸出成纱表面的纤维端头、纤维圈等形成。 在其它条件相同情况下，较长的纤维成纱表面比较光滑，毛 羽较少。 3. 3. 纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条干的关系纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条

31、干的关系 当纤维长度整齐度差时，短绒率大时，成纱条干变差， 强度下降，生产高档产品时，需经过精梳以去除短纤。 第四节 纤维的卷曲与转曲 一、纤维卷曲产生的原因一、纤维卷曲产生的原因 1.羊毛羊毛 自然卷曲自然卷曲。是由于内部结构中的正、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。 卷曲形态差异较大，无规律性明显。 根据羊毛纤维卷曲的深浅（即波高），以及长短（即波宽） 不同，卷曲形状可以分为三类， （1）弱卷曲弱卷曲：特点是卷曲的弧不到半个圆周，沿纤维的长度方 向比较平直，卷曲数较少。半细毛的卷曲属此类。 （2）常卷曲常卷曲：特点：卷曲的波形近似半圆形。细毛的卷曲属于 此类。用于精

32、梳毛纺，纺制有弹性和表面光洁的纱线和织物。 （3）强卷曲强卷曲：特点：卷曲的波幅较高，卷曲数较多。细毛羊腹 毛属此类。用于粗梳毛纺，纺制表面和毛茸丰满、手感好、富 有弹性的呢绒。 2.2.化学纤维化学纤维 化学短纤维为了改善其可纺性和织物性能，一般都要 人为赋予卷曲，化学长丝（大部分）也不例外。赋予化纤 卷曲的方法有机械卷曲法、复合纺丝法、三维卷曲纺丝法 以及各种变形加工方法等。 （1）复合纺丝法（是永久卷曲）：复合纺丝法（是永久卷曲）： 利用纤维的内部结构的不对称而在热空气、热水等 处理后产生的。 （2）机械卷曲法（是暂时卷曲）：机械卷曲法（是暂时卷曲）： 利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而

33、成。 表示纤维卷曲性能的指标 1.卷曲数：卷曲数：指每厘米长纤维内的卷曲个数。是反映卷曲多少的指标。 一般化学短纤维的卷曲数的卷曲数为1214个/25cm， 羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。 2.卷曲率：卷曲率：指纤维单位伸直长度内，卷曲伸直长度所占的百分率。或表 示卷曲后纤维的缩短程度。 卷曲率的大小与卷曲数及卷曲波幅形态有关。 一般短化纤的卷曲率在1015%为宜。 3.卷曲回复率：卷曲回复率： 指纤维经加载卸载后卷曲的残留长度对卷曲伸直长度的 百分率。 反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示回缩后剩余的波纹越深，即 波纹不易消失，卷曲耐久。 一般短化纤的该值约为7080%。 4.卷曲弹性

34、率：卷曲弹性率：指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对伸直长度的百 分率。 反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示卷曲容易恢复，卷曲弹性越 好，卷曲耐久牢度越好。 一般短化纤的该值约为10%。 K1，K2单位长度内纤维左、右侧分别数得的卷曲数 L0纤维加轻负荷后的长度（mm） L1纤维加重负荷后的长度（mm） L2纤维除去重负荷一定时间后再加 轻负荷的长度（mm） 第五节第五节 纤维的吸湿性纤维的吸湿性 一、纤维的吸湿指标一、纤维的吸湿指标 1回潮率与含水率回潮率与含水率 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。 式中

35、： 纺织材料湿重； 纺织材料干重。 100(%) 100(%) 0 0 0 a a a G GG M G GG W a G 0 G 2 2标准回潮率标准回潮率 纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时测得 的平衡回潮率。 国际标准中规定的标准大气条件为国际标准中规定的标准大气条件为： 温度（T）为20（热带为27）， 相对湿度（RH）为65%， 大气压力为86106kPa，视各国地理环境而定。 我国规定的标准大气条件为我国规定的标准大气条件为：大气压力为1个标准大气压， 即101.3kPa（760mmHg柱），并规定了温、湿度的波动 范围： 一级标准：T 202，RH 652%； 二级标准：

36、T 202，RH 653%； 三级标准：T 202，RH 655%； 纺织材料在实验测试前需进行调湿处理，通常在标准大气 条件下调湿24h以上即可，合成纤维调湿4h以上即可。 3.公定回潮率公定回潮率(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。 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.标准重量标准重量 Gk 是纺织材料在公定回潮率时的重量。 iiP WW （） 混 %1 %1 %)1 ( 0 a k akk W W GWGG 常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率常用纤维的

37、标准状态下的回潮率和公定回潮率 纤维种类纤维种类标准回潮率（标准回潮率（%）公定回潮率（公定回潮率（%） 原棉原棉78111 苎麻（脱胶）苎麻（脱胶）7812 亚麻亚麻81112 黄麻黄麻1216（生麻），（生麻），913（熟麻）（熟麻）14 细羊毛细羊毛1517- 洗净毛洗净毛-15 山羊毛山羊毛-15 干毛条干毛条-18.25 油毛条油毛条-19 桑蚕丝桑蚕丝8911.0 粘胶纤维粘胶纤维131513 醋酯纤维醋酯纤维477 涤纶涤纶0.40.50.4 锦纶锦纶63.50.54.5 锦纶锦纶66424.54.5 腈纶腈纶1.22.02.0 维纶维纶4.55.05 丙纶丙纶00 氯纶氯纶-0

38、 氨纶氨纶-1 常用纱线的公定回潮率 纱线种类纱线种类公定回潮率（公定回潮率（%） 纱线种类纱线种类公定回潮率公定回潮率 （%） 棉纱棉纱8.5（英制（英制9.89）粘胶纱及长丝粘胶纱及长丝13 苎麻纱苎麻纱10粘胶针织绒线（内销）粘胶针织绒线（内销）8 亚麻纱亚麻纱12粘胶针织绒线（外销）粘胶针织绒线（外销）13 经梳毛纱经梳毛纱16涤纶纱及长丝涤纶纱及长丝0.4 粗梳毛纱粗梳毛纱15锦纶纱及长丝锦纶纱及长丝4.5 羊毛绒线（国内）羊毛绒线（国内） 10腈纶纱腈纶纱2 羊毛绒线（外销）羊毛绒线（外销） 15维纶纱维纶纱5 羊毛针织绒线羊毛针织绒线15涤棉纱（涤棉纱（65/35）3.2（英制（

39、英制3.7） 绢纺蚕丝绢纺蚕丝11 二二. .纤维的吸湿机理纤维的吸湿机理 1.1.吸着水分的种类吸着水分的种类 根据水分子在纤维中存在的方式不同，可分为三种： （1 1）吸收水）吸收水 由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。 吸收水是纤维吸湿的主要原因。 v直接吸收水：直接吸收水：由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分 子。它们之间的结合力较强，主要是氢键力，同时放出 的热量也较多。 v间接吸收水：间接吸收水：其他被吸着的水分子。a.由于水分子的极 性再吸着的水分子 b.纤维中其他物质的亲水基团所吸 引的水分子。它们之间的结合力较弱，主要是范德华力， 同时放出的热量也较少。 2 2）毛细水）

40、毛细水 纤维有许多细孔，由于毛细管的作用而吸收的水分。 微毛细水：存在于纤维内部微小间隙之中的水分子； 大毛细水：存在于纤维内部较大间隙之中的水分子（当 湿度较高时）。 3 3）粘着水（表面吸附）粘着水（表面吸附） 纤维因表面能而吸附的水分子。 区别：吸收水属于化学吸着，是一种化学键力，因此必然有 放热反应； 毛细水和粘着水属于物理吸着，是范德华力， 没有明显的热反应， 吸附也比较快。 2 2吸湿过程吸湿过程 一般认为纤维吸湿时，水分子先吸附至纤维表面，然后 水蒸气向纤维内部扩散，与纤维内大分子上的亲水性基团 结合，随后水分子进入纤维的缝隙孔洞，形成毛细水。 大气条件与纤维吸湿大气条件与纤维吸

41、湿 一、吸湿平衡与平衡回潮率一、吸湿平衡与平衡回潮率 纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化。 吸湿平衡吸湿平衡：纤维在单位时间内吸收的水分和放出 水分在数量上接近相等，这种现象称之吸湿平衡。 吸湿平衡是动态平衡 平衡回潮率平衡回潮率：将具有一定回潮率的纤维，放到一 个新的大气条件下，它将立刻放湿或吸湿，经过一定 时间后，它的回潮率逐渐趋向于一个稳定的值，称为 平衡回潮率。 特点： 1.都是对数曲线 ； 2. 起始段快，以 后减慢直至平衡 ； 3.吸湿平衡所需要 的时间70% 时，曲线斜率又明显地增 大。 原因：因水分进入纤维内部较 大的间隙，纤维产生膨化，毛细水 大量增加，表面吸附的能力，也

42、大 大增强，这就进一步增加了回潮率 的上升速度。 3. 纤维种类不同，曲线的高低不同 吸湿能力强的在上方，如羊毛、粘胶； 吸湿能力差的在下方，如腈纶、涤 纶等。 三、吸湿滞后性（或吸湿保守现象）三、吸湿滞后性（或吸湿保守现象） 1.定义定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达 到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者 大于后者，这种现象称之。 2.产生原因产生原因： 一 般认为吸湿时由于水分子进人纤维的无定形区，使大分子 间距离增加，少数连接点被迫拆开，而与水分子形成氢键 结合。放湿时，水分子离开纤维，连接点有重新结 合的 趋势，但由于大分子上已有较多的极性基团与水分子相吸

43、 引，阻止水分子离去，而且大分子间的距离不能及时完全 回复到原来情况，因而保留了一部分水分子。 因此同一 纤维在同样的温湿度的条件下，从放温达到平衡比从吸湿 达到平衡具有较高的回潮率。 同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合，而形成 吸湿滞后圈吸湿滞后圈。 吸湿滞后值（即差值）与纤维的吸湿能力和相对湿度有 关。在同一相对湿度条件下，吸湿性大的纤维，差值比较 大。如羊毛 2.0%， 粘纤 1.8%2.0%，蚕丝 1.2%， 棉 0.9%， 锦纶 0.25% ，涤纶等吸湿等温线和放温等温 线则基本重合。 3.应用 （1）调湿和预调湿： 调湿：纺织材料具有一定的吸湿性，故实验前，需要将试样 统一

44、在标准状态下放置一定时间，使达到平衡回潮率。 预调湿：为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差，需预 先将材料在较低的温度下烘燥（一般为4050C下去湿 0.5l h），使纤维的回潮率远低于测试所要求的回潮率。 然后再在标准状态下，使达到平衡回潮率。 （2）车间温湿度调节 如：纤维处于放湿时，车间空气的RH%规定值。 四、吸湿等湿线 1.定义：纤维在一定 的大气压力下，相 对湿度一定时，平 衡回潮率随温度而 变化的曲线。 （RH%一定，W-T的 关系曲线） 规律：温度愈高，平 衡回潮率愈低。但 在高温高湿的条件 下，由于纤维的热 膨胀等原因，平衡 回潮率略有增加。 3.原因： T增加时，纤维中的水分

45、子的热运动能和纤维 分子的热振动能增大，使纤维内水蒸汽的蒸发压 升高，它比空气中已成为气体的蒸汽部分压力的 上升快得多，因此使水分子保留在纤维分子上的 能力减少。 此外，存在于纤维内部空隙中的液态水蒸发蒸 汽压力也随着温度的上升而升高。 影响纤维吸湿的因素影响纤维吸湿的因素 v一 内在因素 1亲水基团的作用 2纤维的结晶度及内部空隙 3纤维的比表面积 4纤维内的伴生物和杂质 v二 外界因素 纤维大分子中，亲水基团的多少和极性强弱均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。 如：羟基（-OH）、 酰胺基（-NHCO-)、羧基（-COOH）、氨基(-NH2)等。 与水分子的

46、亲和力很大，能与水分子形成化学结合水（吸收水）。 纤维素纤维：纤维素纤维： 如棉、粘纤、铜氨等纤维，大分子中的每一葡萄糖剩基含有3个-OH，在水分子 和-OH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（- COCH3）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：蛋白质纤维： 主链上含有亲水性的酰胺基、氨基（一NH2）、羧基（一COOH）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：合成纤维： 含有亲水基团不多，故吸湿性都较差。 维纶大分子中含有羟基（一OH），经缩醛化后一部分羟基被封闭，

47、吸湿性减小， 但在合纤中其吸湿能力最好。 锦纶6、锦纶66 大分子中，每6个碳原子上含有一个酰胺基（-CONH-），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（-CN），故吸湿能力小。 涤纶、丙纶中因缺少亲水性基团，故吸湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。 此外，大分子聚合度低的纤维，如果大分子端基是亲水性基团，其吸湿能力也 较强。 纤维的结晶度和内部空隙纤维吸收的水分一般不能进入结晶区， 在结晶区内，分子有规则地紧密排列，活性基在分子间形成了交键， 如氢键、盐式键、双硫键等，所以水分子就不易渗入，若要产生吸湿 作用就须打开这些交键，使活性基游离，显然这是困难的。因而纤

48、维 的吸湿作用主要是发生在无定形区。 纤维的结晶度越低，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个一OH， 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。 v纤维的比表面积越大，表面能也就越大

49、，表 面吸附能力越强，吸附的水分子数也越多， 吸湿性越好。 v细纤维的比表面积大，较细纤维的回潮率偏 大些。 va.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，其吸湿能力越好； v b.羊毛表面的油脂是拒水性物质，它的存在使吸 湿能力减弱； v c.麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶有利于吸湿； v d.化学纤维表面的油剂，其性质会引起吸湿能力 的变化，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。 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

50、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，纤维的吸湿也就较多。 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. 纤维原来回潮率大小的影响 由吸湿滞后性我们可知，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。 吸湿对纤维性质的影响吸湿对纤维性质的影响 一、对重量的影响 其中：G0干重；Ga称见重量。 二、对长度和横截面

51、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,即 SdSl。 纤维的膨胀率：Sd=D/D；Sl=L/L； Sa=A/A； Sv=V /V 式中：D、L、A、V纤维原来的直径、长度、截面积和体积； D、L、A、V 纤维膨胀后，其直径、长度、 截面 积和体积的增加值。 v同一纤维，可根据吸湿膨胀后各向异性的大小，来判断大分子的 取向度。 1 %1 %)1 ( 0 k akk W GWGG % a w 各种纤维在水中的膨胀性能表 纤维纤维 种种 类类 Sd (%)Sl ( %) Sa ( %) Sv ( %) 棉棉20 30 -4 0 4 2 4 2 4 4 蚕丝蚕丝

52、16. 3 18. 7 1. 3 1. 6 1 9 3 0 3 2 羊毛羊毛15 17 -2 5 2 6 3 6 4 1 三、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。 四、对机械性质的影响 纤维吸湿后，其力学性质如强力、伸长、弹性、刚度等随之变化。 1.对强力的影响： （1）一般规律是W增加，其强力会下降； 这是因为水分子进入纤维内部无定形区，减弱了大分子间的结合力， 使分子间容易在外力作用下发生滑移之故。强力下降的程度，视纤维内 部结构和吸湿多少而定。 粘胶纤维由于大分子聚合度较低，结

53、晶度也较低，纤维断裂主要表现 为大分子的滑脱，同时水分子进入后对大分子结合力的减弱也很显著， 因此吸湿后强力下降非常显著。 （2）吸湿能力差的纤维，W增加，强力变化不太显著合成纤维由于较弱， 所以吸湿后强力的降低。 （3）棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加； 这是由于棉和麻纤维大分子聚合度很高，结晶度也很高，纤维断裂 主要表现为大分子本身的断裂，而水分子进入后对大分子间结合力的减 弱不显著，并主要表现为水分 子进入后可将一些大分子链上的缠结被拆 开，分子链的舒展和受力分子链的增加，平均地负担纤维上所受的外力， 因此使纤维强力增加。 2.对纤维伸长率的影响： W增加，伸长率有所增加。 这是因为水分子

54、进入纤维内部后，减弱了大分子间的结合力，使它在 受外力作用时容易伸直和产生相对滑移的缘故。 3.对纤维的脆性、硬性有所减小，塑性变形增加，摩擦系数有所增加。 常见纤维在润湿状态下强伸度变化表 纤维纤维 种种 类类 湿干断裂强湿干断裂强 度比度比 （%） 湿干断裂伸湿干断裂伸 长比长比 （%） 棉棉110130106110 麻麻110130122 毛毛7694110140 桑蚕桑蚕 丝丝 80145 柞蚕柞蚕 丝丝 110172 粘胶粘胶4060125135 涤纶涤纶100100 锦纶锦纶8090105110 腈纶腈纶9095125 五、对热学性质的影响五、对热学性质的影响 纤维吸湿放热 1.原

55、因：由于空气中的水分子被纤维大分子上的极性基团所吸引而与之结合， 分子的动能降低而转换为热能被释放出来的缘故。 2.指标： 吸湿微分热：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） 各种干燥纤维的吸湿微分热大致接近，约为837.41256J。 吸湿积分热：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， 所放出的总热量称为，单位为J/g（干纤维）。 吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。 3.应用 （1）吸湿放热与保暖性 （2）吸湿放热与纺织材料储存 （3）吸湿放热与热工计算 各种纤维的吸湿积分热 纤维纤维 种种 类类 吸湿积分热吸湿积分热 （J/

56、g干纤干纤 维）维） 纤维纤维 种种 类类 吸湿积分热吸湿积分热 （J/g干纤干纤 维）维） 棉棉46.1醋酯醋酯 纤纤 维维 34.3 苎麻苎麻46.5涤纶涤纶3.4 羊毛羊毛112.6锦纶锦纶30.6 蚕丝蚕丝69.1腈纶腈纶7.1 粘胶粘胶 纤纤 维维 105.5维纶维纶35.2 六、对电学性质的影响六、对电学性质的影响 高聚物的特殊分子结构，赋予纤维具有高的电绝缘性能。 纤维吸湿绝缘性能下降，介电系数上升，介电损耗因 素增大。 使纤维的比电阻下降，减缓静电现象。 应用：电阻式和电容式电气测湿仪。 七、对光学性质的影响七、对光学性质的影响 当纤维的回潮率升高时，纤维的光折射率下降。是由

57、于水分子进人纤维后，引起分子结构作某些改变造成的。 吸湿性的测试方法吸湿性的测试方法 一、直接测定法 称得湿重Ga，去除水分后得干重G0，根据定义求得W。 具体的测试方法有： 烘箱法 (1)原理 烘箱是利用电热丝加热，当箱内温度升至规定值时，把试样放入烘箱 内，使纺织材料内的水分蒸发于热空气中，并利用换气装置将湿空气排 出箱外。由于纺织材料内水分不断蒸发和散失，质量不断减少，当质量 烘至恒量时，即为纺织材料干重（烘燥过程中的全部质量损失都作为水 分），最后算出回潮率指标。 国家标准规定供给烘箱的大气应为标准大气，如为非标准大气，则测 得的烘干质量应修正到标准大气条件下的干重。 （2）影响烘干效

58、果的因素： a.温度和时间 温度：棉105C；丝110C；其它纤维105110C。 （有温 控装置） 时间：烘燥90分钟左右,第一次称重，10min后第二次称重，两次重量 之差与后一次重量之比0.05%，后一次重量为干燥重量。 b.称重方法 称重方法：箱内热称、箱外热称和箱外冷称三种。 c.大气温湿度条件 箱内的相对湿度不可能达到0，当烘箱置于非标准 大气条件下测试时，其干重需根据当时环境的温度和相对 湿度进行修正。再用修正后的干重计算其回潮率。 优点：检验历史长，测得的结果比较稳定； 缺点：耗电量大，时间长，并易损坏试样； 纤维内的一些油脂或其他物质的挥发，影响测定结果 的真实性； 干重不是

59、绝对的干重。 2.2.红外线辐射法红外线辐射法 利用红外线灯泡发出来的红外线照射试样，能量高， 穿透力强，使材料内部在短时间内达到很高的温度，将水 分去除。 一般情况下只要520min即可烘干。 优点：烘干迅速、耗电量省、设备简单； 缺点：试验结果不稳定 （温度无法控制，能量分布也不均匀，局部过热而使材料 烘焦变质） 3高频加热干燥法高频加热干燥法 利用高频电磁波在物质内部产生热量以去除水。 高频介质加热法或电容加热法（频率范围为1100MHZ）； 微波加热法（频率范围是8003000MHZ）。 优点：从材料内部产生高热，一次烘燥量也比较大，迅速而 均匀；加热设备直接作用于被烘燥的物体上，热损

60、失小； 缺点：设备费用高，投资多、耗电量大，运转和维修费用较 高， 水汽蒸发过快，常引起纤维曝裂； 微波对人体有害，必须很好加以屏蔽。 4.4.吸湿剂干燥法吸湿剂干燥法 将纺织材料和强烈的吸湿剂放在同一个密闭的容器内，利用吸湿剂吸收 空气中的水分，使容器内空气的相对湿度达到0%。 吸湿剂：干燥的五氧化二磷粉末（效果最好）； 干燥氯化钙颗粒状（最常用）。 优点：比较准确 缺点：适用于小量试样，否则吸不干，成本高，费时长（一般在室温下达到真正 吸干约需46周的时间）。 5.5.真空干燥法真空干燥法 将试样放在密闭的容器中抽取真空，在一定的真空度下，再对容器用电阻丝 加热，加热的温度可以自动控制。一