纺织材料学第三章(07)

1、第三章 纤维的形态尺寸及表征 纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态和卷曲及转曲的表达与测量。第一节第一节 纤维的长度及其分布纤维的长度及其分布 纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距离。 （伸直长度） 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。棉、麻、毛 短纤维，长度一般为25250mm 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：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。 棉型化纤：30-40 mm 用棉纺设备纺纱 纯纺或混纺 毛型化纤：70-150 mm 用毛纺设备纺纱 纯纺

2、或混纺 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。 纤维长度指标纤维长度指标: 1、主体长度Lm：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：纤维长度的平均值 （1）根数平均长度Ln：各根纤维长度之和的平均数。 （2）重量加权平均长度B：各组长度的重量加权平均数 （3）截面加权长度 H （1）根数加权长度 lllSWN ; ; n(l); w(l); s(l) 分组直方

3、图 lllSWN ; ; 连续函数 n(l); w(l); s(l) dl l llNNNNLld1max 0 nllll （2）质量加权长度 （3）截面加权长度max0 d1 lllWWWlWBlllmax 0 d1lllSSSlSHlll 3、品质长度（右半部平均长度）Lp：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P：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Ls：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

4、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） 拜氏图的意义及长度求法 (1)最长长度（OC）；（2）交叉长度（OL）；（3）有效长度L4B4；（4）短纤维百分率：B3B/OB100%；（5）长度差异率：长度差异率=L5B5/L4B4 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

5、中段切断称重法 纤维长度 LC LS LSS 平均长度 短纤维率 超长纤维率 倍长纤维率)(20mmLWLLWWLccsssosCW(%)1000WWSs(%)100ovvWWS(%)100oDDWWS Wo-纤维总重(mg) Wv-超长纤维重(mg) WD-倍长纤维重(mg) Wc-中段纤维重(mg) Wt-切下纤维束两端重量合计(mg) Ws-梳下短纤维重量(mg) Lc-中段纤维长度(mm) Lso-短纤维界限(mm) Lss-最短纤维长度(mm) 设m为纤维的线密度（mg/mm），n总根数，nc切段纤维根数，ns短纤维根数CCSSSOSOOCWSSSOSCCSCSSSOSSSSCCCC

6、WOLWLLWWnmWLmLLWmLWnnnLLLmnLWmnLWmnLW2)(22 当LSS=0时： 当WS=0时：CCSOSOCWLWLWWL2CCOCWWLWL长度与成纱质量的关系 1. 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. 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. 纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条干的关系 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，

7、生产高档产品时，需经过精梳以去除短纤维。第二节 纤维的细度 纤维细度是指纤维粗细的程度。 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。 （1）特数 Ntex 国际标准单位 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 。 分特数Ndt（dtex）：在公定回潮

8、率下，10000米长的纤维所具有重量克数。 1tex10dtex 1 Ntex=10 Ndt ? 1000LGNktex （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。 同品种纤维，Nden，越粗.9000LGNkdendtD109NN （3）公制支数 Nm 常用于棉纤维 定义：在公定回潮率下，单位重量（g、mg）的纤维所具有的长度（m、mm）： 同品种纤维，Nm，纤维越细。kmGLN 间接细度指标的换算：换算：dtkD109L9000GNNdtkm10000LNGNtexdenmtexNNNN91000 直接细度指标（直径d）与

9、间接细度指标的换算：mdentexNdNdNd112889.1168.35 当Nt相同时,d不一定相同,和密度有关.1221dd 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 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，现表示直径在某一范围的羊毛细度。羊毛的羊毛的品质支数品质支数 纤维直径纤维直径m平均纤维平均纤维长度长度mm卷曲数卷曲数个个/25mm8018.119.5552224 7019.621.0572224 6421.122.5672022 6222

10、.624.0701620 6024.125.5771620 5825.627.0781620 5627.128.5921316 5030.131.7961316 4831.833.41001013 4633.535.11081013 4435.237.01271013 二、纤维细度不匀指标二、纤维细度不匀指标 纤维的细度不匀主要包括二层含义，一是纤维之间的粗细不匀，二是纤维本身沿长度方向上的粗细不匀。 1细度不匀的概念细度不匀的概念 同一棉包的棉纤维，因胞壁厚度、生长部位的不同而粗细不同；同一根棉纤维两端细、中段粗并截面形态变化。 同一毛包的毛纤维，不仅纤维间因在羊体上的生长部位不同而粗细不同

11、（粗细差异达2035%），而且单纤维因生长季节和营养的影响也会有明显的粗细差异（粗细差异可达310%），并且有截面形态的变化。 蚕丝本身粗细差异在总长度上较为明显，茧外层和内层的丝较细，中间主茧层的丝相比较粗，由于缫丝的合并，均匀性较好。 麻纤维的粗细差异更大，不仅单纤维的粗细差异大（粗细差异可达3040%），而且工艺纤维因分离的随机性粗细差异更大。 2细度不匀指标及分布细度不匀指标及分布 （1）不匀率指标 直径均方差和变异系数CVd （2）纤维间细度不匀的分布 可以参照纤维长度分布的原理，表达纤维的细度（直径）不匀，其典型分布曲线如下。纤维的平均直径，变异系数CVd均可求得。 n(d) 分组

12、测量 直方图 连续曲线 N(d) d O )( mNNddiii)()(maxminmNddddNddd均方差:222222)()()()(iiiiiiiiiiiindndnddNNdNNdNNdd Or: 变异系数CV：NdddNddddimaxmin)()(2dCV 三、纤维细度的测定 1、中段切断称重法： 棉纤维或化纤的细度测定 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。 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。 梳理切断称重数根数计算 NmL/G=10n

13、/G 2、气流仪法（棉，羊毛） 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。 见余序芬主编的“纺织材料实验技术”。 P74-75 L Q P0 QPR M, SS, K () Q P 3、显微镜投影法 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。 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。 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。 4 、其它方法 激光纤维直径测量法; 振动测量法; OFDA法 .(P73-76) 四、纤维细度与成纱质量、纺

14、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。第三节 纤维的卷曲 一、纤维卷曲产生的原因 1.羊毛 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： 特点是卷曲的弧不到半个圆周，沿

15、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 特点：卷曲的波形近似半圆形。细毛的卷曲属于此类。用于精梳毛纺，纺制有弹性和表面光洁的纱线和织物。 （3）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.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）： 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

16、卷曲）： 利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而成。二 . 表示纤维卷曲性能的指标 1.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：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： 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10%。

17、4.卷曲弹性率：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7080%。 （a）单纤维拉伸曲线 （b）纤维卷曲弹性测量仪测量 Kab T C O b e a d 拉伸 曲线 Kmax T0 4 L2 L1 W1 W0 W0 自然 蜷缩 状态 L0 2 1 9 3 5 6 7 8 ）（个（卷曲数cmKK/2121）（卷曲率%100101LLL剩余卷曲率或卷曲回复率=(%)100121LLL卷曲弹性率=(%)1000121LLLL（表示卷曲的恢复能力）（表示卷曲的耐久牢度）（表示卷曲波的深度）（表示卷曲的密度） 三三. 纤维卷曲的测量纤维卷曲的测量 （1）单纤维卷曲的测量及指标 （a）单纤维