纺织物理历年真题总结

纺织物理历年真题总结

1.采用纤维结构理论中的经典假说缨状微胞理论、或缨状原纤理论、或缨状折叠链片晶

理论，讨论纤维力学性质各向异性与此类结构模型的关系，并解释纤维径向各项同性的原

因。

樱状微胞理论假设份子通过若干微胞，而在微胞之间为非结晶区，，故称之为无定形

区，通过这些连续的分子网络将微胞结合在一起，长分子间的规整排列构成结晶微胞，而

伸出的无规则排列的分子成为樱状须从，故称之为樱状微胞理论。

樱状原纤与樱状微胞从本质上讲，主要是一个尺寸的区别。原纤理论中，结晶区认为是

连续的樱状原纤，由许多长链分子组成，这些分子沿着本身的长度方向，在原纤的不同位

置上分裂出来，有的进入无定形区，有的重新进入其他的原纤组织中。该理论模型认为，

原纤并不是一个单独的组织，而是由许多长链分子构成的连续化结晶和非结晶区的结合。

折叠链片晶理论能更好的解释化学纤维的微胞结构。经喷丝孔喷出和导向牵伸后，分子的

某些链段，只要位置、距离合适，就极易形成规整有序的排列，组成细小的结晶体。这种

晶体称片状，分子链段垂直于片状表面，并在片状体两层间来回折叠成晶，我们称之为折

叠链片晶。

由折叠链片晶结构与樱状微胞结构相比较，产生了樱状折叠链片晶理论。

分子链取向使纤维力学性质产生各向异性，其原因主要是分子链取向的结果，使化学主

价键力和氢键、范德华力的分布不均匀，在纤维轴上以主价键力为主，而垂直方向上以次

价健力为主。克服次价键力比克服主价健力容易的多。其次是，在取向过程中能清除存在

于未取向试样中的一些缺陷或某些应力集中部分的分子链，同时顺力场方向取向。这样，

应力集中效应在纤维轴平行方向上减弱，而在垂直方向上加强。因此，随纤维分子链取向

度增加，纤维轴向断裂强度、模？增加，而断裂伸长降低。

纤维吸湿膨胀具有显著的各向异性。这是由于纤维中长链分子的取向，水分子进入无定

形区，打开长链分子间的链接点，使长链分子间距离增加，纤维横向容易变粗。只要纤维

长度方向，是由于大分子不完全取向，并存在卷曲构象，水分子进入大分子之间导致构象

改变，使纤维长度方向有一定程度的增加，但其膨胀率特远小于横向膨胀率、。

以樱状微胞理论为例，拉伸使樱状微胞及须从沿力的方向定向排列，无定形区的无规则

长链及结晶微胞，沿纤维轴取向排列。它使纤维在力学及吸湿性能方面在纵横向产生差

异，即各向异性。但大分子的取向排列使纤维成为径向各向同性的各向异体。

2试述纤维导电机制及其基本特征和导电机制的判析方法，并讨论影响纤维及其集合体

导电性的因素。

答：一、纤维导电的基木机制及其基木特征

纤维导电的主要机制是离子导电。

对于纤维高分子材料来说，其在理论上应是近绝缘体。但是由于纤维不是纯高分子物

质，存在水分、杂质等其他低分子物质，并且纤维的大分子上总是存在一些不稳定的极性

基团和原子，而且并非所有的电子都牢靠地束缚在分子和原子上，因此总存在一定的载流

子（电子和离子），这导致了纤维的导电性比理论值高，具有一定的导电性，电导率在

10-9-10-15之间。纤维的导电主要取决于纤维中的附属物，其次与纤维分子本身的导电

性以及外界条件1的作用有关。

二、导电机制的辨析方法

电子导电的特点是：1.分子的密集排列形成电子的直接通道导电性增加2.光照条件下电

子导电会产生霍尔效应3.电子导电在两极间不产生电解物。4.外界压力增大，导电性增加

5.温度升高，导电性开始变化不大随后降低。6.极化时间极短。

离子导电的特点是：L分子间自由体积越大导电性越好2.两电极端有明显的电解沉淀物

3.物质密度小，环境温度高，外界压力低，导电性好4.温度的升高可使纤维导电明显提

高。5.极化速度较慢，与时间有关.

从以上论述可以基本辨别导电机制。

三、影响纤维及其集合体导电性的因素

1.从电导率公式电离离子数看：

N=2n=2n0/（l+eE0/2kte）

NO:材料固有的极性或可被电离的粒子数，该值显然取决于纤维中的含水、含杂量。T

为环境温度，越大电导率上升。e为介电数，越大导电越好。E0为真空状态的电离能，

即粒子的最小溢出能，越小，电导性越好。

2.从离子迁移速率看

2离子的自振频率V、电荷量q、•次迁移距离的平方a越大，迁移速率越大

1.从通常因素看：

相对分子质量越大，导电性下降；洁净度、取向度增加，自由体积减少，导电性减小；

杂质与空隙的增多可以提高导电性；温度与湿度增加，导电性增强；

纱线部分

3.纱条不匀及疵点有哪些测量方法，说明其原理及测试结果特点。（另一-种问法：纱

条不匀及疵点有哪些测量方法，说明其原理及测试结果特点，并比较对不免不匀估计的差

异）

纱线不匀的测试方法有以下几种:

1、测长称重法一求重量不匀率（长片段细度不匀）

选取具有一定长度的纱线若干缕，绞或片段，分别称重，然后按规定计算平均差系数或

变异系数。测长称重法可以测量各种片段长度的重量不匀率。在采用特克斯制时叫重量不

匀率，采用支数制时叫支数不匀率，采用纤度时叫纤度不匀率。-些测量纱条不匀率的仪

器的测试结果，常常以这种方法测定的结果为标准进行校正。

2、目光检测法一黑板条干均匀度（短片段纱线直径不匀）

先将纱线或生丝均匀地绕在黑板上，在一定的照度和距离下，和标准样品进行对比评

定，这种方法检验的实际上纱线的表观直径或投影，比较简便迅速，但评定结果的正确

性，与检验人员的目光有关，所以需要定期校对和统一检验人员的目光。

3、电子条干均匀度仪（可以测试纱线不匀和疵点）

1）测试原理：利用电容量的变化对纱条粗细进行测试。

2

2）构成：由监测仪、控制仪、波谱仪和纱疵仪组成。具有画出不匀率曲线，显示平均

差系数和变异系数，作出波谱图和记录粗细节、棉结、疵点等功能。

4.乌斯特条干仪ME100

USTER®条干仪ME100可检测质量均匀度和常发性疵点，同时还可选配毛羽模块测量毛羽

值-可确定关键的数据例如质量变异系数CV或粗节、细节和棉结。这些测试值都可以非常

易读的形式如不匀率曲线图或表格的形式表示出来，因此使用者可以很容易看出原料或生

产工艺中需要注意的地方。

疵点主要包括粗细节、棉结。

4.试述纱线中纤维转移的主要理论解释、影响因素、表征方法和纤维转移的作用，并讨

论环锭纱和转杯纱在此方面的同异性。

答：目前关于纱线中纤维转移的主要理论解释有：

（-）纤维张力变化机理

该理论认为在纺纱过程中由于外层纤维的螺旋线轨迹长，纤维内应力大，而内层纤维相

对螺旋轨迹较短，内应力小，甚至为负值，这样内外层纤维就会交换位置来达到结构的平

衡。转移的条件为加捻张力Ty《=6r（l-cosa）,r为纤维单位伸长率时形成的张力。中

间纤维发生转移前，必须是张力首先为零，而且纤维必须有一定程度的起拱，纤维才有可

能发生转移，这就是张力导致转移的机理。

（二）纤维转移的几何机理

该理论认为扁平带状纤维束的圈捻是纤维转移的几何机制，扁平带状纤维束先形成空心

卷筒，随之纤维束按最稳定排列而崩塌形成实心状圆柱体纤维，纤维束的一边转移至纱

内部。

（三）实际纤维束加捻中的转移机理

实际这两种转移机理并不互相排斥，在低张力时由于张力机理的作用，转移频率

很高，这时张力机理起主导作用；在高张力时，转移频率将降低，但并没有消失，这时

几何机理起主导作用，因为儿何机理取决于是否发生圈捻，转移频率与张力无关。

环锭纺纱时，纺纱张力远远低于停止发生转移的临界张力，且须条为扁平带状，故在扁

平须条成纱三角区中，张力和几何机理共存。一方面由于纺纱张力的作用使外层纤维或罗

拉夹持的纤维束两侧的纤维不断地向中间松弛纤维挤压而形成转移。另一方面由于几何机

理的作用，使具有初捻的扁平纤维束形成圈捻而造成纤维的转移，这种转移的频率较低。

即几何转移的周期较长且不受张力影响。

在转杯纺中，纤维须条截面为三角形，在气流和离心作用下，须条堆砌紧密，又无初始

捻度，故几何机理作用极小，一般靠张力机理。但纺纱为自由端纺纱，有效张力很小，故

转移幅度很小。由于在加捻成形引出时，不断有纤维附着，在主体纱外层包缠较多的纤

维，形成内外层的结构。

（四）纤维转移表征指标

（1）转移系数C（2）单位长度的切割数Nc（3）转移特征数（Y,D,H）

见纺织物理课本296页。

（五）影响因素3

可以定性地认为：（1）纤维的长度L越长，向心力N越大，纤维越易被挤入纱芯。

（2）初始模量E越小，N小，纤维越易在纱的外层。（3）伸长率大的纤维易于分布在

外层

（4）纤维截面积A大的N也大，而且抗弯刚度大，故挤入内层的向心力大。但截面积

大，

5.试述纱线中纤维转移的主要理论解释、影响因素、表征方法和纤维转移的作用，并讨

论环锭纱和转杯纱和单须条分束纱在此方面的同异性。

答：目前关于纱线中纤维转移的主要理论解释有：

（四）纤维张力变化机理

该理论认为在纺纱过程中由于外层纤维的螺旋线轨迹长，纤维内应力大，而内层纤维相

对螺旋轨迹较短，内应力小，甚至为负值，这样内外层纤维就会交换位置来达到结构的平

衡。转移的条件为加捻张力Ty《=6r（1-cosa）,r为纤维单位伸长率时形成的张力。中

间纤维发生转移前，必须是张力首先为零，而且纤维必须有一定程度的起拱，纤维才有可

能发生转移，这就是张力导致转移的机理。

（五）纤维转移的几何机理

该理论认为扁平带状纤维束的圈捻是纤维转移的几何机制，扁平带状纤维束先形成空心

卷筒，随之纤维束按最稳定排列而崩塌形成实心状圆柱体纤维，纤维束的一边转移至纱

内部。

（六）实际纤维束加捻中的转移机理

实际这两种转移机理并不互相排斥，在低张力时由于张力机理的作用，转移频率

很高，这时张力机理起主导作用；在高张力时，转移频率招降低，但并没有消失，这时

几何机理起主导作用，因为几何机理取决于是否发生圈捻，转移频率与张力无关。

环锭纺纱时，纺纱张力远远低于停止发生转移的临界张力，且须条为扁平带状，故在扁

平须条成纱三角区中，张力和几何机理共存。一方面由于纺纱张力的作用使外层纤维或罗

拉夹持的纤维束两侧的纤维不断地向中间松弛纤维挤压而形成转移。另一方面由于几何机

理的作用，使具有初捻的扁平纤维束形成圈捻而造成纤维的转移，这种转移的频率较低。

即几何转移的周期较长且不受张力影响。

在转杯纺中，纤维须条截面为三角形，在气流和离心作用下，须条堆砌紧密，又无初始

捻度，故几何机理作用极小，一般靠张力机理。但纺纱为自由端纺纱，有效张力很小，故

转移幅度很小。由于在加捻成形引出时，不断有纤维附着，在主体纱外层包缠较多的纤

维，形成内外层的结构。

（四）纤维转移表征指标

（1）转移系数C（2）单位长度的切割数Nc（3）转移特征数（Y,D,II）

见纺织物理课本296页。

（五）影响因素

可以定性地认为：（1）纤维的长度L越长，向心力N越大，纤维越易被挤入纱芯。

（2）初始模量E越小，N小，纤维越易在纱的外层。（3）伸长率大的纤维易于分布在

外层

（4）纤维截面积A大的N也大，而且抗弯刚度大，故挤入内层的向心力大。但截面积

大，位阻也大，所以分布在内层还是外层是个复杂的问题。

6.依据纤维间隙特征和纤维表面可浸润性，定性和定量讨论4芯吸（或毛细水）传递的方

向和选择性依赖于哪些因素，并给出纤维集合体拒水和导水材料设计的理论依据与方法。

（同一知识点另一问题试论述纤维材料吸湿的基本条件和纤维等温吸湿曲线各阶段的作

用机制，并分析纤维集合体吸湿与芯吸间的差异及意义）

答：（1）毛细管吸水往往具有方向性，除了毛细管排列的方向性外，毛细吸水的方向

性包括两个方面，一是总是由大半径孔洞流向小半径孔洞，二是混合体中浸润性好的纤维

构成的间隙将优先芯吸，即液体由低cos。的空隙流向高cos0的空隙，这就是我们称的

芯吸的方向性或选择性。

毛细吸水的差动效应是导致这一方向性或选择性的本质原因。两种不同的毛细管的芯吸

压力差为：

Ap=pl-p2=2r（cos01/rl-cos02/r2）

由以上公式可以看出，当构成毛细管的纤维集合体是同种纤维时，cos0l=cos02,上

式变为：''

Ap=2rcos6（1/rl-l/r2）,当rl

'''''''小于r2时，发生差动效应，芯'吸由r2孔隙流向rl空隙。当rl=r2,

但cos0Deos。2,由于接触角在0-90度范围内，所以91<02,毛细管差动效应使液体

由2号物质流向1号物质。另外，如果其中一种纤维的浸润性好，那么其浸润性也强。

（2）由纤维芯吸效应拒水模型得到拒水高度hp：

hp=-4rcos0/（pdg）0介于90到180之间。减小空隙等效直径d,选择接触角0大

的纤维材料-，有助于材料的拒水。

由导水模型得到芯吸高度hw

hw=4rcos。/（Pdg）9介于0到90之间。减小等效直径d,选择接触角小的纤维材

料将有助于材料的吸水。

7.讨论加捻对成纱结构、性能及粗细均匀性的影响和作用机理，并分析解释加捻对短纤

纱和长丝影响差异的原因。

一、加捻对纱线成纱结构的影响：主要是对股线结构的影响（1）并捻单纱根数《=5

时，加捻时各根单纱受力均匀，形成空心结构，股线的结构均匀稳定，股线强度高。

（2）并捻单纱根数》=6时，其中一根或多根单纱将处在中间位置，加捻过程中，各根单

纱受力不均匀，外面单纱的张力大于中间单纱的张力，内外单纱的位置会因张力的不同而

发生转移，结果使股线形成不均匀的实心结构，影响股线的强度。（3）当股线的捻向和

单纱的捻向相反时，股线柔软，光泽好，捻回稳定，股线结构均匀稳定（4）当股线捻向

和单纱捻向相同时，股线坚硬，单纱螺旋线明显，纤维倾斜程度大，光泽较差，捻回不稳

定，股线结构不稳定，易产生扭结。

（5）纱线因加捻会引起长度的缩短（6）对纱线直径的影响：随着捻系数的增加，一方

面是纱的外层纤维的向心压力增加使直径减小，另一方面是捻缩的增加，使纱的直径增

大。因此在一定的范围内，纱线直径随捻系数的增加而减小，当超出一定范围后纱的直径

变化很小，有时甚至增大。

二、对性能的影响：

5

（1）对强度的影响：通过加捻，纱线的强度不匀率的改善和纱线中纤维间摩擦力的增

大是使纱线强度提高的因素；加捻作用使纱中纤维产生了预应力，同时纱中纤维与纱轴倾

角变大使纤维强度的轴向分力减小，这两个因素使纱线强度随捻度的增加而减小。在捻度

较小时主要是第一种作用起影响，所以强度随捻度增加而变大。当捻度到达一定数值后，

后一种作用起主要影响，纱线强度随捻度增加而开始下降。

（2）对伸长的影响

纱线伸长主要有三部分：纤维相互滑移；纤维自身伸长；纱的捻角变小和直径变小而产

生伸长。在实际可能采取的捻系数范围内，后两部分的伸长是主要的，因此，纱线的断裂

伸长随捻系数增加而增大。

三、对纱线光泽和手感的影响：

当纱线捻度较小时，纱线较柔软，光泽柔和，捻度较大时，手感较硬，光泽也较差。

加捻对短纤纱和长丝影响差异的原因：

8.试讨论一类织物（机织或针织物）的主要结构参数及其对织柔软性、易护理性、光学

特征的影响。（另•种问法：试讨论一类织物（机织或针织物）的主要结构参数及其对织

物力学各向异性（难点）柔软性、易护理性、光学特征的影响）答：机织物的主要结构

参数有织物组织、经纬纱细度、捻度、塘向、密度、厚度、紧度、平方米克重、

织物的易护理性主要是指织物在清洁洗涤后不发生形态和色泽的变化，如洗可穿（免

烫）、抗皱性及色牢度等。在使用中不易变质、变形、损坏或污染。

平纹组织的经纬纱在织物中交织最频繁，屈曲最多，所以平纹织物结构紧密、质地坚

牢、手感较硬。斜纹织物与平纹织物相比，在组织循环内交织点较少，有浮长线，织物的

可密性大（也就是斜纹织物较平纹织物而言，经、纬纱密度可大些），织物柔软，光泽较

好。缎纹组织的单独组织点被其两旁的另一系统纱线的浮长线所遮盖，织物表面都呈现经

浮长线（或纬浮长线），因此织物表面富有光泽，手感柔软润滑。相对而言，平纹组织织

物比斜纹、缎纹组织织物质地较紧密，手感相对较硬，但其抗起毛气球性能、抗皱性、坚

牢度等易护理性较好。

当采用较细的纱线时，织物表面比使用较粗纱线织物细腻而致密，悬垂性较好、手感较

柔软。当织物紧度较大时，一般织物手感较硬，悬垂性差。当织物紧度较小时，容易发

软，没有身骨。一般而言，细腻而致密、紧度较大的织物其坚牢度、抗皱性、抗起毛气球

性等较好。

利用不同捻向的经纬纱和不同织物组织的配合，可以生产出具有不同外观效应的织物，

对织物的手感、光泽及纹路的清晰程度也有一定的影响。

捻向对织物纹路清晰度的影响如下：

当经纬纱采用不同的捻向，如经纱为Z捻，纬纱为S捻时，织物表面经纬排列方向相

同，反射光线致，织物表面光泽好；但在经纬纱交织处纤维相互垂直排列［如右图（1）

所示］,经纬纱之间不能紧密啮合，纱线容易相互移动，织物较厚实、柔软。反之，当经

纬纱采用同向捻（如均采用Z捻），则织物表面经纬纱排列方向不同，织物表面反光散乱、

光泽柔和，经纬纱交织处纤维相互平行［如右图（2）所示］,利于相互啮合，经纬纱问不

易滑移，织物紧密、坚牢，手感较硬挺。

6

斜纹织物：根据光的反射原理可知，当斜纹方向与纱线表面捻向垂直时，纹路较清晰，

所以在选用右斜纹组织时，经纱宜采用S捻，纬纱用Z捻。若经纬纱采用同捻向，则应根

据占优势纱线的捻向而定；选用左斜纹组织时，经纱宜采用Z捻向纱。

缎纹织物：纱线的捻向对缎纹织物的影响与飞数和经、纬面织物有关。缎纹织物有一定

的织纹斜向，（如5/3经面缎纹，织纹斜向为左斜，5/2经面缎纹，织纹斜向为右斜；5/3

纬面缎纹，织纹斜向为左斜•，5/2纬面缎纹，织纹斜向为右斜。）当纱线的捻向与织纹斜

向一致时，织物表面光泽就好；否则，当纱线的捻向与织纹斜向垂直时，织物表面产生清

晰明显的斜纹倾向。直贡要求显斜纹（纱直贡Z捻经纱采用5/3经面缎，线直贡$捻经纱

采用5/2经面缎）；横贡和丝织缎纹要求有光泽，不显斜纹。（横贡Z捻纬纱采用5/3纬

面缎光泽好。）丝织物重光泽，（其经纬线的捻向应相反，同时应与缎纹织物的织纹斜向

一致。）棉、毛织物重纹路清晰。（经纬线的捻向应相同，同时应与缎纹织物的织纹斜向

垂直。）

纱线的捻回对光线有折射作用，一般缎纹织物的经纬纱捻度要小，丝织缎纹经纬丝最好

不加捻或加弱捻。否则，手感粗硬，光泽灰暗。薄爽风格的织物捻度应适当加大，手感柔

软丰满的织物要采用较低捻度。

9试述合成纤维织物的热定形机理及影响热定形效果的因素。

当把合成纤维或其织物加热到玻璃化温度以上时，纤维内部大分子之间的作用力减小，

分子链段开始自由转动，纤维的变形能力增大。在一定的张力作用下强迫其变形，会引起

纤维内部分子链间部分原有价键拆开和在新的位置重建。冷却和解除外力后，合成纤维或

织物的形状就会在新的分子排列状态下稳定下来。以后只要遇到的温度不超过玻璃化温

度，纤维及其织物的形状就不会有大的变化。合成纤维的这种性质叫做热塑性，这种机加

工处理叫热定型。

影响热定型效果的主要因素有温度、时间、张力。

热定型的温度要高于玻璃化温度，低于软化点及熔点。温度太低，达到不热定型的目

的，温度太高，会使合成纤维及其织物变黄，手感发硬，甚至熔融粘结。

在允许的温度范围内，温度较高时，热定型时间可以缩短，温度较低时热定型需要的时

间较长。但是主要影响因素还是温度，足够的时间是为了使热量扩散均匀。

在热定型中对织物施加适当张力，不仅有利于布面的舒展和平整，且有利于热定型效果

的提高。因为张力的作用有利于分子链段的取向，张力过小会使褶皱定型更难除去，张力

过大会使织物薄而板硬，热水收缩率提高。

10.试述纤维集合体的热传递机理及其提高热阻的方法，并讨论热防护材料的性能和结

构特征。(另一种问法：试述纤维集合体的热传递机理及其防护或阻挡材料的特征和性

能)

-、纤维集合体热传递机理及提高热阻的方法。

(1)织物的热传导。

Q=AT/(d/入)=AT/R

X为导热系数，单位J/m.h.℃

2R即为热阻，单位。C。m.h/J

(2)织物间的辐射

44H=o.el.e2(T1-T2)A

波尔兹曼常数，e1.£2分别为热体和环境的辐射率，Tl、T2分别为热体和环

境绝对温度，A为热体的有效辐射面积。

(3)对流传热

自然对流时(v<0.lm/s):V=2.05(tl-t2)

强迫对流时(v=0.1-2.7m/s)：V=10.4vO.5

(4)蒸发散热

提高热阻的方法：

增加织物厚度、选用具有较小导热系数人的织物、使织物内部含有较多的静止空气、

选用具有较好弹性的衣料、提高衣料的表面粗糙度。另还有织物的总紧度、孔隙率、填充

率等影响因素。

二、热防护材料的性能和结构特征：

热防护织物的特点是能够屏蔽、反射高温热源发出的热量，使其背面仍然保持较低的温

度，从而保护了人体或其它物体不受伤害，因而它是一种抗热、隔热、阻挡热量传播的特

种织物。在制作防护服、建筑材料、航空航天材料、军事材料等方面有广阔的前景。热防

护可分为三类：传导热防护、对流热防护和辐射热防护。

1•1传导热防护

纺织材料需要具备两方面的性能：一是要有尽量低的导热系数，二是要求热防护材料具

有较大的热容，

1•2辐射热防护

提高防护织物表面的反射性能，可采用在织物表面涂上抛光金属薄膜的方法。

1•3对流热防护

服装的外层织物和内层衬垫材料应使用耐热、阻燃的织物。有两种方式可以提高织物的

阻燃性能：（1）在纤维中加入化学添加剂或对织物进行阻燃处理，即以吸附沉积、化学键

合、非极性范德华力结合或粘结作用，使阻燃剂固着在织物或纱线上，以获得阻燃效果。

（2）提高纤维中高聚物的热稳定性，即提高裂解温度抑制可燃气体的产生，增加炭化程

度，使纤维不易着火燃烧。

热防护材料

2.1有机纤维：芳香族聚酰胺纤维在较高温度下，能够保持固有的稳定性、非常低的收

缩率和非常高的玻璃化转变温度。

2ftMO

0.25

由其化学结构式（如下）可知，纤维中不存在磷和卤素等易燃的化学元素，结构稳定，