湖工院纺织材料学课件第3章 纤维的形态尺寸及表征

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25~250mm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：30-40mm

用棉纺设备纺纱

纯纺或混纺毛型化纤：70-150mm

用毛纺设备纺纱

纯纺或混纺中长纤维：51-65mm

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（2）质量加权长度

（3）截面加权长度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/OB×100%；（5）长度差异率：长度差异率=（L4B4-L5B5）/L4B4中段切断称重法平均长度短纤维率超长纤维率倍长纤维率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)长度与成纱质量、纺纱工艺的关系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，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）：在公定回潮率下，10000米长的纤维所具有重量克数。

1tex＝10dtex1Ntex=10Ndt

?

（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.（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。间接细度指标的换算：直接细度指标（直径d）与间接细度指标的换算：式中：d——纤维直径（mm）；γ

——纤维密度（g/cm3）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。

M×Nm＝25400；Nt＝0.0394M；

Nd＝0.354M

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。羊毛的品质支数

纤维直径μm平均纤维长度mm卷曲数个/25mm8018.1～19.55522～24

7019.6～21.05722～24

6421.1～22.56720～22

6222.6～24.07016～20

6024.1～25.57716～20

5825.6～27.07816～20

5627.1～28.59213～16

5030.1～31.79613～16

4831.8～33.410010～13

4633.5～35.110810～13

4435.2～37.012710～13

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（变异系数达20~35%），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3~10%），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（变异系数达30~40%），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（1）不匀率指标直径均方差σ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。均方差:Or:变异系数CV：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

Nm＝L/G=10×n/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”。P74-753、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12～14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10～15%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%。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70～80%。剩余卷曲率或卷曲回复率=卷曲弹性率=（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）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）三.纤维卷曲的测量（1）单纤维卷曲的测量及指标（2）纤维段弯曲曲率测量法

（3）纤维丛