纺织材料学-第一章

1、第一章 纤维分类、加工与发展,第一节 纺织纤维的定义和分类,一、纤维的定义 1.纤维： 2.纺织纤维：,3. 纺织纤维应具备的基本性能： 一定的长度和长度整齐度； 一定的细度和细度均匀度； 一定的强度和模量； 一定的延伸性和弹性； 一定的抱合力和摩擦力； 一定的吸湿性和染色性； 一定的化学稳定性。 对于特殊用途的纺织纤维还应具备一些特殊的要求，如阻燃、抗菌等。,二、纤维分类,1. 天然纤维 2. 化学纤维,1. 天然纤维 自然界生长或形成的，适用于纺织用的纤维称之。 (1) 植物纤维 (天然纤维素纤维)： (2) 动物纤维 (天然蛋白质纤维)： (3) 矿物纤维：,植物纤维 (天然纤维素纤维)

2、包括： 种子纤维 韧皮纤维 叶纤维 果实纤维,种子纤维 从一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维。 如：棉、木棉,韧皮纤维： 从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。如：亚麻、苎麻、黄麻。,叶纤维 从一些植物的叶子或叶鞘取得的 工艺纤维。 如：剑麻、蕉麻。 果实纤维从一些植物的果实取得的纤维。 如：椰子纤维。,动物纤维 (天然蛋白质纤维)包括： 毛发纤维 丝纤维,毛发纤维 : 动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。 如：绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。,丝纤维 : 由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。如：蚕丝

3、。,2.化学纤维： (1)再生纤维：是以天然聚合物为原料，经过化学和机械方法制成的，化学组成与原高聚物基本相同的化学纤维。如：粘胶纤维、铜氨纤维等。,(2)合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品等低分子作为原料制成的单体后，经人工合成获得的聚合物纺制成的化学纤维。如：涤纶、锦纶6,66、腈纶、维纶、氯纶、氨纶 等。,第二节 纤维的加工、应用与发展,一、天然纤维,（一） 天然纤维素纤维 1. 原棉,(1）概述 主要产棉国： 美国、中国、前苏联、印度、巴基斯坦、巴西、埃及、苏丹等。,我国棉花的主要产地是： 江苏、湖北、河北、山东、河南五省,（2）棉纤维种类 按品种分：长绒棉 、细绒棉 、粗绒棉

4、 (海岛棉) (陆地棉) (亚洲棉),长绒棉特点： 优点: 纤维细、长，单纤维强力好。 缺点： 含糖偏高,易产生“三缠”现象。 措施： 预处理,细绒棉: 数量最多 占世界总产量85%以上 占我国总产量98%以上,按棉花的初加工分： 皮辊棉、锯齿棉 初加工（轧棉、轧花）: 籽棉皮棉(原棉),（3）棉纤维的生长发育及其品质的形成 棉纤维的生长发育： 三个阶段：伸长期-加厚期-干涸期（扭曲期） 伸长期：纤维加长，形成胞壁； 加厚期：长度基本长足，主要是胞壁加厚； 干涸期：沿纤维纵向形成天然转曲。, 棉花的色泽 白棉 黄棉 灰棉,影响棉纤维长度的因素 棉花品种 棉纤维生长条件 初加工, 成熟度 定义

5、纤维细胞壁的增厚程度， 胞壁越厚，成熟度越好。,成熟度与纤维形态、品质的关系： 根据成熟度可把棉纤维分为： 成熟纤维、过成熟纤维、未成熟纤维、极不成熟纤维,成熟纤维： 有较多的丰满的转曲，胞壁较厚，中腔较小，截面呈腰圆形，强度高，纤维粗，转曲多，颜色洁白，光泽明亮，富有弹性，染色质量好，纤维间抱合力大，成纱质量高。,过成熟纤维： 呈棒状，极少转曲，中腔不明显，胞壁过厚，纤维刚硬，成纱质量差。,未成熟纤维： 纵向转曲少，胞壁较薄，中腔明显，腔宽大于壁厚； 纤维细、强度低，颜色滞白，光泽暗淡，缺乏弹性； 常易粘附较多夹杂质，纺纱时易断裂、质量较差。,极不成熟纤维： 纵向呈扁平带状，无转曲或极少转曲

6、； 胞壁极薄，截面形态很不规则； 染色性差。,成熟度指标及测试方法： 成熟系数指棉纤维中断截面恢复成 圆形后相应于双层壁厚与外径之比的标定值。,M=(20*(2*/D)-1)/3 式中：M-棉纤维成熟度系数； -棉纤维壁厚； D -棉纤维截面复圆后的直径。,成熟度测试方法： 中腔胞壁对比法 NaOH膨胀法 偏振光,中腔胞壁对比法： 原理成熟好的纤维胞壁厚而中腔宽度小，成熟度差的胞壁薄而中腔小。所以可根据棉纤维中腔宽度与胞壁厚度的比值来测定成熟系数。,NaOH膨胀法： 原理棉纤维在18%NaOH溶液中膨化后，截面形状改变。根据膨化后胞壁厚度/纤维最大宽度，纤维外形定确定正常纤维N、薄壁纤维B、死

7、纤维D；计算成熟度比M。,偏振光法： 原理利用棉纤维的双折射性质，在偏振光显微镜中观察棉纤维的干涉色，来确定纤维的成熟度。,棉纤维的成熟度与纺纱工艺、成品质量的关系： 成熟度高的棉纤维能经受打击，易清除杂质； 吸湿较低，弹性较好，加捻效率较低； 在加工过程中飞花和落棉少，成品制成率高； 吸色性好，织物染色均匀。 成熟度中等的棉纤维，由于纤维较细，成纱强度高。,（4）棉花的品质评定与分级 棉花的业务检验：4项 长度、品级：确定棉花的价格 含水、含杂：确定棉花的重量 品级依据：成熟度、色泽特征、轧工质量 细绒棉分七级、长绒棉分五级,（5）原棉纺纱性能的综合检验 手感目测检验： 仪器检验： 单唛试纺

8、：,手感目测检验,包括：纤维长度整齐度、原棉的卷曲与 压缩弹性、纤维强度、饱和力、 柔软性、杂质疵点含量等； 优点：取样多、速度快、代表性强； 缺点：对检验人员要求较高、人为误差。,仪器检验,包括：长度、细度、强度、成熟度、含 水、含杂等； 优点：数据比较可靠稳定； 缺点：试验数量少、花费时间长。,单唛试纺,单一批量的原棉在小型纺纱机台或车间大机上进行纺纱试验； 从纺纱细度、成纱强度、条干、结杂以及纺纱过程中产生的问题来最后评定该批原棉的纺纱性能； 优点：可以测定单项指标检验无法包括的纤维性能； 缺点：比较费时。,2. 麻 人类最早用来作衣服的纺织原料。,（1）分类 韧皮纤维：苎麻，亚麻，大麻

9、，黄麻，洋麻 叶纤维：剑麻，蕉麻,（2）麻纤维的初步加工 目的：从韧皮或叶子中取出纤维； 包括剥制和脱胶。 脱胶的方法主要有：微生物脱胶和化学脱胶。 工艺纤维：,（3）常见麻纤维介绍 苎麻 亚麻 黄麻 罗布麻,苎麻,主要产于我国的长江流域，以湖北，湖南，江西居多，印度尼西亚，巴西，菲律宾等国也有种植。 苎麻纤维品质优良，单纤维长，主要用于夏季服装面料，装饰用布等。 苎麻可每年收割三次。,亚麻,适宜在寒冷地区生长，俄罗斯，波兰，法国，比利时等是主要产地，我国东北地区及内蒙古等地也有大量种植。 亚麻分为一年生和多年生，纺织用的亚麻均为一年生草本植物。 纤维品质好，适宜制作服装面料和装饰织物等。,（

10、二）天然蛋白质纤维 1.毛纤维 （1）概述 羊毛即绵羊毛，是纺织工业中的重要原料，羊毛纤维具有许多优良特性，其产品具有独特的风格，深受人们的喜爱。我国每年需从澳大利亚等国大量进口羊毛。我国的羊毛产地主要在东北、华北、西北等地区。,（2）羊毛纤维的生长 羊毛纤维是由羊皮肤上的细胞发育而成的。首先在生长羊毛处的细胞开始繁殖，形成突起物，向下伸展到皮肤内，形成毛囊，细胞继续向上生长，凸出皮肤，形成纤维。,羊毛的三个组成部分： 包覆在毛干外部的鳞片层； 组成羊毛实体主要部分的皮质层； 在毛干中心不透明毛髓组成的髓质层。,（3）分类 按毛纤维组织结构分:无髓毛、有髓毛、两型毛、死毛 按毛被上的纤维类型分

11、：同质毛、异质毛 按纤维粗细分：细羊毛、半细羊毛、长羊毛、杂交种 羊毛、粗羊毛,无髓毛（绒毛） 由鳞片层和皮质层组成； 纤维较细卷曲多，颜色洁白，品质优良，纺纱性能好。,有髓毛（发毛） 由鳞片层和皮质层和髓质层组成，且髓质层具有一定连续长度和一定宽度的毛纤维； 一般较粗长，无卷曲，无光泽，纺纱性能较差。,两型毛 介于绒毛和发毛之间，或介于有髓毛和无髓毛之间的中间型羊毛。在同一根羊毛上同时具有绒毛和发毛的特征； 有断断续续的髓质层，纤维有明显的粗细不匀。,死毛 除鳞片层外，几乎全是髓质层的毛纤维； 纤维粗短刚直，脆弱易断，色泽枯白，不易染色，没有纺织利用价值； 由于羊种的遗传和饲养不良，疾病等原

12、因造成。,同质毛： 在整个毛被上的各个毛丛，都由一种粗细类型的毛纤维所组成。毛丛内部的纤维粗细、长短和弯曲基本一致。,异质毛： 在整个毛被的各个毛丛，由两种以上不同类型的羊毛所组成。多数有毛辫结构（细绒毛、粗绒毛、发毛、死毛）。,（4）品质评定 细度、卷曲、色泽、强度、草杂含量。 细羊毛、半羊毛按细度分类、长度定等 改良毛按细度分类、套毛的同质程度分等,2. 丝纤维 （1）概述 （2）分类 家蚕丝：桑蚕丝 野蚕丝：柞蚕丝、蓖麻蚕丝、樗蚕丝、樟蚕丝等。,（3）蚕的发育与蚕茧的形成 蚕的发育 经过卵、幼虫、蛹和成虫（蛾）四个阶段,茧的形成 由外里 分三层：茧衣、茧层、蛹,茧衣： 蚕吐丝时，最初吐出

13、的凌乱的丝缕，成为茧的蓬松外廓。（丝缕细，强度差，丝胶含量多，绢纺原料）。,茧层： 茧衣里面，丝缕绕成丝圈，结构紧密，排列规则，是丝的主体。（丝较粗，强力好）,蛹： 吐丝将近终了时叠合成的疏松层 （丝最细，发脆，丝胶含量少，绢纺原料） 蚕丝细度分布不匀 外层：中层：内层1.1：1.5：0.8,（3）蚕茧的工艺加工 剥茧选茧煮茧缫丝复整,缫丝,缫丝是将几根茧丝顺序抽出依靠丝胶抱合胶着成丝束的过程。 缫得的丝束称生丝； 经过精练脱胶后称熟丝。,（4）蚕丝的品质特征 长度、线密度、吸湿性、强伸性、化学稳定、光学性质、热学性质、密度、丝鸣,二、化学纤维,化学纤维是指以天然的或合成的高分子化合物为原料，

14、经过化学方法及物理加工制成的纤维。,（一）分类,1. 按高聚物的来源分： （1）再生纤维：是以天然聚合物为原料，经过化学和机械方法制成的，化学组成与原高聚物基本相同的化学纤维。 （2）合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品等低分子作为原料制成的单体后，经人工合成获得的聚合物纺制成的化学纤维。,合成纤维的发展,第一阶段：19381950年，主要发展尼龙， 探索新的成纤高聚物； 第二阶段：19501956年，涤纶和腈纶问世， 并实现工业化； 第三阶段：1956迄今，发展第二代合成纤 维改性纤维，包括差别化纤维； 第四阶段：1960迄今，发展特种纤维，也 称高性能纤维。,2. 按内部组成分： （

15、1）聚酯纤维（PET）： (涤纶) （2）聚酰胺纤维（PA）：（锦纶） （3）聚丙烯腈纤维（PAN）：（腈纶） （4）聚乙烯醇缩甲醛纤维（PVA）：（维纶） （5）聚丙烯纤维（PP）：（丙纶） （6）聚氯乙烯纤维：（氯纶） （7）聚乙烯纤维：（乙纶）,3. 按形态结构分： 长丝：化学纤维加工得到的连续丝条，不经过切断工序的称为长丝。又分为单丝、复丝与变形丝。 短纤维：化纤在后加工中切断成为各种长度规格的短纤维。 异形纤维：是指经一定几何形状（非圆形）喷丝孔纺制的具有特殊截面形状的化学纤维。,复合纤维：由两种及两种以上聚合物，或具有不同性质的同一聚合物，经复合纺丝法纺制成的化学纤维。分并列型、皮

16、芯型和海岛芯等。,超细纤维： 指单丝线密度较小的纤维，又称微细纤维。 根据线密度范围又可划分为： 细特纤维(0.441.11dtex) 超细特纤维（0.0110.44dtex）,4. 按用途分 普通纤维 特种纤维：是指具有特殊的物理化学结构、功能或用途的化学纤维，其某些技术指标显著高于常规纤维。,特种纤维包括： 具有特殊力学性能的纤维 具有特殊热学性能的纤维 具有化学稳定性的纤维 具有特殊物理性能的纤维 具有特殊物化性能的纤维 具有特殊生物性能的纤维 如：耐高温纤维、耐辐射纤维、高湿高模纤维,（二）化学纤维的制造 成纤高聚物必须具有线型分子结构； 大分子必须具有适当的分子量； 相邻分子间必须具

17、有足够的结合力。 化学纤维制造一般经历三个过程： 纺丝液的制备纺丝后加工,1. 纺丝液的制备 熔体法 熔融温度分解温度 如：涤纶、锦纶、丙纶、乙纶。 溶液法 熔融温度分解温度 如：粘胶纤维、醋酯纤维、腈纶、 氯纶、维纶。,2. 纺丝 纺丝熔体或纺丝液用计量泵定量供料通过喷丝孔后凝固成丝条的过程称为纺丝。喷丝孔喷出的丝条称为初生纤维。,纺丝成形的常规方法,（1）熔体纺丝： 将高聚物加热至熔点以上的适当温度以制备熔体，熔体经螺杆挤压机由计量泵压出喷丝孔，使成细流状射入空气中，经冷凝而成为细条。,（2）溶液纺丝： a.湿法纺丝： 将高聚物溶解于适当的溶剂以配成纺 丝溶液，将纺丝液从喷丝孔中压出后 射

18、入凝固浴中凝固成丝条。 b.干法纺丝： 将高聚物溶解于适当的溶剂以配成纺 丝溶液，将纺丝液从喷丝孔中压出后 射入热空气中，溶剂挥发，聚合体凝 固成丝条。,（3）有色纺丝 采用纺前着色法，对于染色困难 的合成纤维如丙纶等比较相宜。 （4）异形纤维纺丝 改变喷丝孔的形状可生产不同截 面形状的纤维，这种由非圆形喷 丝孔纺出的纤维称为异形纤维， 采用圆形喷丝孔纺出的圆形纤维 也可以经异形化处理加工异形纤 维。,（5）复合纤维纺丝 在一根纤维中由两种或两种以上的组成纺丝时将两种不同成分的高聚物熔体或溶液先分别进入复合喷丝帽，使两种聚合体在分配板中彼此分离，互不混合，直到进入纺丝孔时方才接触，通过纺丝孔的

19、挤压凝固成一根丝条。,（6）超细纤维纺丝 用高速气流喷吹，在纤维形成的同时进行拉伸，也可以用裂离等方法加工不同形状和粗细的异形超细纤维。,3.后加工 初生纤维强度很低，伸长很大，沸水收缩率很高，没有实用价值。必须进行一系列后加工，使纤维具有一定物理机械性能。,（1）短纤维的主要后加工工序如下： 集束拉伸上油卷曲干燥定型切断 集束 将几个喷丝孔喷出的丝束以均匀的 力集合成规定粗细的大股丝束； 拉伸 将集束后的丝束经多辊拉伸机进行一 定倍数的拉伸，使大分子沿纤维轴向 伸直而有序排列，改善纤维力学性质；,上油 将丝束经过油浴，在纤维表面加 上一层很薄的油膜。上油一方面 是纺丝工艺本身的要求，一方面 是纺织加工的需要； （化纤油剂一般是以表面活性剂为主体，加上其他固体或液体油脂组成的乳化剂。根据不同的要求和不同纤维品种选用不同配方，一般包含的成分有柔软剂、乳化剂、抗静电剂、渗透剂和添加剂。）,卷曲 使纤维具有一定的卷曲数，从而 改善纤维之间的抱合力，使纺纱 顺利进行并保证成纱强度； 干燥定形 除去纤维中的水分以达到