纺织材料学 (于伟东

纤维：指长宽比在103数量级以上，粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤维之分。纺织纤维分类：天然纤维和化学纤维天然纤维：由自然界直接取得的纤维（植物纤维，动物纤维，矿物纤维）化学纤维：用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体，棉纤维维（再生纤维：黏胶纤维合成纤维）棉纤维生长分为三期：伸长期，、加厚期，转曲期横截面：腰圆形，有空腔纵向：呈不规则的沿长度方向不断改变的螺旋形转曲。成熟度：纤维胞壁的加厚程度，用成熟度系数M表示棉纤维的主要组成物质及化学性质纤维素占93-95（%）化学结构式：（C6H10O5）,n=6000~110006105n化学性质：耐碱不耐酸二、棉纤维的分类一）按棉花种类分长绒棉（海岛棉）：长度：33~45mm，细度小于1.43dtex细绒棉（陆地棉）：长度：23~33mm，细度1.43~2・22dtex粗绒棉：纤维粗短，品质较差。（二）按棉花初加工分：特点：含杂、含短绒少特点：含杂、含短绒多1、锯齿棉：采用锯齿轧棉机轧得的原棉。纤维分类：苎麻、亚麻、大麻、黄麻、二、纤维形态纵向形态：纵向平直，有竖纹横节。横向截面：苎麻：扁圆形，有中腔，胞壁上辐射状条纹亚麻：多角形。主要组成物质纤维素耐碱不耐酸毛，纤:维湿性很好（Wk=12-13%）；强度高（是棉的两倍），湿强大于干强一、1.羊毛的形态结构：同质毛：导向毛细，与簇生毛细度、长度差异小。质量好。异质毛：导向毛与簇生毛细度、长度差异大，质量差。截面形态：由表皮层、皮质层和髓质层组成。纵向形态：表面覆盖有鳞片层羊毛的性质羊毛纤维大分子由20多种氨基酸组成，分子结构中以一CONH---基团为主价键。羊毛化学性质：耐酸不耐碱羊毛的特有性质：摩擦性能和缩绒性缩绒性：当羊毛在热湿条件及化学试剂作用下，经外力揉搓，挤压，纤维发生相互间滑移，纠缠，咬合，使织物收缩形成紧密的毡片，这种现象称为缩绒。影响缩绒的因素：内因：摩擦效应：6个,d个缩绒性越强天然卷曲：卷曲使纤维交叉穿插，有利缩绒。回缩弹性：弹性好，有利缩绒。1.蚕茧的形成：茧丝是由两根单丝平行粘合而成。中心是丝素，外包丝胶横截面形态：桑蚕丝截面近似半椭圆形或三角形纵向形态：其上有许多异状沟节化学纤维：耐酸不耐碱化学纤维的制造（纺丝液的制备——纺丝——后加工熔体法：条件：熔融温度V分解温度溶液法：条件：熔融温度〉分解温度后加工：初生纤维：刚从纺丝机上下来的纤维。内部结构不稳定，所以强度低、伸长大、弹性差不有纺纱价值方法：短纤维：集束—牵伸—上油—干燥—卷曲—切断—打包。牵伸倍数：4-5倍，牵伸时温度大于玻璃化温度。卷曲：增加纤维之间的抱合力。定型：消除纤维间的内应力，改善纤维结构。粘胶纤维横截面：锯齿形皮芯结构。结构纵向：平直的柱状，表面有凹槽=13%），湿态时强度下降很大（下降50%），耐碱不耐酸合成纤维：以煤，石油，天然气中的简单低分子为原料，经人工聚合形成大分子高聚物，经熔融或溶解形成纺丝液，然后从喷丝孔喷出凝固形成纤维，涤纶：强度高，吸湿性很小（Wk=0・4%）锦纶：锦纶强度最高，锦纶耐磨性最强；吸湿性：比涤纶，腈纶好（Wk=4.5%）；耐光性：耐光性较差。丙纶：吸湿性差（Wk=0）,几乎不吸水，使用中易起静电，易起球。氨纶：具有高弹性，染色性好，色牢度好差别化纤维途径：1、物理改性：1）改进聚合与纺丝条件；2）异形纤维；3）复合纤维；4）混合纤维2、化学改性：共聚、接枝、交联、溶蚀、电镀3、表面物理化学改性：蚀刻、活化、接枝、交联、涂覆、第二章纤维结构特征纤维结构：组成纤维的结构单元相互作用达到平衡时在空间的几何排列。形态结构：纵横向几何形态、径向结构、表面结构、孔洞结构等聚集态结构：晶态、非晶态、晶粒大小、取向度、侧序分布等大分子结构：化学组成、单基结构、端基结构、聚合度、大分子构象、大分子链柔曲性等单基：构成纤维大分子的基本化学结构单元聚合度n构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子中的单基重复的次数。（n个，纤维强力t）纺织纤维中大分子间的结合力范德华力：分子引力氢键：大分子侧基（或部分主链上）极性基团之间的静电吸引力（如一nh2,—cooh,—OH，－CONH等）盐式键：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，从而基团间形成相互结合的化学键。如羊毛纤维大分子间的—COO+H3N—共价键：大分子间的桥式侧基。如羊毛纤维大分子间的一S—S—。结晶结晶态一大分子有规律的相互整齐稳定地排列成具有高度的几何规整性称为结晶结构或结晶态。结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。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・分子间结合力强。非晶态：纤维大分子无规律地紊乱排列的状态非晶区：纤维大分子无规律地紊乱排列的区域。非晶区特点：a・大分子链段排列混乱，无规律；b・结构松散，有较多的缝隙、孔洞；c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。结晶度—结晶部分占整根纤维的百分比。取向度：大分子链主轴排列方向与纤维轴向平行程度。纤维的结构层次：单分子，基原纤，微原纤，原纤，巨原纤，纤维4・棉纤维内部各层次结构表皮层：外皮，由蜡质、脂肪和果胶的混合物组成。初生层：初生胞壁，很薄，由网状原纤组成。次生层：S1：次生胞壁由微原纤紧密堆砌构成。S2：占次生层大部分，由纤维素组成，微原纤与纤维轴成25°螺旋状排列。S3：与S1结构相似。含有非纤维物质。中腔：棉纤维生长停止后遗留下的内部空隙，有少数原生质和细胞核残余物质。蛋白质（1）大分子结构：基本链节：a-氨基酸剩基（2）形态结构：羊毛纤维截面由外向内分为三层：鳞片层、皮质层、髓质层第三章纤维的形态尺寸及表征纤维长度指标1、主体长度：一批试样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。（3）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.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）。短绒率界限：细绒棉16mm、长绒棉20mm；毛30mm；苎麻40mm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。2、纤维长度与成纱毛羽的关系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。4、纤维长度与纺纱工艺关系不同长度的纤维要采用不同的纺纱设备和工艺加工。纤维长度是调节或设计纺纱工艺参数的依据。1.定长制（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。GN=—xlOOOtexLGk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个，纤维越粗。2）旦数（旦尼尔数）Nden—一绢丝，化纤常用指标GNX1000denL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Nden越大，纤维越粗L2、定重制（3）公制支数Nm—一常用于棉纤维N二mG定义：在公定回潮率下，单位重量的纤维所具有的长度。同品种纤维，Nm个，纤维越细N•N=1000texmN二9Ndentex纤维细度的测试直接法：显微投影测量法；激光细度测试法；微机图形自动测量法。间接法：中段切断称重法；气流仪法；振动法；声波衰减法等。纤维细度与成纱质量、纺纱工艺的关系与成纱强度的关系：在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱强度越高；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；维成纱第时可四加较章少的捻度。纺织材料的吸湿性与纺纱工艺的关系：纤维越细，加工过程中容易扭结、折断而产生棉结、短纤维。细纤G-GW（%）=ox100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。G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_G-G（G__纺织材料湿重；G0__纺织材料干重。）M（%）=—G*X100标准回潮率定义：纺织材料放在一个统一的标准大气条件下，回潮率达到一个稳定值（吸湿平衡），这时的回潮率称为标准回潮率公定回潮率定义：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。标准重量GK在公定回潮率时的重量叫标准重量—公定重量（公量）（100+W（100+WG=（k）GG=（k）Gk100+Wk100+WW=£bWkiii=1混纺纱的公定回潮率Wi（%）一一混纺材料中第i种纤维的公定回潮率；bi（%）一一混纺材料中第i种纤维的干重混纺比。吸湿平衡与平衡回潮率定义：纺织材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡稳态时的回潮率。二、纤维的吸湿机理吸湿过程：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。吸湿机理：纤维表面的吸附作用，极性极团的亲水作用，毛隙效应4-2大气条件与纤维吸湿一、吸湿等温线（T一定，W-RH%的关系）1、定义：在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因吸湿（放湿）达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线；RH=15%〜70%时，曲线的斜率比较小；4.RH>70%时，曲线斜率又明显地增大2、原因：（不同纤维吸湿等温线）（温度对吸湿的影响）空气干燥，纤维吸湿量也小，极性基团处于自由状态，空气湿度稍有增加，纤维极性基团能吸收较多水分子，故随RH个，W个个。当极性基团吸收了一定水分子后，再进入纤维的水分子主要靠间接吸收，它们存在于纤维微小空隙中，形成微毛细水，故纤维吸收的水分子比开始阶段减少。要考》吸湿滞后原因随着RH增加，当中RH〉70%时，水分子进入纤维较大空隙中，毛细水大量增加，表面吸附的能力也大大增强，纤维发生膨胀，可以拆开一些分子间结合点，使更多亲水基团与水分子结合，故纤维吸湿能力加强1）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，这要克服大分子结合力因而受到阻力大，所以吸湿较困难。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因与水分子相吸引，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，从放湿达到平衡比从吸湿达到平衡具有较高的回潮率。2）纤维表面能吸附一些其它气体分子沉积在纤维表面形成固体表面膜，从而限制了空气中的水分子的吸附，又限制了吸附在固体表面膜内的水分子解吸。4-3影响纤维吸湿的因素1、内因1）纤维大分子亲水基团的多少和亲水性的强弱，2）纤维的结晶度和内部空隙，3）纤维聚合度，4）纤维的比表面积，5）纤维的伴生物性质和含量4-5吸湿性对纺织材料性能影响吸湿对纤维机械性能的影响1、对强度的影响（1）一般规律：W增加，纤维强力下降；（3）棉、麻纤维，第吸湿五后强章力增加纤维的力学性质第一节纤维的拉伸性质断裂长度La（km）：纤维重量等于其断裂强力时的纤维长度。二、拉伸变形曲线及有关指标1、拉伸曲线应力应变曲线一一以拉伸应力。为纵坐标,伸长率£为横坐标得到的拉伸曲线。曲线分为三段:0b-弹性区，斜率大，所产生的伸长绝大多数是可恢复的急弹性变形。be-延伸区，斜率小，有不可恢复的塑性变形存在。ca-强化区，斜率变大，抵抗变形能力增加。（b点为屈服点；ob：屈服应力）5、初始模量E。定义：纤维或纱线拉伸曲线上起始一段直线部分的应力应变比值。E大，表示纤维或纱线在小负荷作用下不易变形，刚性较好，制成的织物比较挺括，E小，纤维或纱线在小负荷作用下易变形，其制品比较柔软。。E=-8三、纤维和纱线的拉伸断裂机理1纤维的断裂：（1）、大分子主链的断裂。（2）、大分子之间的滑脱2、纤维的伸长：（1）、大分子的伸直、伸长。（键长键角的增大，取向度的提高）（2）、大分子之间的相互滑移影响纤维拉伸断裂强度的因素1、纤维内部结构（内因）（1）大分子的聚合度：聚合度高，纤维强力高。（2）大分子的取向度：取向度高，纤维强力大，伸长小。3）纤维的结晶度：结晶度高，纤维强力大，伸长小。第二节纤维的蠕变、松弛和疲劳一、应力松弛tl定义：纤维在拉伸变形恒定条件下，应力随时间延长而逐渐减小的现象，称为应力松弛二、蠕变定义：纤维在恒定拉伸外力作用下，变形随时间的延长而逐渐增加的现象称为“蠕变"三、拉伸变形种类1、急弹性变形（J,务）：大分子链的键长和键角的变化形成的。2、缓弹性变形（£2,£4）：皱曲的大分子逐渐伸直，倾斜大分子逐渐沿纤维轴向排列形成热对纺织材料性能的影响一）、两种转变和三种力学状态1、非晶态高聚物的热机械曲线（温度—变形曲线）曲线上有两个斜率突变区—玻璃化转变区、粘弹转变区呈现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态2、三态及二转变的分子运动机理1）玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。玻璃化转变区：纤维所有物理性质发生突变，链段运动限制被解除，大分子构象可以发生变化。（2）高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性。粘弹转变区：大分子链段产生相互滑移，纤维表现流动性（3）粘流态：大分子链段产生相互滑移，表现出粘性流动的特性。3、热转变点（1）玻璃化温度Tg：从玻璃态向高弹态转变的温度。（二级转变温度）（2）流动温度Tf:由高弹态转变为粘流态的温度，叫流动温度或一级转变温度Tf。3）软化温度：在一指定的应力及条件下，高聚物达到一定变形时的温度。4）熔点：晶体完全消失时的温度。（5）分解点：纤维发生化学分解时的温度。（三）纤维材料热定形和变形1、热定型原理：合成纤维加热到玻璃化温度以上，纤维内大分子间结合力减小，分子链段开始自由转动，纤维变形能力增大，在一定张力下强迫其变形，纤维内部分子链间部分原有的价键拆开和在新的位置重建。冷却并除去外力，纤维或织物形状在新的分子排列状态下稳定。2、作用：使织物尺寸稳定。3、影响热定型效果的因素：温度、时间、张力定型温度大于玻璃化温度，低于软化点和熔点。4、热变形加工：生产变形纱、膨体纱等1）极限氧指数（LOI）定义：材料点燃后在氧一氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数。。LOI大，难燃；LOI小，易燃VLOI=OxlOO%V+VO2N2第二节纤维的光学性质二、折射与双折射1、双折射：当一束偏振光投射到纤维上时，进入纤维的光线分解成互相垂直两条折射光，纺织纤维这种光学性质叫双折射。双折射率：an=n〃NJ表示纤维双折射能力（双折射差度）纤维中全部大分子与纤维轴平行排列时，双折射率最大，大分子紊乱排列时双折射率等于零。第三节纤维的电学性质介电损耗：电介质在电场作用下引起发热的能量消耗叫介质损耗四）静电1、原因及危害（查书）3、消除静电现象的主要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 A、提高空气相对湿度B、使用抗静电剂（表面活性剂）C、采用不同纤维混纺D、增加纤维导电性或釆用导电纤维第八章纱线的分类与结构特征环锭纱2）纤维转移对纱线性能影响a、纤维在纱中发生内外转移。约60%纤维发生内外转移，在纱中呈圆锥形螺旋线；30%纤维不发生内外转移，形成圆柱形螺旋线；10%纤维形成弯钩，对折和纤维束。b、纤维的内外转移，使纱中纤维互相纠缠联结，结构紧密，纱的强度增大。c、纱中纤维转移程度不一致及各种形态纤维存在，使纱的轴向结构不匀增大，影响纱的性质。d、纤维的内外转移，使纤维两端露在纱线表面，形成毛羽，对纱的光泽有影响。2、自由端纺纱转杯纺纱纱线结构特征：a、纤维结构松散，伸直度差，内外转移程度低。b、纱芯结构紧密，外包纤维松散，无规则缠绕在纱芯外面。c、强度低，条干均匀度较好，耐磨，染色性能好。变形纱线的种类a、弹力纱：具有优良的弹性变形和回复能力，膨体性能一般。如锦纶弹力纱，主要用于弹性织物，运动衣和弹力袜。b、低弹纱：具有一定的弹性。较多的螺旋卷曲度有一定的蓬松性。织物尺寸稳定。有涤纶、锦纶和丙纶长丝。用于内衣和毛衣。c、膨体纱：高度蓬松性且有一定的弹性。如腈纶膨体纱，用于毛衣、袜子和装饰织物。d、空气变形纱第三节纱线的加捻及对纱线性质的影响加捻：将纤维束须条、纱、长丝束等纤维材料绕其轴线的扭转、搓动或缠绕的过程称为加捻。一、纱线加捻的特征指数捻度T：纱线单位长度上的捻回数。捻回角：加捻后表层纤维与纱条轴向之夹角aa=T^N~text'tex捻系数Tt10cm长度内捻回数a-_m_m:N*vmeatex=892^tgPTm1米长度内捻回数Te1英寸长度内捻回数捻系数的物理意义第四节纱线的细度及细度不匀e纱线细度不匀产生的原因g。(1+WO)X8407000英制支数(Ne)：在英制公定回潮率下(9・89),1磅重纱线所具有的长度的840码的倍数。1、理想纱条的随机排列产生的不匀2、实际纱条纤维纠集和不完全伸直平行产生的细度不匀3、牵伸波附加不匀(非周期性)4、机械波附加不匀(周期性)5、偶发不匀不匀指标：平均差和平均差系数标准差和变异系数极差和极差系数三变异长度曲线(纱线细度不匀与试样片段长度间关系)外不匀—片段间不匀内不匀—片段内的不匀总不匀—整管纱的不匀内不匀和外不匀总是小于总不匀。片段长度越长,外不匀越小,内不匀越大。变异—长度曲线：反映纱条的变异与纱条切断长度间关系的曲线。反映纱条不匀结构特征。设：外不匀变异为B(L),内不匀变异为V(L)变异相加 定理 三点共线定理勾股定理的证明证明勾股定理共线定理面面垂直的性质定理 ：V(L)+B(L)=总变异(L--片段长度)Lf,B(L)!,L—8,b(8)tLf,V(L)f,Lf8,V(8)f定值(总不匀)故V(L)+B(L)=V(8)=B(0)变异一长度曲线第九章纱线的力学性质纱线的拉伸断裂性质：纱线的断裂强度小于纤维的断裂强度；纱线中纤维强度利用系数小于1二纱线的拉伸断裂机理1、短纤维纱线纱线断裂:纤维滑脱，纤维断裂====纱线的断口不整齐F>P断裂，F