第4章纖維形態(tài)的表征

1、第第4章章 纖維形態(tài)的表征及纖維形態(tài)的表征及纖維鑒別纖維鑒別 纖維長短、粗細(xì)、截面形態(tài)和卷曲的表達(dá)與測量 一、纖維的長度及其分布 1. 纖維長度指標(biāo)的基本表達(dá) SWN ; ; n(l); w(l); s(l) 分組直方圖 SWN ; ; 連續(xù)函數(shù) n(l); w(l); s(l) dl l 纖維長度指標(biāo) (1) 根數(shù)加權(quán)長度 (2) 質(zhì)量加權(quán)長度 巴布長度 (3) 截面加權(quán)長度 豪特長度 SWN ; ; n(l); w(l); s(l) 分組直方圖 SWN ; ; 連續(xù)函數(shù) n(l); w(l); s(l) dl l llNNNNLld1max 0 nmax0 d1 lllWWWlWBmax

2、0 d1lllSSSlSH纖維長度的意義 確定工藝參數(shù)的依據(jù) 隔距 捻度 速度2. 長度測量方法 （1）一端整齊法 拜氏圖 棉、羊毛、麻 絹絲 不等長化纖 根數(shù)加權(quán)長度 Almeter測量 羊毛、麻 截面加權(quán)長度 O L C B B2 L5 B4 B3 L2 L4 L1 L3 B1 B5 交叉點 最大長度點 下 4 分位長 上 4 分位長 A 導(dǎo)桿 一端齊試樣 顯示 打印 檢測 電容器 電動A/D 控制 計算機(jī) 移動 （1）一端整齊法長度測量方法 羅拉法 棉 巴布長度（質(zhì)量） 梳片法 苧麻、羊毛、不等長化纖 巴布長度（質(zhì)量） 根數(shù)加權(quán)長度 10mm 3mm 梳片 毛條（纖維條） 10mm 31

3、mm）或16mm （ LM31mm）纖維質(zhì)量的百分比典型纖維的長度表達(dá)HVI法 100 50 )(%)(xr x 2/1LLmax L2.5 Lm L50 指標(biāo)：平均長度L1/2（質(zhì)量） 上半部平均長度Lm 長度整齊度 =L50/L2.5100% 長度整齊度指數(shù)=Lm/L1/2100%4.2 毛纖維 (1) 自然長度 羊毛卷曲中心線伸直，而卷曲保留不變的長度 (2) 伸直長度 指彎曲消失，纖維伸直但無伸長的長度 (3) 毛叢長度 梳片法 (1) 巴布長度：重量加權(quán)平均長度 (2) 豪特長度：截面加權(quán)平均長度 (3) 短毛率：小于30mm毛的百分含量 電容法（Almeter法）豪特長度和巴布長度

4、 梳片法巴布長度和根數(shù)加權(quán)平均長度4.3 麻纖維 參照毛纖維測量方法進(jìn)行 但短纖維含量以40mm以下的短纖維計算4.4 化學(xué)纖維 等長纖維：切斷稱重法 超長纖維：超過實際長度7mm（名義長度小于50mm）或10mm（名義長度大于50mm），但纖維長度小于1.9倍名義長度 倍長纖維：未切斷纖維，長度是名義長度的整數(shù)倍 非等長化學(xué)纖維（牽切法） 參照羊毛長度測量方法4.5 纖維長度對比纖維長度（mm）纖維長度（mm）棉2545細(xì)毛、半細(xì)毛 50100亞麻單纖維1520粗毛、半粗毛 50200工藝?yán)w維 500750粘膠34120大麻單纖維1015滌綸35100工藝?yán)w維 7001500腈綸3395黃麻

5、單纖維24錦綸655110工藝?yán)w維 20003000石棉1204.5 纖維長度對比纖維主要品種的長度范圍 （mm）品種長度品種長度品種長度品種長度海島棉4555普通羊毛4070亞麻2030中長纖維5165埃及棉3045美利努毛70110苧麻20200毛型纖維76120美 棉2535英國羊毛40300黃麻1550棉型纖維3841印度棉2030開司米2236馬尼拉麻320馬海毛4570大麻5554.6 纖維長度與產(chǎn)品質(zhì)量及紡織工藝的關(guān)系 與成紗強(qiáng)度的關(guān)系 長度長，纖維間相互接觸面積大 超過一定程度，影響不明顯 與成紗毛羽的關(guān)系 長度長，毛羽少 長度整齊度、短絨率和成紗強(qiáng)度、條干間關(guān)系 差、大，條干

6、惡化、強(qiáng)度下降精梳 化纖：過于整齊，同步纖維牽切（不等長纖維） 長度越長、整齊度越好，短絨率越少紗越細(xì) 設(shè)計紡紗系統(tǒng)工藝參數(shù)的主要依據(jù)。二、纖維的細(xì)度及其分布 纖維細(xì)度是指纖維粗細(xì)的程度纖維細(xì)度是指纖維粗細(xì)的程度 1.纖維的細(xì)度表征 （1）特數(shù)）特數(shù)Nt (定長制）定長制）間接指標(biāo)間接指標(biāo) 我國法定的線密度單位為特克斯（tex），簡稱特。 表示1千米長的紡織材料在公定回潮率時質(zhì)量克數(shù)。 1分特（萬米長）0.1特L1000ktGN 纖維的細(xì)度表征 (2)旦數(shù)旦數(shù)ND (定長制）定長制） 間接指標(biāo)間接指標(biāo) 旦數(shù)即旦尼爾數(shù)（Denier），較多地用于絲和化纖長絲中，又稱纖度。 指9000m長紡織材料

7、在公定回潮率時質(zhì)量克數(shù)dtkD109L9000GNN纖維的細(xì)度表征 (3) 公制支數(shù)公制支數(shù)Nm (定重制）定重制） 間接指標(biāo)間接指標(biāo) 簡稱支數(shù) 指在公定回潮率時1g紡織材料所具有的長度米(m)數(shù)dtkm10000LNGN細(xì)度指標(biāo)與哪些因素有關(guān)？細(xì)度指標(biāo)與哪些因素有關(guān)？纖維的細(xì)度表征 （4） 直徑與截面積直徑與截面積直接指標(biāo)直接指標(biāo) 通過光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀測 常用于羊毛及其他動物毛，圓形化學(xué)纖維的細(xì)度表達(dá)。 由于纖維很細(xì)，以微米為單位，近似圓形的計算為42dA2. 細(xì)度指標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換1000texmNNtexdenNN99000denmNN線密度指標(biāo)與直徑的換算 設(shè)纖維直徑為d（m）

8、，密度為（g/cm3） 1000米長紗線質(zhì)量 mNt Nt =1000102d2/410-8 Nt= d2/4 10-3 d2= Nt/( ) 4 1000纖維的細(xì)度指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換 設(shè)纖維直徑為d（m），密度為（g/cm3）， 纖維直徑與旦數(shù)的換算式為： 與分特的換算式為 纖維直徑與公制支數(shù)為ttdenNNNd682.359894.11894.11dendendtexNNNd894.111910284.11284.11mNd14 .1128線密度與纖維直徑1.5dtex的PET纖維，=1.38d=11.76m1.5dtex的PP纖維， =0.91d=14.49m110682. 3682.35d

9、textNNd3. 纖維細(xì)度對比天然植物纖維的細(xì)度纖維品種纖維寬度（m） 平均截面積斷面積比(%)當(dāng)量直徑范圍平均m2胞壁中孔m海島18埃及棉16281109733.34美03印度棉20242009464.5中國棉28453509645.96亞71.34.32苧麻4266518159大麻1650242979645.49黃麻10251816189114.04青麻52515719372.68西沙爾麻（劍麻） 1530251229283.52馬尼拉麻103224天然動物纖維細(xì)度品種纖維直徑（m）品種纖維

10、直徑（m）范圍平均范圍平均美利奴羊毛1827駱駝毛交配種羊毛2731粗硬 137930中支交配種羊毛3139中 23粗支交配種羊毛3944纖細(xì) 102818馬海毛山羊絨105015粗硬 236643 家蠶絲141816中 235033 柞蠶絲147342纖細(xì) 133323 駝羊毛粗硬 236136 中 184628 纖細(xì) 133320 常規(guī)纖維L/D的數(shù)值范圍纖維纖維棉棉麻（工藝?yán)w維）麻（工藝?yán)w維）羊毛羊毛L/D21031054103纖維化纖短纖維蠶絲化纖長絲L/D3103108108纖維細(xì)度與產(chǎn)品質(zhì)量、紡紗工藝的關(guān)系 與成紗條干的關(guān)系 細(xì)度小，成紗條干均勻 細(xì)度小，易產(chǎn)生疵點 與成紗強(qiáng)度的關(guān)

11、系 細(xì)度小，纖維間摩擦抱合大（有利） 細(xì)度過小，纖維自身強(qiáng)度?。ú焕?細(xì)度小，條干均勻強(qiáng)度較高 與織物服用性能關(guān)系 粗，硬挺 細(xì)，柔軟，光澤柔和，易起毛起球 與紡紗工藝的關(guān)系 除雜工藝 牽伸效率 加捻效率纖維細(xì)度對纖維性能的影響 影響纖維的吸附性能和染色性質(zhì) 纖維及纖維束剛度 纖維光澤：乳白化 細(xì)度不勻：纖維堆砌排列的不均勻和加工控制及成形困難 纖維內(nèi)細(xì)度不勻，纖維形態(tài)粗細(xì)變化，導(dǎo)致纖維的細(xì)頸弱節(jié)，影響外觀和品質(zhì)。纖維細(xì)度對紗線性能的影響 纖維粗，單位截面內(nèi)的纖維根數(shù)減少，堆砌松，接觸點少，會引起紡紗的斷頭和加工困難 纖維細(xì)，纖維根數(shù)增加，有利于接觸和紗條均勻性，可紡性提高，但纖維易彎曲、纏

12、繞和混亂排列，使紗的結(jié)構(gòu)蓬松、有序性下降纖維細(xì)度對紗線性能的影響 從紗線可紡性的經(jīng)驗可知，纖維長度L越長、纖維細(xì)度ND越細(xì)、紗線截面中纖維根數(shù)n越多，纖維自身的細(xì)度不勻CVd越小，可紡性S越好。即 式中，L為英吋（1in=25.4mm）；nC為紡紗加工中紗截面中臨界纖維根數(shù)。顯然S1時，紡紗容易，S1時紡紗困難，且成紗質(zhì)量會下降。2dDC1001CVNLnnS纖維細(xì)度對織物性能的影響 不同細(xì)度尺度纖維會極大地影響織物的手感、透通性和舒適性 纖維細(xì)度種類線密度(dtex)直徑(mm)性能特征細(xì) 旦0.892.28.4117.7柔軟、均勻、高支輕薄化棉、絲型纖維0.891.338.4113.7柔軟

13、、均勻、高支輕薄化毛、麻型纖維17.7柔軟、均勻、高支輕薄化超 細(xì)0.0110.893.011.2吸濕、導(dǎo)濕、細(xì)膩、仿皮革皮革（特細(xì)）0.0透汽、防水、細(xì)密、麂皮特征極 細(xì)0.00010.010.090.12吸附、超濾、功能納米尺度10-810-40.0010.1特殊功能4. 纖維細(xì)度不勻的指標(biāo) 主要包括二層含義 （1）纖維之間的粗細(xì)不勻 （2）纖維本身沿長度方向上的粗細(xì)不勻。 4.1 細(xì)度不勻的概念細(xì)度不勻的概念 (1) 同一棉鈴的棉纖維，因胞壁厚度、生長部位的不同而粗細(xì)不同；同一根棉纖維還兩端細(xì)、中段粗并截面形態(tài)變化。 (2) 同一毛包的毛纖維，

14、不僅纖維間因在羊體上的生長部位不同而粗細(xì)不同(變異系數(shù)達(dá)2035%)，而且單纖維因生長季節(jié)和營養(yǎng)的影響也會有明顯的粗細(xì)差異（粗細(xì)差異可達(dá)310 m），并且有截面形態(tài)的變化。纖維細(xì)度不勻 (3) 蠶絲本身粗細(xì)差異在總長度上較為明顯，繭外層和內(nèi)層的絲較細(xì)，中間主繭層的絲相比較粗，由于繅絲的合并，均勻性較好。 (4) 麻纖維的粗細(xì)差異更大，不僅單纖維的粗細(xì)差異大（變異系數(shù)達(dá)3040%），而且工藝?yán)w維因分離的隨機(jī)性粗細(xì)差異更大。 (5) 化學(xué)纖維 因細(xì)度均勻性較好，很少表征4.2 細(xì)度不勻指標(biāo)及分布細(xì)度不勻指標(biāo)及分布 （1）不勻率指標(biāo)變異系數(shù) 直徑不勻是纖維細(xì)度不勻最主要和最有效的指標(biāo) 線密度類指標(biāo)只

15、能反映紗線的細(xì)度總體差異 直徑變異系數(shù) 線密度變異系數(shù)（2）纖維間細(xì)度不勻的分布）纖維間細(xì)度不勻的分布 可以參照纖維長度分布的原理，表達(dá)纖維的細(xì)度（直徑）不勻 n(d) 分組測量 直方圖 連續(xù)曲線 N(d) d O 5. 纖維細(xì)度及分布的測量方法 5.1 中段切斷稱重法 主要解決纖維的線密度指標(biāo)測量 A LC LC B 中段切斷稱重法 將纖維理成平行伸直，將纖維切斷稱重，并點數(shù)中段纖維根數(shù) 切斷長度由纖維的平均長度粗略確定，棉一般為10或20mm，毛麻一般為20或30mm 切斷長度短，測量精度會受影響；太長，纖維長度有限制，且伸直和平行難度增大 一般適用于伸直性較好的纖維 測量重點是纖維根數(shù)，

16、纖維根數(shù)必須大于1500根 棉、毛、麻偏粗5.2 直徑測量法直徑測量法 （1）顯微鏡觀測法 又稱為顯微鏡投影測量法 多用于圓形或近圓形纖維直徑的測量 源于近圓形羊毛纖維的測量。 （2）OFDA法 顯微鏡法自動版直徑測量法直徑測量法 (3) 激光纖維直徑測量法 纖維樣品 激光 泵 二級過 濾器 纖維 分散 容器 測量 傳感器 纖維 光電識別器 透鏡 異丙醇 測量 單元 過濾器 信號 處理 電路 計算機(jī) 參考 傳感器 微孔 分光 裝置 分束 器 5.3 氣流儀法 L Q P0 QPR M, SS, K () Q P 5.4 振動測量法 6. 纖維細(xì)度測試現(xiàn)狀 棉纖維：切斷稱重法； 毛纖維：幾乎采用

17、OFDA和LaserScan方法，其次為顯微鏡法和氣流儀法； 麻纖維：切斷稱重法，其次套用顯微鏡法或OFDA法； 絲纖維：大多為絞絲稱重法（類切斷稱重），其次顯微鏡法； 化纖短纖根據(jù)毛型、棉型分別采用各自纖維在紡織加工工藝體系中的測量方法； 化纖長絲一般用絞絲稱重，或顯微鏡法。 三、纖維的卷曲 纖維卷曲使纖維間的機(jī)械纏結(jié)增加，有利于纖維加工中的成網(wǎng)、成條性。 卷曲頻率愈高，纏結(jié)概率愈大； 纖維卷曲度（率）愈大，纏結(jié)點間的變形愈大，在纖維網(wǎng)、條結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時，可變形性就愈大。但對加工變形中纖維滑移的控制變得不容易和有跳躍。 纖維卷曲對紗線橫截面內(nèi)的根數(shù)有影響，成反比，對紡紗不利；卷曲的增加有利于

18、在紡紗過程中，減少纖維的游動和降低毛羽的產(chǎn)生。 纖維卷曲將使纖維的橫向占有空間變大，而增加纖維集合體的膨松性；使纖維縱向收縮并具有潛在的彈性伸長，從而增加纖維集合體的縱向可變性。卷曲的意義 纖維集合體的膨松性和縱向可變性的共同作用 使纖維集合體的空間變形增大，尤其是彈性變形，并使纖維集合體在力學(xué)性能上獲得可壓縮、可彈性延伸 在物理性能上，控制透通性、傳導(dǎo)與隔絕，吸濕與保水的重要和有效的手段。 纖維的卷曲對紗線的粗細(xì)和抗壓性有重要的影響，一般來說，卷曲度的增加，紗的強(qiáng)度和斷裂伸長下降，紗線的不勻率和粗細(xì)節(jié)頻率增加。 對織物來講，纖維卷曲的正常變化對物理性能影響的，一般趨勢是隨著卷曲的增加，織物柔

19、軟度、滑爽度、豐滿度也增加。卷曲的意義 羊毛卷曲排列越整齊，越能使毛被形成緊密的毛叢結(jié)構(gòu)，更好地預(yù)防外來雜質(zhì)和氣候卷曲的獲得 纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)不對稱 羊毛：正偏皮質(zhì)雙側(cè)分布 復(fù)合纖維：并列或偏芯分布，熱或機(jī)械處理強(qiáng)化 維綸、黏膠：斷面不對稱，皮芯分布，熱和機(jī)械處理 超卷曲羊毛：化學(xué)或機(jī)械處理強(qiáng)化 利用熱塑性 齒輪熱軋、填塞箱纖維卷曲特點 熱塑法 卷曲不穩(wěn)定，容易消失 截面不對稱纖維或偏皮芯分布、并列型復(fù)合纖維 卷曲牢度好，立體卷曲 數(shù)量可能比較少（如黏膠），也可較多（如復(fù)合纖維） 羊毛卷曲具有可變性 高PH值或具有膨脹作用的液體，會出現(xiàn)相反卷曲，去除液體后，回復(fù)原狀。 羊毛織物吸濕膨脹和易于氈縮的

20、原因之一。1. 卷曲現(xiàn)象卷曲現(xiàn)象 是無或弱卷曲，其卷曲弧度小于半圓形，屬淺平波形，且卷曲數(shù)少，半細(xì)和土種羊毛多屬此類； 為鋸齒波形，是人工所為，非羊毛的自然卷曲；卷曲現(xiàn)象 和為正常卷曲波形，波形的弧度接近或等于半圓形，卷曲對稱于中心線，屬常波卷曲，只是的卷曲數(shù)大于，軸向投影基本為直線，美利奴羊毛和中國良種羊毛都屬此類，品質(zhì)優(yōu)良，多用于精紡，紡制表面光潔的毛紗；卷曲現(xiàn)象 為深波，為大屈曲波，屬高卷曲（curl）纖維，每個卷曲的弧度都超過半圓，且有非平面的波動，多發(fā)生在粗羊毛和新西蘭羊毛上，該羊毛不適于精紡，而適于粗紡系統(tǒng)，呢絨豐滿有彈性；卷曲現(xiàn)象 和為典型的三維螺旋卷曲，存在于部分粗羊毛和土種毛

21、中，是副皮質(zhì)偏心分布的結(jié)果，有長螺距螺旋和短螺距，這種卷曲人工變形紗中較常見。澳大利亞羊毛的卷曲性與細(xì)度的關(guān)系羊毛的品質(zhì)支數(shù)纖維直徑平均纖維長度mm卷曲數(shù)個/8018.119.55522247019.621.05722246421.122.56720226222.624.07016206024.125.57716205825.627.07816205627.128.59213165030.131.79613164831.833.410010134633.535.110810134435.237.01271013mm卷曲形態(tài)填塞箱法復(fù)合纖維法加捻變形工藝編織解脫法2. 纖維卷曲的測量 卷曲度（率

22、） 卷曲數(shù) 卷曲波長 卷曲比 卷曲回復(fù)率 卷曲彈性率a）單纖維拉伸曲線或 （b）纖維卷曲彈性測量儀測量 4 L2 L1 W0 W1 W0 自然 蜷縮 狀態(tài) L0 2 1 9 3 5 6 7 8 三、棉纖維成熟度成熟度測量氫氧化鈉法 18%NaOH 基于纖維形態(tài)評判 方法一成熟度比 正常纖維、死纖維、薄壁纖維 成熟度比 M=(N-D)/200+0.7 N正常纖維百分率，D死纖維百分率 方法二成熟纖維百分率 成熟纖維、不成熟纖維 成熟纖維百分率： 成熟纖維根數(shù)/纖維總根數(shù)100%四、異形纖維截面特征 纖維的截面變化或稱異形化 （1）截面形狀的非圓形化 輪廓波動的異形化、直徑不對稱的異形化； （2）截面的中空和復(fù)合化。 單 凹 跑 道 粗 糙 粗 糙 多 角 多 葉 異 形 d2 中空 圓周波動異形圓周波動異形 直徑變異異形直徑變異異形 雙 凹 復(fù)合 復(fù)復(fù)合合 復(fù)復(fù)合合 復(fù)合復(fù)合 異形纖維截面的形狀和功能復(fù)合纖維的截面結(jié)構(gòu)與用途截面異形幾何特征參數(shù)示意圖 Ri R0 tS Di D0 Di tw th 周邊波動 內(nèi)凹變形 直徑異化 A1 A3 A2 D 中空纖維幾何特征參數(shù)示意 （1）中空度 （2）空隙率 （3）中腔率 （4）中空偏心 r re dv O re (a) dv R0 (b) (c) 纖維的鑒別一、手感目測法