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1、第二章 纺织纤维的 形态及表征,纤维的表面形态主要是指:纤维的长度、细度、截面形状、卷曲或转曲等。与纤维的物理性能、纺织工艺性能及纺织制品的使用性能等关系密切.,第一节 纤维的细度,细度：指纤维的粗细程度（沿长度方向）。细度是纤维重要的形态尺寸和质量指标之一，与纺纱工艺、成纱质量有密切关系，且直接影响织物风格。,一、纤维细度的指标 直接指标：直径、投影宽度、截面积、周长、比表面积；间接指标：用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,1、直接指标：直径 直观，用于圆形截面的纤维。如：羊毛及其他动物毛。投影宽度 用于非圆形截面的纤维；截面积 测量困难
2、；比表面积 计算值。废时废力，单个指标不一定确切。,2、间接指标 利用纤维长度与重量的关系间接地来表示纤维的细度。测量方便,（1）线密度-特克斯 Ntex（tex）国际标准单位 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（g）L纤维长度（m）,分特dtex：在公定回潮率下，10000米长的纤维所具有重量克数。1tex10dtex同品种纤维，Ntex，纤维越粗。,（2）纤度-旦数（旦尼尔数）Nden（den）绢丝，化纤常用指标 在公定回潮率下，9000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(g)L纤维长度（m）
3、同品种纤维，Nden，纤维越粗。,（3）公制支数 Nm 常用于棉纤维 在公定回潮率下，单位重量（克）的纤维所具有的长度（米）：Gk 纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（g）L纤维长度（m）同品种纤维，Nm，纤维越细。,间接细度指标间的换算关系：Ntex Nm=1000 Nden Nm=9000 Nden=9 Ntex,（4）英制支数Ne 在公定回潮率9.89时，一磅重的棉纱线所具有的长度的840码的倍数。Gk:mass of yarn at U.K.metric moisture regain(Cotton:9.89%)(lb)L:length of yarn(yard)Cotton ya
4、rn,cotton type yarn,cotton blended yarn,直径与间接细度指标间的换算：,式中：d-纤维直径（mm）-纤维密度（g/cm3),二、纤维细度不匀及分布1细度不匀的概念2细度不匀指标及分布,图3-16 纤维直径分布直方图及分布曲线,直径或线密度不匀：均方差、变异系数CV、平均差、平均差系数,ni为第i组中纤维根数含量比,n(d)为纤维根数的密度函数,三、纤维细度及分布的测量方法（标准温湿度）1称重法,图3-17 中段切断称重法示意图,一般棉LC=10或20mm，毛麻一般LC为20或30mm,n为中段纤维根数，G（g）、g（mg）为所称重量,2直径测量法,图3-1
5、8 OFDA（Optical Fiber Diameter Analyser）100测量仪,基本原理与光学显微镜测量同，试样可自动分离散落、试样台可自动x，y方向顺序移动和快速复位，快速（min）、大样本（2000根）,图3-19 激光扫描纤维直径测量原理图,3气流仪法,图3-20 气流仪测量纤维细度原理示意图,压力差和气流的流量与纤维的气阻有关；气阻又与纤维的填充率和所填纤维的粗细有关。,图3-21 振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图,4振动测量法,通过拨动被测纤维（弦），使其振动，利用固有振动频率f与纤维（弦）的线密度Nt及弦长L和弦的绷紧张力T间的关系。,四、纤维细度及其不匀对纤维集合体
6、性质的影响,（1）对纤维本身,粗细将影响其比表面积SS，纤维的吸附性能和染色性质。,纤维间的细度不同，会引起纤维力学性质的差异。,纤维变粗，使纤维的弯曲刚度增大，点接触面积增大，纤维变得刚硬和触感粘涩、偏冷。,（2）对纱线,S为可纺性，L为纤维长度，英吋（1in=25.4mm）；nc为纺纱加工中纱截面中临界纤维根数；CVd纤维自身的细度不匀。,纤维细，纱截面中的纤维根数增加，有利于纤维间的相互接触和纱条均匀性的增加，使纤维的可纺性提高，但纱的结构膨松，有序性下降。,表3-4 纤维细度与功能的关系,（3）对织物,五、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
7、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；与纺纱工艺的关系 纤维越细，加工过程中容易扭结、拉断而产生棉结、短纤维。,第二节 纤维的长度及其分布,纤维长度：一般指伸直长度，即纤维伸直而未伸长时两端的距离。另有自然长度（自然长度：纤维在自然伸展状态下的投影长度。有不同程度的弯曲或卷曲）：例毛丛长度。纤维的伸直度=纤维自然长度/纤维伸直长度。,天然纤维随动物、植物的种类、品系与生长条件而不同。棉、麻、毛：短纤维，纤维长度一般25250mm；长度差异很大（不同品种或同品种）蚕丝：长丝，一个茧子上的茧
8、丝长度可达数百米至上千米。,天然纤维长度（mm）范围 棉纤维：25-45 亚麻单纤维：15-20 亚麻工艺纤维：500-750 黄麻单纤维：2-4 黄麻工艺纤维：2000-3000 大麻单纤维：10-15 大麻工艺纤维：700-1500 细毛、半细毛：50-100 粗毛、半粗毛：50-200,化学纤维人工制造，可根据需要而定。长丝：可无限长；短纤维：等长或不等长。长度离散性小，但超长纤维和倍长纤维对 纺纱工艺危害较大。棉型化纤：38-41 mm 用棉纺设备纺纱 纯纺或混纺中长纤维：51-65 mm 用棉纺或化纤专纺设备纺纱 仿毛织物毛型化纤：76-120 mm 用毛纺设备纺纱 纯纺或混纺,一、
9、纤维长度指标,Ls短纤维界限长度；平均长度；Lm主体长度；Lp品质长度,纤维长度分布示意图,1.加权平均长度：是纤维长度的平均值。（1）根数加权平均长度：各根纤维长度之和的平均数。其中：Li为各组纤维的长度，Ni为各组纤维的根数。（2）重量加权平均长度：各组长度的重量加权平均数。其中：Li为各组纤维代表长度，gi为各组纤维的重量。,2.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 细绒棉手扯长度以1mm为级距，分级如下：25mm 25.9mm以下；31mm 31mm
10、以上。28mm为标准级,3.品质长度（右半部/上半部平均长度）（Lp）：（可见光扫描式长度分析仪测得的）比平均长度长的那部分纤维的计数加权平均长度。（罗拉式仪器法测得的）计重主体长度以上平均长度（右半部平均长度）。（是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数）,4.跨距长度：使用HVI系列数字式照影仪测得的纤维长度指标。跨距长度是指采用梳子随机夹持取样（纤维须丛），纤维由夹持点伸出的长度。5.手扯长度：手感目测的检验方法中，用手扯尺量法测得的棉纤维长度。手扯长度与罗拉式仪器法测得的主体长度接近。,6.短绒率：长度在某一界限长度Ls以下的纤维所占的百分率。（表示长度整齐度的指标）界限长度：细绒棉 16m
11、m；长绒棉 20mm；绵羊毛 30mm；苎 麻 40mm。,二、纤维长度的基本测量1一端整齐法按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如拜氏图；纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人工手排（罗拉法）或梳片排（梳片法）和机械自动排（Almeter法）,拜氏图的意义及长度求法,最大长度OC，交叉长度OL，有效长度L4B4,短纤维含量Rn 纤维长度的整齐度K（）,OB4=OB3/4,B5B3=OB3/4,适用于棉或不等长化纤、羊毛、苎麻、绢丝等长度分布的测定。,罗拉法测量原理图,我国棉纤维长度检验标准中使用的方法，采用的长度指标有主体长度、品质长度、短纤维率、重量平均长度、长度均匀度和基数，多被纤维须丛
12、测量法（HVI系统）所替代。,梳片式长度测量原理图,多用于毛、麻或仿毛类纤维长度的测量。将置于多排、等距（10mm）梳片内的纤维条，从头端以3mm的间距夹持取下，并转移至另一相同的梳片架上，排成一端整齐的纤维丛。然后将排齐的纤维从头端每10mm分组取下，称重，得纤维各长度组的重量数据和长度分布直方图。,Almeter长度测量仪工作原理示意图,适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定。原理：电容值与极板间的纤维质量（m=S(l)l(l)）成正比，假设纤维密度(l)不随纤维丛长度而变，极板宽度l为常数，则长度l处的纤维含量只与纤维丛的截面积S(l)有关。,2逐根测量,Wira单纤维长度仪机构及原理示意
13、图,Wira(英国羊毛工业研究协会)单纤维长度仪是早期用以加速测量精梳毛条中各根纤维长度的一种半自动仪器，可以手工快速测量单纤维的伸直长度。,AFIS纤维长度测量原理图,AFIS(Advanced Fiber Information System)，Uster公司，用红外光束快速检测单根棉纤维的长度，以及直径、棉结和杂质的尺寸及数目的单纤维测试仪。,3纤维须丛法光照影法(HVI，High Volume Instruments),纤维长度照影机测量原理解析图,光通量的变化纤维层厚度和质量变化重量加权平均长度,跨距长度对罗拉距离的意义,2.5跨距长度：指离纤维梳子即钳口线3.81mm处纤维相对根数
14、为100时，从钳口线到纤维根数为2.5处的距离；50跨距长度是指钳口线到纤维根数为50的距离。,四、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 在其他条件相同下，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，长度较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。式中：nf为每米成纱中纤维端头的平均数 Ty为单纱平均线密度（tex)Tf为纤维的平均线密度（tex)lf为纤维长度的平均值,3、纤维长度整齐度和短绒率与成纱强度、条干的关系
15、当纤维长度整齐度差，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。,总结：纤维长度与成纱质量的关系,与成纱强度的关系 纤维长度越长，成纱强度越高与成纱毛羽的关系 纤维长度长，毛羽少纤维长度及其整齐度与成纱条干的关系 纤维长度长、整齐度高，纱线条干好,第三节 纤维的卷曲与转曲,卷曲的作用：增加纤维间的摩擦力和抱合力，增加纱线强力；提高纤维和制品的弹性；改善织物的抗皱性、保暖性及光泽。,羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达,无或弱卷曲，浅平波形，半细和土种羊毛；锯齿波形，人工；和正常卷曲波形，常波卷曲，美利奴羊毛和中国良种羊毛、属高卷曲纤维，粗羊毛和新西兰羊毛；和为三维螺
16、旋卷曲，部分粗羊毛和土种毛,一、纤维的卷曲形式及表征 1卷曲现象,澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系,品质支数：各种绵羊毛纤维可能纺制成精梳毛纱的最细支数。,2.纤维卷曲产生的原因及方法(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所致。,(2)化学纤维 化学纤维一般都要人为赋予卷曲以改善其可纺性和织物性能。赋予化纤卷曲的方法：机械卷曲法 利用纤维热塑性（暂时卷曲）复合纺丝法 利用内部结构的不对称经热 处理（永久卷曲）三维卷曲法其他各种变形加工方法,变形纱中的卷曲形态,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
17、数为1214个/25cm，羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。,其他指标见课本P41。,三、纤维的转曲（Convolution）及表征1.纤维转曲和扭转的表达,图3-28 纤维转曲及其理论表达示意图,转曲高度,n 转曲数为单位长度上的纤维扭转个数（个/cm）,由于纤维素是以螺旋状原纤形态一层一层地淀积，螺旋方向有左旋也有右旋，在一根纤维的长度方向反复改变，因而当棉铃裂开，纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成不规则的螺旋形，称为“天然转曲”。,第四节 纤维的截面形状及表征,一、异形纤维的基本概念,纤维截面变化的过程、类型及相互关系,1截面的轮廓波动异形2截面的直径变异异形,图3-31 截面异形几何特
18、征参数示意图,异形截面纤维一般蓬松度较好，抗起毛起球，可以消除化纤的蜡质手感。常见异形截面纤维的截面形状和功能效果见课本P33。,二、截面形状和功能效果,三、异形纤维的表征 1.异形度,2截面中空度,图3-32 中空和复合纤维几何特征参数示意,中空度,Av，纤维截面中孔洞横截面积；Af，纤维表观横截面积,单孔圆形,多孔（n孔）圆形,偏心度,3.复合截面特征,皮芯结构的复合纤维相当于中空的表达；双边分布相当于偏心度e=1；海岛基质型相当于多孔的孔隙率表达。,思考题1.表示纤维细度的指标有哪些？各自的含义是什么？习惯上各表示什么纤维的细度?2.推导公制支数（Nm）、旦（D）、特（Nt）、直径（d）之间的关系。3.公制支数为5500的棉纤维，合多少分特？直径为多少？1.5旦的丙纶与2旦的涤纶哪个粗？为什么？（已知纤维密度：棉为1.54g/cm3、涤纶为1.38g/cm3、丙纶为0.91g/cm3）,4.常用的测定纤维长度的方法有哪些？各适合于测哪些纤维？5.常用的测定纤维细度的方法有哪些？各适合于测哪些纤维？6.试述纤维长度与纺纱加工及成纱质量的关系。7.试述纤维细度与纺纱加工及成纱质量的关系。8.羊毛和化纤的卷曲分别是怎么形成的？有何区别？9.反映纤维卷曲性能的指标有哪些？说明其含义。,
