东华大学纺织材料学第一章 纤维的分类及发展课件

1、第一章 纤维的分类及发展 第一节 纤维及其分类一、纤维定义与要求二、纤维的分类与命名1天然纤维2化学纤维3其他分类纤维纤维(What is a fiber?)长宽比在103倍以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。 Large length to width ratio纺织纤维长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤维。 Small enough to be flexible 纤维的基本性能(1)一定的长度和长度整齐度；(2)一定的细度和细度均匀度；(3)一定的强度和模量；(4)一定的延伸性和弹性；(5)一定的抱合力和摩擦

2、力；(6)一定的吸湿性和染色性；(7)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。 表1-1 主要天然纤维的来源分类与名称 分类定义组成物质纤维来源植物纤维取自于植物种子、茎、韧皮、叶或果实上获得的纤维主要组成物质为纤维素，并含有少量木质素、半纤维素等，含量比随纤维的不同而不同种子纤维：取自植物种子表面的单细胞纤维，如棉及彩色棉和转基因棉等纤维；韧皮纤维：取自植物韧皮中的纤维，如苎麻、亚麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻、苘麻等；叶纤维：取自植物叶子的纤维，如剑麻、蕉麻、菠萝叶纤维、香蕉茎纤维等；果实纤维：取自植物果实的纤维，如木棉、椰子纤维；竹纤维：取自竹类茎

3、杆的纤维，如竹子纤维。动物纤维取自于动物的毛发或分泌液的纤维主要组成物质为蛋白质，但蛋白质的化学组成有较大差异毛纤维：取自动物的毛发，由角蛋白组成的多细胞结构的纤维，如绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、牦牛毛、马海毛、羽绒、野生骆马毛、变性羊毛、细化羊毛等；丝纤维：指由昆虫的丝腺分泌物形成的纤维，如桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署蚕丝、天蚕丝、樗蚕丝、柳蚕丝、蜘蛛丝等。矿物纤维从纤维状结构的矿物岩石获得的纤维二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁等各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等第二节 各类常用纤维简介一、天然纤维素纤维棉棉纤维的生长发育 棉纤维是由胚珠(即将来的棉籽)表皮壁上的细胞伸长加厚

4、而成的。一个细胞长成一根纤维.Cotton: seed hair obtained from the boll of the cotton plant 4000 fibers/seed, max 20,000 fibers/seed250,000 fibers/boll图1-1 不同来源棉种纤维的截面示意图 按品种分类 长度(mm) 细度(dtex) 强度(km)陆地棉(细绒棉) 2333 1.432.22 2125海岛棉(长绒棉) 3345 1.21.4 30亚洲棉(粗绒棉) 1524 2.54.0 12棉花的初加工 (P36) 棉花的初加工也叫轧棉或轧花初加工的目的是使籽棉上的纤维（俗称衣

5、分）和棉籽分离,除去棉籽和部分杂质。 籽棉皮棉（轧花厂的称呼） 籽棉原棉（纺纱厂的称呼）按棉花的初加工分类皮辊棉锯齿棉按纤维色泽分类(creamy white to gray)白棉彩色棉（遗传育种）黄棉灰棉棉纤维的形态结构和品质正常生长的棉纤维形态结构 截面：腰圆形，有中腔(kidney-bean shaped with a lumen)纵向：天然转曲the twists reverse in direction along the length 根据成熟度可把棉纤维分为： 成熟、未成熟、完全未成熟（死纤维）、过成熟及完全成熟棉。未成熟 成熟 过成熟 实际形状 图1-2 棉纤维成熟度的理论几何

6、图示 成熟度指标成熟系数：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成熟度指标及测试方法 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。细绒棉的M在1.5 2.0为成熟纤维，一般纺纱用的M在1.7 1.8为最佳；未成熟的M2.0；死纤维M0.7，完全不成熟纤维M0，完全成熟

7、纤维M5.0。长绒棉在1.7 2.5为成熟棉，理想的纺用M在2.0左右 木棉（a）开裂木棉果实（b）纤维表面 图1-3木棉纤维果实及纤维形态图表1-3 部分麻纤维的化学组成名称纤维素（%）半纤维素（%）果胶（%）木质素（%）其它（%）单纤维细度（m）单纤维长度(mm)苎麻65 7514 164 50.8 1.56.5 1430 4020 250亚麻70 8012 151.4 5.72.5 55.5 912 1717 25黄麻57 6014 171.0 1.210 131.4 3.515 181.5 5红麻525815181.11.311191.5318 272 6大麻67785.516.10.

8、82.52.93.35.415 1715 25罗布麻40.8215.4613.2812.1422.117 2320 25麻纤维的初加工目的：去除非纤维类物质的加工，主要是胶质物质。根据脱胶程度不同，分为全脱胶：胶质全部脱去，纤维呈单根状态，如苎麻半脱胶：仅脱去部分胶质，束状纤维，如亚麻、黄麻等脱胶的方法主要有微生物脱胶黄红麻：剥皮法麻株鲜剥鲜皮（或晾干后的干皮）选麻扎把天然浸沤洗麻晾干整理分级打包成件。 带杆法鲜麻株（或晾干后的麻株）选麻成捆天然浸沤压麻剥洗晒干、整理分级打包成件 亚麻化学脱胶苎麻：生苎麻高压高温碱煮脱胶浸酸中和清洗脱水给油烘干单纤维苎麻 麻纤维的主要性能指标长度细度外观强伸性

9、能主要特性吸湿散湿好（舒适性好）强伸性、刚性大（织物有刺痒感）弹性差（织物易起皱）挺、爽、透气 3叶纤维剑麻湿强比干强高耐海水腐蚀性强，适用于作船用缆绳和网具。蕉麻用途与剑麻同4竹纤维浙江的毛竹长度：1.3 3.1mm 性能与麻接近，吸湿性好二、天然蛋白质纤维1绵羊毛2特种动物纤维3丝纤维羊毛的生长和获得羊毛由羊皮肤上的细胞生长而成。 不均匀成簇生长 毛丛（导向毛，簇生毛） 羊毛的获得 抓毛：散毛 剪毛：毛被，套毛洗毛： 原毛 洗净毛 （a）套毛及去除部位 1、绵羊毛羊毛纤维的结构与形态羊毛纤维的结构：（沿纤维径向分为三层） 鳞片层：保护、光泽、缩绒 皮质层：羊毛主体、双侧结构 髓质层：细羊毛

10、无髓质层羊毛纤维的形态截面：近似圆形或椭圆形纵向：有天然卷曲、表面覆盖鳞片Morphology羊毛结构与形态分类1按组织结构1、 绒毛（无髓毛）细绒毛：弯曲最多，细度均匀，d30mm， 制造精纺呢绒、羊毛衫的主要原料。粗绒毛：长度和细度都比较均匀， d3052.5mm 2、 发毛（有髓毛）细刚毛：卷曲甚少或不明显，粗直，光泽强，d=52.575mm；制造长毛绒织物的优良原料。粗刚毛：纤维粗直，无弯曲，长度较长，d75mm；制造地毯的优良原料，手感粗硬，无卷曲，纺织利用价值低于绒毛，刚性较大，并有耐压缩弹性。 3、 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

11、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。4、 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。分类2按毛被上的纤维类型1、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。品质较好。2、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）山羊绒通过抓、梳获得的鳞片为环状，完整性好，紧贴毛干，手感柔软滑糯。细度：14m 16m ，是动物纤维中最细的。丝纤维是指蚕吐丝而得到的天然蛋白质纤维。分类（品种）： 1、

12、家蚕丝：桑蚕丝； 2、野蚕丝：柞蚕丝Tussah silk 、蓖麻蚕丝、木薯蚕丝等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 蚕茧的形成茧的形成 ：由外里 分三层茧衣（外层）：蚕吐丝时，最初吐出的凌乱的丝缕，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（中层）：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（内层）： 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蚕茧 蚕丝由蚕体内两个绢丝腺分泌的丝液凝固而成。蚕体分泌的丝液有两种：丝素：位于蚕

13、丝中间部分丝胶：包覆在丝素外面一根蚕丝（茧丝）由两根丝素和包覆在外的丝胶组成。蚕丝的初加工工艺：剥茧选茧煮茧缫丝复整 缫丝 精练 复整 蚕茧 生丝 熟丝 丝绞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。蚕茧的工艺加工 剥茧选茧煮茧缫丝复整 蚕丝的形态结构横截面：不规则椭圆形，两个丝素，外包丝胶(The two are called brins held together by sericin (gum or silk glue).Wild silk worms produce ribbon-like silk fibers纵向：平直光滑化学

14、纤维概述1884年，制造出世界上第一种化学纤维硝酸纤维1905年，第一种工业化生产的化学纤 维粘胶纤维1939年，美国杜邦公司开发出第一种合成纤维尼龙66（nylon 66）我国化学纤维从 50 年代开始发展迅速化学纤维三、再生纤维1再生纤维素纤维：棉浆粘胶、竹浆粘胶、高湿模量粘胶、日本的虎木棉（polynosic）、Modal、富强纤维、Tencel、Lyocell、强力粘胶纤维2再生蛋白质纤维共混纺丝（高再生蛋白质含量）蛋白质与其他高聚物进行接枝共聚（低再生蛋白质含量） 四、普通合成纤维1涤纶2锦纶3腈纶4丙纶5维纶6氯纶类别化学名称代号国内商品名国外商品名单体聚酯类纤维聚对苯二甲酸乙二酯

15、PET或PES涤纶特丽纶，达克纶，帝特纶，拉芙桑对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，乙二醇或环氧乙烷聚对苯二甲酸环已基-1，4二甲酯柯台尔(Kodel)对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，环乙烷二甲醇-1，4聚对羟基苯甲酸乙二酯荣辉，A-Tell对羟基苯甲酸，环氧乙烷聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，丁二醇聚对苯二甲酸丙二醇酯PTT对苯二甲酸，丙二醇聚酰胺类纤维脂肪族聚酰胺-6PA-6锦纶-6尼龙-6，卡普纶，贝纶己内酰胺聚酰胺-66PA-66锦纶-66尼龙-66，阿尼特己二酸，己二胺聚酰胺1010锦纶1010尼龙1010癸二胺，癸二酸聚酰胺-4PA-4锦纶-4尼龙4丁内酰胺脂环族锦

16、环纶凯纳双-(对氨基环己基)甲烷，12二酸聚烯烃纤维聚丙烯纤维PP丙纶梅拉克纶，帕纶丙烯聚乙烯纤维PE乙纶乙烯聚乙烯醇缩甲醛纤维PVAL维纶维尼纶，库拉纶，维纳尔醋酸乙烯酯聚乙烯醇缩丁醛纤维PVB聚乙烯醇一氯乙烯接枝共聚纤维维氯纶柯泰纶，BE纤维氯乙烯，醋酸乙烯聚氯乙烯纤维PVC氯纶罗维尔，帝维纶，天美纶氯乙烯氯化聚氯乙烯(过氯乙烯)纤维过氯纶合氯林，配采氯乙烯氯乙烯与偏二氯乙烯共聚纤维PVDC偏氯纶沙纶氯乙烯，偏二氯乙烯聚四氟乙烯纤维PTFE氟纶特氟纶四氟乙烯聚丙烯腈纤维(丙烯腈与15%以下的其它单体的共聚物纤维)PAN腈纶奥纶，阿克列纶，克列丝纶，开司米纶，考妥，齐沸纶丙烯腈及丙烯酸甲酯或

17、醋酸乙烯，苯乙烯磺酸钠，甲基丙烯磺酸钠改性聚丙烯腈纤维(指丙烯腈与多量第二单体的共聚物纤维)MAC腈氯纶卡耐卡纶，达耐尔，维萦N丙烯腈，氯乙烯沙尼夫，维列尔(Verel)丙烯腈，偏二氯乙烯表1- 7常用合成纤维的名称及代号五、差别化纤维1基本定义与获得方法指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状获得一定程度改善的纤维。2差别化纤维变形丝异形纤维复合纤维超细纤维高收缩纤维易染色纤维吸水吸湿纤维混纤丝超细纤维(a)(b)图1- 7分裂剥离法(a)和溶解去除法(b)示意图复合纤维：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、皮芯型和海岛芯

18、等。（P59）六、功能性纤维1抗静电和导电纤维2蓄热纤维和远红外纤维3防紫外线纤维4阻燃纤维5光导纤维6弹性纤维7抗菌防臭纤维8变色纤维9香味纤维10相变纤维图1- 8芳纶纤维的应用领域示意图二、化学纤维制造概述1纺丝融体或纺丝液的制备2化学纤维的纺丝成形3化学纤维的一般后整理 化学纤维的制造化学纤维制造过程：成纤高聚物的提纯或聚合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。纺丝刚纺出来的丝称为初生纤维。初生纤维的内部结构不稳定，强度低、伸长大、弹性差，不具有纺纱价值。根据纺丝液不同可分