纺织材料学课件：第3章 纤维的形态及表征

1、第三章 纤维的形态及表征第一节 纤维的长度及其分布第二节 纤维的细度第三节 纤维的卷曲纤维的形态主要是指: 纤维的长度、细度、卷曲或转曲等与纤维的 可纺性、成纱质量、手感、 保暖性等关系密切.第一节 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 态下的长度）：例毛丛长度 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

2、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：30-40 mm 用棉纺设备纺纱 纯纺或混纺 毛型化纤：70-150 mm 用毛纺设备纺纱 纯纺或混纺 中长纤维：51-65 mm 用棉纺或化纤专纺设备纺纱 仿毛织物纤维长度的测试及指标手扯法 指标：手扯长度 手扯长度接近原棉中大多数纤维的长

3、度，即接近纤维的主体长度。 在原棉的工商贸易中使用，人工操作。仪器检测法 通过仪器测量得到纤维长度分布情况，根据统计理论计算得到相应的纤维长度指标。 一.纤维长度指标 主体长度 平均长度 品质长度 短绒率1、主体长度：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； 26mm 26.0-26.9mm； 。 30mm 30.0-30.9mm； 31mm 31mm 以上 。 28mm为标准级 2、平均长度：是纤维长度的平

4、均值。（1）根数平均长度L：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 Lg： 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。3.品质长度（右半部平均长度）（Lp） ： 比主体长度长的那部分纤维的平均长度。 （是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数）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） 界限：细绒棉 16mm； 长绒棉 20mm； 毛 30mm， 苎麻 40mm 短纤维多制成本低成本高，不宜纺细支纱设纤维长度的重量频率为f(L)，则长度频率曲线包含的面积，即重量频率之

5、和为式中，W为最长纤维的长度W几个指标主体长度品质长度平均长度短绒率Ls为短纤维界限二、纤维长度的测量 常用的纤维长度方法有： 1、罗拉法 （适用于棉纤维的长度测定） 2、梳片法 （适用于羊毛、苎麻、绢丝或不等长化纤 的长度测定） 3、中段切断称重法（适用于等长化纤的长度测定） 4、排图法 （适用于棉或不等长化纤、羊毛、苎麻、 绢丝等长度分布的测定） 5、ALMETER电容测量法 （适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定） 棉纤维长度测试分组法1、罗拉法：将纤维整理成伸直平行、一端平齐的纤维束后，利用罗拉的握持和输出，将纤维由短到长按一定组距（即罗拉每次输出的长度，2mm）分组后称重，从而得到纤

6、维长度重量分布，求出各指标。1盖子，2弹簧，3压板，4撑脚，5上罗拉，6偏心杠杆，7下罗拉，8蜗轮，9蜗杆，10手柄，11溜板12偏心盘，13二号夹子，14号夹子，15指针Y111型罗拉式纤维长度分析仪2、梳片法： 利用彼此间隔一定距离的梳片，将羊毛或不等长毛型化纤整理成伸直平行，一端平齐的纤维束后，由长到短按一定组距（梳片间的距离）分组后称量，从而得到纤维长重量分布，计算有关指标。 Y131型梳片式长度分析仪（第一台梳片仪）3、中段切断称重法： 利用纤维切断器切取一端排列整齐纤维束的中段，称取中段和两端重量后，经计算求得纤维各项长度指标。 W0 ：纤维总质量，mg； Wt ：切下的纤维束两端

7、质量，mg； Wc ：中段纤维质量，mg； Ws ：短纤维质量，mg； Woz：超长纤维质量，mg； Lc ：中段纤维长度，mm。4.排图法 用人工或借助梳片式长度分析机，将纤维经过整理后，由长到短，一端平齐、密度均匀地排列在黑绒板上，从而得到纤维长度排列图。 可得到： 有效长度B4L4 中间长度B0L0 短纤维率(B3B/BA)*100 长短差异率 (B5L5/B4L4)*100 5、光电式：530型数字式纤维照影仪。6、电容式：ALMETER长短仪一定质量、一定厚度且一端平齐的纤维束通过电容传感器时，电容量的变化与测试区内纤维试样的质量变化成比例关系，通过专用软件可算出纤维长度-质量分布和

8、长度指标。三、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 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

9、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，纱线条干好第二节 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 直接法：用直径、投影宽度、截面积、 周长、比表面积； 间接法：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Nm1、直接法： 直径 直观，用于圆形截面的纤维。 如：羊毛。 投影宽度

10、 用于非圆形截面的纤维； 截面积 测量困难； 比表面积 计算值。 费时费力，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） 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 L 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） 1000Ntex = 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）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

11、维所具有重量的克数。 Gk L 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，Nden，纤维越粗. 9000Nden = （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）： L Gk 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。Nm = 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。 Cotton cou

12、ntGk: mass of yarn at U. K. metric moisture regain (Cotton: 9.89%) (lb)L: length of yarn (yard)Cotton yarn, cotton type yarn, cotton blended yarn 直径细度指标（直径）与间接细度指标的换算式中：d-纤维直径（mm） -纤维密度（g/cm3)原理：重量相等，如Nt为1000米长的纤维重量克数，这时:设纤维直径为d,纤维密度为，即有1000d2/4* =Nt另有指标： 马克隆值M(用于棉）-本身无量纲，相当于单位长度（英寸）的重量（微克）反映细度、成熟度的

13、综合指标。MNm25400；Nt0.0394M；Nd0.354M 品质支数（用于毛）-沿用下来的指标，曾表示该羊毛的可纺支数，现表示直径在某一范围的羊毛细度。羊毛品质支数和平均直径的关系如下表：二、纤维细度的测定 1、中段切断称重法： -棉纤维或化纤的细度测定 该法只能测算纤维的间接平均细度指标，无法得到细度的离散性指标。 将纤维排成一端整齐，平行伸直的棉束，然后用纤维切断器在纤维中段切取一定长度（棉10mm）的纤维束，在扭力天平上称重，然后计数中段纤维的根数，计算Nm。 梳理 切断 称重 数根数 计算 NmL/G=10n/G 其中n是根数，G 是中段纤维重量（mg）2、气流仪法；（棉，羊毛）

14、原理：在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，容 器两端有网眼板，可以通过空气，当两端一 定压力差的空气流过时，则空气流量与纤维的 比表面积平方成反比例关系。参考“纺织材料实验技术”。苛仁纳公式： 其中Q：空气流量（测定时仪器的读数） A、L：试样筒内截面积、高度（固定值）P：试样筒两端压力差（定值） S0：纤维比表面积（单位体积纤维的表面积） u：空气粘滞系数（与环境温湿度有关可通过 温湿度修正使其保持一致） ：样筒内纤维的空隙率（即纤维集合体内的 空间体积与纤维集合体总体积之比）；其中：G-纤维重量；r-纤维比重。 如果纤维密度r相同，只要控制纤维重量G,就 可使保持定值。 K-常数；该值与

15、值及纤维的排列状态有 关，可通过控制值及规范操作（如式样 需开松式扯松，并用长镊子将试样装进样 筒等）使K值保持常数。3、显微镜投影法常用于羊毛细度和截面为圆形纤维的纵向投影直径的测量。 投影放大倍数一般为500倍，用放大500倍的锲形卡尺测量纤维直径。 通常用分组计数法，计算出纤维的平均直径和直径变异系数。三、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；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

16、结、短纤维。第三节 纤维的卷曲卷曲 沿纤维纵向形成的规则和不规 则的弯曲。 它与纤维的可纺性、 成纱质量关系密切，对织物的 柔软性、蓬松性、弹性、冷暖 感等影响很大。一、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或偏皮芯结构或不均匀的混杂结构所致。 根据羊毛纤维卷曲的深浅（即波高），以及长短（即波宽）不同，卷曲形状可以分三类：弱卷曲 特点是卷曲的弧不到半个圆周，沿纤维的长度方向比较平直，卷曲数较少。半细毛的卷曲属此类；常卷曲 特点是卷曲的波形近似半圆形。细毛的卷曲属于此类，用于精梳毛纺，纺制有弹性和表面光洁的纱线和织物；强卷曲 特点是卷曲的波幅较高，

17、卷曲数较多。细羊毛腹毛属于此类。用于粗梳毛纺，纺制表面毛绒丰满、手感好、富有弹性的呢绒。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数为1214个/25cm，羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。 卷曲率的大小与卷曲数及卷曲波幅形态有关。一般短纤维的卷曲率在1015为宜。2、卷曲率 指纤维单位伸直长度内，卷曲伸直长度所

18、占的百分率（或表示卷曲后纤维的缩短程度）。 3、剩余卷曲率 指纤维经加载卸载后卷曲的残留长度对卷曲伸直长度的百分率。 反映卷曲牢度的指标，数值越大，表示回缩后剩余的波纹越深，即波纹不易消失，卷曲耐久。一般短纤维约为7080。4、卷曲弹性率 指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对伸直长度的百分率。 反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示卷曲容易恢复，卷曲弹性越好，卷曲耐久牢度越好。一般短纤维约为10。剩余卷曲率或卷曲回复率=卷曲弹性率=（表示卷曲的恢复能力）（表示卷曲的耐久牢度）（表示卷曲波的深度）（表示卷曲的密度）K1，K2单位长度内纤维左、右侧分别数得的卷曲数 L0纤维加轻负荷后的长度（mm） L1纤维加重负荷后的长度（mm）L2纤维除去重负荷一定时间后再加 轻负荷的长度（mm）三. 纤维卷曲的测量（1）单纤维卷曲的测量及指标（2）纤维段弯曲曲率测量法 （3）纤维丛（束）卷曲整齐度的测量 羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图 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