纺材绪论的教案

纺材绪论的教案第1页/共39页绪论一、纺织材料的定义二、研究内容三、纺织材料的发展纤维纱线织物四、应关注的知识和理论第2页/共39页纺织材料是指纤维及纤维制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。“纤维与纤维制品”原料，用于纺织加工的对象产品，通过纺织加工而成的纤维集合体。“纤维、纱线、织物及其复合物”形成过程可以顺序进行，也可以跳跃完成一、纺织材料的定义第3页/共39页以材料的组成属性命名的学科

高分子材料、金属材料、有机、无机材料、生物材料等。

“纤维材料”

将材料作为一整体去实现材料结构、形态、性质及其变化。是宏观调控微观，多为均匀结构的讨论

以材料的应用属性命名的学科工程材料、建筑材料、组织工程材料等。

“纺织工程材料”将材料看作一个整体，或形态尺寸宏大的各单元的整体拼接，来实现结构功能和寿命，不属微尺度纺织材料以表面作用及排列组合为主要特征，以微小个体纤维构造（fabricate）的纤维集合体

在材料领域中具有“性状”属性的地位

一、纺织材料的定义第4页/共39页纺织材料的内容包括纤维及纤维集合体。纺织材料学：是纤维和纤维集合体的结构、性能及其间相互关系的学问，包括认知、表征（文、形、式）和发展。二、纺织材料的研究内容第5页/共39页10“文”即文字，是人类文明的产物，原本为简化表达和记载，而今变得越来越复杂和冗长。二、纺织材料的研究内容第6页/共39页10

“形”是物质或对象的直接表达，包括形状（照片与图像）和行为（关系和规律曲线或形态模型）。二、纺织材料的研究内容棉纤维的形态结构模型

第7页/共39页10如今的图形、图像技术使其变得既直观又简便，甚至复杂的数学物理模型和材料行为过程都可以动态地表达出来。图３数字图形、物理模型及数学表达二、纺织材料的研究内容第8页/共39页10

“式”即数字的关系，可以将很长而又费解的文字、很大而又复杂的图形，甚至无法表达的内容，简明地表达出来。

；而爱因斯坦相对论的质量－能量关系甲壳素纤维的分子式Peirce的弱环（Weak-link）定律二、纺织材料的研究内容第9页/共39页10

表达还可以借助其他手段与方法来实现，称为测量。这是实际的、直接的表达。二、纺织材料的研究内容第10页/共39页10

表达还可以虚拟地进行，即通过已有的结果，进行建模、替代实际的测量，来预见性地表达、或模拟性地表达。纤维性质fi(i=1,2,,m)

流程方向加工、设计过程SK(K=1,2,,N)

成品特征Fj(j=1,2,,n)可加工性评价最优组合与最低成本原则检测（各过程与效果）控制（纤维和纤维集合体的运动）优化（加工工艺与设备）特征与质量评价舒适、风格、功能、易护理、可销毁和再利用某加工过程fk(Exi)INgk(Exi)OUT二、纺织材料的研究内容第11页/共39页研究对象及其间关系

第12页/共39页纤维、纤维制品的各层和相互关系图

第13页/共39页10纺织材料可以通过纤维的结合：使刚性的材料变得柔软，使柔性的材料变得刚硬；使性质均匀的材料变得各向异性，使各向异性的纤维组合成各向同性物质；使部分物质（液、汽、气）能够出入自然，而使其它物质（颗粒、水、微生物、汽）无法通过；可使材料在多孔状态下达到隔热、保暖；可使材料在很大的变形下保持弹性；可让其他材料无法实现的三维曲面造型，通过二维平面的纺织材料，柔性、自然地贴服于人体上。研究对象及其间关系

第14页/共39页10古远天然纤维的采摘、绑扎、悬挂、编结种植、饲养、采矿、再生、合成等方法获取初级纤维复杂、智慧的人工机械，甚至物理、化学方法加工成的可用于产业用、家用、服装用的纤维、纱线、织物及其复合体。三、纺织材料的发展第15页/共39页三、纺织材料的发展－纤维天然纤维化学纤维世界人口50年前约1000万吨约330万吨27亿左右50年后的今天约2500万吨近4000万吨65亿多第16页/共39页10人类模仿天然纤维的发展过程三、纺织材料的发展－纤维第17页/共39页纤维的发展及天然纤维的作用

第18页/共39页10人类至今不及天然纤维的地方：如纤维的强度和弹性伸长始终不及蜘蛛丝，即实际强度无法进入其分子强度的同一个数量级。如纤维的原纤结构无法像棉、毛那样可以发生多级螺旋。如纤维的中空度只能达到60%，而木棉纤维达到近90%的连续中腔。如纤维的表观形态无法产生像毛发类纤维的鳞片状条纹或粗糙起伏；羽绒纤维可形成小枝杈和奇妙的分形现象；兔毛：中腔的“竹节”结构。三、纺织材料的发展－纤维第19页/共39页

木棉的微细结构与层次第20页/共39页10分叉羽绒和竹节多髓腔兔毛的形态第21页/共39页纱线：短纤维，加捻，连续；长丝，抱合，稳定的形态；多根细长的纱、丝，集合，满足使用要求。其基本的发展进程：简单加捻组合或直接合并到复杂多轴系的组合；加捻（短纤）和粘合（生丝）方式到引入编织和纠缠机制（空气变形或气流混乱化纠缠）；从纺纱、纺丝、合股成线的分离进行到纱、丝成“线”一步完成。三、纺织材料的发展－纱线第22页/共39页纱线的发展流程及可能的提示

纱线不仅是由短变长（短→长）的过程，且是长→匀、单→复、匀一→复杂的过程，涉及纱、丝、线及其组合复合体。三、纺织材料的发展－纱线第23页/共39页纺纱中的分合之道引出的技术进展三、纺织材料的发展－纱线Self-twistspun自捻纺Sirospun赛络纺Solospun分束纺Sirofil赛络菲尔纺第24页/共39页长丝束：从简单的变形加工，延伸到多组份、异粗细、异长度、异截面、异收缩、异卷曲的一步成形纺丝（异组合加工）。长丝、短纤维纱的共性问题如何能人为地控制纤维的形状，加工中的状态，成形后的形态，使其能扬长避短、优势互补第25页/共39页机织物：（1）起源与发展：

藤类、竹类材料的手工编织→线、绳的手工编织→手工织机的织造→机械化织造→多维，多轴系的织机和机织物（2）特征：交叉、刚硬和稳定三、纺织材料的发展－织物第26页/共39页针织物：（1）起源与发展：柔软的草茎或线状物的绑扎、打结→柔软的纱、线、绳的手工圈套、编结→简单的手工器具，弯曲的勾针或直挺的细棒的圈套与编织→手摇机械针织机及自动针织机。（2）特征：柔软易变形、三维圈套三、纺织材料的发展－织物第27页/共39页编织物：

直到近50年，其没有多大发展的单轴系的编织溶入于纱线制造技术；多轴系的编织成为当今机械自动化三维、多轴向、连续一次复合成形的最杰出的方法，是高层次结构、复合材料的基本要素和象征。三、纺织材料的发展－织物第28页/共39页非织造布：是人类进步中循环往复、螺旋上升规律的写照。最典型的非织造材料：人类文明起初使用皮革、草垫、纤维絮垫、造纸等。非织造加工在近50年中快速发展，成为简化工艺、节省时间、降低能耗的典范。三、纺织材料的发展－织物第29页/共39页

织物作为可直接应用产品，正较多较快地转向产业用纺织品；转向非织造、复合与组合、多轴与三维；转向机织、针织、编织、非织、粘结、涂层加工体系的组合与复合，使织物结构变得更合理、轻巧和功能化。

三、纺织材料的发展－织物第30页/共39页纤维材料的结构、性能及其相互关系的表征：

棉：美国的HVI和相关的ASTM标准；毛：澳洲人基本解决了羊毛的系统评价和实用表征方法（如ATLAS、SiroLan-LaserScan、OFDA等）以及IWTO采纳的标准及测量方法。

三、纺织材料的发展－表征方法第31页/共39页纱线的结构和功能的表征：纱线品质评价：Uster仪器几乎包揽（除显微观察和图像处理技术的应用）。织物的表征：

较为客观和具有理论指导意义的是织物手感（hand）与热湿舒适性（comfort）的评价方法与仪器如川端的KES，澳大利亚联邦科学院（CSIRO）的FAST，动态悬垂表征和有限元算法模拟织物造形，以及多种暖体假人模型测量装置。三、纺织材料的发展－表征方法第32页/共39页由科学表征、抽象思维产生的理论，绝大多数是国外学者的贡献。Hearle教授的缨状原纤理论、纤维转移理论和纱线力学分析；Peirce博士的吸湿、弱环、弯曲、织物结构的理论；Binns、Peirce、川端季雄、Postle等织物手感风格的观点与理论；Woodcock的织物舒适性的透湿指数等，以及高分子材料科学中的许多经典理论和方法。

三、纺织材料的发展－表征方法第33页/共39页第34页/共39页第35页/共39页1、关注工业体系及工程知识

纺织工程、化纤工程、服装工程、纺织品设计，以及计算机技术、测量与仪器、标准体系方面的知识、技术及其进展。2、关注材料科学的知识金属和无机材料：规整结构（晶体）和力学物理性质

有机和高分子材料：高分子材料的结构、性质及其相互关系；缠结、扩散、运动、松弛理论；纤维成形原理及分子设计与合成控制；高聚物的力、热、电、光、表面性质方面的理论、实验结果、假说与问题

生物材料和生物学：生物性（生物相容性、可降解性、耐久性、可传导性等），生物体、生物酶四、应关注的知识与理论第36页/共39页3、关注表征技术与方法

应多关注材料形态与结构，物理、化学、生物性质，表面分析