纺织纤维的性能测试及纤维鉴别

纺织纤维的性能测试及纤维鉴别纺织纤维性能大致包括物理机械性能和化学性能，这些性能的优良与否，不仅影响到纺织纤维的加工，而且还会影响到由它加工而成的纱线或织物的使用性能，因此，全面而系统地掌握纺织纤维性能，科学合理地利用这些性能，对于印染工作者具有非常重要的意义。一、长度长度是衡量纺织纤维长短程度的重要指标，一般指纤维伸直而未伸长状态下测得的纤维两端的长度，它关系纺纱设备的选择与工艺参数的设计，若长度不当，将会影响到强力和条干均匀度，一般来讲，纤维越长则制成的纱线和织物的品质越好。由于各种纺织纤维的品种和来源不一样，长度分布也是有区别的。比如：天然纤维的长度受到品种和生长条件的影响，蚕丝最长，称为长丝，可直接用于织造，而棉、毛、麻等纤维都是天然短纤维，其中又以羊毛较长。而化学纤维是根据生产需要，按照天然纤维的长度和细度在生产过程中加以调节，所以有长丝和短纤维之分。纤维长度的测试方法较多，但在染整加工中较少用，因此不再做介绍。二、细度纤维细度也是纤维和纱线的重要指标，在其他条件相同的情况下，纤维越细，可纺纱的细度也越细，成纱强度越高，比如，细纤维制成的织物较柔软，光泽较柔和，故纤维细度直接关系到所加工产品的风格、性能和用途。（一）纤维的细度表示实际应用中，由于纤维长度和质量的测试较方便，故利用纤维长度和质量之间的关系来间接表示纤维的细度。常用表示纤维细度的方法有支数、丹尼尔和特克斯。支数支数指单位质量纤维在公定回潮率时所具有的长度，是定重制指标，支数越大，表示纤维越细。L式中：N：纤维支数；L：纤维的长度米数；Gk：纤维在公定回潮率是的质量数。支数有两种表示方法。（1） 公制支数每千克纤维在公定回潮率时，有若干千克数，即若干公支数，用Nm表示。（2） 英制支数每磅重量的纤维在公定回潮率时，有若干840码，即若干英支数，用Ne表示。公制支数和英制支数有如下换算关系：Nm=1.715XNeNe=0.583XN.旦尼尔旦尼尔指9000米长度的纤维在公定回潮率时所具有的质量克数，是定长制指标，旦尼尔也称为纤维的纤度，纤度越大，表示纤维越粗，在实际生产中常用于表示化纤和蚕丝的细度，用Nd表示。N=—kx9000dL式中：Nd：纤维纤度旦数；L：纤维的长度米数；Gk：纤维在公定回潮率是的质量克数。特克斯特克斯指1000米长度的纤维所具有的质量克数，也是定长制指标，特克斯也称为纤维的线密度或号数，号数越大，表示纤维越粗，用Ntex表示。N=—kx1000texL其中：Ntex:纤维线密度号数；L：纤维的长度米数；Gk：纤维在公定回潮率是的质量克数。（二） 纤维细度的换算方法纤维细度的法定单位之间的换算有如下关系：1000NN= =itexN9需要特别强调的是纺织纤维材料的质量是随着回潮率的不同而不同的，所以上述间接指标中，所涉及的质量必须是在公定回潮率时测得的质量，否则无法比较或换算。（三） 纤维细度的测定方法纤维细度的测定方法有直接测定法和间接测定法。1.直接测定法直接用纤维的几何形态指标表示：如显微镜法、纤维投影测量法、微机图像自动测量法、激光细度测试法等。（1）显微镜法试验原理:显微镜法是将纤维切成短片断，制片后经显微镜放大，用目镜测微尺逐根测量纤维直径，经计算可求出平均直径和直径变异系数。显微镜法多用于圆形或近圆形纤维直径的测量。物翎物翎图7-1光学显微镜测试操作：根据纤维选择适当的显微镜放大倍数。在显微镜载物台上装物镜测微尺，在目镜内放上目镜测微尺，调节视野清晰，确定目镜微尺刻度上每一格的大小。取下物镜测微尺。赋予试样一定张力，排列在载玻片上，再将载玻片放在显微镜载物台上。移动载玻片，测量试样的直径在目镜测微尺上的刻度数，作记录，每一试样在不同片段共测定300个以上的数据。如图7-1所示。（2）纤维投影测量法试验原理：将纤维切成短片断，制片后经显微镜放大，用投影成像原理，测量纤维直径，经计算可求出平均直径和直径变异系数。此法也多用于圆形或近圆形纤维直径的测量。测试操作：将试样一端夹入投影仪载物台的夹持器中，另一端挂上一定张力。选择适当放大倍数的物镜，调节焦距，使纤维图象清晰地出现在投影屏上。转动投影屏，将试样的一侧边缘与投影屏上的横线重合。转动载物台上的游标尺，使试样的另一侧边缘与投影屏上的横线重合。游标尺上两次读数之差即为试样的直径，每一试样测定300次以上。如图7-2所示。图7-2纤维投影仪间接测定法：如中段切断称重法、气流法、振动法等。(1)中段切断称重法测试原理：将适量的纤维经手扯，整理成一端整齐、纤维伸直平行的纤维束，用中段切取器切取中断，称出中段重量，计数中段纤维根数，代入纤维细度公式计算出细度指标。如图7-3所示。图7-3 Y171型纤维切断器构造图1一短轴2、5一切刀3一上夹板4一下夹板6一底座测试操作(以棉为例)取样：从试样棉条中取出一定重量棉样，纤维根数为1500〜2000根左右（一般为8〜10mg）。整理：用手扯法将纤维整理成平直的一端平齐约5—6mm棉束。梳理：用一夹子夹住棉束平齐端的5〜6mm处，先稀梳，后密梳，从棉束尖端开始，逐步靠近夹持线进行梳理，梳去棉束中游离纤维；再用另一夹子，使棉束平齐端伸长度为16〜20mm，用稀、密梳子整理伸出在夹子外面的纤维，此时短于16或20mm的纤维因未被夹子夹住而被梳去。切取：将梳理后的棉束折叠成一端平齐的棉束，放在纤维中段切取器的上、下夹板之间，纤维要与夹板边缘垂直。夹板的宽度为10mm。放置时须将棉束平齐端伸出夹板5〜7mm。双手握持棉束两端，使纤维平行伸直所受张力均匀，然后夹拢夹板，往下按过切刀，纤维被切断，以保证切割下来的每根纤维长度都是10mm。预处理：为了消除因回潮率不同而引起的重量差异，应将中段和两端的纤维放置在标准大气条件下放置2h。如试验试样回潮率高于标准回潮率时，还应放入45〜500C度烘箱中进行预调湿处理30min。称重：用天平分别称取中段及头尾纤维重量，并作记录。计数：在载玻片的两边涂上少许胶水，将称得的中段纤维分别不重叠地平铺在载玻片上，使纤维与胶水粘住，再用盖玻片覆盖后，放在放大倍数为150〜200倍的显微镜或投影仪下进行逐根计数，记下每片总根数。计算公式：式中：Tt:线密度（tex）；Gc:中段纤维重量，mg；L:中段纤维长度，10mm；.:中段纤维根数。. 10-nTm= cGc式中：Tm:公制支数。n

n=c—G+G式中：n:每毫克纤维根数；G:头、尾纤维重量，mg。中段法可用于测定各种纤维的细度，但对于有卷曲的纤维需先消除卷曲后才能准确测定，一般多用于棉纤维或无卷曲的化纤长丝。（2）气流法图7-4Y145型气流仪构造图测试原理：在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，当有一定压力差的空气流过容器时，空气的流量与纤维比表面积的平方成反比，从而间接测定纤维的细度。如图7-4所示。测试操作：称取5g±0.01g纤维；检查气流调节阀6,使其处于关闭状态，随后再开动抽气泵7；取下压样筒，将试样放入试样筒3中，拧紧压样筒；缓慢开启气流调节阀6,压力计1的水柱慢慢下降，流量计4中的转子5上升，当压力计1的新月形弧面与下刻度相切，停止转动气流调节阀6,观察转子5的顶部，读出其停留处所对应的纤维公制数、马克隆值或直径数，关闭气流调节阀6；试样筒中的试样取出扯松再重复步骤②③，求出平均值；重复上述操作步骤，测定第二份试样。气流法常用于间接测量棉纤维、毛纤维及化学纤维的细度。三、吸湿性纺织纤维置于空气中，会不断地和空气进行水汽的交换，即纺织纤维不断地吸收空气中的水汽，同时也不断地向空气中放出水汽。纺织纤维在中吸收或放出水汽的性能称为纤维的吸湿性。纤维吸湿性是纺织纤维的重要物理指标之一。吸湿性的大小对纺织材料的形态、尺寸、重量、物理机械性能都有一定的影响，从而影响到纺织品的染整加工和服用性能。因此，了解纤维的吸湿性及相关知识，对于设计产品、生产和贸易都有很重要的意义。（一）回潮率和含水率纤维的吸湿性通常是以回潮率和含水率来表示的。回潮率是指纺织纤维内所含水分质量与绝对干燥纤维质量的百分比，而含水率是指纺织纤维内所含水分质量与未经烘干（含湿）纤维质量的百分比。其相关表示如下：R=G1-G2X100%G2M=G1-G2x100%G1其中：R：纤维的回潮率；M：纤维的含湿率；G1：未经烘干（含湿）纤维质量；g2：绝对干燥的纤维质量。由于各种纤维及其制品在实际生活中因环境和大气状态的不同，具有不同的吸湿性，根据不同的标准又可以有以下几种表示方法。标准回潮率纺织材料由于具有一定的吸湿能力，但因大气状态不同而不同，为比较吸湿能力大小，需要将纤维材料放置在统一的标准条件下一定的时间（约24小时），使得它们的回潮率达到一个稳定的数值，此时的回潮率称之为标准回潮率。标准状态的规定国际上是统一的，只是允许误差范围略有不同。我国试验用的国家标准温湿条件分为三级，《GB/T6529-1986纺织品的调湿和试验用标准大气》对标准大气条件做了详细规定，根据实际工作要求，一般选用二级标准（温度20°C土2°C，相对湿度65%±3%）。见表7-1。表7-1常见纤维的标准回潮率/%纤维种类标准回潮率纤维种类标准回潮率原棉7-8涤纶0.4-0.5亚麻12-13锦纶3.5-4.5桑蚕丝8—9月青纶1.2-2羊毛15-17维纶4.5-5粘胶13—15丙纶、氯纶02.公定回潮率公定回潮率是国家对各种纺织纤维材料的回潮率作出统一规定，其值一般都接近于标准回潮率。公定回潮率的规定是为了消除因回潮率不同而引起的质量不同，纯粹是为了需要计价、核算和统计上的方便而制定，各国因实际情况对公定回潮率的规定并不一致。见表7-2。表7-2常见纤维的公定回潮率/%纤维种类公定回潮率纤维种类公定回潮率原棉11.1涤纶0.4亚麻、苎麻12锦纶4.5桑蚕丝、柞蚕丝11青纶2羊毛14维纶5粘胶13丙纶、氯纶0（二）回潮率的测定在纺织品生产和检测中，烘箱烘干法是测试纺织材料回潮率最常用也最实用的方法。仪器准备Y802A型八篮恒温烘箱、电子天平。试样准备称取试样50g，共5份，称取时，动作须敏捷，防止试样在空气中吸湿或放湿。称取完毕，迅速进行实验。测试操作⑴校正链条天平，取下链条天平左方砝码盘和放盘架子，换上挂钩和铝烘篮，校正链条天平至平衡（在同烘箱配套使用时，应将天平左面的秤盘卸下，换上专用钩篮器，用以称取铝篮及试样。专用钩篮器的质量应满足以下条件:钩篮器与空铝篮质量与天平左称盘相等。如不相等，可以通过增减钩篮器上的平衡锤内软铅质量进行调节）。⑵将试样在室温条件下称取重量，分别放入铝篮之中。⑶打开烘箱前门，手动旋转转篮架，将铝篮依次钩挂在转篮架挂钩上。⑷关闭烘箱前门，打开电源开关，设定温度，温控仪显示箱内实际温度和设定温度，烘箱进入升温状态，升温（红色）指示灯亮，达到设定温度时，恒温（绿色）指示灯亮，烘箱进入恒温控制状态，然后打开转篮开关，在烘干试样过程中保持铝篮旋转。⑸烘箱达到设定温度并恒温烘烤试样一定时间后，关闭电源开关，然后保持1分钟。⑹试样称重量：开启烘箱工作室内的照明灯，通过烘箱顶部的观察窗观察转篮位置，然后旋转手柄以旋转转篮架，使铝篮旋至适当位置。开启烘箱顶部的伸缩孔（位于天平左下端），将钩篮器穿过天平底板左侧的称量孔及烘箱伸缩孔插入烘箱，并钩住此时位于孔正下方的一只铝篮；然后将钩篮器连同钩住的铝篮挂在天平左端的挂钩上。用天平对钩篮器钩住铝篮内的试样进行称重，并予以记录。右手握住钩篮器，将其从天平左端挂钩内取下，并将钩住的铝篮放回至转篮架原挂钩上，然后脱开钩篮器。重新开启烘箱电源开关，使烘箱在设定温度下对试样继续进行恒温烘烤。约10分钟后关闭电源开关，然后保持1分钟。对同一试样再次称重。如该次称重与前次称重值差异N0.05%，则试样尚未烘干，须重复⑤、⑥条的动作。直至两次称重值差异＜0.05%时即可作为试样的不变重量。左手旋动转篮手柄，依次将下一只铝篮旋至钩篮器正下方，然后将该只铝篮用钩篮器钩住挂置于天平左端挂钩内，进行该篮内试样的称重，并记录。重复④及⑤项动作，至箱内各篮试样全部称过后止。至此一次称重完毕。取出钩篮器，关闭伸缩孔，并将天平前门关好。关闭烘箱电源，打开箱门，取出铝篮及试样，然后换入新的待烘试样进行测试。（7）结果计算按回潮率公式计算。四、纤维的鉴别纺织纤维的种类很多，随着化学纤维的大量发展，混纺和交织的纺织品也日益增加，而纺织品的性能与组成该纺织品的纤维性能密切相关。因此，在纺织生产管理或产品分析中，对纤维进行科学鉴别就尤为重要。鉴别纤维就是根据纤维的外观形态、内在质量和基本性质的差异，采用物理或化学方法来认识和区别各种纤维。常用的有感官鉴别法、显微镜观察法、燃烧法、化学溶解法、药品着色法、熔点法、密度法等。（一）感官鉴别法感官鉴别法是鉴别纤维最简单、快速的方法，是纤维生产、纺织染整等实践工作经验积累的结果。不需要任何化学药品和仪器设备，只需要借助于人的感觉器官就能对纤维进行比较直观的判断，但此法准确度不高，常用于纺织材料的初步判断。见表7-3。鉴别步骤：

眼观：观察纤维或织物的光泽明暗、颜色效果、粗细长短等外观特征。手感：感觉纤维或织物的软硬、光滑与粗糙、冷暖等，并可以通过手感粗测纤维的强力及弹性。耳闻：运用耳朵、鼻子的听觉和嗅觉，帮助判断某些织物的原料，如真丝绸特有丝鸣声音等。表7-3常见纤维的感官特征纤维名称感官特征棉纤维细短，有天然转曲，光泽较暗淡，手感柔软，弹性较差麻纤维较粗硬，平直坚韧，弹性和光泽较差羊毛天然卷曲，光泽柔和，手感柔软、湿暖蓬松、极富弹性蚕丝纤维细长，光泽明亮，手感细腻而柔软，富有弹性涤纶弹性好，强度高，吸湿极差，手感爽挺，有金属光泽锦纶弹性好，强度高，吸湿差，手感爽挺，有金属光泽月青纶温暖而蓬松，光滑有弹性，具有毛料感氨纶极富弹性和拉伸度（二）显微镜观察法利用显微镜，观察纤维纵向和截面形态特征来鉴别各种纤维，是一种被广泛采用的方法。显微镜观察法是识别天然纤维的好方法，如棉纤维的天然转曲，羊毛的鳞片，麻纤维的横节竖纹，蚕丝的三角形截面等，用显微镜就能准确地辨认出来。而化学纤维的外观和截面变化不大，故难以单独用显微镜观察法加以识别，但对混纺织物的定性分析是非常有用的。图7-5哈氏切片器1.仪器和试剂准备哈氏切片器（如图7-5所示）、显微镜、刀片、盖玻片、载玻片、滤纸、液体石蜡或甘油、火棉胶。测试操作（1）纤维纵向观察:取少量纤维试样，用手理直，放在载玻片上，加一小滴液体甘油，上面放盖玻片，注意尽量排除空气泡，在准备好的显微镜上按规定步骤进行观察。见表7-4。表7-4常用纤维的纵向和横截面形态特征纤维名称纵向形态截面形态棉扁平带子状天然扭曲腰子形，有中腔羊毛表面有鳞片天然卷曲圆形或接近圆形，有些有毛髓桑蚕丝表面平滑纵向有条纹不规则的三角形苎麻有横节，竖纹腰圆形，有中腔及裂缝亚麻同上多角形，中腔较小粘胶纤维平直沟槽锯齿形，有皮芯结构维纶有1-2根沟槽腰圆形，有皮芯结构月青纶平滑或有1-2根沟槽圆形或哑铃形氯纶同上接近圆形涤纶、锦纶、丙纶平滑圆形（2）纤维横截面观察：取下定位销子，松开螺丝，将两片金属板分开。取一束纤维，用手扯平，放入金属板的凹槽中，将另一块金属板插入，压紧纤维。纤维数量不宜太紧也不宜太松，以轻拉纤维束时稍有移动为宜。用刀片切去露在金属板正反面的纤维。安装上螺丝座，销子定位，旋转精密螺丝推动推杆就可以把正下方的纤维顶出稍许，并滴一滴火棉胶在稍许的露出纤维上。待火棉胶干燥后，切下第一片试样（一般舍去）重复上述过程③，切下第二片，第三片试样……选择符合要求者作为正式试样。把切片平摊在载玻片上，盖上盖玻片，放在显微镜下观察。显微镜观察法既能单一成分的纤维，也可以用于多种成分混合而成的混纺产品的鉴别，对某些化学纤维的鉴别尚需要以其他辅助方法加以确证。（三）燃烧法燃烧法是鉴别纺织纤维的一种快速而简便的方法。它是根据纤维的化学组成不同，燃烧特征也各异，如燃烧速度、续燃情况、燃烧气味、灰烬状态等，从而粗略地区分出纤维的大类。见表7-5。测试操作：把织