纤维的基本理化性能

纺织纤维与纺织品

1.不一样用途纺织品对纤维有不一样性能要求服用纺织品装饰用纺织品产业用纺织品2.纺织纤维是起决定性作用原因纺织品使用性能——物理机械性能、化学性能纺织品审美特性——外观格调纺织品经济性——成本、加工费用3.选择纤维要考虑纺织品用途第1页第三章纺织纤维基本理化性能1.纤维：一般以为,凡具有足够细度(直径＜100μm)和足够长径比（长度/直径＞500）,并具有一定柔韧性物质。

2.纺织纤维：长度在10mm以上纤维。3.纺织纤维应具有特性可纺性化学稳定性染色性4.纺织纤维分类纤维素类：棉(白/彩棉)、亚麻、苎麻、竹纤维

蛋白质类：羊毛(绒)、蚕丝、驼毛等再生纤维：粘胶(人造棉)、富纤、醋纤、天丝(Lyocell)、大豆纤维合成纤维：涤纶(确良)、锦纶(尼龙)、维纶氨纶(莱卡)、腈纶、丙纶等天然纤维化学纤维纺织纤维第2页第二节纺织纤维物理构造一．纤维长度1.某些基本概念伸直长度(一般纤维长度)：纤维在充足伸直状态下长度自然长度：纤维在自然伸展状态都有不一样程度卷曲或卷缩，它投影长度为自然长度伸直度：纤维自然长度与伸直长度之比。2.长丝和短纤维长丝：可不经纺纱直接用于织造蚕丝，化学纤维长丝短纤维：棉、麻、毛等天然纤维化学纤维短纤维3.纤维长度特点纤维长能够纺制较细纱线纤维长能够提升纱线强力第3页二．纤维细度及其表征办法1.纤维细度对纺织品性能影响影响纺织品弯曲刚性、悬垂性、手感影响纺织品光泽影响纱条均匀度影响纱线抗扭刚度不一样细度表达办法

1）线密度表达法（线密度：单位长度质量）

[特克斯]（tex）：号数指纤维在公定回潮率下，1000m长度所具有质量（克）

分特[克斯]：1tex=10dtex

旦[尼尔]（denier）：指纤维在公定回潮率下，9000m长度所具有质量（克）

1tex=9denier

第4页2）线密度倒数表达法（即单位质量纤维具有长度）公制支数（Nm）指纤维在公定回潮率下，1g重纤维所具有长度（m）英制支数（Ne）指纤维在公定回潮率下，公定质量为1磅（1b）纤维（或纱线）所具有长度码（yd）数。例：棉纱英制支数计算

1磅重棉纱，有几个840码，即为几英支精梳毛纱英制支数计算

1磅重毛纱，有几个560码，即为几英支麻纱英制支数计算

1磅重麻纱，有几个800码，即为几英支

第5页三．纤维横截面及纵向形态构造不一样纤维有不一样纵向外观和横截面形状，尤其是天然纤维。棉纤维

第6页四．纤维卷曲性能1.卷曲对于纺织品影响使短纤维纺纱时增加纤维之间摩擦力和抱协力，使成纱具有一定强度。能够提升纤维和纺织品弹性，使手感柔软，反抗皱性和保暖性及表面光泽改善都有影响。2.纤维卷曲一般天然纤维有一定卷曲。化学纤维为了纺纱顺利一般进行不一样程度卷曲。第7页第三节纺织纤维吸湿性

一．空气湿度1.水蒸气分压E

用来表达湿气体湿度（单位：帕斯卡Pa）。2.绝对湿度H

单位体积空气中所含水重量（单位：g/m3）。3.相对湿度RH

绝对湿度H与同温度下饱和状态绝对湿度Hs比值。二．标准大气（大气标准状态）用温度、相对湿度、大气压三个基本参数表达。国际标准：温度20℃（热带可为27℃）

RH=65%

大气压力86～106kPa我国标准：温度20℃RH=65%

大气压力1标准大气压（101.3kPa，760mmHg）

样品在检测前必须在标准大气压下达成吸湿平衡（调湿）。

第8页三．纤维吸湿现象及其表征

大多数纺织纤维放置在大气中会不停和大气进行水分交换，纤维一面不停地吸取大气中水分，同步又不停地向大气放出水分。吸湿过程：吸取水分占主要方面，使纺织纤维重量增加。脱湿过程：放出水分占主要方面，使纺织纤维重量减轻。吸湿性:

纺织纤维吸取和放出水分性能。第9页四．吸湿量表达办法回潮率：纺织纤维内水分重量与绝对干燥纤维重量之比百分数。

含水率：纺织纤维内所含水分重量与未经烘干纤维重量百分数。

R－回潮率

M－含水率

G0－未经烘干纤维重量

G－绝对干燥纤维重量由于使用需要，有如下几个表达办法实际回潮率：纤维制品在实际所处环境条件下具有回潮率。标准回潮率：在标准状态下，纤维制品达成吸湿平衡回潮率。同一材料标准回潮率不是定值，在一定范围内波动。公定回潮率：为贸易、计价、检查等需要而定回潮率。（商业回潮率）

第10页1．纤维吸湿过程（1）吸湿等温线平衡回潮率：放置于某一温度和湿度下纤维，在达成吸湿平衡时回潮率。吸湿等温线：纤维在一定温度下，通过变化相对湿度所得到平衡回潮率曲线。

不一样纤维吸湿等温线第11页由曲线可看出不一样纤维吸湿等温线不一样。吸湿性强纤维吸湿等温线呈反S形，吸湿性弱纤维吸湿等温线反S形不显著。在空气相对湿度为0～15%和70%～100%时，纤维平衡回潮率增加较快，而在空气相对湿度为15%～70%时平衡回潮率增加较慢。原因如下：纤维素纤维吸附水分示意图结合水：直接吸附水分，难清除游离水：间接吸附水分，易清除第12页（2）吸湿热纤维在吸湿同步伴伴随热量放出，这部分热量称为吸湿热。2．吸湿滞后脱湿等温线：在同样温度下，纤维在相对湿度为100%空气中达成吸湿平衡后，测定纤维回潮率，再使环境相对湿度递减并依次测定对应平衡回潮率，它与相对湿度绘制而成曲线即为脱湿等温线。吸湿滞后：脱湿等温线始终高于吸湿等温线，二者不相重合现象。

纤维吸湿滞后

第13页吸湿性好纤维，吸湿滞后现象比较显著，脱湿等温线始终高于吸湿等温线。对于吸湿性差纤维，吸湿滞后现象不显著。

原因如下：水分子进入纤维后，使纤维无定型区分子链间距离增加，纤维无定型区氢键不停打开，纤维素分子间氢键被纤维素分子与水分子间氢键所替代，虽然形成了新氢键，但仍保持着纤维素分子间氢键，即新游离出来羟基较少。在解吸过程中，水分子离开纤维，无定型区纤维素分子之间氢键重新形成，但由于受内部阻力抵抗，分子间距离不能完全回复到未吸湿前情况，仍保持较大距离，被吸着水不易挥发，即纤维素分子与水分子之间氢键不能所有可逆打开，故吸着水较多，因而有较高平衡回潮率，形成吸湿滞后现象。第14页3．时间和温度对吸湿影响纤维吸湿和脱湿达成平衡回潮率所经历时间是很长。相对湿度增加，纤维吸湿增加。温度对纤维吸湿有一定影响。4．纤维构造对纤维吸湿影响（1）亲水性基团：－OH，－NH2，－CONH，－COOH（2）结晶区与非晶区：吸湿主要发生在无定形区与结晶区表面。（3）纤维内部孔隙：孔隙多，有助于形成毛细管水，吸湿性好。（4）表面吸附：纤维细，比表面积大，吸附水分子能力强，可提升纤维吸湿性。（5）纤维伴生物：如棉蜡使棉吸湿性差，果胶使麻吸湿性好，油剂一般使化纤吸湿性差。五．纤维溶胀溶胀：纤维在吸湿同步伴伴随体积增大现象。纤维溶胀异向性：直径增大程度远大于长度增加程度。纤维由于吸湿而发生溶胀现象基本可逆。第15页第四节纺织纤维力学性质一、有关力学术语

应力：外力使材料发生形变，同步在材料内部产生相等反作用力抵抗外力，在单位面积上产生这种反作用力即为应力。1.张应力σ

（拉应力）

方向垂直于受力平面

张应变ε（伸长率）：单位长度上伸长。

简单拉伸示意图第16页弹性模量E（杨氏模量）：产生单位张应变所需张应力。

E=σ/ε

它表征材料抵抗变形能力大小。模量越大，材料越不容易变形，表达材料刚度越大。抗张强度（抗拉强度、断裂强度、极限强度）：使单位面积材料断裂所需最大张力。

2.切应力（剪切应力）

方向平行于受力平面简单剪切示意图第17页3.变形与应变

变形:物体在平衡力作用下,发生形状或尺寸变化。变形大小用应变表达。应变(率)ε:单位长度变形。

ε=(L-L0)/L0=⊿L/L0

二、纤维拉伸性质1.纤维应力——应变试验（1）纤维力学强度主要指标第18页

a点是百分比极限，

oa近似一条直线，表达应力与应变成正比，直线斜率为试样弹性模量E，表达纤维材料伸长难易，直线斜率越大，E越大，纤维材料越硬，越难伸长。

Y点为屈服点，对应应力σY为屈服强度或屈服应力，εY为屈服伸长率。

t点为断裂点，对应σt为拉伸强度或断裂应力，εt为断裂伸长率。

σt也许高于σY，也也许低于σY。纤维典型应力——应变曲线εt第19页脆性破坏：纤维材料在断裂前变形小，在出现屈服点之前断裂，断裂表面光滑。韧性破坏：纤维材料在断裂之前有较大形变，拉伸过程有显著屈服点和细颈现象，断裂表面粗糙。第20页（２）纤维应力——应变曲线类型

软（柔）和硬（刚）辨别模量低或高。弱和强是指强度大小。脆指无屈服现象，并且断裂伸长很小。韧指断裂伸长和断裂应力都较高情况。断裂功：到t点处纤维应力——应变曲线下面积，韧性标志。纤维应力——应变曲线第21页模量软硬拉伸强度强弱断裂功脆韧判断高聚物软硬、强弱、脆韧办法：第22页

棉纤维：刚而脆，初始模量较高，断裂强度中等，断裂伸长和断裂功较低羊毛：柔而弱，断裂强度、初始模量和断裂功较低，断裂伸长中等。蚕丝：刚而强，断裂强度和初始模量较高，断裂伸长和断裂功中等。涤纶：刚而韧，初始模量、断裂强度、断裂伸长和断裂功较高。锦纶：柔而韧，初始模量较低，断裂强度、断裂伸长和断裂功较高。几个纤维应力——应变曲线第23页２.纤维强度常用相对强度表达

P0－相对强度（N/tex）

P－纤维被拉断时所需力，绝对强度，N

D－纤维线密度，tex

（１）理论强度纤维所能承受最大外力，与键数量和键强度有关。纤维最主要键：范德华力键能：4～21kJ/mol

氢键键能：8～42kJ/mol

共价键键能：290～420kJ/mol

由此计算出理论强度一般是实际强度15～20倍。第24页（2）纤维断裂机理

纤维断裂是克服了分子内化学键结协力和分子链间作用力。

一般纤维断裂机理：化学键断裂和分子间滑移假如纤维大分子链排列方向是平行于受力方向，则纤维断裂也许是（1）或（2），假如大分子链排列方向是垂直于受力方向，纤维断裂是（3）。纤维断裂微观过程三种模型第25页由此分析，高分子实际断裂不会是以上三种情况任何一种，那么断裂最也许原因是：

首先发生在未取向部分氢键或范德华力破坏，随后应力集中到取向主链上，使共价键破坏，伴随范德华力和共价键不停破坏，最后造成大分子破坏。第26页高分子实际强度与理论强度差异很大，原因如下：一、高分子排列没有那么紧密规整。二、拉伸破坏时每根分子链受力没有很均匀，因而达不到应有强度。实际物体破坏是先从其中某些强度薄弱地方开始，然后应力逐渐向其他部位扩展、集中，使较强地方随后破坏，使整个材料达不到应有强度。

第27页棉、麻和粘胶纤维断裂机理：棉、麻以大分子断裂为主要原因，由此产生其湿强比干强高。粘胶纤维以分子间滑移主要原因，由此产生其湿强比干强低。纤维实际强度比理论强度低得多，主要是由于它们取向情况不抱负，虽然高度取向纤维也或多或少存在未取向部分，并且构造中还存在裂隙、空洞、气泡以及缺陷、杂质等弱点，纤维断裂首先是从这些部位开始。在外力作用下，纤维中大分子链不也许均匀承受外力，而是首先使未取向分子链段间氢键和范德华力发生破坏，应力逐渐向其他部位扩展，集中到少许取向分子链上，最后使它们被拉断。第28页（3）实际强度①纤维强度与构造关系化学构造：增强纤维分子间作用力，引入交联键和增加分子链刚性，可提升强度。分子量：分子量低时，纤维断裂是以分子链滑移为主，强度较低；分子量增加，次价键力总和增大，纤维强度随之增加；但当分子量增加到一定数值时，次价键力总和超出主价键力，纤维断裂以大分子主链断裂为主，强度与分子量关系不显著。结晶：能限制大分子链相对滑移，强度提升。取向：有助于应力均匀分布，强度提升。纤维构造缺陷：存在使强度下降。

第29页②纤维强度与使用或测试条件关系环境温湿度对强度影响：温度越高，拉伸强度下降，断裂伸长率增大，初始模量下降。纤维含湿越大，纤维强度减少（棉与麻纤维除外）。应变速率对强度影响：对纤维来说，室温附近测试时，对应变速率依赖性很显著，速率增加效果与温度减少效果相同。试样长度对强度影响：试样越长，薄弱步骤越多，平均强度越低。试样根数对强度影响：

n根纤维成束被拉断测得强度比单根测得平均强度值n倍要小，根数越多，差异越大。因此，实际测试纤维强度时，要要求环境条件及试样条件。第30页3.纤维伸长性

（1）断裂长度（LR）：

纤维一端固定，另一端向下悬垂并不停延长，由于本身重量而断裂时长度。（2）断裂伸长率（断裂延伸度）：

断裂伸长：纤维在拉力作用下发生伸长，且随拉力增大和作用时间延长而不停增加，直至断裂。纤维断裂时长度与原来长度之差为断裂伸长。断裂伸长率：断裂伸长与纤维本来长度之比

断裂伸长率反应纤维柔韧性。断裂伸长率大纤维手感柔软，在加工时能够缓冲受到力，毛丝、断头比较少；太大则易变形。一般纺织纤维断裂伸长率在10～30%范围内。L0——纤维原长L——纤维伸长至断裂时长度第31页4．纤维拉伸弹性（1）纤维初始模量

即应力——应变曲线初始一段直线斜率初始模量：纤维伸长率为1%时应力应变比值。初始模量表征纤维对小形变抵抗能力，即对小拉伸作用或弯曲作用所体现硬挺度，反应纤维刚性。初始模量大，纤维不易变形，刚性大，织物抗皱性好，穿着挺括。初始模量小，手感柔软。

初始模量取决于大分子链构造及分子间引力。柔性越高，纤维初始模量越小。

同一类纤维中，结晶度和取向度高，初始模量大。第32页（2）纤维弹性回复（回弹性）回弹性：纤维在外力作用下发生形变，纤维从形变中回复原状能力。表达办法：形变回复率、功回复率受环境影响大（20℃，相对湿度65%）①一次负荷回弹性能

将纤维在拉伸负荷试验机上以一定速度（10%/min）拉伸，拉伸至一定伸长率（一般2%）b点，然后保持伸长不变，停留60s，此时发生应力松弛（b→g），然后以和拉伸相同速率使纤维减负荷而回缩，至图中c点，应力松弛到零，然后再等候180s，则回缩至d点。

lad（塑性形变、永久形变）

ldc

（高弹形变、推迟回复形变）

lce（普弹形变、瞬时回复形变）

第33页

由于测定办法中时间限制，往往不能把三者严格区分开来，从实用角度根据外力清除后在一定期间内形变回复情况，将形变分为：

可复弹性形变急弹形变：普弹形变＋高弹形变中回复快部分缓弹形变：高弹形变中回复速率中等部分不可复形变：永久形变：塑性形变＋高弹形变中回复较慢部分

形变回复率（回弹率）＝瞬时形变回复率（回弹率）＝回复功（弹性功）＝第34页②数次循环负荷回弹性质与耐疲劳性

在测定试样负荷——伸长性能时，假如在达成断裂负荷此前，就停顿负荷并逐渐减小，以至完全清除负荷，将这种增加和清除负荷过程循环反复数次，得到数次循环负荷——伸长曲线。

疲劳：给纤维加上较断裂强度为小负荷，接着放松，然后再给纤维加上大小与上次相同负荷和放松，虽然所加外力并未超出纤维断裂强度，但通过“加负荷－去负荷”反复循环作用一定

纤维疲劳是织物在服用过程中破损主要原因。次数后，纤维最后也会断裂，这种现象称为疲劳。第35页耐久度：纤维所能承受“拉伸－松驰”循环次数称为耐久度。

耐疲劳性高低与所加外力大小、作用时间、松驰时间有密切关系。纤维较高耐疲劳性：

较高断裂强度较高断裂延伸度弹性（急弹性）外力越大，作用时间越长，疲劳越早发生。松驰时间越长，缓弹形变可得到较多回复，形变累加比较慢，疲劳出现得比较晚。第36页耐磨性是纤维强度、延伸性和回弹性综合体现。麻：强度虽高，但延伸度低，弹性差，故耐磨性差。

5.纤维断裂功与耐磨性（1）纤维断裂功断裂功：纤维从受拉伸直到断裂，外力对纤维所做总功。与纤维粗细和原始长度有关。

断裂比功：单位线密度和单位长度试样拉伸至断裂，外力所做功。能够有效地评价纺织纤维强韧性和耐磨性。（2）纤维耐磨性耐磨性：一般用纤维数次拉伸后断裂功来表达。多，故耐磨性好。锦纶：强度、延伸度和弹性都高，耐磨性尤其好。羊毛：强度低，但延伸度高，弹性好，通过数次拉伸后断裂功减少不第37页第五节纤维热学性质一．比热容：单位质量纤维在其温度变化1℃时所吸取或放出热量。单位：J/(kg•K)

水比热比纤维大，因此纤维吸湿后比热容对应增大。不一样温度，纤维比热容不一样；温度升高，纤维比热容增大。二．导热性纤维导热性，用导热系数λ表达。

λ值越小，纤维导热性越低，绝缘性和保暧性越高。在空气不流动情况下，纤维中夹持空气越多，保暧性越好。如中空纤维。空气一旦流动，纤维层保暧性大大减少。水导热系数大，约为纤维10倍左右，纤维回潮率提升，纤维导热系数增大，保暖性下降。温度升高，纤维导热系数略有增加。第38页三．耐热性耐热性：纤维在高温下保持本身性能能力。根据纤维受热时力学性质变化来判定。纤维高温下变化：天然纤维素纤维、再生纤维素纤维和蛋白质纤维不熔融而分解或炭化（Tm>Td）合成纤维：软化，然后熔融在热作用下，纤维内结晶部分消减和无定形部分增大、大分子降解以及分子间作用力削弱，使纤维强度下降。不一样纤维耐热性不一样纤维素纤维耐热性较好。羊毛耐热性较差，加热到100～110℃变黄，蚕丝耐热性比羊毛好。化纤中涤纶和腈纶耐热性较好，锦纶耐热性比较差，维纶耐热水性较差。第39页第六节纤维燃烧性一、点燃温度和火焰最高温度不一样纤维点燃温度和火焰最高温度不一样。二、极限氧指数（LOI)