《纺织材料学》第3章 纤维形态的表征

2024/2/291第三章纤维形态的表征

2024/2/292第一节纤维的长度及其分布一、纤维长度指标的基本表达

1．纤维长度图3-1

纤维长度分布示意图2024/2/293（1）根数加权长度

N为纤维的总根数；Ni为纤维频数分布函数；

lmax为最长纤维长度

n(l)＝

Ni

/N，表示纤维长度的频率密度函数根数加权长度的变异系数

2024/2/294（2）质量(重量)加权长度

Lm=Lw=巴布（Barbe）长度Bγ为纤维密度；S为单根纤维的平均截面积

2024/2/295（3）截面加权长度Ls

Ls理论上是由质量加权长度引出,典型的表达为豪特（Hauteur）长度H，Ls=H

，截面的频数函数；s(l)，频率密度函数若假设各单纤维的截面积Si

是一致的，则截面加权长度直接等于根数加权长度。

Si

=S，S(l)=N(l)·s，或s(l)=n(l)·s，2024/2/2962．纤维长度界限及含量值纤维长度界限（mm）：或称界限长度，某特定纤维含量值C（％）条件下的纤维长度LC，如C=2.5％，则长度界限为L2.5。

短纤维含量SFC，通过设定最大短纤维长度界限LSF确定，基本表达形式是

SFC％（

<

LSFmm）

2024/2/297二、纤维长度分布的基本测量

1．一端整齐法按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如拜氏图；纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人工手排（罗拉法）或梳片排（梳片法）和机械自动排（Almeter法）

2024/2/298图3-2拜氏图的意义及长度求法最大长度OC，交叉长度OL，有效长度L4B4短纤维含量Rn

纤维长度的整齐度K（％）

OB4=OB3/4B5B3=OB3/42024/2/299图3-3Almeter长度测量仪工作原理示意图原理：电容值与极板间的纤维质量（Δm=S(l)·Δl·

γ(l)）成正比，假设纤维密度γ(l)不随纤维丛长度而变，极板宽度

l为常数，则长度l处的纤维含量只与纤维丛的截面积S(l)有关。

2024/2/2910图3-4累计分布和频率密度函数为须从长度分布2024/2/2911图3-5罗拉法测量原理图我国棉纤维长度检验标准中使用的方法，采用的长度指标有主体长度、品质长度、短纤维率、重量平均长度、长度均匀度和基数，多被纤维须丛测量法（HVI系统）所替代。

2024/2/2912图3-6梳片式长度测量原理图多用于毛、麻或仿毛类纤维长度的测量。将置于多排、等距（10mm）梳片内的纤维条，从头端以3mm的间距夹持取下，并转移至另一相同的梳片架上，排成一端整齐的纤维丛。然后将排齐的纤维从头端每10mm分组取下，称重，得纤维各长度组的重量数据和长度分布直方图。

2024/2/2913

2．逐根测量图3-7Wira单纤维长度仪机构及原理示意图Wira(英国羊毛工业研究协会)单纤维长度仪是早期用以加速测量精梳毛条中各根纤维长度的一种半自动仪器，可以手工快速测量单纤维的伸直长度。2024/2/2914图3-8AFIS纤维长度测量原理图AFIS(AdvancedFiberInformationSystem)，Uster公司，用红外光束快速检测单根棉纤维的长度，以及直径、棉结和杂质的尺寸及数目的单纤维测试仪

2024/2/2915

3．纤维须丛法光照影法(HVI，HighVolumeInstruments)

图3-9

纤维长度照影机测量原理解析图2024/2/2916l

)(M(l)

Lm

x

O

Lmax

3.18mm

(或100%)

100

50

C

)(%)(xr

x

QL

2/1L2/1L1/2

为上半部平均长度

LQ

为品质长度

Lmax

L2.5

Lm

L50

图3-10纤维长度累积分布与透光曲线的关系图整齐度指数（IU）:IU=（Lm/L1/2）×100整齐度（RU）RURU=（L50/L2.5）×100Lm为质量加权平均长度，L1/2为上半部平均长度2024/2/2917图3-11跨距长度对罗拉距离的意义2.5％跨距长度：指离纤维梳子即钳口线3.18mm处纤维相对根数为100％时，从钳口线到纤维根数为2.5％处的距离；50％跨距长度是指钳口线到纤维根数为50％的距离2024/2/2918

普通夹

微夹

理想的图3-12普通夹与微夹持的区别及理想夹取2024/2/2919三、纤维长度分布及其相互关系

1、纤维的长度分布

2．各种分布间的相互关系图3-13

各实测长度分布的转换计算示意图2024/2/2920四、典型纤维的长度表达1．棉纤维(1)手扯长度(2)主体长度:

指纤维试样中含量最多的纤维的长度;(3)品质长度:右半部平均长度,是指比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度;(4)基数S:以主体长度为中心，前后5mm范围内的质量百分数之和；(5)均匀度C=S

LM(6)短绒率R:短于20mm（LM>31mm）或16mm（LM≤31mm）纤维的质量百分比。

2024/2/2921图3-14ATLAS结构及毛丛长度测量原理2．毛、麻纤维(1)加权主体长度ML:即分组称重时连续最重四组的加权平均长度；(2)质量加权平均长度Lm和变异系数CVLm(3)主体基数SM:连续最重四组重量的总和占全部试样重量的百分数

(4)短毛率:30mm以下长度的重量占总重量的百分数2024/2/2922

3．等长切断化纤图3-15切断称重法求等长纤维平均长度超长纤维：指实际长度≥7mm+LN（名义长度LN≤50mm）或≥10mm+LN（LN>50mm）的纤维，但长度必须<1.9×LN。倍长纤维：指未切断的纤维其长度是LN的倍数（≥2）。Lcw为平均长度，Lc为中段纤维长度(mm)；Lss为最短纤维长度(mm)2024/2/2923第二节纤维的细度及其分布一、纤维的细度表征

1．特数Nt

(tex)

、分特数Ndt(dtex)

2．旦数ND

2024/2/29243．公制支数Nm 4．直径与截面积d纤维直径（

m），γ纤维密度（g/cm3）2024/2/2925二、纤维细度不匀指标

1．细度不匀的概念

2．细度不匀指标及分布图3-16

纤维直径分布直方图及分布曲线直径不匀：均方差、变异系数CV、平均差、平均差系数

ni为第i组中纤维根数含量比n(d)为纤维根数概率密度函数2024/2/2926三、纤维细度及分布的测量方法

1．称重法图3-17

中段切断称重法示意图一般棉LC=10或20mm，毛麻一般LC为20或30mmn为中段纤维根数，G（g）、g（mg）为所称重量2024/2/2927

2．直径测量法图3-18OFDA（OpticalFiberDiameterAnalyser

）100测量仪基本原理与光学显微镜测量同，试样可自动分离散落、试样台可自动x，y方向顺序移动和快速复位，快速（１min）、大样本（>2000根）

2024/2/2928图3-19

激光扫描纤维直径测量原理图2024/2/2929

3．气流仪法图3-20气流仪测量纤维细度原理示意图2024/2/2930苛仁纳公式

或K——系数，与纤维在管道中的排列状态有关，并受空隙率ε的影响；△P——管道两端的压力差ε——空隙率，未被纤维占据的体积的比率S0——纤维的比表面积A——管道截面L——管道长度μ——气体粘滞系数Hs、H——分别为每厘米纤维的理论重量和实际重量（μg）M＝H/Hs

（成熟度比，可认为是棉纤维的成熟度）2024/2/2931图3-21

振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图4．振动测量法2024/2/2932四、纤维细度及其不匀对纤维集合体性质的影响（1）对纤维本身圆形

（）粗细将影响其比表面积SS，纤维的吸附性能和染色性质

纤维间的细度不同，会引起纤维力学性质的差异

纤维变粗，使纤维的弯曲刚度增大，点接触面积增大，纤维变得刚硬和触感粘涩、偏冷。

2024/2/2933（2）对纱线S为可纺性，L为纤维长度，英吋（1in=25.4mm）；nc为纺纱加工中纱截面中临界纤维根数；Cvd纤维自身的细度不匀纤维细，纱截面中的纤维根数增加，有利于纤维间的相互接触和纱条均匀性的增加，使纤维的可纺性提高，但纱的结构膨松，有序性下降

2024/2/2934纤维细度种类线密度（dtex）直径（mm）性能特征细旦0.89~2.28.41~17.7柔软、均匀、高支轻薄化棉、丝型纤维0.89~1.338.41~13.7柔软、均匀、高支轻薄化毛、麻型纤维1.1~2.213.7～17.7柔软、均匀、高支轻薄化超细0.011~0.893.0~11.2吸湿、导湿、细腻、仿皮革皮革（特细）0.011~0.110.9~4.0透汽、防水、细密、麂皮特征极细0.0001~0.010.09~0.12吸附、超滤、功能纳米尺度10-8~10-40.001~0.1特殊功能表3-4

纤维细度与功能的关系（3）对织物2024/2/2935第三节纤维的卷曲或转曲一、纤维的卷曲形式及表征

1．卷曲现象图3-22羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达①~③无或弱卷曲，浅平波形，半细和土种羊毛；④锯齿波形，人工；⑤和⑥正常卷曲波形，常波卷曲，美利奴羊毛和中国良种羊毛；⑦、⑧属高卷曲纤维，粗羊毛和新西兰羊毛；⑨和⑩为三维螺旋卷曲，部分粗羊毛和土种毛2024/2/2936表3-5澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系羊毛的品质支数纤维直径um平均纤维长度mm卷曲数个/25mm8018.1～19.55522～247019.6～21.05722～246421.1～22.56720～226222.6～24.07016～206024.1～25.57716～205825.6～27.07816～205627.1～28.59213～165030.1～31.79613～164831.8～33.410010～134633.5～35.110810～134435.2～37.012710～132024/2/2937填塞箱法复合纤维法加捻变形工艺编织解脱法图3-23

变形纱中的卷曲形态2024/2/2938

2．纤维卷曲的测量图3-24

单纤维卷曲测量法原理示意图（a）单纤维拉伸曲线T0

：卷曲张力；GL：T=0时的夹持隔距；L0：纤维的自然长度；

=L0-L12024/2/2939图3-24

单纤维卷曲测量法原理示意图（b）纤维卷曲弹性测量仪测量卷曲数（个/cm）一个波长中纤维的长度卷曲率（%）卷曲回复率（%）卷曲弹性率（%）2024/2/2940

图3-25

切断纤维段的卷曲度计算原理图曲率卷曲度卷曲数r为纤维段弯曲半径；

为纤维段两弯曲拐点的切线夹角；

为弯曲段的长度；

0为两拐点间的直线距离；L0取25mm。2024/2/2941图3-26

羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图清晰度Cd：对毛丛的纹理作图像分析得出条纹的频率及其均匀性，以及条纹的主频率或规则条纹面积占所有频率或面积的百分数来描述纤维卷曲的规整度2024/2/2942图3-27

纤维束拉伸曲线起始卷曲段求CdW0完全不均匀卷曲所做的功；W为实际卷曲不匀所做的功2024/2/2943二、纤维的转曲（Convolution）及表征

1.纤维转曲和扭转的表达图3-28

纤维转曲及其理论表达示意图转曲高度

n转曲数为单位长度上的纤维扭转个数（个/cm