纺织材料学复习资料

1.纺织材料的概念与范畴

纺织材料：包括纺织加工用的各种纤维原料和以纺织纤维加工成的各种产品。

服用纺织品：衣服、鞋、帽、纱巾

家用纺织品：被、床单、桌布、坐垫

产业用纺织品：绳索、缆绳、帐篷、炮衣

复合材料：轮胎、飞机壳体、风力发电设备的桨叶、土工布、防弹衣、火箭整流罩和喷火喉管、海水淡化滤材

2.纺织材料的分类

（1）纺织纤维 textile fibers

概念：截面呈圆形或各种异形的、横向尺寸较细、长度比细度大许多倍的、具有一定强度和韧性的（可挠曲的）细长物体。

按材料类别分为：有机、无机纤维

按材料来源分为：天然纤维和化学纤维

天然纤维：自然界生长或形成的，适用于纺织用的纤维 。

化学纤维： 是指用天然的或合成的高聚物为原料，经过化学和机械方法加工制造出来的纤维。化学纤维又可分为再生纤维、合成纤维、无机纤维。

再生纤维：以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工而再生制成的纤维。

合成纤维：由低分子物质经化学合成的高分子聚合物，再经纺丝加工而成的纤维。

二、聚集态结构

1.对于纤维聚集态的形式，20世纪40年代出现了“两相结构”模型，即认为纤维中存在明显边界的晶区与非晶区，大分子可以穿越几个晶区与非晶区，晶区的尺寸很小，为10nm数量级，分子链在晶区规则排列，在非晶区完全无序堆砌。这种模型成为缨状微胞模型。

从晶区到非晶区是否存在逐步转化的过渡区，尚有不同解释

2.Hearle教授提出的缨状原纤结构模型，对此作了很好的解释，并与纤维的原纤结构形成很好的对应。

3.Kellel等人提出了著名的折叠链片晶假说，并认为，线性高分子链可达几百到几千纳米，具很大表面能，极易在一定条件下自发折叠，形成片状晶体。

4.依照片晶理论及事实，人们认为片晶就如同缨状微胞结构中的微胞，伸出的分子就像缨状分子，再进入其他片晶的为“缚结分子”，是纤维产生强度的主机制。

1、结晶态结构 （1）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。

结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。

晶区特点：

a.大分子链段排列规整；

b.结构紧密，缝隙，孔洞较少；

c.相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。

（2）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率。

重量结晶度：纤维内结晶区的重量占纤维总重量的百分率。

体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百分率。

结晶度对纤维结构与性能的影响：

结晶度↑ →纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度↑；

纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性↓。

结晶度↓ →纤维吸湿性↑；容易染色；拉伸强度较小，变形较大，纤维较柔软，

耐冲击性，弹性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。

2、非晶态结构

非晶态：纤维大分子无规律地乱排列的状态。

非晶区：纤维大分子无规律地乱排列的区域。

非晶区特点：

a.大分子链段排列混乱，无规律；

b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞；

c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。

3、取向结构

取向度

定义：指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。

取向度与纤维性能间的关系：

取向度大——大分子可能承受的轴向拉力也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量

较高，光泽较好，各向异性明显。

结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取向度高，取向应包括微晶体的取向。

除了卷绕丝，一般说来，结晶度高，取向度也高。

2、间接法：

用长度－重量关系衡量

（1）特数 tex ——国际标准单位

定义：在公定回潮率下，1000米长的纤维所具有重量的克数。

Gk ——纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（mg或g）；

L ——纤维长度（mm或m）

同品种纤维，Ntex↑，纤维越粗 。

分特dtex：在公定回潮率下，10000米长的纤维所具有重量克数。

1tex＝10dtex

2）旦数（旦尼尔数）Nden ——绢丝，化纤常用指标

定义：在公定回潮率下，9000米长的纤维所具有重量的克数。

9000kdenGNL1000LGNktex 同品种纤维，Nden↑，越粗.

3）公制支数 Nm ——常用于棉纤维

定义：在公定回潮率下，单位重量（g、mg）的纤维所具有的长度（m、mm）：

同品种纤维，Nm↑，纤维越细。

间接细度指标的换算式如下：

直接细度指标（直径d）与间接细度指标的换算：

式中：d——纤维直径（mm）；γ ——纤维密度（g/cm3）

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、成熟度的综合指标。

M×Nm＝25400；Nt＝0.0394M；Nd＝0.354M

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。

纤维长度指标

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。

2、平均长度：是纤维长度的平均值

（1）根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。

（2）重量加权平均长度Lg：各组长度的重量加权平均数

3、品质长度（右半部平均长度）：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

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

在其它条件相同下，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的关系

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，较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。

3. 纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条干的关系 当纤维长度整齐度差时，短绒率大时，成纱条干变差，强度下降，生产高档产品时，需经过精梳以去除短纤。

一、纤维卷曲产生的原因

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。

卷曲形态差异较大，无规律性明显。

根据羊毛纤维卷曲的深浅（即波高），以及长短（即波宽）不同，卷曲形状可以分为三类，

（1）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。

（2）常卷曲：特点：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。

（3）强卷曲：特点：卷曲的波幅较高，卷曲数较多。细毛羊腹毛属此类。用于粗梳毛纺，纺制表面和毛茸丰满、手感好、富有弹性的呢绒。

一、纤维的吸湿指标

1．回潮率与含水率

回潮率W：纺织材料中所含水分重量对纺织材料干重的百分比。

含水率M：纺织材料中所含水分重量对纺织材料湿重的百分比。

式中： ——纺织材料湿重；

——纺织材料干重。

2．标准回潮率

——纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时测得的平衡回潮率。

国际标准中规定的标准大气条件为：

温度（T）为20℃（热带为27℃），

相对湿度（RH）为65%，

大气压力为86~106kPa，视各国地理环境而定。

我国规定的标准大气条件为：大气压力为1个标准大气压，即101.3kPa（760mmHg柱），并规定了温、湿度的波动范围：

一级标准：T 20±2℃，RH 65±2%；

二级标准：T 20±2℃，RH 65±3%；

三级标准：T 20±2℃，RH 65±5%；

纺织材料在实验测试前需进行调湿处理，通常在标准大气条件下调湿24h以上即可，合成纤维调湿4h以上即可。

3.公定回潮率(Wk)

——贸易上为了计重和核价的需要，由国家统一规定的各种纺织材料的回潮率。

混纺纱的公定回潮率

其中：Wi（%）——混纺材料中第i种纤维的公定回潮率； 100(%)100(%)000aaaGGGMGGGWiiPWW（％）＝混kmGLNtexdenmtexNNNN91000••mdentexNdNdNd129.10113.003568.0 Pi（%）——混纺材料中第i种纤维的干重混纺比。

4.标准重量 Gk

——是纺织材料在公定回潮率时的重量。

三、吸湿滞后性（或吸湿保守现象）

1.定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者大于后者，这种现象称之。

2.产生原因：

一 般认为吸湿时由于水分子进人纤维的无定形区，使大分子间距离增加，少数连接点被迫拆开，而与水分子形成氢键结合。放湿时，水分子离开纤维，连接点有重新结 合的趋势，但由于大分子上已有较多的极性基团与水分子相吸引，阻止水分子离去，而且大分子间的距离不能及时完全回复到原来情况，因而保留了一部分水分子。 因此同一纤维在同样的温湿度的条件下，从放温达到平衡比从吸湿达到平衡具有较高的回潮率。

同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合，而形成吸湿滞后圈。

吸湿滞后值（即差值）与纤维的吸湿能力和相对湿度有关。在同一相对湿度条件下，吸湿性大的纤维，差值比较大。如羊毛 2.0%， 粘纤 1.8%～2.0%，蚕丝 1.2%， 棉 0.9%， 锦纶 0.25% ，涤纶等吸湿等温线和放温等温线则基本重合。

3.应用

（1）调湿和预调湿：

调湿：纺织材料具有一定的吸湿性，故实验前，需要将试样统一在标准状态下放置一定时间，使达到平衡回潮率。

预调湿：为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差，需预先将材料在较低的温度下烘燥（一般为40～50°C下去湿0.5～l h），使纤维的回潮率远低于测试所要求的回潮率。然后再在标准状态下，使达到平衡回潮率。

（2）车间温湿度调节

如：纤维处于放湿时，车间空气的RH%

纤维处于吸湿时, 车间空气的RH%>规定值。

第六节 纤维的拉伸强度

1. 标准测试条件举例

环境条件：Temperature: 20±3℃; Relative humidity (R.H.): 65±5%