纺织材料学复习资料

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。9000k

den G N L

=

1000=

L

G N k

tex

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(%)0

00

-=

-=a

a a G G G M G G G W i

i P W W ∑（％）＝混k

m

G L

N =tex

den m tex N N N N 91000==?γ

γ

γ

===m den

tex

N d N d N d 129

.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%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% 2. 指标体系

断裂强⼒；断裂强度；断裂伸长率 2.1 拉伸断裂强⼒（绝对强⼒）P——是纤维能够承受的最⼤拉伸外⼒。单位：⽜顿（N ）；厘⽜（cN ）；克⼒（gf ）。 对不同粗细的纤维，强⼒没有可⽐性。 2.2 相对强度

⽤以⽐较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。 根据采⽤线密度指标不同，强度指标有以下⼏种：

（1）断裂⽐强度（相对强度）(specific strength 或tenacity)——是指每特（或每旦）纤维所能承受的最⼤拉⼒。

单位为：N/tex （cN/dtex ）；N/d （cN/d ）；gf/dtex 。

其计算式为：