纤维和纱线结构对纱线弯曲刚度的影响.pdf 106KB

棉纤维性能对纺纱质量的影响棉花的种植，最早出现在公元前5000-4000年的印度河流域文明中。

自从智慧的人类发现和发展了棉花这个神奇的物种，棉花改变了世界，改变了我们的生活，也成就了与棉花相关的产业。

对纺纱企业来讲，原料占整个纺纱成本50-70%的比例，原料的质量不仅决定了纱线的生产成本，还决定了成纱的质量。

了解棉纤维结构、性能及其与纺纱质量的关系，对改进纺织企业原料采购、科学配棉、稳定生产、降低成本和提高产品质量有着非常重要的意义。

1 棉纤维的生长、发育及组成要了解棉纤维性能，首先让我们简单了解一下棉纤维的来源、组成和结构等方面的知识。

1.1 棉纤维的发生、发育棉纤维是由种子表皮细胞延伸发育而成，具体来说棉纤维的发生需经历以下几个阶段：棉籽长成棉株、形成棉蕾、胚珠（后来发育成棉籽）表皮细胞开始突起、胚珠受精后表皮细胞继续迅速生长，最终发育成棉纤维。

棉纤维的生长发育是从棉株开花到棉铃吐絮这一段时期，棉纤维的生长发育特点是先伸长长度，然后充实加厚胞壁。

1.2 棉纤维的形成过程棉纤维的形成过程可分为以下三个时期：伸长期：棉纤维伸长从胚珠受精后开始，至第25天左右伸长基本完成。

加厚期：棉纤维加厚一般在棉珠开花后第21~25天左右开始，到开花后第45天左右基本完成。

棉纤维加厚，表现为细胞壁加厚，中腔变小。

棉纤维细胞壁的加厚，是由胞壁向内每天沉一层纤维素，使胞壁的厚度一天天增加。

转曲期：棉纤维转曲一般在棉铃开裂后的3~4内天完成。

1.3 棉纤维的组成和形态结构棉纤维的主要组成物质是纤维素，其余为纤维素伴生物（脂肪、蜡质、果胶、含氮物质、灰分、有机酸和糖类物质等）。

纤维素和纤维素伴生物的含量取决于棉纤维的成熟程度，完全成熟的棉纤维其纤维素的含量占棉纤维总量的90%以上，伴生物含量较少。

棉纤维是一种细而长的物体，直径一般约10~20微米，它的外形是一根呈扁带状而内部中空的管状体，顶部较细，中部较粗。

正常成熟的棉纤维纵向外观上具有天然转曲。

【纱线知识】纱线性能对织物的影响 纱线的基本特征包括纱线的外观形态特征、加捻特征、纤维在纱线中转移以及分布特征，以及纱线表面的毛羽和内部蓬松性等，是纱线结构的重要特征与表达，决定着纱线的外观特征和内在质量，也影响着织物的性质。

1.纱线的外观形态特征对织物的影响 纱线的外观性能主要指纱线的细度，即纱线的相对粗细。

纱线的粗细直接决定着织物的规格、品种、风格、用途和物理机械性能。

纱线的粗细一般可用相对粗细或几何粗细的指标来表示。

由于纱线截面形状的不规则和容易变形；短纤纱的毛羽较多，变形纱的膨松化使纱线的边界不清；再加上几何形态的测试的繁琐不变，故纱线的通常采用相对粗细的细度指标来描述，简称“细度”。

纱线的细度有多种表示方法，例如号数、公制支数、英制支数、旦尼尔等。

纱线的拈度用每米或每英寸的拈回数表示。

拈回的方向分S拈和Z拈。

在一定拈度范围内，纱的强度随拈度增加而增大。

单纱的拈向和股线的拈向搭配根据股线的用途选择。

通常单纱与股线采用相反拈向，即ZS或SZ。

单纱与股线的拈度有一个最佳比值，在这范围内，股线强力随着股线拈度增加而增加，超过临界值时股线强力反而下降。

纤维的性状和纺纱方法对纱线的性能起决定性作用。

环锭纱在加拈过程中，由于纤维产生转移，从纱线内层到外层，再从外层到内层，多次反复转移，纤维围绕纱的轴心呈螺旋状，螺旋半径沿轴向交替增大或减小。

这时长度长的纤维较多地趋向纱的轴心，长度短的纤维较多地趋向纱的外层。

细度细的纤维趋向纱的轴心，细度粗的纤维趋向纱的外层。

初始模量较小的纤维较多地位于外层，初始模量大的纤维较多地位于内层。

合理选用不同性状的纤维，能够纺成不同风格的纱线，适应不同织物用途或改善服用性能。

2. 纱线毛羽对纱线性能的影响 纱线毛羽是指伸出纱体表面的纤维 ,主要是由于纺纱时没有很好地控制纤维运动 ,使伸出纱体表面的部分纤维头端呈圆弧形或其他形状露出纱体表面。

纱线毛羽影响织物外观和生产加工两个方面。

纱线的弯曲刚度
纱线的弯曲刚度是一个重要的物理特性，它决定了纱线在弯曲时的抵抗能力。

在纺织生产中，纱线的弯曲刚度对于织物手感、穿着舒适度以及穿着寿命等方面都有着至关重要的影响。

纱线的弯曲刚度取决于许多因素，包括纱线的张力、细度、长度和结构等。

张力的增加会导致纱线弯曲刚度的增加，而细度和长度的增加也会导致纱线弯曲刚度的增加。

此外，纱线的结构也会对弯曲刚度产生影响。

纱线的弯曲刚度对于织物制造和使用具有重要意义。

例如，高强度的纱线往往具有较高的弯曲刚度，因此它们通常适用于需要较高水平的服帖性和抗振性能的织物。

另一方面，低强度的纱线则通常具有较低的弯曲刚度，适用于需要更高的灵活性和柔软性的织物。

此外，纱线的弯曲刚度还可以通过改变制造过程来调节。

例如，通过控制纱线的张力、细度和长度等参数，可以调节纱线的弯曲刚
度。

又如，在织物加工过程中，通过改变纱线的结构，也可以调节纱线的弯曲刚度。

总之，纱线的弯曲刚度是影响织物手感、穿着舒适度以及穿着寿命等关键因素的重要物理特性。

对于纺织企业来说，合理控制纱线的张力、细度和长度，以及改善纱线的结构，都是提高纱线弯曲刚度的重要途径。

试验：棉花纤维品质对纱线质量的影响鲁伟东;颜丹丹【摘要】本文通过对比不同长度、断裂比强度、短纤维指数的棉花纤维纺制的相同支数纱线的强度、条干以及毛羽的影响,分析了棉花各物理指标对棉纱成纱质量的影响,结果表明影响棉纱成纱条干CV以及毛羽指数较大的因素是棉纤维长度和短纤维指数,而对棉纱成纱强力影响因素最大的物理指标是棉纤维的断裂比强度.【期刊名称】《中国纤检》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P60-61)【关键词】棉花指标;纱线条干;强力;毛羽【作者】鲁伟东;颜丹丹【作者单位】新疆巴州纤维检验所;新疆巴州纤维检验所【正文语种】中文近几年来，新疆的棉花品质总体质量较好，但在2015年度呈现出也有所下降尤其是强度和长度两个指标下降较为明显，在棉花质量较差的情况下，若能从把握原棉各项指标来调控成纱质量，通过掌握原棉质量的几项重要指标，根据所纺纱线支数、用途、质量及其他实际情况合理搭配，利用各项优势达到互补提升的目的，从而可以有效提高棉花资源的优化配置，优棉优用[1]。

1 试验材料原棉：新疆巴州棉花产区相同轧工工艺得到不同长度、强度、短纤维指数的皮棉，分别标注为1#、2#、3#棉样。

2 试验方法2.1 原棉性能测试采用USTER公司HVI1000C大容量棉花纤维测试仪分别测试棉花的长度、断裂比强度、短纤维指数。

测试条件：测试温度（20±2）℃，相对湿度（65±3）%，测试样品均在该恒温恒湿环境中平衡24h以上，下述纱线测试条件均相同。

2.2 细纱纺纱工艺对三种原棉试样采用相同的紧密纺纺纱工艺[2]，粗纱定量3.72g/10m，细纱支数：CF50S（11.662tex），细纱机牵伸倍数为31.9倍，细纱捻度1050，锭子速度15000r/min，钢丝圈型号8/0。

2.3 纱线质量测试2.3.1 纱线条干和毛羽测试采用USTER TESTER 4型条干测试仪测试纱线条干CV值和毛羽指数（H值），速度400m/min，测试长度为1000m，测试10管取平均值。

第17卷第4期 湖南工程学院学报 Vo1.17.No .42007年12月 Jour na lof Hunan I nstitute of Engineering Dec .2007收稿日期作者简介蔡智勇(6),男,实验师,研究方向纺织材料纱线和织物的弯曲性能研究蔡智勇(湖南工程学院纺织工程系,湖南湘潭411104) 摘　要:提出研究纱线和织物弯曲性能的方法,推导出了一些理论分析方法,并将其与实验观察结果进行比较.关键词:纱线;织物;弯曲性能;弯曲刚度中图分类号:TS101.92 文献标识码:A 文章编号:1671-119X (2007)04-0076-031　纱线弯曲特性纱线弯曲特性取决于纤维的机械性能和纱线的结构,直接对其进行分析是件很困难的事.为此,我们借用一下工程梁理论中的伯努力一游勒定律:M -D (△K )=D (K -K 0)(1)式中:K 0和K 分别表示始、末曲率;D 表示杆的弯曲刚度.它表示在横截面对称的适当条件下,作用在刚性杆上的弯矩M 正比于中心曲率K 的变化值.然而纱线的弯曲与刚性杆还是有很大区别的.纱线纺得松还是紧对其弯曲特性有很大的影响,而松紧程度决定于纱线的加捻程度以及纤维表面特性.纱线纺得紧,在弯曲时纤维会相互移动以补偿由弯曲引起的纱线局部缺损.如果纺得很松,则纤维会或多或少地产生独立的弯曲.基于上述分析,纱线的弯曲刚度通常由弯曲力矩M 和曲率K 间的关系所确定.如果这一关系是线性的,则:D 纱=M /K(2)但在一般情况下这一关系不是线性的.这时D 纱是由弯曲力矩与曲率的变化率所决定的,即:D 纱=d M /dK(3)(3)式是在理想的假设纱线中的纤维沿着等螺距的圆形螺线轨迹伸展的条件下得出的.实际情况并非如此,所以:D 纱=d MdKS (φ)(4)式中:S (φ)为纱线未被弯曲进表面螺旋角的变化函数.因此,分析纱线的弯曲特性也就是建立D 纱与纤维特性和纱线结构参数间的关系.下面分析一下在两种极限状况下(一种是纱纺得很松,纤维间可以完全自由地移动)的纱线弯曲刚度.在纤维相对移动自由度很大的纱线中,纤维会或多或少地产生独立的弯曲.这样,纱线的弯曲刚度正好等于每根纤维弯曲刚度的总和.所以,这种纱线的弯曲刚度与横截面内的纤维数C 成正比,即:(D 纱)完全自由=CD 纤S 1(φ)(5)式中:D 纤为单根纤维弯曲刚度;S 1(φ)为完全自由纱的表面螺旋角变化函数.对于纤维完全不能移动的纱线来说,情况并不那么简单.它还受到纤维外形和排列方式的影响,即:(D 纱)完全不自由=4C 2D 纤S 2(φ)/α纱(6)式中:S 2(φ)为完全不自由移动纱的表面螺旋角变化函数;α纱为纱线填塞系数,也就是纱线内纤维占据的面积与整个纱线截面的比值.(5)、(6)两式只能计算极限情况下的D 纱值,而纱线的实际情况是介于两极限之间的.因此,在假设纱线是许多独立的不相互交织的螺旋线的集合和弹性变形无限小的情况下,得出纱线的弯曲刚度为:D 纱=2C D 纤ln [tg 2φ(1+D 纱/F f )/2+1]D 纤/F f tg 2φ+1(7)式中:F f 为纤维扭曲刚度.经证实,当纤维弯曲和扭曲刚度相等且纱线捻度不大时,由(5)、(6)、(7)得出的结果很接近.对长丝所纺成的纱,在大弹性情况下进行分析,并用(7)式进行计算,发现在变形程度很大时,得出的弯曲刚度和曲率半径所产生的误差小于2%.:2007-02-20:194-:.认识到这种干涉现象的存在后,引出了“集束”的概念.所谓“集束”即:由于:“无穷大”磨擦力而使一束纤维集中成一根作用的情形.通过实验证明,当两根纤维合成一股时,纱线的刚度将增加三倍.而当C 根纱合成一股时,刚度约为前面提到过的完全自由纱的C /α纱倍.图1　纱线磨擦弹性弯曲特性下面我们来讨论纱线的磨擦弹性弯曲.为了更逼真地说明纤维内部的磨擦作用,我们可以将纱线想像成一根多层杆,而层与层之间存在着磨擦力.纱线中纤维的作用被认为与假设的每一层的作用相似.这样内磨擦力会使纱线结构变硬,使力矩与弯曲关系成为非线性的以及使纱线能量损失,因此纱线在放松时会缺乏弯曲变形的回复能力.而在克服了纤维间有限的磨擦力后,纤维会出现滑动现象,纱线再也不会象刚性杆一样产生作用了.这时力矩和弯曲会成为线性关系(如图1所示),即:K =0 m <m 0D 纱K =m -m 0 m >m 0(8)式中:m 0为克服磨擦力所需的力矩,称为磨擦力矩或矫顽力偶.利用纤维的磨擦弹性弯曲可对纺织品在受载或回复时的伸长、切变、弯曲和皱折进行研究.磨擦力矩的产生是由于纱线中的纤维或多或少地残留着纺纱或加捻时产生的应力.假如Q 是作用在纱线轴向单位长度的横向力,则:m 0=011f Ld 纤C Q(9)式中:d 纤为纤维直径;L 为纤维加捻一圈长度的一半;f 为纤维内部磨擦系数.图2　纱线弯曲双线性关系然而,众所周知纱线弯曲与力矩的关系是非线性的,初始弯曲刚度会随着曲率的增加而降低,直到某一极限值,而弯曲刚度的降低是由于突然滑移的纤维数的增加而产生的.在某些地方,大多数或全部的纤维相互滑移以补充由弯曲引起的纱线变形.采用式(8)进行计算误差太大,因此对其进行一些修改,成为力矩与曲率的双线性关系(见图2).这样能更准确地反映某种情况.可以采用下列式子进行计算:m =D K -m 0<m <m 0m =m 0(1-D /D 3)+EK m >m 0m =m 0(1+D /D 3)+EK m <m 0(10)式中:D 3和D 分别为始、末弯曲刚度;m 0为转折点的力矩值.2　织物弯曲特性要分析织物弯曲特性,先要对织物结构进行分析,建立有效的织物几何模型.织物弯曲特性的两个参数是织物弯曲刚度(或柔软度)或滞后程度.两者都可从弯曲-滞后曲线上得出.一般说来,过了初始非线性区域后,力矩/曲率曲线可用下式来表示:m F =m F0+D F K F(11)式中:m F 为施加的力矩;m F0为克服磨擦阻力所需达到的力矩;D F 为织物弯曲刚度,它由构成织物的纤维或纱线的抗弹性力以及它在织物上产生的卷曲所组成,弯曲时,阻止纱线中纤维自由移动的磨擦力会发生变化.这两个因数会影响织物中纱线的几何一致性和磨擦阻力,从而决定了织物弯曲特性.现在,来研究交织点处磨擦阻力的作用和构成织物的纱线集束程度.假定在讨论沿纱线长度方向上轴向刚度周期性变化时可用一根杆来代表织物中的纱线,纱线在交织接触点处片段长度内的抗弯曲性可认为是局部具有无穷大的弯曲刚度.则:D F /D Y =1/b(12)式中:D Y 为每根纱线的弯曲刚度;b 为没和交叉线接触的纱线弯曲部分的长度.显然,这时D F /D Y 总是大于1的.为作出更精确的分析,我们又假定织物是由不可变形圆形横截面的纱线所织成,然而在交织点处存在着点接触,则可通过计算弯曲时应变能量的变化求出未经整理和经完全整理织物的弯曲刚度值.此分析中最重要的假设是接触力Q 随着弯曲高度的变化而变化,即Q =315By ρ3(3)77第4期 蔡智勇:纱线和织物的弯曲性能研究h :d /dh 2/1式中:B y和ρ分别为交织点处纱线的轴向刚度和纱线密度.经实验证明:等式(13)非常适合于经整理过的织物,而对于未经整理的织物只能用于变形小的.由于织物中纱线呈非直线状,所以对式(12)进行修改后得出:DF /Dy=ρ(1h)(14)式中:1是弯曲段纱线的规定长度(半波长);h 为式(14)中定义的纱线长度(是一个小数).这样式(14)允许在纱线点接触时D F/D y<1.我们会发现DF /Dy的实验测定值总是大于相应的计算值.这一差异归因于假设与实际的织物几何形状不同.在假定弯曲时纱线内力保持不变的情况下,利用最小应变能量原理也可得出织物的弯曲刚度.这样分析适用于经各种程度整理的织物.3　结论目前,对于纱线弯曲特性的测试已基本趋于完善.而对于织物弯曲特性的测试,虽然几经改善,但都没能考虑到织物交织点处纱线间的接触条件是随局部力的平衡而改变的.这是一种严重的疏忽,因为这样做是忽视了织物弯曲时交织点处纱线产生的作用.参　考　文　献[1]　余序芬.纺织材料实验技术[M].中国纺织出版社,2004.[2]　顾　平.织物结构与设计[M].东华大学出版社,2004.[3]　 work Predi c tions of Hu m an P sy chol og2ical Pe rcep tions of C l othing Sens ory Comfort[J].TextileR es.j,2002,73(1):31-37.[4]　王士杰.复合材料力学导引[M].重庆大学出版社,1987.Study on Yarn and Fa br i c Bend i n g Pr oper tyC A I Zhi-y ong(Dept.of Textile Eng.,Hunan I nstitute of Engineering,Xiangtan411104,China)Abstrac t:I n this paper,the m ethod of studying the ya r n and fabric bending peopenty is intr oduced,and som e f or2 m ula of theoretica l ana lysis are pa ris onsw ith the available experi mental observations are als o m ade.Key wor ds:yarn;fabric;bending propenty;bending rigidity87 湖南工程学院学报 2007年。

纺织品的弯曲性能研究纺织品的弯曲性能一直是纺织科学领域的研究热点之一，其在纺织品设计与制造过程中的重要性不言而喻。

弯曲性能是指纺织品在受力作用下的抗弯曲能力，也是评价纺织品质量和性能的重要指标之一。

随着现代时代纺织品应用领域的不断扩大和纺织技术的不断进步，对于也变得日益重要。

纺织品的弯曲性能受到多种因素的影响，包括纤维的类型、纺纱方式、织造结构、整理工艺等。

一方面，纺织品的弯曲性能与纤维的物理和力学性质密切相关。

不同类型的纤维具有不同的弯曲模量和抗弯曲能力，这直接影响了纺织品的整体弯曲性能。

另一方面，纺织品的弯曲性能还与纺织结构的设计和制备方式密切相关。

不同的织物结构会对纺织品的弯曲性能产生显著影响，因此，在纺织品设计与制造中需要根据实际应用需求选择合适的纤维和结构。

在纺织品的弯曲性能研究中，测试方法的选择和开发也是至关重要的。

传统的测试方法主要包括单轴弯曲试验和维布尔试验，这些方法能够初步评估纺织品的弯曲性能，但在真实使用条件下的表现仍有一定差距。

因此，研究者们还在不断探索和开发新的测试方法，以更精准地评估纺织品的弯曲性能。

近年来，一些基于计算机模拟和数值分析的新方法逐渐被引入到纺织品的弯曲性能研究中，这些方法能够更全面地描述纺织品在受力作用下的变形和性能，为纺织品设计和制造提供更多的参考依据。

纺织品的弯曲性能研究不仅仅局限于实验和测试，还涉及到纺织机械、纤维材料学、计算机仿真等多个学科领域的交叉。

通过多学科的合作与研究，我们可以更全面地认识纺织品的弯曲性能特性，从而为纺织品的设计、制造和应用提供更多的可能性。

未来，随着科技的不断进步和纺织技术的不断发展，相信纺织品的弯曲性能研究将会取得更多的突破与进展，为纺织行业的发展注入新的活力。

常用高性能纱线弯曲刚度的测量和表征王震;姜亚明;刘良森;蔡甜甜【摘要】由于轴向织物中衬纱的弯曲刚度对织物的三维成型性能有着重要影响,借助KES织物风格仪,通过测量最大弯矩值和拟合斜率值,表征4种常用高性能纱线的弯曲刚度.结果表明:在相同线密度下,高性能纱线的弯曲刚度大于传统纱线,4种高性能纱线的弯曲刚度由大到小排序依次是碳纤维纱线、玻璃纤维纱线、高强聚乙烯纱线、芳纶纱线;高性能纱线的弯曲刚度受纱线中单丝排列、聚集状态的影响,并且随着试样进入角度的增加而减小.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2014(035)005【总页数】4页(P30-33)【关键词】高性能纱线;弯曲刚度;轴向织物;KES织物风格仪【作者】王震;姜亚明;刘良森;蔡甜甜【作者单位】天津工业大学复合材料研究所,天津300387;天津工业大学复合材料研究所,天津300387;天津工业大学复合材料研究所,天津300387;天津工业大学复合材料研究所,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TS101.2纺织复合材料由于其优异的力学性能和价格优势，越来越受到重视［1－2］。

作为增强体的材料既可以是纤维，也可以是织物。

近年来，一体化成型和先进复合材料的开发，使得织物增强的复合材料开始受到人们的青睐。

在此背景下，轴向织物以其优异的力学性能和对曲面良好的成型性能，成为制造薄壳体复合材料的重要选择对象，有着越来越广阔的应用前景。

然而，轴向织物在对薄壳体模型铺覆时存在成型极限的问题［3］，这使得该类复合材料在需要深度成型的产品应用上受到限制，因此，研究轴向织物的成型性能对解决该问题有着积极意义。

张艳明［4］通过建立织物单胞的几何模型，首次提出绑缚纱紧度和衬纱紧度共同影响纬编双轴向织物的成型性能。

杨楠楠等［5］通过对纬编双轴向织物进行有选择地抽纱操作，大大改善了其成型能力。

姜亚明等［6］在建立多轴向经编织物弯曲性能的力学模型时，利用KES织物风格仪测量单根玻璃纱线(900tex)的弯曲性能，得出单根衬纱的弯曲行为恰好同织物的弯曲行为相似的结论。