下载文档原格式
纺织技术专业中的纤维结构与性能研究分析引言：纺织技术作为一门古老而重要的学科，研究的是纤维材料的制备、加工和应用。
在纺织品的生产中，纤维的结构和性能是至关重要的因素。
本文将探讨纺织技术专业中的纤维结构与性能的研究分析。
一、纤维结构的研究1. 纤维的形态结构分析纤维的形态结构是指纤维的外形和内部组织特征。
通过显微镜观察和图像处理技术，可以对纤维的形态结构进行分析。
例如，纤维的断面形状、纤维的表面形貌等都可以通过显微镜观察得到。
此外，还可以利用扫描电子显微镜（SEM）来观察纤维的微观结构，进一步了解纤维的形态特征。
2. 纤维的化学成分分析纤维的化学成分是指纤维的组成元素和化学结构。
通过红外光谱、核磁共振等分析技术，可以对纤维的化学成分进行分析。
例如，红外光谱可以用来确定纤维中的官能团和化学键的类型，从而了解纤维的化学结构。
3. 纤维的晶体结构分析纤维的晶体结构是指纤维中晶体的类型、晶格常数和晶体的取向等特征。
通过X射线衍射技术，可以对纤维的晶体结构进行分析。
例如，可以通过X射线衍射图谱确定纤维的晶体类型和晶格常数，从而了解纤维的晶体结构。
二、纤维性能的研究1. 纤维的力学性能分析纤维的力学性能是指纤维在外力作用下的变形和破坏行为。
通过拉伸试验、弯曲试验等实验方法，可以对纤维的力学性能进行分析。
例如，可以通过拉伸试验确定纤维的强度、伸长率和断裂能等参数，从而了解纤维的力学性能。
2. 纤维的热学性能分析纤维的热学性能是指纤维在热力学条件下的热传导、热膨胀和热稳定性等特性。
通过热分析技术，可以对纤维的热学性能进行分析。
例如，可以通过差示扫描量热仪（DSC）测量纤维的熔点、玻璃化转变温度等参数，从而了解纤维的热学性能。
3. 纤维的吸湿性能分析纤维的吸湿性能是指纤维对水分的吸收和释放能力。
通过吸湿试验和热重分析技术，可以对纤维的吸湿性能进行分析。
例如，可以通过吸湿试验测量纤维的吸湿率和湿态强度等参数，从而了解纤维的吸湿性能。
纺织纤维细度测定1. 简介纺织纤维的细度是指单位长度纤维的粗细程度，通常以纤维的直径或者单位长度纤维的质量来表示。
细度是纺织品物理性能的重要指标之一，对于确定纺织品的手感、外观和质量具有重要影响。
因此，准确测定纺织纤维的细度对于纺织品工业具有重要意义。
纤维细度的测定方法众多，包括光学显微镜法、显微影像分析法、纤维拉伸法、静电吸附法等。
不同的测定方法适用于不同种类的纤维，并具有各自的优缺点。
本文将介绍一种常用的纺织纤维细度测定方法——显微影像分析法。
2. 显微影像分析法原理显微影像分析法是一种通过拍摄纤维的显微图像并对图像进行分析来测定纤维细度的方法。
该方法常用的仪器设备包括光学显微镜、扫描电子显微镜等。
其原理可以概括为以下几个步骤：1.准备样品：将待测纤维样品制备成适当的形态，如纤维束、纤维薄片等。
2.获取纤维显微图像：将样品放置在显微镜下，使用合适的放大倍数拍摄纤维的显微图像。
3.图像处理：将拍摄得到的图像进行处理，包括去除杂质、增强对比度等。
4.分析测量：利用图像处理软件对处理后的图像进行分析测量，包括纤维直径、纤维长度等参数的测定。
5.统计分析：对大量的纤维图像进行测量，得到统计数据并进行分析，如平均细度、细度分布等。
3. 显微影像分析法的优缺点显微影像分析法作为纺织纤维细度测定的一种常用方法，具有以下优点：•非接触式测量：显微影像分析法不需要直接接触纤维样品，可避免由于接触过程中的力的作用导致纤维形态改变的问题。
•高精度测量：通过图像处理软件对显微图像进行分析，可以得到精确的纤维直径和长度等参数，提高了测量的精度。
•可视化分析：显微影像分析法通过拍摄纤维显微图像，使得纤维的形态和结构能够直观地展示出来，便于对样品的细度进行观察和分析。
然而，显微影像分析法也存在一些不足之处：•仪器设备要求较高：显微影像分析法需要借助光学显微镜或扫描电子显微镜等设备，而这些设备的价格相对较高，对于一些小型实验室或者个人研究者来说可能不易获得。
透射电子显微镜在纺织染整中的应用0720302018徐春松一、透射电子显微镜1透射电子显微镜的结构2透射电镜的工作原理3OM、TEM、SEM的机理比较4透射电镜的应用范围1.1 透射电子显微镜的结构透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM，透射电镜）真空系统供电系统电子光学系统辅助系统照明系统：电子枪和聚光镜成像系统：试样室、物镜、中间镜和投影镜观察和记录系统：观察室、照相机TEM1.2 透射电镜的工作原理顶部装有电子枪，中部的电子透镜系统起着聚光成像与放大作用，下部是观察记录的荧光屏。
由电子枪发射出来的电子，在阳极加速电压的作用下，经过聚光镜（2，3个电磁透镜）会聚为电子束照明样品。
穿过样品的电子携带了样品本身的结构信息经物镜、中间镜和投影镜的接力聚焦放大最终以图像或衍射谱（衍射花样）的形式显示于荧光屏上。
1.3 LM、TEM、SEM的机理比较1.4 透射电镜的应用范围观察和分析物质超微结构，微孔尺寸分布； 观察和分析大小颗粒样品的表面形状；观察和分析试样内部的结构（晶体的缺陷和位置）；二、透射电镜在纺织染整中的应用1TEM分析纤维微细结构2TEM表征纳米整理剂分散性能3TEM表征微胶囊4TEM表征织物整理效果2.1 TEM分析纤维微细结构纤维微细结构分析步骤：1、纤维选取2、辅助材料选取，包括着色剂和包埋材料包埋材料：树脂类，如环氧树脂3、着色，包埋，切片制作，厚度不超过200nm超薄切片机4、TEM观察整体局部Ruth M. Robson通过TEM分析了家蚕丝的微细结构Staining methodSmall bundles of raw and degummed silk filaments were treated with gaseous hydrogen sulphide for 68 h at 20°C under a pressure of 18 bar in anappropriate pressure vessel.Upon removal from the vessel, the filaments were immersed in 5% silver nitrate for 4 h at 20°C., rinsed in distilled water and allowed to dry at roomtemperature.Embedding procedureApproximately ten filaments of raw and degummed ‘stained’silk were separately mounted in polythene capsules which were then filled with a resin mixture.The embedded samples were cured in an oven at 60°C for 48 h. Thin transverse and longitudinal sections approximately 50 nm thick or less were cut using a diamond knife and collected directly on to bare copper grids.Ruth M. Robson 通过TEM 分析了家蚕丝的微细结构Fig. 1. Transverse section of ‘stained’raw B . mori silk filament showing the distribution of silver sulphide particles in peripheral band (B)and dendritic arrays. Scale marker, 1 μm.The structure labelled S isconsidered to be sericin asit is absent in the degummedsamples and has a differentelectron density from thesurrounding embedding medium.The folding is thought to occurprimarily as a result of heat effectsand instability in the electronbeam.S, sericin; F, filament.1 μmRuth M. Robson通过TEM分析了家蚕丝的微细结构2 μmFig. 2. Transverse section of ‘stained’degummed B. mori silk filament showing the distribution of silver sulphide particles in dendritic arrays (D)and in stratified banding around filament periphery (B). Scale marker, 2 μmRuth M. Robson通过TEM分析了家蚕丝的微细结构μ1 μmFig. 3. Transverse section of ‘stained’degummed B. mori silk filament showing a net-like and a stratified distribution of silver sulphide particles in the peripheral banding (B). D, dendritic arrays of particles; R, embedding resin. Scale marker, 1 μm.μRuth M. Robson 通过TEM分析了家蚕丝的微细结构Longitudinal section of ‘stained’raw B . mori silk filaments from same cocoon showing distribution of silver sulphide particles.S, sericin; B, peripheral band. Top filament is oriented to give section through a portion of the peripheral band. Scale marker,4μm.4μm2μmμLongitudinal section of degummed B. mori filament showing well-defined peripheral band (B) of silver sulphide particles and irregular distribution of large clusters of particles which comprise the dendritic arrays (D) observed in transverse sections. Scale marker, 2μm.Microvoids in silk have been studied using SAXS methods which have given information about their size and shape.However, little is known about the way the microvoids are organised or distributed within silk filaments.By means of silver sulphide ‘staining’and examination of thin sections of silk in the TEM it is possible to observe differences in the apparent size, shape and the distribution of microvoids within individual filaments.2.1 TEM分析纤维微细结构于伟东等人借助TEM超薄切片技术表征了木棉纤维的微细结构。
纺织行业实验室必备设备清单1. 电子天平：用于准确测量纤维、纱线和织物的质量。
选择具有高精度和稳定性的电子天平，以确保准确的称量结果。
2. 电子显微镜：用于观察纺织品的微观结构和细节。
选择具有高分辨率和放大倍率的电子显微镜，以便细致分析纺织材料的织构和纤维结构。
3. 纺织强度测试机：用于测量纺织品的抗拉强度和断裂延伸率。
选择功能全面、操作简便的纺织强度测试机，以确保准确测量纺织品的力学性能。
4. 压力蒸汽锅：用于模拟纺织品在潮湿和高温条件下的使用环境。
选择耐高温、高压的压力蒸汽锅，以确保可靠地进行纺织品的蒸汽处理和性能测试。
5. 纤维鉴别仪：用于鉴别纤维的种类和组成。
选择具有多种测试方法和高准确度的纤维鉴别仪，以准确确定纺织品中所含纤维的成分。
6. 高温恒温箱：用于模拟纺织品在高温下的使用环境。
选择具有可调温度和稳定性好的高温恒温箱，以模拟纺织品在不同温度条件下的性能变化。
7. 颜色测量仪：用于测量纺织品的色彩参数。
选择具有高精度和多功能性的颜色测量仪，以准确测量纺织品的色差、色泽和色度值。
8. 纺织品燃烧性能测试仪：用于评估纺织品的燃烧性能。
选择符合相关标准要求、具有安全性能和高测量精度的燃烧性能测试仪，以确保纺织品的安全性和合规性。
9. 纺织品洗涤机：用于模拟纺织品的洗涤过程。
选择具有多功能、易操作的纺织品洗涤机，以模拟不同洗涤条件下纺织品的耐久性和性能变化。
10. 纺织品摩擦磨损测试仪：用于评估纺织品的摩擦磨损性能。
选择具有可调速度和负荷的摩擦磨损测试仪，以准确评估纺织品在实际使用中的耐磨性和耐久性。
以上是纺织行业实验室必备设备的清单，根据不同实验需求和测试要求，可以进一步补充适用的设备。
请根据实验室的具体需求和预算选择合适的设备，并确保设备的准确性、可靠性和安全性。
扫描电镜在纺织行业的应用纺研1202班 1231016032 缪赢纺织材料具有较大的表面、独特的网络结构和丰富的孔隙等,是一种性能优异的材料,其中的产业用纺织品已广泛应用于工业、农业、环境保护、生物工程、化学化工、医疗卫生以及汽车等领域。
产业用纺织品的应用范围不断扩大,不仅取代一些其他技术生产的现有产品的市场,同时将大大拓展新的应用领域,开拓新的市场和高新技术的特殊产品,如电子纺织材料、智能纺织材料、细胞组织支架材料和纤维织物柔性显示器等。
在产业用纺织品这些应用领域,材料的表面物理形态、化学结构和机械性能至关重要,因为材料的这些性能在很大程度上直接决定和影响着产业用纺织品的整体性能和应用效果。
应用先进的工具来研究开发产业用纺织品,分析其结构与表面特性,对推动产业用纺织品的创新和发展起着十分重要的作用。
因此，利用先进的扫描电镜等工具研究纺织产品及其材料的化学与机械物理性能创造产业用纺织品材料就显得至关重要。
当今，随着电子源、扫描以及图像采集和处理系统等的发展，扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)，简写为(SEM)已成为纺织、生物学、医学、冶金、机械加工、材料、半导体制造、微电路检查，甚至月球岩石样品分析等领域的主要研究手段。
可以说，扫描电镜的未来有着广阔的发展与应用前景。
同时它还在向复合型方向发展，即和X射线能谱分析技术(简称EDS)进行结合，成为研究分析物品表面结构与微区化学成分的最有效的工具。
1 扫描电镜和X射线能谱仪原理扫描电镜：其场深大约三百倍于光学显微镜，适用于表面形貌观察，特别是粗糙表面的观察和分析，图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
放大倍数范围大，一般为50～20000倍，对于相组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
它具有相当的分辨率，可达2～6nm。
扫描电子显微镜主要是利用二次电子成像，由聚光镜和物镜构成的电子光学系统[2]，把电子枪发射出来的电子聚集成为一束极细的电子束，并聚焦于样品的表面，同时按顺序对样品表面进行逐行扫描[3]。
SEM的原理及应用SEM全称为扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope），是一种利用电子束与物质相互作用来观察样品微观特征的仪器。
SEM具有高分辨率、大深度、大视场等优点，广泛应用于材料科学、生物科学、化学科学、地质科学等领域。
本文将详细介绍SEM的原理及应用。
一、SEM的原理SEM的工作基于电子光学原理和物质与电子束的相互作用。
SEM主要由电子枪、样品台、透镜系统、检测器、图像处理系统等主要部分组成。
1.电子枪：SEM的电子枪主要由热阴极、加速电极、聚焦光圈、碟形阿诺德透镜等组成。
电子束通过电子枪发射出来，并由聚焦光圈和碟形阿诺德透镜聚焦和控制束流。
2.样品台：样品台是在SEM中放置样品的地方。
样品通常需要进行金属镀膜处理，以增加导电性和防止静电效应。
3.透镜系统：透镜系统主要包括透镜和扫描螺线管。
透镜用于聚焦电子束，而扫描螺线管则用于控制电子束扫描样品表面。
4.检测器：检测器用于接收从样品表面反射、散射或发射的电子或光子信号，转化为电信号。
5.图像处理系统：图像处理系统用于处理和显示SEM观察到的样品表面特征。
二、SEM的应用1.材料科学：SEM广泛应用于材料科学中的材料表面形貌、晶体结构和材料成分的分析。
通过SEM可以观察到金属、陶瓷、聚合物等材料的微观结构、晶粒大小和分布、表面纹理等信息。
2.生物科学：SEM在生物科学中被用于观察生物样品的细胞结构、细胞器、细胞表面形态等。
通过SEM还可以研究生物样品的生物膜、生物纤维、细胞组织等。
3.化学科学：SEM在化学科学研究中被用来观察材料表面的化学反应、催化剂的表面形貌、电化学反应等。
通过SEM还可以进行元素分析，如能谱分析（EDS）和电子探针X射线显微镜分析（EPMA）。
4.地质科学：SEM在地质科学中被用来观察岩矿、沉积物、岩芯等的微观结构和成分分析。
通过SEM可以研究矿物的晶体结构、颗粒形貌、孔隙结构等。
5.纳米材料研究：SEM可以用于纳米材料的观察和表征，如纳米颗粒的大小、形态和分布情况等。
扫描电镜在纺织行业的应用
纺研1202班 1231016032 缪赢纺织材料具有较大的表面、独特的网络结构和丰富的孔隙等,是一种性能优异的材料,其中的产业用纺织品已广泛应用于工业、农业、环境保护、生物工程、化学化工、医疗卫生以及汽车等领域。
产业用纺织品的应用范围不断扩大,不仅取代一些其他技术生产的现有产品的市场,同时将大大拓展新的应用领域,开拓新的市场和高新技术的特殊产品,如电子纺织材料、智能纺织材料、细胞组织支架材料和纤维织物柔性显示器等。
在产业用纺织品这些应用领域,材料的表面物理形态、化学结构和机械性能至关重要,因为材料的这些性能在很大程度上直接决定和影响着产业用纺织品的整体性能和应用效果。
应用先进的工具来研究开发产业用纺织品,分析其结构与表面特性,对推动产业用纺织品的创新和发展起着十分重要的作用。
因此，利用先进的扫描电镜等工具研究纺织产品及其材料的化学与机械物理性能创造产业用纺织品材料就显得至关重要。
当今，随着电子源、扫描以及图像采集和处理系统等的发展，扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)，简写为(SEM)已成为纺织、生物学、医学、冶金、机械加工、材料、半导体制造、微电路检查，甚至月球岩石样品分析等领域的主要研究手段。
可以说，扫描电镜的未来有着广阔的发展与应用前景。
同时它还在向复合型方向发展，即和X射线能谱分析技术(简称EDS)进行结合，成为研究分析物品表面结构与微区化学成分的最有效的工具。
1 扫描电镜和X射线能谱仪原理
扫描电镜：其场深大约三百倍于光学显微镜，适用于表面形貌观察，特别是粗糙表面的观察和分析，图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
放大倍数范围大，一般为50～20000倍，对于相组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
它具有相当的分辨率，可达2～6nm。
扫描电子显微镜主要是利用二次电子成像，由聚光镜和物镜构成的电子光学系统[2]，把电子枪发射出来的电子聚集成为一束极细的电子束，并聚焦于样品的表面，同时按顺序对样品表面进行逐行扫描[3]。
用检测器收集从样品表面发射出来的二次电子，经视频放大形成图像信号，再经显像管显示。
所获得的图像可以直接进行观察，也可以照相或者存储记录，它还可对试样进行成分、晶格、阴极发光、感应电导等多方面分析。
X射线能谱仪：电子束轰击样品时，产生弹性散射和非弹性散射两类物理过程，当两者相互作用发生具有能量交换的非弹性散射时会产生二次电子、俄歇电子、特征X射线、连续X射线，以及在可见光和紫外、红外波段的长波长电磁辐射。
X射线能谱分析就是取出样品所产生的X射线作为信号进行分析的。
分析这些X射线的能量就可知道组成样品的元素，即可实现对样品的定性分析；根据X射线能量不同的强度就可知道各种非导体与半导体的含量，即实现对样品的定量分析。
由于电子显微镜具有很高的空间分辨率，它可以捕捉能谱分析仪在微米和亚微米尺度下的粒子，同时在与计算计配合后，通过线扫描也就可以获得直观的微区元素分布数据。
2 扫描电镜和X射线能谱仪在纺织材料研究中的应用
2.1 纤维表面形貌观察和元素成分分析
纤维材料的表面物理形态和化学结构是决定材料性能的基本因素，也是影响纤维材料的表面的摩擦性能、光学性能、吸水性和生物相容性等性能的主要因素。
用扫描电镜观察、分析纤维表面形貌特征，如图1、图2所示。
样品喷金后可直接放入样品室进行观察。
根据纤维的微观结构不同，即细度不同，鳞片不同等形态特征区分各种纤维，同时纤维表面的各种元素产生具有不同能量的特征X射线，分析这些X射线的能量就可知道组成的元素，可看出各种纤维微量元素成分的差别，从这两方面对纤维进行种属鉴定和纤维鉴别，在鉴别基础上可通过荧光屏准确地测定各类纤维的直径和根数，得出各类纤维的定量分析。
还可应用电镜观察织物结构特征、纱线中纤维排列形态、纤维径向分布等项目来分析纱线的物理机械性质、耐磨、染色性能。
2.2 纺织材料失效分析
纺织材料失效分析主要包括磨损、腐蚀和断口分析[5]，利用SEM主要对磨损表面及磨损产物等进行分析，磨损、腐蚀的表面携带了最主要的信息，可利用SEM结合EDS进行表面形貌分析和微区成分定性、半定量分析(如图4所示)，可以优先了解腐蚀的因素(如夹杂物类型、材料缺陷等)，由此鉴别材料失效的形成原因；利用扫描电镜观察、分析材料的断口特征(如图3所示，针毛尖部3～4mm 鳞片破损严重)，对断裂机理分析归类，明确断裂类型，其次是对裂纹源位置和扩展方向的判定，可根据断口学原理判断断裂性质，追溯断裂原因，调查断裂是跟原材料质量有关还是跟后续加工或使用情况有关等等。
减少缺陷数目和尺寸，改善织物性能。
2.3 超微尺寸材料的研究
扫描电镜可以在比微米尺寸更小的范围内获得高倍率、立体感强、直观的二次电子图像。
纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子。
应用在纺织品上具有拒水、拒油、防静电、防污、抗菌、柔软等功能。
通过扫描电镜，可以较直观地观察到超微纳米材料的表面形貌，可以看到纳米结构、看出颗粒的均匀度(例如图5，为纳米SiO2粉体小颗粒分散情况)，也可以用这种方法来改变颗粒的孔分布，解决颗粒的团聚问题等。
而研发功能性纺织材料是未来发展趋势，所以扫描电镜的作用在这个领域会越来越突显出来。
2.4 表面整理剂研究
使用各种表面整理剂可以提高织物的耐磨、耐洗、抗皱、抗静电、防水拒油等性能，对于它的研究也越来越重要。
而在研究纤维的表面性能和表面结构，以及分析整理剂在纤维表面的结合状态，研究它的分散情况与纤维性能之间的关系，探讨特色整理剂的作用机理，以及开发新型整理剂等方面，扫描电镜起着越来越重要的作用。
尤其是能谱技术，它可以对整理剂处理过的纤维表面元素成分进行定性和半定量分析，给出该元素浓度分布的扫描图像，并对其中所含元素浓度进行定量分析。
例如：图6、图7所示，这是涤纶纤维表面经防油剂改性后的电镜照片，可以看出防油改性丝的表面已经发生了根本性的变化。
2.5 表面改性处理的研究
表面改性处理的手段主要包括化学氧化法、低温等离子体改性、辐射接枝法等。
经过改性处理的纤维可用SEM和EDS来观察其微观结构组成以及表面化学成分、浓度分布，这样就可以用它测定纱线接触表面上的沉积物以及由于磨损、刻蚀、沉淀、辐射等而导致的表面性质的变化。
还可以为评定材料表面性质的专家提供相关的技术支持。
对研究改性的生产工艺，开发新用途都具有重要的意义。
2.6 显微组织研究
在扫描电镜的高倍观察条件下，材料的显微组织十分清晰。
可用来观察纤维的孔洞结构，分析不同的孔洞结构与纤维性能之间的关系。
或在多相结构材料[4]中，特别是在某些共晶材料和复合材料的显微组织和分析方面，由于可以借助于扫描电镜景深大的特点，所以完全可以采用深浸蚀[4]的方法，把基体相溶去一定的深度，使得欲观察和研究的相显露出来，这样就可以在扫描电镜下观察到该相的三维立体的形态，这是光学显微镜和透射电镜无法做到的。
2.7 断裂过程的动态研究
扫描电镜的大场深和大视场可清晰显示纤维断裂的三维形貌，而在较高放大倍数下又能观察断裂面局部区域的微细结构，这种图像有助于研究裂缝的产生、发展以及寻找裂缝源。
有的型号的扫描电镜带有较大拉力的拉伸台装置，这就为研究纤维断裂过程的动态过程提供了很大的方便。
可用来研究纤维的机械力学性能等。
在试样拉伸的同时既可以直接观察裂纹的萌生及扩展与纤维显微组织之间的关系，又可以连续记录下来，为纺织材料研究提供最直接的证据。
3 结束语
扫描电子显微镜自商业化以来，由于其景深大，分辨率高，有利于观察物体的表面结构，越来越多的科研检测机构或企业将其应用在纺织纤维的检测领域。
将扫描电子显微镜结合能谱仪对纺织品面料进行检测，并分析纺织材料表面涂层的化学元素构成，成为了纺织品检验领域一项新兴的检测手段。
进入20世纪以来，世界纺织工业和纺织品市场发生了深刻变化，纺织工业作为传统的劳动密集型加工产业，在信息产业的推动下，正向技术密集型、知识密集型产业发展。
为了研究高技术含量、信息含量和高附加值的纺织产品，就需要结合高科技的检测分析手段，新型扫描电镜和X射线能谱仪及其附件设备在新型纺织材料的研究和开发中有着广阔的应用前景。
