纺织材料学课件第二章_植物纤维(棉)

天然纤维的制备：棉花 的采摘与加工、羊毛的 剪切与收集等。
化学纤维的制备：聚合 物原料的合成与纺丝工 艺等。
纺织品的加工：织布、 染色、印花、后整理等 。
纺织品的性能测试与评 价：测试标准与评价方 法等。
03
纺织材料的性能测试与评价
纺织材料的性能测试
01
02
03
04
拉伸性能测试
通过拉伸实验测定纺织材料的 抗拉强度、伸长率和弹性模量 等参数，评估其承受外力的能 力。
纺织材料的性能与特点
性能
纺织材料具有多种性能，如透气性、保暖性、吸湿性、抗皱 性、耐磨性等，这些性能决定了纺织材料在不同领域的应用 范围。
特点
纺织材料的特点包括轻便、柔软、易加工、可塑性强等，这 些特点使得纺织材料在满足人们生活需求的同时，也在推动 着相关产业的发展。
02
纺织材料的结构与性质
纺织材料的结构
安全卫生性评价
评价纺织材料的有毒有害物质含量、微生物指标 和卫生性能等安全卫生指标，以确保使用安全。
纺织材料的应用领域
80%
服装领域
纺织材料广泛应用于服装制造， 包括各类服装、内衣、鞋帽等。
100%
家纺领域
纺织材料用于制造床单、被套、 窗帘、地毯等家纺产品。
80%
产业用纺织品领域
包括汽车内饰、建筑用布、医疗 用品、过滤材料等产业用纺织品 。
纤维的形态结构
纤维的长度、细度、截面形状等。
纤维的内部结构
纤维的结晶度、取向度、空隙等。
纤维集合体的结构
纤维的排列、交织方式、间隙等。
纺织材料的性质
力学性质
拉伸强度、耐磨性、弹性等。
吸湿与透气性
吸湿性、透气性、透湿性等。

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棉纤维的形态结构和品质
正常生长的棉纤维形态结构
截面：腰圆形，有中腔 纵向：天然转曲
棉纤维在生长过程中形成的品质
1) 棉纤维长度
影响因素：棉花品种、棉纤维生长条件 (初加工) 2) 棉纤维色泽 白棉、黄棉、灰棉、彩棉
3) 成熟度 定义—纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越厚，成 熟度越好
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成熟度指标及测试方法
成熟度指标
成熟系数：指棉纤维中断截面恢复成圆形后相 应于双层壁厚与外径之比的标定值
测定棉纤维成熟度的方法很多，目前实际生产中 常用的主要有直接显微镜观察法、偏光仪法。 腔壁对比法是通过显微镜目测棉纤维的中腔宽度 与胞壁厚度的比值，查表得到纤维的成熟系数。 偏光仪法是采用棉纤维偏光成熟度仪，根据棉纤 维的双折射性质，应用光电法测量偏振光透过棉 纤维和检偏器后的光强度来间接得到棉纤维的成 熟系数。
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主要内容
纺织纤维基本概念
第二章 纺 织 纤维
各种纤维定义及举例 纤维初加工及检测 主要纺织纤维品种介绍 纤维鉴别
第一节
纤维 纺织纤维
纺织纤维基本概念
是一种细而长的物质，直径从几微米到十几微米， 长度则从几毫米几十毫米甚至上千米，长径比很大
纤维的基本性能
一定的长度和长度整齐度； 一定的细度和细度均匀度； 一定的强度和模量； 一定的延伸性和弹性； 一定的抱合力和摩擦力； 一定的吸湿性和染色性； 一定的化学稳定性。
合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品等低 分子作为原料制成的单体后，经人工合成获得的聚合 物纺制成的化学纤维。
如涤纶(polyester)、锦纶6,66(nylon)、腈纶(Acrylic) 、 丙纶Polyethylene 、氨纶Spandex (polyurethane), 氯 纶Polyvinyl chloride

仪器检验
包括：长度、细度、强度、成熟度、含水、含杂等； 优点：数据比较可靠稳定； 缺点：试验数量少、花费时间长。
少，有黄根
细绒棉
长绒棉
高
低
棉纤维的形态结构和品质
正常生长的棉纤维形态结构
截面：腰圆形，有中腔(kidney-bean shaped with a lumen)
纵向：天然转曲
the twists reverse in direction along the length
棉纤维在生长过程中形成的品质
籽和部分杂质。
籽棉→皮棉（轧花厂的称呼） 籽棉→原棉（纺纱厂的称呼）
棉纤维的分类
按品种分类

长度(mm) 细度(tex) 强度(km)
陆地棉(细绒棉) 23~33 0.15~0.2 21~25
海岛棉(长绒棉) 33~64 0.12~0.14 >30
亚洲棉(粗绒棉) 15~24 0.25~0.4 12
1) 棉纤维长度
影响因素：棉花品种、棉纤维生长条件、 (初加工)
2) 棉纤维色泽
白棉、黄棉、灰棉、彩棉
3) 成熟度degree of maturity
定义—纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越
厚，成熟度越好
棉纤维的成熟度几乎与各项物理性能指 标密切相关（除长度外），综合反映棉纤 维的内在质量。
根据成熟度可把棉纤维分为：
纺织纤维
长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可 挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤 维。
Small enough to be flexible
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纤维的基本性能
(1)一定的长度和长度整齐度； (2)一定的细度和细度均匀度； (3)一定的强度和模量； (4)一定的延伸性和弹性； (5)一定的抱合力和摩擦力； (6)一定的吸湿性和染色性； (7)一定的化学稳定性。

长绒棉
产量
高
低
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棉纤维的分类-3
按纤维色泽分类 灰棉 棉花在多雨地区生长时，棉纤维在生长发育过程中或吐絮后，由于雨量多，日照少，温度低，使纤维成熟受到影响，原棉颜色
呈现灰白，这种原棉称为灰棉。
职棉业花教 的育初“加现工1代（.白纺轧织棉棉技或术轧”花正专）业：常国使成家棉教纤熟学维资和，源棉库籽正分常离，吐除去絮棉的籽和棉部分花杂，质。不管原棉的色泽呈洁白、乳白或 主要淡组成黄：纤色维，素，都含量称约为94%白。 棉。棉纺厂使用的原棉，绝大部分为白棉。
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棉纤维的形态结构 正常生长的棉纤维形态 截面：腰圆形，有中腔。 纵向：天然转曲。
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棉纤维的截面结构
初生层: 蜡质与果胶。 次生层：由于每日温差的关系，大 多数棉纤维逐日淀积一层纤维素，形成 了棉纤维的日轮。纤维素在次生层中以 束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋 形，并沿纤维长度方向有转向。这是使 棉纤维具有天然转曲的原因。 中腔：少数原生质和细胞核残余。
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棉纤维的生长发育 一年生草本植物的棉花，我国四五
月间播种。 收摘时期不同：早期棉、中期棉、
晚期棉 棉纤维是由胚珠(即将来的棉籽)表
皮壁上的细胞伸长加厚而成的。一个细 胞长成一根纤维。
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棉纤维的生长发育 棉纤维生长发育的三个阶段： 伸长期 →加厚期 →转曲期（干涸期） 伸长期：纤维加长，形成胞壁。 加厚期：长度基本长足，主要是胞壁加厚。 转曲期：失去水分、胞壁扭转，沿纤维纵向形成天然转曲。

學生制服及錄音 含水量20%-35%之間，
帶的原料。
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由丙烯腈聚合 而成的合成纖 維，其性質與 天然羊毛差不 多，又稱合成 羊毛。
天然纖維 (COTTON, RAYON,
WOOL)
人造纖維 (NYLON, POLYESTER,
ACRYLIC)
優 點
1.吸水 2.保暖 3.柔軟舒適
1.易洗 2.快乾 3.免燙 4.種類多樣化
•再生纖維有很好 的吸水性，性質 安定易於染色。 再生纖維有其經 濟與環保的價值
•合成纖維是以石油 分餾後的加工物質 為原料，經由化學 合成的方法加工製 得，例如耐綸（為 聚醯胺類）、達克 綸（為聚酯類）及 奧綸等
耐綸6,6由己二酸和 己二胺聚合而成。 可充當玻璃絲襪及 釣魚線，易清洗不 易變皺。
影片：去除油污妙法 10分33秒
蛋白質組成。 可充當玻璃絲襪及釣魚線，易清洗不易變皺。
動物纖維主要有蠶絲及羊毛等，其主要成分為蛋白質組成。 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 且為生物可消化性材 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。 含水量20%-35%之間， 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 C、H、O、N、S、P 耐綸6,6由己二酸和己二胺聚合而成。 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 且為生物可消化性材 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。
•合成清潔劑是由石油提煉或化學合成的長鏈碳氫 化合物與酸及氫氧化鈉反應後製成

天然纤维分类
1.2.1棉纤维 1.2.2麻纤维 1.2.3动物毛纤维 1.2.4蚕丝纤维
棉纤维
棉花：属一年收获型草本植物。 棉纤维 ：是由棉籽上的种子毛成熟后经采集
轧制加工而成。 产地：中国、美国、埃及、巴基斯坦、印度 种类： 根据纤维的粗细、长短和强度通常分为长绒棉、
细绒棉和粗绒棉三种。 根据色泽分类可分为白棉、黄棉和灰棉三种。
棉纤维用途
1.可制成纯棉织物，也可与其他纤维制成混纺或交织织物。 2.可织造为机织物或针织物。 3.通过不同织造方式可得到风格各异的产品。 4.广泛应用于内衣、外衣、袜子和装饰用布等。
暖性较好的材料。 5.棉纤维耐光性一般。 6.棉纤维细而短，手感柔软，弹性差，穿着和洗后容易起皱。 7.棉织物耐水洗；易发霉。 8.棉纤维耐碱不耐酸。
耐碱性：较好，可丝光处理
丝光：通常是指棉织品（纱、布） 在张紧状态下经浓碱液（NaOH 或液 氨）处理，以获得持久的光泽，并 提高对染料吸附能力的加工过程。
3.棉纤维细胞壁分为三层，从外到里依次 为初生层、次生层和中腔。
4.棉纤维长度一般在23~38mm之间，细度 一般在1.3~1.7dtex之间。
棉纤维性能
1.棉纤维的色泽通常为白色、乳白色或淡黄色，光泽较差。 2.棉纤维的强力较高，且湿态强力高于干态强力。 3.棉纤维具有较强的吸湿能力。 4.棉纤维是热的不良导体，纤维内腔充满了静止空气，是一种保
丝光后棉纤维的变化：
天然转曲消失成为棒状； 光泽、染色性改善； 强力增大；延伸度下降，尺寸稳定性
增加；化学性能活泼。
碱缩：棉织物在烧碱溶液中，不施加张力，任其收缩， 能使织物紧密、丰厚，富有弹性，保形性好，此过程称 碱缩。
耐酸性：不耐酸

• 特性：强力、耐磨性好，弹性及弹性恢复性极 好，但小外力下易变形，故其织物在穿用过程 中易变皱折，通风透气性差，易产生静电。锦 纶织物的吸湿性在合成纤维织物中属较好品种， 因此用锦纶制作的服装比涤纶服装穿着舒适些。 有良好的耐蛀、耐腐蚀性能。耐热耐旋光性都 不够好，熨烫温度应控制在140℃以下。在穿着 使用过程中须注意洗涤、保养的条件，以免损 伤织物。
• 合成纤维一般接近火焰时先收缩，后熔融，然后燃烧，燃烧时发出各种气味。
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梭织布：
由相互垂直排列即横向和纵向两系统的 纱线，在织机上根据一定的规律交织而 成的织物。有牛仔布、织锦缎、板司呢、 麻纱等。
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梭织布的常用概念：
1、经向、经纱、经纱密度——面料长度 方向；该向纱线称做经纱；其1英寸内纱 线的排列根数为经密（经纱密度）； 2、纬向、纬纱、纬纱密度——面料宽度 方向；该向纱线称做纬纱，其1英寸内纱 线的排列根数为纬密（纬纱密度）；
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• 动物纤维 (天然蛋白质纤维) 包括： • 毛发纤维 • 丝纤维
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毛发纤维 : 动物毛囊生长具有多
细胞结构由角蛋白组 成的纤维。 如：绵羊 毛、山羊绒、骆驼毛、 兔毛、马海毛。
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丝纤维 : 由一些昆虫丝腺所分泌的，特 别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的 纤维，此外还有由一些软体动物的分泌 物形成的纤维。如：蚕丝。
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1. 天然纤维 自然界生长或形成的，适用于纺织用的纤维 称之。
(1) 植物纤维 (天然纤维素纤维)： (2) 动物纤维 (天然蛋白质纤维) ： (3) 矿物纤维：
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植物纤维 (天然纤维素纤维)包括： • 种子纤维 • 韧皮纤维 • 叶纤维 • 果实纤维

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（五）罗布麻 罗布麻又名野麻、泽漆麻。因在新疆的罗布
平原生长极盛而得名。几乎只分布在新疆的塔 里木河和孔雀河沿岸。
罗布麻是一种野 生植物，资源极为丰 富，它的根和叶有药 用价值，而且其纤维 织物具有保健作用， 除医药品外开发其产 业用纺织品前景广阔。
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部分麻纤维的物理性能
物理性能
苎麻
单纤维细度（µm） 30 ~ 40
标价：19860元。 “这是什么面料做的?看上去如此高贵典雅，手感这般滑爽！价格定得这 么高……”参观者议论。它是什么面料做的？周国泰说：“这是一种新的面料， 它是用大麻纤维做成的，大麻纤维至少在95%以上，可称纯麻产品。” 自古以来，大麻，都是用来搓麻线纳鞋底、织麻袋、做麻绳的，能做成这 样柔软的面料？凭手感，细度、强力、柔软度，不亚于棉、丝绸、羊绒啊！真 是大麻做的吗？不可思议。 就连日本、德国等长期从事大麻开发的几位专家也不大相信，把产品带回 国去用DNA技术检测后，才心服口服。 面对人们疑问的目光，周国泰作出肯定的回答。他说：“大麻纤维，经棉 型化技术处理，各项品质指标都能达到棉花纤维的性能，可以做成服装面料， 还可以与棉、毛、丝、羊绒、化纤等纤维进行混纺，在保留了大麻纤维纺织品 挺括、凉爽、吸湿散湿快等优点的同时，手感外观可以保持麻型风格、也可以 实现滑、挺、爽的夏季面料风格、还可以实现滑糯柔软类似羊绒面料的风格， 而且染色性能很好，不掉色。”
耐碱不耐酸（但耐酸碱性比棉强些），耐 海水侵蚀，抗霉和防蛀性好。
（8）耐热性 耐热性好于棉，200度时纤维开始分解。
（9）染色性 容易染色。容易得到比亚麻丰富的颜色。
3.苎麻的应用 夏季服装面料（纯纺或混纺）、工艺品、袜子等。
（二）亚麻 亚麻分纤维用、油用和油纤兼用三类。 我国产量居世界第二位。

棉纤维和棉制品
（一）棉的分类
1．细绒棉（陆地 棉）
2.长绒棉（海岛
按品种分
棉）：
原产于美洲大陆，占总产量的90%，产量高。长度：25-35mm；细度： 2.12-1.56dtex；单纤强度：2.94-4.4cN。是我国的主要棉种。
原产于美洲西印度群岛，又细又长又结实的棉花，我国新疆盛产长绒棉。 长度：33mm以上；细度：1.54-1.18dtex；强度：3.9-4.9cN/根
彩棉服装颜色为什么不那么鲜亮？
▪ 棉花纤维表面有一层蜡质。
▪ 普通白色棉花在印染和后整理过程中，使用各种化学物质 消除了蜡质，加上染料的色泽鲜艳，视觉反差大，故而鲜 亮。
▪ 彩棉在加工过程中未使用化学物质处理，仍旧保留了天然 纤维的特点，故而就产生一种朦朦胧胧的视觉效果，鲜亮 度不及印染面料制作的服装。
（二）棉的生长发育和形态特征
▪ 棉的生长发育
（1）伸长期：棉花开花后，胚珠表皮细 胞就开始隆起伸长。胚珠受精后初生 细胞继续伸长，同时细胞宽度加大， 一直达到一定的长度，为期约25-30 天
（2）加厚期：、当纤维初生细胞伸长到 一定长度时，就进入加厚期，为期约 30天，纤维素由外向里螺旋淀积最后 留有中腔
3.黄棉：
棉花生长晚期，棉铃经霜冻伤后枯死，把棉壳颜色染到棉纤维上，使原 棉色泽发黄
1.锯齿式轧花机： 对纤维有损伤、加工细绒棉棉纤维、棉籽分离法：高速旋转的滚筒（带 锐利的齿），把棉花撕下来，棉籽靠离心力分离。
按轧工方 法分
2.皮辊式轧花机：
加工长绒棉，短绒率高棉纤维、棉籽分离法：高速旋转的滚筒，把棉纤 维粘下来，除杂效果差（可能粘下棉籽），对长度无
天然彩色棉的特点与应用
▪ 由于天然彩色棉自身的缺陷，如产量低、纤维短、品质差、颜 色单调 等，随着染色、染料工业的发展，彩色棉逐渐被白棉取代。直到本世纪 70年代，工业污染严重威胁到人类自身，人们才意识到环保的重要性， 加上转基因工程的出现，科学家开始重新审视有利于环保的天然彩色棉 的栽培和育种。经国外科学家近三 十年的杂交、转基因的选育栽培， 已成功地培育出棕、绿、蓝、 黄、红等多种颜色的彩色棉；国内科学 家经十年的选育、引进， 也培育出了棕、绿、黄、红、灰、紫等品系， 其中以棕色系和绿 色系为主。纤维的长度、细度、成熟度等已符合现 代纺织生产的 技术要求；产量和颜色稳定性也已符合规模播种要求， 并且已经 形成一定的种植生产能力。

氧六环结构是固定的，但六环之间夹角可 以改变，所以分子在无外力作用的非晶区 中，可呈自由弯曲状态
棉纤维大分子取向度较高，主要是次生层 原纤排列的螺旋角在(20°～30°)的影响， 故纤维强度较麻纤维低，但伸长较大
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图2-9 棉纤维原纤中(纤维素I)的晶胞结构
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2、纤维的非晶结构
纤维大分子高聚物呈不规则聚集排列的区域称为非 晶区，或无定形区。
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晶区特点
1)大分子链段排列规整 2)结构紧密，缝隙，孔洞较少 3)相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和
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↓。
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聚集态结构发展的过程
缨状微胞模型 缨状原纤结构模型 折叠链片晶结构
图2-2 取向和无序排列的缨状微胞结构 图2-3 缨状原纤结构 图2-4 折叠链片晶
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这种模型称为缨状微胞模型。缨状是指无序区中分子 排列的状态；微胞是指分子有序排的结构块。对从晶区到 非晶区是否存在逐步转化的过渡区，尚有不同解释。
棉纤维大分子的聚合度为棉纤维大分子的聚合度为600060001500015000氧六环结构是固定的但六环之间夹角可氧六环结构是固定的但六环之间夹角可以改变所以分子在无外力作用的非晶区以改变所以分子在无外力作用的非晶区中可呈自由弯曲状态中可呈自由弯曲状态棉纤维大分子取向度较高主要是次生层棉纤维大分子取向度较高主要是次生层原纤排列的螺旋角在原纤排列的螺旋角在20203030的影响的影响故纤维强度较麻纤维低但伸长较大故纤维强度较麻纤维低但伸长较大图29棉纤维原纤中纤维素i的晶胞结构棉纤维的形态结构棉纤维的形态结构最外层是表皮和初生层最外层是表皮和初生层纤维的主要构成是沉积生长增厚的次生层纤维的主要构成是沉积生长增厚的次生层ss层层图210棉纤维的形态结构模型11表皮层表皮层是初生层外的一层薄薄的外皮由蜡质是初生层外的一层薄薄的外皮由蜡质与果胶组成