2嘉興學(xué)院紡織導(dǎo)論第二章紡織纖維及其形態(tài)結(jié)構(gòu)特征(薛(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ，纖維能夠通過其分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段運動產(chǎn)生較大的變形，纖維分子鏈被強迫伸直，整個分子不產(chǎn)生位移。外力去除后，被強迫伸直的分子在一定時間內(nèi)又能通過分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段運動回復(fù)到原來的狀態(tài)，纖維變形也隨之回復(fù)。在這種狀態(tài)下，纖維材料在一定范圍內(nèi)可以產(chǎn)生較大的彈性變形，被稱為高彈態(tài)。我們把纖維材料從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。③黏流態(tài)與流動溫度(熔點)：隨著溫度進一步升高，纖維分子熱運動的能量進一步增大，并達到整個分子運動所需要的能量，此時不僅分子鏈段可以運動，而且整個分子鏈開始運動，纖維材料由固體逐漸變?yōu)轲ば粤鲃拥囊后w。此時受外力作用，纖維材料發(fā)生黏性流動，所產(chǎn)生的變形是不可逆的，這種物理狀態(tài)被稱為黏流態(tài)。而我們把纖維材料由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)的溫度稱為流動溫度，即熔點。④熱分解點：高溫條件下，纖維材料將產(chǎn)生化學(xué)分解，我們把纖維材料產(chǎn)生化學(xué)分解所需的溫度稱為分解點。常規(guī)紡織纖維的熱轉(zhuǎn)變溫度見表23。表23 常規(guī)紡織纖維的熱轉(zhuǎn)變溫度紡織纖維玻璃溫度(℃)軟化點(℃)熔點(℃)分解點(℃)棉———150羊毛———130蠶絲———235粘膠纖維———260300錦綸64570180215220—錦綸664580225255—腈綸Tg1=80100 Tg2=140150190240—280300滌綸6781240258264—維綸85干態(tài)：220230水中：110——丙綸18145150163175—氯綸708090100190210—纖維材料的熱定形纖維材料內(nèi)應(yīng)力的存在對紡織加工將產(chǎn)生不利影響，也影響最終產(chǎn)品的尺寸和形態(tài)穩(wěn)定性，因此在紡織加工中必須對纖維、紗線或織物進行熱定形，即通過熱、濕、外加張力等綜合作用，使纖維材料在較短時間內(nèi)消除內(nèi)應(yīng)力的工藝加工過程。由于纖維材料的結(jié)構(gòu)和物理性能不同，所采取的工藝措施并不完全相同，有汽蒸、干熱定形(如熱風(fēng))等定形方法，是否需要外加張力應(yīng)根據(jù)具體的定形工藝要求確定。纖維材料的熱收縮合成纖維受熱后長度將產(chǎn)生收縮，即熱收縮。雖然合成纖維生產(chǎn)過程中已對纖維做了熱定形加工，纖維內(nèi)應(yīng)力大部分被消除，但仍然殘留著少部分內(nèi)應(yīng)力，一旦在紡織加工或產(chǎn)品使用過程中受到熱的作用，合成纖維依然會出現(xiàn)熱收縮現(xiàn)象。合成纖維因熱收縮引起的尺寸變化可以用熱收縮率表示，其計算公式如下：測定合成纖維熱收縮率時，處理試樣的方式有：沸水處理、飽和蒸汽處理和干熱空氣處理。一方面，由于合成纖維具有潛在的收縮能力，因此在紡織生產(chǎn)中必須考慮到熱收縮對生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的影響，熱收縮率及其變異系數(shù)過大會降低織物質(zhì)量，如布面不整、門幅不齊、經(jīng)緯密度和單位面積質(zhì)量的偏差過大等。另一方面，可以充分利用合成纖維的熱收縮特性，例如通過原料組合、織物組織設(shè)計或采用熱軋等方法，可以使織物表面產(chǎn)生縐效應(yīng)、起絨效應(yīng)或泡泡效應(yīng)。纖維材料的耐熱性纖維材料在高溫條件下保持其原有物理機械性能的能力稱纖維的耐熱性。纖維材料長時期經(jīng)受高溫?zé)崽幚恚淞W(xué)性能明顯下降，手感變硬，纖維變色或泛黃，這種現(xiàn)象被稱為熱老化。相比較而言，腈綸、滌綸和棉纖維的耐熱性較強，蠶絲、麻纖維的耐熱性較差。(二)纖維材料的電學(xué)性能纖維材料的比電阻纖維材料的導(dǎo)電能力可以用體積比電阻或質(zhì)量比電阻表示。體積比電阻指電流通過長度為lcm，截面積為1cm2纖維集合體時的電阻值。由于纖維的截面積和體積測量比較困難，因此一般用質(zhì)量比電阻作為指標。質(zhì)量比電阻在數(shù)值上等于試樣長度為lcm，質(zhì)量為1g的纖維集合體的電阻值。干燥紡織纖維的比電阻都較大，導(dǎo)電性較差，在紡織生產(chǎn)中因摩擦作用而容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。紡織纖維的靜電在紡織生產(chǎn)中，纖維與纖維、纖維與機件之間發(fā)生的摩擦作用將造成電荷聚集，由于紡織纖維的比電阻較大，特別是在干燥條件下纖維的導(dǎo)電性很差，如果聚集的電荷不能及時疏導(dǎo)，則會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，而吸濕性較差的合成纖維在紡織加工中更容易產(chǎn)生靜電。靜電對紡織加工將產(chǎn)生不利影響。在短纖維紡紗加工過程中，靜電過大使纖維松散、飛花多、清花容易粘卷、卷繞成形不良、斷頭增多，會嚴重影響紡紗加工生產(chǎn)正常進行，降低產(chǎn)品質(zhì)量。為了減小靜電對紡織加工的不利影響，可以采取一些消除靜電的工藝措施，常用的方法有：⑴提高空氣相對濕度。由于空氣相對濕度增大而使纖維回潮率增大，纖維比電阻減小，纖維的導(dǎo)電性增強，靜電現(xiàn)象會明顯得到改善。相對濕度過大也會帶來一些副作用，如吸濕會對纖維力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響、加重生產(chǎn)設(shè)備銹蝕、惡化生產(chǎn)環(huán)境等。⑵使纖維周圍空氣電離。通過電離，存在于纖維周圍空氣中的正負離子與纖維所帶電荷中和，從而消除靜電。⑶選擇摩擦系數(shù)較小的導(dǎo)紗機件，減輕摩擦。并通過接地，使集聚的電荷能及時疏導(dǎo)。⑷在紡織纖維中添加消靜電油劑。消靜電油劑包含抗靜電劑、潤滑劑等，通過纖維表面抗靜電劑親水基團的作用吸收空氣中的水分，提高纖維的含潮率，降低其比電阻。同時借助纖維表面潤滑劑的作用減輕其摩擦作用。(三)纖維材料的光學(xué)性能紡織纖維的顏色紡織纖維的顏色取決于纖維對不同波長色光的吸收和反射能力，本色纖維一般顯現(xiàn)出白色或接近于白色。天然纖維經(jīng)過基因改性可以顯現(xiàn)出天然的色彩，我國彩色棉生產(chǎn)已有一定規(guī)模，顏色有綠色和褐色兩大色系。化學(xué)纖維經(jīng)過原液著色可以制成各種有色纖維。另一方面，本色纖維經(jīng)過散纖維或條子染色后成為色纖維。有色纖維在色紡或色織產(chǎn)品中使用，可以大大減輕紡織品印染加工對環(huán)境造成的不利影響。紡織纖維的光澤纖維光澤取決于纖維對投射光線的反射、折射和透射情況。投射到纖維上的一束平行光線可以被分解為以下幾部分：①吸收光：吸收光是指被纖維吸收的那一部分光線；②表面反射光：表面反射光是指直接在纖維表面形成反射的那一部分光線。如果纖維表面平整。反射光線應(yīng)按名義正反射方向進行反射，形成正反射光。如果纖維表面凹凸不平，反射光線將沿著不同的反射角度進行反射，形成漫反射光；③來自纖堆內(nèi)部的散射反射光：投射到纖維上的光線，有一部分光線經(jīng)折射后進人纖維內(nèi)部，并在纖維內(nèi)部的某一界面上一次或多次地形成反射和折射，最終又沿不同角度從纖維表面反射出來，形成來自纖維內(nèi)部的散射反射光；④透射光：進入到纖維內(nèi)部的光線，其中有一部分光線經(jīng)過一次或多次折射后透過纖維，成為透射光。當(dāng)纖維吸收光線的能力較強時，纖維光澤顯得比較暗淡。當(dāng)來自纖維表面的正反射光線比較強烈時，容易產(chǎn)生刺目感，亦稱“極光”。當(dāng)纖維的散射反射光比較強烈時，纖維光澤顯得明亮、柔和，尤其是來自纖維內(nèi)部的散射反射光線較多時，由于色散和衍射效應(yīng)，能夠形成絢麗、優(yōu)雅的光澤感。如果透射光較多時，纖維顯現(xiàn)出透明感。纖維材料的耐光性紡織纖維的耐光性指纖維在日光照射下保持其原有色澤和力學(xué)性能的能力。通常，紡織纖維長期經(jīng)受日光照射后，纖維的色澤變差(泛黃或變色)，力學(xué)性能降低(如強度下降)，產(chǎn)生光照老化現(xiàn)象。在常用紡織纖維中，蠶絲、錦綸的耐光性較差，腈綸、羊毛纖維的耐光性較好。在化學(xué)纖維生產(chǎn)時，加入消光劑(如Ti02)會使纖維的耐光性變差，但添加光穩(wěn)定劑(如鎳鹽)可以提高化學(xué)纖維的耐光性。第四節(jié) 天然纖維及其性能指標一、棉纖維棉纖維是紡織工業(yè)的重要生產(chǎn)原料。棉纖維分細絨棉、長絨棉和粗絨棉三個主要品種，其品質(zhì)特性見表24。表24 長絨棉和粗絨棉的主要品質(zhì)特性指標品種纖維長度(m)線密度(dtex)斷裂強度(cN/dtex)斷裂伸長(%)適紡線密度(tex)細絨棉23～33～～6～1110～100長絨棉33～39～～6～1110以下粗絨棉15～23～～6～1128以下棉纖維的組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)棉纖維的橫截面呈扁平或腰圓形，內(nèi)有中腔，部分棉纖維是中腔閉合的中空纖維；面纖維的縱向有天然轉(zhuǎn)曲，轉(zhuǎn)曲的方向沿纖維軸有時左旋，有時右旋，這種天然轉(zhuǎn)曲是在棉纖維生長過程中自然形成的（圖24）。圖24 棉纖維橫截面結(jié)構(gòu)和縱向形態(tài)棉纖維的成熟度棉纖維生長可以分為伸長期、加厚期和轉(zhuǎn)曲期三個時期，隨著生長天數(shù)的增加，棉纖維逐漸趨于成熟。棉纖維成熟度是指纖維素充滿和胞壁增厚的程度。棉纖維成熟度對纖維的形態(tài)、性能及紡紗工藝有很大影響。～，～，對紡紗工藝及成紗質(zhì)量較為有利。棉纖維成熟度檢驗方法有腔寬——壁厚對比法、偏振光法、氣流儀法等。棉纖維的長度棉纖維長度是確定其成紗工藝及產(chǎn)品規(guī)格、品質(zhì)的重要因素之一。細絨棉長度一般為23～33mm，長絨棉為33～39mm，長度較長的棉纖維適合紡低特紗線。棉纖維長度檢驗有手扯法和儀器檢測法兩種，業(yè)務(wù)檢驗一般使用手扯法，工藝試驗多采用儀器檢測法，也可以用排圖法測量棉釬維長度。通過儀器檢測，可以獲得棉纖維主體長度、品質(zhì)長度、基數(shù)、均勻度、短絨等長度指標，棉纖維主體長度與手扯長度較為接近。棉纖維的線密度棉纖維的線密度也是其單位長度的重量，表示了棉纖維的粗細程度，它可以用分特數(shù)(dtex)表示。過去習(xí)慣用公制支數(shù)作為細度指標。棉纖維的線密度與其纖維品種及成熟度有關(guān)，并對成紗質(zhì)量有較大影響。正常成熟的棉纖維，～，～。纖維線密度越小，纖維越細，同樣規(guī)格紗線內(nèi)包含的纖維根數(shù)越多，成紗強力越大，紗線條干均勻性越好，適合紡低特紗線。棉纖維線密度的檢驗方法有兩種，一種是馬克隆氣流儀法，另一種是中段切斷稱重法。棉纖維的含水率原棉所含水分多少習(xí)慣上用含水率表示。含水率指標對原棉質(zhì)量、用棉量計算及成紗工藝的影響較大。國產(chǎn)原棉含水率一般在7%～11%之間，標準含水率為10%。原棉含水率過高，不利于開松除雜，纖維容易扭結(jié)，產(chǎn)生蘿卜絲，影響開清棉工程順利進行。原棉含水率過低，容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，造成繞羅拉、繞皮輥，紗條內(nèi)纖維紊亂，條干不勻增大。原棉含水率測試方法有烘箱法、電測(快速測濕)法等。棉纖維的雜質(zhì)和疵點原棉中含有的各種非纖維物質(zhì)(包括固著于其上的棉纖維)稱雜質(zhì)，如不孕籽、破籽、籽棉、棉籽、砂塵、小棉枝等非纖維性夾雜物。原棉標準含雜率：皮輥棉為3%，%。檢驗原棉雜質(zhì)時，首先用原棉雜質(zhì)分析機對試樣進行處理，將雜質(zhì)分出，然后通過稱重計算含雜率。原棉疵點是因棉纖維生長發(fā)育不良或原棉軋花工藝不良，造成的纖維外觀疵點和雜質(zhì)。如索絲、棉結(jié)、僵片、黃根、軟籽皮、纖維籽屑等。原棉中的疵點和雜質(zhì)對紡紗質(zhì)量和紡紗工藝都有十分重要的影響。原棉中細小雜質(zhì)過多、含雜率過高，會加重棉花開松除雜負擔(dān)，增大原棉用量。原棉中的疵點棉在紡紗過程中較難清除，疵點含量過高會使紡出紗線的棉粒、粗細節(jié)、毛羽增多，造成成紗質(zhì)量下降。棉纖維的斷裂強度和伸長率棉纖維的斷裂強度在紡織纖維中屬于中等水平，長絨棉斷裂強度較高，細絨棉次之,粗絨棉強度偏低。棉纖維斷裂伸長率較小，一般在6%～11%。二、毛纖維毛纖維是生產(chǎn)高檔紡織品的纖維原料，紡織上使用最多的是羊毛(綿羊毛)，山羊絨、綿羊絨、馬海毛、牦牛毛、兔毛、駱駝毛等用量較少。(一)羊毛圖25 美利奴羊 圖26 中國細毛羊圖27 中國羊毛的毛叢形態(tài)羊毛按其細度和長度可以分為細羊毛、半細毛、長羊毛、粗羊毛等不同類型，其中以美利奴血統(tǒng)為主的細羊毛的品質(zhì)最好，產(chǎn)量約占世界羊毛產(chǎn)量的1／3，澳大利亞是美利奴細羊毛的主要生產(chǎn)國和供應(yīng)國。圖25為中國美利奴羊。圖26為中國細毛羊。圖27為中國羊羊毛的毛叢形態(tài)，其中1～5為新疆細羊毛的毛叢（1為體側(cè)毛，2為背部毛，3為頭部毛，4為脛部毛，5為腹部毛），6為吉林細羊毛，7為內(nèi)蒙改良毛，山東細羊毛。不同品種羊毛的品質(zhì)質(zhì)量有很大的差異，即使是同一品種的羊，其不同部位羊毛毛叢形態(tài)和品質(zhì)也有一定的差異。羊毛的組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)羊毛是由α氨基酸縮聚而成的蛋白質(zhì)組成，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。目前只是知道組成蛋白質(zhì)分子的氨基酸的種類和各種α氨基酸的比例，具體的排列還不清楚。羊毛是由許多細胞聚集構(gòu)成，從徑向看，可分成三個組成部分：包覆在毛干外部的鱗片層；組成羊毛實體主要部分的皮質(zhì)層；由毛干中心不透明的毛髓組成的髓質(zhì)層。髓質(zhì)層只存在于較粗的纖維中，細毛無髓質(zhì)層。圖28為羊毛纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)，圖29為羊毛纖維的細觀結(jié)構(gòu)模型，圖21為羊毛纖維層次結(jié)構(gòu)模型。圖28. 羊毛纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) 圖29 羊毛纖維的細觀結(jié)構(gòu)羊毛的細度：羊毛細度可以用直徑表示，測量羊毛細度的方法主要是顯微鏡投影儀法。～，～，～，～。羊毛的細度是確定羊毛纖維品質(zhì)和使用價值的重要依據(jù)，對紡紗工藝和成紗質(zhì)量有很大影響。過去紡織行業(yè)習(xí)慣用“品質(zhì)支數(shù)”作為羊毛的品質(zhì)指標，由于科學(xué)技術(shù)不斷進步，纖維性能不斷改善，紡紗工藝和紡紗方法不斷改進，消費者對產(chǎn)品品質(zhì)的要求不斷提高，品質(zhì)支數(shù)這一指標已逐漸失去其原有意義。羊毛的長度：羊毛長度是確定其纖維用途和紡紗工藝參數(shù)的重要依據(jù)之一，對成紗質(zhì)量也有較大影響。羊毛長度與羊的品種、年齡、性別、飼養(yǎng)條件、纖維生長部位、剪毛次數(shù)和季節(jié)等因素有關(guān)，羊毛纖維長度范圍很廣。原毛業(yè)務(wù)檢驗多用鋼尺測量毛叢長度，毛條和洗凈毛工藝試驗多采用梳片式纖維長度儀或排圖法測量羊毛長度。一般情況下，平均毛叢長度在55mm以上的羊毛可以用于精梳毛紡，也可用于粗梳毛紡，但低于55mm的纖維只能用于粗梳毛紡。細羊毛平均長度一般在60～120mm，半細羊毛為70～180mm，粗羊毛為60～400mm。羊毛的卷曲：羊毛呈自然卷曲狀態(tài)，這有助于改善其紡紗性能，增強織物的手感彈性和保暖性。根據(jù)羊毛卷曲數(shù)和卷曲波幅不同，羊毛卷曲分為弱卷曲、常規(guī)卷曲和強卷曲三種類型。常規(guī)卷曲羊毛大多用于精梳毛紡，最終產(chǎn)品的光澤、彈性和手感較好，呢面光潔。強卷曲羊毛適合加工粗梳毛紡產(chǎn)品，最終產(chǎn)品呢面茸毛豐滿，寓l有彈性，手感良好。通常，