纺织材料学第三章(07)

第三章纤维的形态尺寸及表征纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态和卷曲及转曲的表达与测量。第一节纤维的长度及其分布纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距离。（伸直长度）天然纤维：长度随动物、植物的种类、品系与生长条件等而不同;品种不同，差异很大；同品种的天然纤维，长度离散也很大。棉、麻、毛——短纤维，长度一般为25~250mm•化学纤维：人工制造的，根据需要而定，有长丝和短纤维。•短纤维：有等长化纤或不等长化纤之分。而等长纤维又有棉型、毛型、中长型之分。•棉型化纤：30-40mm用棉纺设备纺纱纯纺或混纺•毛型化纤：70-150mm用毛纺设备纺纱纯纺或混纺•中长纤维：51-65mm用棉纺或化纤专纺设备纺纱仿毛织物•特点：化学纤维的长度离散性小，但其中的超长纤维和倍长纤维对纺纱工艺危害较大。•纤维长度指标:•1、主体长度Lm：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：纤维长度的平均值•（1）根数平均长度Ln：各根纤维长度之和的平均数。•（2）重量加权平均长度B：各组长度的重量加权平均数•（3）截面加权长度H•（1）根数加权长度lllSWN;;n(l);w(l);s(l)分组直方图lllSWN;;连续函数n(l);w(l);s(l)dllllNNNNLld1max0nllll•（2）质量加权长度••（3）截面加权长度max0d1lllWWWlWBlllmax0d1lllSSSlSHlll•3、品质长度（右半部平均长度）Lp：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P：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Ls：细绒棉16mm、长绒棉20mm；毛30mm；苎麻40mm•纤维长度的测定:•常用的纤维长度测试方法有：•1.罗拉式长度分析仪法（适用于棉纤维的长度测定）•2.梳片式长度分析仪法（适用于羊毛纤维、苎麻、绢丝或不等长化纤的长度测定）•3.中段切断称重法（适用于等长化纤的长度测定）•4.排图法（适用于棉或不等长化纤、羊毛、苎麻、绢丝等长度分布的测定）•5.ALMETER电容测量法（适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定）•拜氏图的意义及长度求法•(1)最长长度（OC）；（2）交叉长度（OL）；（3）有效长度L4B4；（4）短纤维百分率：B3B/OB×100%；（5）长度差异率：长度差异率=L5B5/L4B4OLCBB2L5B4B3L2L4L1L3B1B5交叉点最大长度点下4分位长上4分位长A•中段切断称重法纤维长度LCLSLSS•平均长度•短纤维率•超长纤维率•倍长纤维率)(20mmLWLLWWLccsssosCW(%)1000WWSs(%)100ovvWWS(%)100oDDWWS•Wo----纤维总重(mg)•Wv----超长纤维重(mg)•WD----倍长纤维重(mg)•Wc----中段纤维重(mg)•Wt----切下纤维束两端重量合计(mg)•Ws----梳下短纤维重量(mg)•Lc----中段纤维长度(mm)•Lso----短纤维界限(mm)•Lss----最短纤维长度(mm)•设m为纤维的线密度（mg/mm），n—总根数，nc—切段纤维根数，ns—短纤维根数CCSSSOSOOCWSSSOSCCSCSSSOSSSSCCCCWOLWLLWWnmWLmLLWmLWnnnLLLmnLWmnLWmnLW2)(22•当LSS=0时：•当WS=0时：CCSOSOCWLWLWWL2CCOCWWLWL长度与成纱质量的关系•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维。第二节纤维的细度•纤维细度是指纤维粗细的程度。•一、纤维细度的指标两种表示方法：•直接法：•用直径、投影宽度（非圆形截面的纤维）、截面积（测量困难）、周长、比表面积（计算值）等指标表示；•间接法：•用纤维长度与重量之间的关系表示，如特数Ntex、分特Ndtex、旦数Nden、公制支数Nm等。•（1）特数Ntex——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。•分特数Ndt（dtex）：在公定回潮率下，10000米长的纤维所具有重量克数。•1tex＝10dtex•1Ntex=10Ndt?1000LGNktex•（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。•同品种纤维，Nden↑，越粗.9000LGNkdendtD109NN•（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。kmGLN•间接细度指标的换算：dtkD109L9000GNNdtkm10000LNGNtexdenmtexNNNN91000•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（μm）；γ——纤维密度（g/cm3）mdentexNdNdNd112889.1168.35•当Nt相同时,d不一定相同,和密度有关.1221dd•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。羊毛的品质支数纤维直径μm平均纤维长度mm卷曲数个/25mm8018.1～19.55522～247019.6～21.05722～246421.1～22.56720～226222.6～24.07016～206024.1～25.57716～205825.6～27.07816～205627.1～28.59213～165030.1～31.79613～164831.8～33.410010～134633.5～35.110810～134435.2～37.012710～13•二、纤维细度不匀指标•纤维的细度不匀主要包括二层含义，一是纤维之间的粗细不匀，二是纤维本身沿长度方向上的粗细不匀。•1．细度不匀的概念•同一棉包的棉纤维，因胞壁厚度、生长部位的不同而粗细不同；同一根棉纤维两端细、中段粗并截面形态变化。•同一毛包的毛纤维，不仅纤维间因在羊体上的生长部位不同而粗细不同（粗细差异达20~35%），而且单纤维因生长季节和营养的影响也会有明显的粗细差异（粗细差异可达3~10%），并且有截面形态的变化。•蚕丝本身粗细差异在总长度上较为明显，茧外层和内层的丝较细，中间主茧层的丝相比较粗，由于缫丝的合并，均匀性较好。•麻纤维的粗细差异更大，不仅单纤维的粗细差异大（粗细差异可达30~40%），而且工艺纤维因分离的随机性粗细差异更大。•2．细度不匀指标及分布•（1）不匀率指标•直径均方差σ和变异系数CVd•（2）纤维间细度不匀的分布•可以参照纤维长度分布的原理，表达纤维的细度（直径）不匀，其典型分布曲线如下。纤维的平均直径，变异系数CVd均可求得。n(d)分组测量直方图连续曲线N(d)dO)(mNNddiii)()(maxminmNddddNddd•均方差:222222)()()()(iiiiiiiiiiiindndnddNNdNNdNNdd•Or:•变异系数CV：NdddNddddimaxmin)()(2dCV•三、纤维细度的测定•1、中段切断称重法：•——棉纤维或化纤的细度测定•该法只能测算纤维的间接平均细度指标，无法得到细度的离散性指标。•将纤维排成一端不齐，平行伸直的棉束，然后用纤维切断器在纤维中段切取一定长度（棉10mm）的纤维束，在扭力天平上称重G，然后计数中段纤维的根数n，计算Nm。•梳理—切断—称重—数根数—计算•Nm＝L/G=10×n/G•2、气流仪法（棉，羊毛）•原理：在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，容器两端有网眼板，可以通过空气，当两端有一定压力差的空气流过时，则空气流量与纤维的比表面积平方成反比例关系。•见余序芬主编的“纺织材料实验技术”。•P74-75LQP0QPRM,SS,K(μ)QP１•3、显微镜投影法•——常用于羊毛细度和截面为圆形纤维的纵向投影直径的测量。•投影放大倍数一般为500倍，用放大500倍的锲形卡尺测量纤维直径。•通常用分组计数法，计算出纤维的平均直径和直径变异系数。•4、其它方法•激光纤维直径测量法;振动测量法;OFDA法.(P73-76)•四、纤维细度与成纱质量、纺纱工艺的关系•1.与成纱强度的关系•在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱强度越高；•2.与成纱条干的关系•在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱条干越均匀；•在保证一定成纱质量的前提下，细而均匀的纤维可纺较细的纱；•3.与纺纱工艺的关系•纤维越细，加工过程中容易扭结、折断而产生棉结、短纤维。第三节纤维的卷曲•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。卷曲增多、增大；形态一维→二维→三维①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩l0A0•2.化学纤维•化学短纤维为了改善其可纺性和织物性能，一般都要人为赋予卷曲，化学长丝（大部分）也不例外。赋予化纤卷曲的方法有机械卷曲法、复合纺丝法、三维卷曲纺丝法以及各种变形加工方法等。•（1）复合纺丝法（是永久卷曲）：•利用纤维的内部结构的不对称而在热空气、热水等处理后产生的。•（2）机械卷曲法（是暂时卷曲）：•利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而成。二.表示纤维卷曲性能的指标•1.卷曲数：指每厘米长纤维内的卷曲个数。是反映卷曲多少的指标。•一般化学短纤维的卷曲数的卷曲数为12～14个/25cm，•羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。•2.卷曲率：指纤维单位伸直长度内，卷曲伸直长度所占的百分率。或表示卷曲后纤维的缩短程度。•卷曲率的大小与卷曲数及卷曲波幅形态有关。•一般短化纤的卷曲率在10～15%为宜。•3.卷曲回复率：指纤维经加载卸载后,卷曲的残留长度对伸直长度的百分率。•反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示回缩后剩余的波纹越深，•即波纹不易消失，卷曲耐久。•一般短化纤的该值约为10%。•4.卷曲弹性率：指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对卷曲伸直长度的百分率。•反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示卷曲容易恢复，卷曲弹性越好，卷曲耐久牢度越好。•一般短化纤的该值约为70～80%。（a）单纤维拉伸曲线（b）纤维卷曲弹性测量仪测量KabTCObe