2嘉兴学院纺织导论第二章节纺织纤维跟其形态结构特征(薛文档
第2章 纤维结构特征
1） 主链上原子键旋转性好 ，柔曲性↑； 2）侧链较少，柔曲性↑； 3）主链四周侧基分布对称，柔曲性↑； 4）侧基间（大分子间）作用力较小，柔曲性↑; 5）温度↑，内旋转加剧，大分子链柔曲性↑ ;
• 大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一，
• 柔曲性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较 好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用下， 易被拉伸，易形成结晶。
正皮质细胞：胱氨酸含量少，结构松散，吸湿性 强，化学试剂易侵入，强度弱。
偏皮质细胞：胱氨酸含量多，结构紧密，吸湿 低，化学试剂不易侵入，
髓质层：
由结构松散和充满空气的胞壁细胞组成。 它的存在影响纤维强力、弹性和卷曲，细 羊毛中几乎没有髓质层。
三、合成纤维结构特征
1、涤纶 大分子结构 单体：对苯二甲酸乙二酯
3、微原纤：若干基原纤平行排列结合在一起形成较粗的 基本结晶态的大分子束。
4、原纤：若干微原纤基本平行排列结合在一起形成更粗 的 大分子束。存在一定的缝隙孔洞。
5、巨原纤：原纤基本平行堆砌的更粗大的大分子束。存 在更大的缝隙、孔洞。
6、纤维：由巨原纤堆砌而成。
良好的纤维大分子应具备的条件
大分子主链有一定的长度，能够在分子 链间产生足够多的侧吸引力，侧向直链 短，侧基不过大，使分子链段能平行排 列。
聚合度与纤维的力学性质关系： n↑，纤维强力↑（但增加的速率减小；n至一定程度，
强力趋于不变。）
n的分布：希望n的分布集中些，分散度小些，这对纤维 的强度，耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。
制造化纤时，要控制n的大小。 n太小——强度不好；n太大——纺丝困难。
纤维大分子的构型
定义：由于化学键而引起的原子在空间的排列 形式称大分子的构型。
第二章 纤维的结构概述分析
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▪ 1．定义：构成纤维大分子的单基的数目， 或一个大分子中的单基重复的次数。
▪ 大分子的分子量＝单基的分子量×聚合度
▪ 2． 常用纤维的n： ▪ 棉、麻的聚合度很高 ，成千→上万； ▪ 羊毛 576； 蚕丝 400； ▪ 粘胶： 300-600； ▪ 一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具
有一定的分布→高聚物大分子的多分散性。
－(A)n－A〞
•
其中： A′、A〞——端基；n——
聚合度。
• 2．常用纺织纤维单基的化学组成：见下图
• 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤 维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色性等， 单基中极性官能团的数量、极性强弱对纤 维的性质影响很大。 例：大分子亲水基团的多少和强弱—→ 吸湿性 ；分子极性的强弱—→电学性质
1) 碳链大分子：
纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子以共 价键形式相联结的。
例：乙纶、丙纶、腈纶—— 可塑性比较好，容易成型加工，原料比较
简单，成本便宜。 但一般均不耐热，易
燃甚)杂链大分子：
❖ 大分子主链除碳原子以外，还有其它原子 如氮、氧等，它们都以共价键相联结，即 主链是由两种以上的原子所构成的。
• 柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性
较好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用 下，易被拉伸，易形成结晶。
• 单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对
于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受 分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有 很大影响。
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纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链的 原子也有多种类型。从现有的主要纤维来看， 大致有三种类型 ：
第二章 纤维结构概述
第一节 纤维结构的概念 纺织材料的种类很多，性能各异，其根本 原因在于纤维内部结构的不同，性能是结 构的表现。 1.研究纤维结构的目的 2.纤维结构
纺织纤维的形态及基本性质
LC
中段切断称重法示意图
• 一般棉LC=10或20m细度
2. 长纤维测试方法
• 采用周长1m在一定张力下绕取一定圈数（50圈或 100圈），达到吸湿平衡后称重计算。
3. 直径测量法
OFDA100测量仪
激光扫描纤维直径测量原理图
纤维的截面形状
一、异形化的方法
• 截面形状的非圆形化，包括轮廓波动的异形化和直径不对
称的异形化；
• 截面的中空和复合化；
中空 复 合 轮廓波动异形 粗 糙 粗 糙 多 角
d
2
复合 复 合 直径变异异形
异 形
复合 多 叶 跑 道 双 凹 单 凹
纤维截面变化的过程、类型及相互关系
纤维的截面形状
中空截面也是一种异形截面，即纤维内部空缺异 形，与前面轮廓空缺是对应的。
纤维的细度
2. 对纱线质量及纺纱工艺的影响
- 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； - 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；
- 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。
纤维的截面形状
三、异形纤维的指标
径向异形度是异形纤维截面外接圆半径R与内切圆差 值对某一指定径向参数的百分数。
1. 相对径向异形度DR
DR R r 100 R
R r 100 R r
2
2. 平均径向异形度DM
DM
3. 理论径向异形度Dr
Dr
R r 100 r0
纤维的截面形状
纺织材料学 第二章 纤维的结构特征
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1)聚合度与力学性质的关系：
n→n临，纤维开始具有强力； n↑，纤维强力↑（∵n↑；大分子间的结合
键↑结合能量变大）； 但n增加至一定程度，强力趋于不变。 n低时，一般来说，纤维的强度低些，湿
强度也低些，脆性明显些。
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聚合度与力学性质的关系
强 度
P
no
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即聚合物的相对分子质量具有多分散性，每个聚合物试 样都有其相对分子质量分布，其相对分子质量只具有统 计平均的意义。
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高分子链的形态
高分子链的形态有微构象与宏构象之分：
微构象：指高分子主链键构象 宏构象：指整个高分子链的形态
构象：由于高分子链上的化学键的不同取向引 起的结构单元在空间的不同排布。
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（3）原纤 由若干基原纤或含若干根微原纤大致平行组合
在一起的更为粗大的大分子束，直径10-30nm。
（4）巨原纤 由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构体，直径
100-600nm。
（5）细胞 由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，并有明显
的细胞边界。
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二、纤维的聚集态结构(超分子结构，分子 间结构）
的化学键
是化学键中作用力较弱 的一种，能量30～50千
卡/克分子
少数纤维的大分子之间存在这桥式 侧基。化学键主要包括共价键、离 子键和金属键
能量50～200千卡/克分
子
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四种结合力的能量大小：
– 化学键＞盐式键＞氢键＞范德华力
四种结合力的作用距离：
– 化学键＜盐式键＜氢键＜范德华力
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第二章纤维的结构特征
• (2) 锦纶纤维 (PA) • 锦纶或聚酰胺纤维或尼龙主要特征是大分 子链由酰胺键(－CONH－)连接，主要品种 锦纶6和锦纶66，化学结构式如下： • 锦纶66
H N
H
H (CH2)6 N
O (CH2)5 C
n
O C (CH2)4
O C
n
• 锦纶6
N
• (3) 腈纶纤维 (PAN) • (4) 丙纶纤维(PP) (5) 维纶纤维 (PVA) (6) 氯纶纤维(PVC) P57-59
第二章 纤维的结构特征
第一节 纤维结构的概念 纺织材料的种类很多，性能各异，其根本 原因在于纤维内部结构的不同，性能是结 构的表现。
研究纤维结构的目的: • 了解结构与性能关系，以便我们正确选择 和使用纤维，更好地掌握生产条件，并提 通过各种途径改变纤维结构，有效地改变 性能，设计并生产具有指定性能的纤维和 纺织产品。
• (3) 羊毛的鳞片 • 鳞片为角质化细胞，在成形后失去了细胞 核和原生质，形成为死细胞组织的角质薄 片。
• (4) 羊毛的皮质细胞 • 由于正、副皮质的结构差异，导致一刚一 柔，一伸一缩，使羊毛的整体外观形态呈 弯曲状。正皮质位于弯曲的外侧；副皮质 位于弯曲的内侧。
正皮质
副皮质
• （5）细胞间质 (CMC)
结晶度(%) 30～35 45～50
聚合度 250～300 500左右
强力粘胶
Modal Tencel® 浆粕
50～55
42～46 48～52 55～65
300～350
350～450 500～550 >600
• 2. Lyocell纤维 • Lyocell纤维是可回收溶剂法制备的再生纤维素 纤维。
大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、 聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性 等 聚集态结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、 取向度等 形态结构：纵横向几何形态、径向结构、表面结 构、孔洞结构等
第二章纤维的结构特征
第二章纤维的结构特征纤维是一种由有机或无机物所组成的细长物质，具有高强度、高模量和高延伸性等特点，广泛应用于纺织、建筑、医疗和航空等领域。
纤维的结构特征对其力学性能、吸湿性能和耐久性能等方面都有重要影响。
本章将介绍纤维的结构特征，包括纤维的形态结构、化学结构和晶体结构等方面。
1.纤维的形态结构纤维的形态结构主要包括纤维的形状、尺寸和表面特征等方面。
纤维的形状可以分为长纤维和短纤维两种。
长纤维一般指长度大于10mm的纤维，如天然纤维中的棉纤维和麻纤维等；短纤维一般指长度小于10mm的纤维，如化学纤维中的涤纶和尼龙等。
纤维的尺寸一般通过直径和长度来描述，直径一般在0.001-0.06mm之间，长度则根据纤维的用途而有所不同。
纤维的表面特征可以分为光滑、粗糙和多孔等类型，不同的表面特征对纤维的力学性能和吸湿性能有重要影响。
2.纤维的化学结构纤维的化学结构主要由纤维素、蛋白质、聚合物和无机物等组成。
纤维素是主要存在于植物纤维中的一种天然高分子化合物，由葡萄糖分子通过β-1,4-吡喃糖苷键结合而成，具有良好的机械强度和吸湿性能。
蛋白质是主要存在于动物纤维中的一种生物大分子化合物，由氨基酸通过肽键结合而成，具有较好的延展性和柔软性。
聚合物是由合成纤维中的单体分子通过化学反应而形成的聚合体，如涤纶和尼龙等。
无机物是指存在于纤维中的无机成分，如金属离子和无机盐等，对纤维的颜色和耐久性有重要影响。
3.纤维的晶体结构纤维的晶体结构主要由无序区和有序区两部分组成。
无序区指纤维结构中没有明显规则排列的部分，包括无规则卷曲和断裂等；有序区指纤维结构中存在明显规则排列的部分，包括晶核、晶体和晶须等。
纤维的晶体结构对其力学性能、吸湿性能和耐久性能等方面都有影响。
晶体结构的形成和稳定性主要受到纤维的化学组成、加工方式和纤维之间的相互作用等因素的影响。
总之，纤维的结构特征对其功能性能和应用性能具有重要影响。
了解纤维的形态结构、化学结构和晶体结构等方面，可以为纤维的设计和应用提供科学依据，有助于提高纤维的性能和功能。
纺织材料学 2 纺织纤维的形态及基本性质
径、截面积和周长等指标表示。通过光学显微镜 或电子显微镜观测直径d和截面积A，常用于羊毛 及其他动物毛，圆形化学纤维的细度表达。 截面积计算可近似采用下式。
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（变异系数达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微米），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（变异系数达 30~40%），而且工艺纤维因分离的随机性粗细差异更大。 对化学纤维：细度均匀性总体来说较天然纤维好。
天然纤维中毛纤维大部分为圆形，棉纤维接近腰圆形，木棉纤维为 近圆形，丝纤维近似三角形，麻纤维为椭圆形或多角形等。
化学纤维可以根据人们的意愿设计出不同的异性截面，可以控制喷 丝孔的形状来控制纤维的截面。
一、纤维异形化
非圆形截面的化学纤维称为异形纤维。纤维截面的变化也称为异形 化，是物理改性的一种重要手段，主要以两类形式，一是截面形状 的非圆形化，下又分为轮廓波动的异形化和直径不对称的异形化； 一是截面的中空和复合化。
（二）对纱线质量及纺纱工艺的影响
从纱线可纺性的经验可知，纤维长度越长、纤维细度越细、纱线截面 中纤维根数越多，纤维自身的细度不匀越小，成纱强力越高，可纺 性越好。
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第一节 纤维的细度
（三）对织物的影响 不同细度的纤维会极大的影响织物的手感、通透性，舒适性，如内衣织物
要求柔然、舒适，可采用较细纤维；外衣织物要求硬挺，一般可用较粗 纤维。具体见下表。 纤维细度与功能的关系
第二章纤维的结构特征
第二章 纤维的结构特征纤维的结构是复杂的，是由基本结构单元经若干层次的堆砌和混杂所组成的，并决定纤维的性质。
第一节 纤维基本结构的构成尽管纤维结构复杂，但人们对其认识一般分为三个方面，最为直观的纤维形态结构、较为间接的纤维聚集态结构和更为微观的纤维分子结构。
一、纤维的形态结构1. 基本内容纤维的形态结构，是指纤维在光学显微镜或电子显微镜，乃至原子力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构。
纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构成和多重原纤结构，以及存在于纤维中的各种裂隙与空洞等。
2. 纤维的原纤结构(1)原纤结构特征纤维中的原纤(fibril)是大分子有序排列的结构，或称结晶结构。
严格意义上是带有缺陷并为多层次堆砌的结构。
原纤在纤维中的排列大多为同向平行排列，提供给纤维良好的力学性质和弯曲能力。
纤维的原纤按其尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞。
(2) 各层次原纤的特征基原纤(proto-fibril或elementary fibril)是原纤中最小、最基本的结构单元，亦称晶须，无缺陷。
微原纤(micro-fibril)是由若干根基原纤平行排列组合在一起的大分子束，亦称微晶须，带有在分子头端不连续的结晶缺陷，是结晶结构。
大分子基原纤微原纤图2-1 微原纤的堆砌形式示意图原纤(fibril)是一个统称，有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤，大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束。
巨原纤(macro-fibril)是由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构体。
细胞(cell)是由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，并有明显的细胞边界。
二、纤维的聚集态结构具体所指纤维高聚物的结晶与非晶结构、取向与非取向结构、以及通过某些分子间共混方法形成的“织态结构”等。
1. 纤维的结晶结构将纤维大分子以三维有序方式排列，形成稳定点阵，形成有较大内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵结构，称为结晶结构。
对于纤维聚集态的形式，上世纪40年代出现了“两相结构”的模型。
第二章 纤维的结构特征
高聚物的基本性质取决于大分子结构， 而实际高聚物材料或制品的使用性能则 直接取决于在加工过程中形成的超分子 结构（聚集态结构）。
聚集态结构具体所指纤维高聚物的结晶 与非晶结构、取向与非取向结构。
1、结晶 Crystallinity
（1）结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。 （2）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。 （3）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率。 （4）非晶态：纤维大分子无规律地乱排列的状态。
0.2～2千卡/克分 子 与温度无关
能量1.3～10.2千卡/克 分子距离2.3～3.2A 与 温度有关 是化学键中作用力较弱 的一种，能量30～50千 卡/克分子 能量50～200千卡/克分 子
氢键
盐式键
化学键
四种结键＞氢键＞范得华力
四种结合力的作用距离：
化学键＜盐式键＜氢键＜范得华力
纤维结构示意框图
一、纤维的大分子结构
纺织纤维除了无机纤维（玻纤、石棉 纤维、金属纤维）等外，绝大多数都 是高分子化合物（即高聚物）,分子量 很大。
1、单基（链节） m
定义： 构成纤维大分子的基本化学结构单元。 A′－A－A……A－A－A〞或 A′－(A)n－A〞 A ——单基； A′、A〞——端基； n ——聚合度；
纤维结构定义
是指组成纤维的结构单元相互 作用达到平衡时在空间的几何 排列。
纤维结构
大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、 聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性 等 聚集态结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、 取向度、侧序分布等 形态结构：纵横向几何形态、径向结构、表面结 构、孔洞结构等
第二章纺织纤维的形态及基本性质)
❖ 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。
第二节 纤维的长度
❖ 纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距离。
❖ 天然纤维：随动物、植物的种类、品系与生长条件等而 不同。
❖ 棉、麻、毛 ——纤维长度一般为25~250mm，品种不同， 长度差异很大；即使是同品种的天然纤维，长度离散也很 大。
表面积等指标表示； ❖ 间接法：用纤维长度与重量之间的关系表示， ❖ 如特数tex、分特dtex、旦数den、公制支数
Nm 等。
❖ 1、直接法：
❖
直径 （直观、圆形截面的纤维—羊毛）
❖ 投影宽度 （非圆形截面的纤维）
❖
截面积 （测量困难）
❖ 比表面积（计算值）
❖ 2、间接法：（用长度－重量关系衡量）
❖ 三纤维的转曲及表征
❖ 棉铃裂开进入转曲期，与与空气接触，纤维中水分蒸 发，胞壁发生扭转，形成不规则螺旋形，成为天然转曲。
β
单扭转
外边展开
(a)
(b)
βh
D
(c)
第四节 纤维的吸湿性
❖ 吸湿性： 是指纺织材料从气态环境中吸着水 分的能力。或：纺织材料在空气中吸收或放 出水蒸气的能力称为吸湿性。
❖ 5、短绒率： 长度在某一界限以下的纤维所占的百 分率。（界限：细绒棉 16mm、长绒棉 20mm ；
❖
毛30mm ；苎麻 40mm ）
❖ 6、超长纤维：化学短纤维中长度超过切断长度的 纤维。
❖ 7、倍长纤维：长度为其名义长度两长度的测试方法：
❖ 1. 罗拉式长度分析仪法 ❖ （适用于棉纤维的长度测定）
纺织材料学 第二章 纤维结构的概念
2、常用纺织纤维单基的化学组成：
单基的化学结构、官能团的种类决定了 纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色 性等，单基中极性官能团的数量、极性 强弱对纤维的性质影响很大。
二.聚合度
1)定义： 构成纤维大分子的单基的数目，或一个 大分子中的单基重复的次数（n）。
大分子的分子量＝单基的分子量×聚合度
难。
三、纤维大分子链结构的组成
纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链 的原子也有多种类型。从现有的主要纤维 来看，大致有三种类型：
1)、碳链大分子：
纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子 以共价键形式相联结的。 例：乙纶、丙纶、晴纶；可塑性比较好， 容易成型加工，原料比较简单，成本便 宜。但一般均不耐热，易燃甚至易熔 。 ∴ 服用纤维有一定缺点
粘胶纤维部分初生层和次生层，没有“日轮” 层。但有皮芯结构和锯齿形截面；
一般而言，皮芯层凝固速度差别越大，截面形 状越不规则，皮层与芯层相比，具有较小的结 晶区和无定形区，结构比较均一，溶胀性较小， 可能存在亚纤维管空隙，密度较小，取向度较 高。
第六节 蛋白质纤维的内部结构
一、蛋白质纤维的大分子结构
柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长 大，弹性较好，结构不易堆砌的十分密 集，但在外力作用下，易被拉伸，易形 成结晶。
第三节 纺织纤维的超分子结构 （聚集态结构）
一、大分子间作用力（次价键力）
纤维大分子间的作用力与大分子链间的相对位 置，链的形状、大分子排列的密度及链的柔曲 性等有关。这种作用力使纤维中的大分子形成 一种较稳定的相对位置，或较牢固的结合，使 纤维具有一定的物理机械性质。
纤维大分子的次价键力包括范得 华力、氢键、盐式键、化学键、
其产生的原因及特点如下
名称 定向力 范 得 诱导力 华 力 色散力
第二章 纤维的形态特征及表征
4、卷曲弹性率(%)
L1 L2 Ce 100% L1 L0
表示纤维受力后卷曲恢复的能力
K1，K2－单位长度内纤维左、右侧分别数得的卷曲数 L0－纤维加轻负荷后的长度（mm） L1－纤维加重负荷后的长度（mm） L2－纤维除去重负荷一定时间后再加 轻负荷的长度（mm）
第三节 纤维的长度
一、纤维的长度分布与指标 二、纤维的长度测定 三、长度与成纱质量的关系
一、纤维的长度分布与指标
（一）纤维长度分布
一、纤维的长度分布与指标
（二）纤维长度的指标
1、主体长度(Lm)：纤维中含量最多的纤维的长度(手扯 长度)
根数主体长度 重量主体长度
2、平均长度( L )：纤维长度的平均值
第三节 纤维的长度
三、长度与成纱质量的关系 纤维长度与成纱强度的关系
纤维越长，成纱强度越大， 较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。
纤维长度与成纱毛羽的关系
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。
品质支数：
绵羊毛品质支数与平均直径的关系
我国规定 品质支数(S)
32
36
国际标准 支数代号(S)
80
90
平均直径(um)
55.1-67.0
43.1-55.0
平均直径(um)
19.25-19.75
18.75-19.24
40
44 46 48 50 56
40.1-43.0
37.1-40.0 34.1-37.0 31.1-34.0 29.1-31.0 27.1-29.0
第二章 纤维的结构特征
常用纤维的单基
纤维素纤维： 葡萄糖剩基 纤维素纤维：β-葡萄糖剩基 蛋白质纤维： 氨基酸剩基 蛋白质纤维：α-氨基酸剩基 涤纶： 涤纶：对苯二甲酸乙二酯 锦纶： 锦纶：己内酰胺 丙纶： 丙纶：丙烯 腈纶： 腈纶：丙烯腈
单基的化学结构、 单基的化学结构、官能团的种类决定了 纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、 纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色 性等，单基中极性官能团的数量、 性等，单基中极性官能团的数量、极性 强弱对纤维的性质影响很大。 强弱对纤维的性质影响很大。
化 —— 度
的 ——
P no
聚合度 n
纤维大分子链的支化、 3、纤维大分子链的支化、构型 纤维大分子的形状由于单基的键接方式 的不同，可以分为三种构造形式： 的不同，可以分为三种构造形式： 线型linear 线型linear 枝型branched 枝型branched 网型network(crosslinked) 网型network(crosslinked)
聚合度与力学性质的关系
强 度
制
n→n临，纤维开始 具有强力； 具有强力； n↑，纤维强力↑ n↑， 纤维强力↑ n↑； （∵n↑；大分子间 的结合键↑ 的结合键↑结合能 量变大）； 量变大）； 增加至一定程度， 但n增加至一定程度， 强力趋于不变。 强力趋于不变。 低时，一般来说， n低时，一般来说， 纤维的强度低些， 纤维的强度低些， 湿强度也低些， 湿强度也低些，脆 性明显些。 性明显些。
取向和无序排列的缨状微胞结构
3. 纤维的取向结构
取向度:大分子排列方向与纤维轴向符合的 取向度 程度.（指大分子或链段等各种不同结构单 指大分子或链段等各种不同结构单 元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。 元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。 ） 纤维的取向结构使纤维许多性能产生各向 异性。 取向度与纤维性能间的关系： 取向度与纤维性能间的关系 取向度大——大分子可能承受的轴向拉力 也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较 高，光泽较好，各向异性明显.
纺织纤维及其形态结构管理知识分析特征
纺织纤维及其形态结构管理知识分析特征一、引言纺织纤维是纺织品制作的基础，其形态结构会影响到织物的手感、外观和性能等方面，因此，纺织纤维及其形态结构管理知识对于纺织品的生产和开发具有重要的意义。
本文将从纺织纤维的组成、形态结构及其管理知识等方面进行分析。
二、纺织纤维的组成纺织纤维主要由天然纤维和化学纤维两类构成，其中天然纤维是从动植物中提取的，包括棉、麻、丝、羊毛等，而化学纤维则是通过化学方法合成的，包括聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯等。
三、纺织纤维的形态结构纺织纤维的形态结构主要由纤维直径、断面形状、长度、柔软度等特征组成，不同的形态结构会对纺织品的性能产生不同的影响。
1. 纤维直径：纤维直径越细，手感越柔软、透气性越好，但强度会相应减弱。
2. 断面形状：纤维的断面形状主要有圆形、扁平形、三角形、多棱形等，断面形状不同会影响纤维的柔软度和强度。
3. 纤维长度：纤维长度越长，手感越柔软，但容易出现卷曲现象，影响纺织品的外观。
4. 柔软度：纤维的柔软度决定了纺织品的手感，主要取决于纤维的结构和弹性，柔软度越好，手感越舒适。
四、纺织纤维的管理知识了解纺织纤维及其形态结构的管理知识可以帮助提高纺织品的质量和生产效率。
1. 纤维的收购和存储：在收购和存储过程中应注意纤维的品质，防止纤维受潮、发霉等，影响纤维的性能。
2. 纤维的预处理：在生产过程中，必须对纤维进行预处理，包括纤维的洗涤、漂白、染色、整理等，以保障纤维的质量。
3. 纤维的加工：在纤维加工过程中，应根据不同的纤维形态结构采用不同的加工方法，以达到最好的效果。
4. 质量检测：在生产过程中，应及时对纤维的品质进行检测，发现问题及时处理，确保纺织品的质量。
五、结论纺织纤维及其形态结构管理知识对于纺织品质量的提高和生产效率的提升至关重要，只有加强对纺织纤维的认识和管理，才能推动纺织行业的发展。
2、第二讲 纺织纤维概述
六、天丝纤维(Tencel) (Lyocell)
采用溶剂纺丝工艺，在物理作用下生 产完成，制造过程无污染，原料来自木 材，可不断自然再生，产品使用后的废 品可生化降解，不会对环境造成二次污 染,故称二十一世纪绿色纤维。 天然纤维作为一种新型原料，将具 有较广阔的发展前景。被认为是人棉的 最佳代替品。 产品档次较高,同时天丝独有的桃 皮绒风格将面料效果提升到了更新、更 高档次。 天丝具有良好的可纺性。
第二节 各类常用纤维简介
一、 棉Cotton
棉纤维的其它变化品种：彩色棉、转基因棉等。 彩色棉是指天然生长的非白色棉花。 已培植出棕、绿、红、黄、兰、紫、灰等多个色泽品系， 但色调偏深、暗。目前彩色棉一般采用与白棉的混纺加工， 以增加色泽、鲜艳度和可纺织加工性。
转基因棉是借助转基因技术得到的棉花新品种。 将转基因、分子标记等生物技术应用在棉花育种和生产中， 目的在于提高棉花的产量、质量和抗病虫害能力。
截面形态：为扁圆形，内有中腔，胞壁有裂纹 ◆纵面形态：较平滑，有明显的纵向条纹且有横节。
Longitudinal view and cross section of ramie
苎麻
（2）亚麻
为一年生草本植物，我 国主要产地在黑龙江。 “打成麻”，其截面中 约有10 ~ 20根单纤维 的工艺纤维。
毛织物的特征 1、纯毛织物光泽柔和，手感柔软而富有弹性，为高
档或中高档服装面料。 2、毛织物具有良好的弹性和干态抗皱性，服装熨烫 后有较好的褶裥成型和服装保形性。 3、毛织物的湿态抗皱性和洗可穿性差。 4、表面茸毛丰满厚实的粗纺毛织物具有良好的保暖 性，轻薄滑爽、布面光洁的精纺毛织物具有较好的吸 汗及透气性。 5、毛织物比较耐酸而不耐碱。 6、毛织物容易虫蛀。 7、具有缩绒性 8、吸湿性强：羊毛是吸湿性最大的纺织纤维，标准 状态下，细羊毛回潮率约为16%。
2第二章 纤维的形态特征及表征
◆
公制支数 Nm ——常用于棉纤维。
在公定回潮率下，每克（毫克）重量的纤 维的长度米（毫米）数。
Nm
L Gk
纤维越细。
同品种纤维， Nm↑
3.间接细度指标的换算
N tex N m 1000 N den 9 N tex
在公定回潮率下，1000米长纤维的质量克数。
Ntex
Gk 1000 L
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dtex： 1tex＝10dtex
◆旦尼尔数（旦数Nden
）
——绢丝、化纤常用指标。
在公定回潮率下，9000米长纤维的质量克数。 Gk N den 9000 L
二、纤维长度的测定 常用的纤维长度测试方法有： 1.手扯长度检验 ——适用于棉纤维的长度测定。 2.罗拉式长度分析仪法 ——适用于棉纤维的长度测定。
3. 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。
4.中段切断称重法 ——适用于等长化纤的长度测定 5.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 将一束试样从长到短逐根排列，并使各根纤维的一端 在一条直线上，就可得到棉纤维的自然长度排列图。
二、纤维长度的测定 常用的纤维长度测试方法有： 1.手扯长度检验 ——适用于棉纤维的长度测定。 2.罗拉式长度分析仪法 ——适用于棉纤维的长度测定。
3. 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。
4.中段切断称重法 ——适用于等长化纤的长度测定 5.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 6.ALMETER电容测量法 ——适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定 7.光电式不分组测定法
纺织纤维的形态及基本性质
再生纤维如竹纤维、玉米纤维等，是以可再生资源为原料加工而成的纤维。再生纤维具有 可持续发展的特点，但部分再生纤维的形态和性质可能与天然纤维存在差异。
对未来研究的展望
01 02
新型纺织纤维的研发
随着科技的发展，新型纺织纤维不断涌现，如智能纤维、纳米纤维等。 未来研究应关注新型纺织纤维的形态和性质，探索其在纺织品领域的应 用潜力。
纺织纤维的形态及基本性 质
• 引言 • 纺织纤维的形态 • 纺织纤维的基本性质 • 纺织纤维的应用 • 结论
01
引言
主题简介
纺织纤维是纺织工业的基本材料，广泛应用于服装、家居、 产业等领域。
纺织纤维的形态及基本性质对于其加工和应用具有重要影响 。
目的和意义
了解纺织纤维的形态及基本性质有助 于提高纺织品的质量和性能。
03
如柔软度、透气性、防静电等。
产业用纺织品
产业用纺织品是指在工业生产中使用的 各种纺织品，如绳索、帆布、滤布等。
产业用纺织品要求纤维具有较高的强度、 不同纤维制成的产业用纺织品具有不同
耐磨性和耐化学腐蚀性。
的特点，如聚酯纤维制成的绳索具有较
高的强度和耐磨性，而聚丙烯纤维制成
的滤布具有较好的耐化学腐蚀性。
05
结论
对纺织纤维形态及性质的总结
天然纤维
天然纤维如棉、麻、毛、丝等，具有独特的形态和性质，如天然卷曲、吸湿性好、保暖性 好等。这些纤维来源于自然，具有良好的生态环保性，但加工过程需注意保护纤维的天然 特性。
化学纤维
化学纤维如涤纶、尼龙、腈纶等，是通过化学方法合成的纤维，形态和性质可以通过改变 合成条件进行调控。化学纤维具有较好的抗皱性、耐磨性和稳定性，但部分合成纤维可能 对人体健康产生影响。
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第二章纺织纤维及其形态结构特征纤维是一种细长而柔软的材料，在自然界中具有这种特定形态的素材无处不在。
例如，动物身上的毛纤维、桑蚕吐出的蚕丝、蜘蛛编网的蜘蛛丝、棉花苞中的棉纤维等材料都具有这种特征。
细长而柔软的纤维与纤维会自然地集合、纠缠在一起，也会在外力或人工的作用下堆积、排列、取向，构成不同的纤维集合体，如纤维团、纤维网、纱线、绳索、织物、服装、包装袋、传送带等形形色色的纺织品。
纤维也可以与其他类型的物质材料一起构成具有两相结构的复合材料。
在生物体中也有大量的纤维存在，如蔬菜、木材中的纤维素，人体中的基因、神经，光导纤维在构筑Internet网络世界中也发挥了重要的作用。
在本章中我们重点介绍能够用于纺织加工的纤维材料。
第一节纤维的定义及分类一、纤维的定义纤维是一种细长而且柔软的材料，它的直径较细，为几微米或几纳米，长度则为几毫米、几十毫米甚至上千米，细而长是纤维材料的主要几何形状特征。
纤维还必须具有一定的模量、断裂强度、断裂伸长等力学性能。
纤维同时还是一种柔软的材料。
根据上述分析，纤维可以简单地定义为细长且具一定力学性能的柔性材料。
从广义的角度来看，纤维作为具有特定形状特征的材料普遍地出现在食品、生物材料、复合材料等各类材料中。
从纺织工业（狭义）的角度来看，纤维材料主要是指能在纺织工业体系中加工并用于纺织产品生产的纤维，也称为纺织纤维材料，或简称为纺织材料。
在本书中，“纤维材料”的含义与“纺织纤维材料”“纺织材料”意义基本等同，主要是指可进行纺织加工、用于制作纺织品的纤维材料，一般须满足以下条件：①满足纺织产品使用功能的要求；②具有某些特定的物理和化学性能，可以进行物理和化学的加工；③生产成本较低，产量较大，能以较低的价格大量地供应纺织工业生产。
二、纤维的分类纤维的种类很多，也有多种不同的分类方法。
如果根据纤维的使用范围和场所来分类，可以分为服用纤维、家用（装饰用）纤维和产业用纤维。
如果根据纤维的性能和功能来分类，可以分为常用纤维、高性能纤维和功能纤维。
如果根据纤维的来源分类，可以分为天然纤维和化学纤维两大类。
如果根据纤维的长度来分类，可以分为长丝纤维和短纤维。
三、天然纤维与化学纤维的分类根据纤维来源分类，可分为天然纤维和化学纤维。
天然纤维又可以细分为来自生物质的天然纤维和来自矿物质的天然纤维。
生物质天然纤维可从自然界中的植物、动物上获取，如棉纤维、毛纤维、蚕丝纤维等。
矿物质天然纤维可从自然界中的矿物质提取，如天然石棉矿石纤维等。
化学纤维也可以细分为再生纤维和合成纤维。
再生纤维主要以天然高聚物、无机材料、金属材料为原料经工业化生产加工成纤维材料，如粘胶纤维、醋酯纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、钢丝、铜丝等。
再生纤维生产过程中并未改变原有材料的分子组成与结构，故称为再生纤维。
合成纤维是以石油化工的低聚物原料出发，经过聚合反应将低聚物合成为高聚物，然后将其加工成纤维材料，如涤纶、锦纶、腈纶、氨纶等。
纤维的分类如表2-1所示。
（一）天然纤维的分类天然纤维可分为植物纤维和动物纤维和矿物纤维三大类。
1、植物纤维：植物纤维是指从自然界生长的植物中提取的纤维，其中有从种子壳内采收的棉纤维，有从植物茎杆上剥取韧皮制得的韧皮纤维，也有用植物的叶制取的叶纤维。
苎麻、亚麻、黄麻、大麻、罗布麻就是从相应植物的茎杆上剥取韧皮制得的韧皮纤维，剑麻、蕉麻等就是利用相应植物的叶子制得的叶纤维。
2、动物纤维：动物纤维是利用动物的动物毛发或腺分泌物经过初步加工而制取的纤维，也称为动物蛋白纤维。
羊毛是直接从羊体剪取而得的动物毛发。
桑蚕丝是从茧子上抽丝而得到的。
茧子是蚕宝宝由体内绢丝腺分泌作成的，人们抽取其丝而获得品质极高、性能优良的桑蚕丝。
3、矿物纤维：矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，如石棉等。
（二）化学纤维的分类化学纤维可分为再生纤维和合成纤维两大类。
1、再生纤维：再生纤维是用天然原料经过适当的化学处理经纺丝而得到的纤维，也称之为人造纤维。
这类纤维是由天然物质加工制成，纺丝加工过程中化学组成和化学结构不变，所以称为再生纤维。
2、合成纤维：合成纤维是以人工合成的高分子化合物为原料，经纺丝成形而得到的纤维。
人们在研究天然有机化合物(蛋白质、淀粉和纤维素等)的结构和性质时，建立了聚合物科学，将有机合成和纺织科学相结合，出现了合成纤维。
合成纤维种类很多，常用的有涤纶、锦纶、腈纶、丙纶及氨纶等。
第二节纤维的形成及其基本结构一、纤维的形成纤维是一种细长且具有一定强度和柔韧性的材料，一般可从下列结构特点来理解纤维的形成：⑴细长而柔软的纤维材料是一种高分子化合物，它是由成千上万个结构相同的单体分子以化学健或极性分子间作用力结合形成的长链状分子组成。
一般，每根纤维都由多根长链分子组成，这些由首尾相连的单体组成的长链状分子以有序或无序的方式堆砌、集合、排列构成了一根纤维。
⑵在纤维材料内部，以化学健或分子极性作用结合形成的分子链，可具有多种链状结构，如2-1所示，组成纤维的长链分子可以是直线型、枝杈型和网状型等不同形态。
(a) 网状型 (b) 枝杈型 (c) 直线型图2-1 纤维的长链分子⑶高分子化合物中含有单基的数目称为聚合度。
天然纤维的聚合度，取决于纤维的生长条件和基因种类。
化学纤维的聚合度则可以通过化合物的聚合工艺进行调节。
普通化合物的相对分子量较小，一般在1000以下，而高分子化合物的分子量很大，大都在10000以上。
二、纤维材料的结构及其结构层次纤维材料的性能与其结构存在着对应关系，随着科学的发展和观测手段的进步，人们可以从不同的层面（如宏观、细观和微观）来认识材料的结构，并从不同的结构层面来揭示材料的结构与性能的关系。
在纺织科学与工程中，可以从纤维的形态结构、纤维的超分子结构、纤维的大分子结构等层面来认识纤维材料的结构以及结构与性能的关系，为科学、理性地进行纺织品的设计和加工，提供科学依据。
(一)纤维的形态结构纤维的形态结构是指通过肉眼或放大镜、显微镜等仪器观察到的纤维材料外在的几何轮廓结构。
它可以用纤维的长短、粗细、横截面形态、表面形态、三维空间形态以及纤维纵向的卷曲或转曲状态等特征来表达。
目前观察纤维材料形态结构的方法主要有光学显微镜法和电子显微镜法。
由于测试手段的不断进步，能观察到的纤维形态结构的特征尺寸也越来越小。
随着专业学习的深入和拓展，可以了解到，纤维的形态结构对纤维及其构成纺织品的光泽、手感、吸湿性、染色性、保暖性和力学性能等都有直接或间接的影响。
例如纤维中有缝隙和孔洞时，纤维的强度较低，吸湿性较好。
截面为三角形或多角形的异形纤维，一般会具有特殊的光泽和不易起毛起球的特点。
中空纤维的保暖性较好。
卷曲度高的纤维蓬松性、弹性较好。
羊毛纤维由于表面有鳞片而光泽柔和。
不同品种的纤维，在纵向形态、横截面形态、表面形态方面存在一定差异，尤其是各类天然纤维都各自具有独特的形貌特征。
通过显微放大观察，就可获得各种纤维的微细结构特征，以此可以作为判别不同纤维并进行纤维鉴别的信息。
如图2-2所示，分别为麻纤维、棉纤维、蚕丝纤维、羊毛纤维、羊绒纤维、涤纶纤维的外观形态照片。
图2-2 各种纤维的纵向形态纤维的形态特征主要包括以下几个方面：⑴纤维的形尺度：指纤维的长度、细度；⑵纤维的纵向形态：纤维纵向呈自然伸直状态还是具有自然的卷曲、转曲等形态；⑶纤维的表面形态：纤维表面是光滑的还是有凹凸不平的微坑、沟槽、鳞片等形态；⑷纤维的截面形状：纤维截面是圆形截面、异形截面及其他不规则截面形状等；⑸纤维的截面结构：如纤维的皮芯结构、复合结构、羊毛的双侧结构、棉纤维的日轮等；⑹纤维的三维空间分布结构：如纤维中的缝隙和孔洞等。
(二)纤维的超分子结构纤维的超分子结构又称为纤维材料的聚集态结构，或凝聚态结构。
它是指高分子材料中大分子堆砌和排列的状态，主要包括大分子间的作用、凝聚状态和大分子的取向。
(1)分子间的作用力：纤维大分子的分子之间距离在一定范围时，相互之间表现出来的主要是吸引力。
这种吸引力能使相邻的大分子保持稳定的相对位置和较牢固地结合。
纺织纤维大分子之间是依靠范德华力和氢键结合的，此外还有盐式键和化学键。
①范德华力：是存在于分子之间的一种力，其作用距离约为0.3～0.5nm，作用能量在2.1～23J/mol之间，范德华力随分子之间距离的增加而迅速地减少。
②氢键：它是大分子侧基上或部分链段上极性基团之间的静电引力，在一定条件下能使相邻分子较稳定地结合。
其作用距离约为0.23～0.32nm，作用能量在 5.4～42.7J/mol之间。
其结合力较强，它的键能略大于范德华力。
③盐式键：部分纤维的侧基在某些成对的基团之间产生能级跃迁原子转移，形成络合物类型的配价键。
如羊毛、蚕丝大分子侧基上的-COOH和-NH2成对接近时，可以形成盐式键(-C00-……+H3N-)。
盐式键的键能大干氢键。
④化学键：少数纤维大分子之间含有的桥侧基，如羊毛纤维中的二硫键将两个大分子主链用化学键连接起来。
其作用距离约为0.09～0.19nm，作用能量在209.3～837.36J/mol之间。
化学键的键能大于盐式键。
(2)纤维大分子的聚集态：纺织纤维大分子的凝聚态有着复杂结构，通常将其简单地分为两类，即结晶态和非结晶态。
我们把纺织纤维中大分子排列整齐有规律的状态称为结晶态，呈现结晶态的区域叫做结晶区。
反之，纺织纤维中大分子排列呈杂乱无章的状态称为非结晶态，呈现非结晶态的区域叫做非结晶区。
结晶区中的大分子排列比较整齐密实，缝隙孔洞较少，水分子和染料分子难以进入结晶区。
而非结晶区中的大分子排列比较紊乱，堆砌的比较疏松，密度较低，有较多的缝隙和孔洞，水分子和染料易于进入非结晶区。
纺织纤维中结晶区部分的质量占整个纤维质量的百分比称为纤维的结晶度。
结晶度越高，纤维的模量或断裂强度就越高。
(3)纤维大分子的取向与取向度：在拉伸力作用下，纤维内大分子有沿纤维轴向平行排列的趋势，我们把这种现象称为纤维大分子的取向。
大分子主轴方向与纤维轴向的平行程度称为纤维大分子排列的取向度。
当取向度较高时，纤维的拉伸断裂强度就比较高。
天然纤维的取向度与纤维的品种、生长条件有关。
化学纤维的取向度主要取决于纺丝——拉伸过程中纤维的拉伸倍数，拉伸倍数大时，纤维的取向度就较高。
如图2-3所示为具有不同取向度和结晶度的纤维超分子结构。
(a)取向度和结晶度 (b)取向度和结晶度 (c) 大分子折叠结较低纤维结构较高纤维结构晶纤维结构图2-3 纤维的超分子结构(三)纤维的大分子结构高聚物大分子都是由许多相同或相近的单基经过化学健或极性分子间的作用力结合而形成的长链分子。
由于纤维材料的分子量很大，约在一万以上，因而被称为“大分子”或“高分子”。
在大分子的长链中反复出现的单体被称为大分子的基本链节(或称为单基或基本单元)。