东华大学纺织材料学第三章 纤维形态的表征
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3mm 10mm <5mm
图3-5 累计分布和频率密度
20122012-5-14
图3-6 梳片式长度测量原理图
13
2．逐根测量
（1）Wira法（精梳毛条中各根纤维 ） Wira法（精梳毛条中各根纤维
图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图 单纤维长度仪机构及原理示意图
20122012-5-14
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1、一段整齐法
拜氏图（羊毛、切断化纤 ）
分位长度： 上4分位长度： 有效长度OL的 分位长度 作图求法是，取OL的中点A作 水平线交轮廓线LB于L1，由 L1作垂线交OB于B1，取B2 （令OB2=OB1/4）作垂线交轮 廓LB于L2，再取L2B2的中点A2 作水平线交轮廓线LB于L3，由 L3的垂线交OB轴得B3。此时， 取OB3的上4分位B4，即 OB4=OB3/4。作垂直线交LB得 L4B4，称为有效长度，也称上 4分位长度。
Ln =
dl 分组直方图
N l ; Wl ; Sl
l
∑N l = 1 ∑N N ∫
l l
l max 0
N l l ⋅ dl 图3-1 纤维长度分布示意图
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7
（2）质量加权长度（罗拉法和梳片法 ）
– 由分组称重方法得到，又称重量加权长度Lw 由分组称重方法得到，又称重量加权长度L – 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B
（是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数） 是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数）
4.短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率。 4.短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率。 短绒率 表示长度整齐度的指标） （表示长度整齐度的指标） 界限： 16mm； 界限：细绒棉 16mm； 毛 30mm， 30mm， 20mm； 长绒棉 20mm； 苎麻 40mm
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2 间接指标
利用纤维长度与重量的关系间接地来表示纤 维的细度。
短纤维多→制成本低→成本高， 短纤维多→制成本低→成本高，不宜纺细支纱
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2．毛、麻纤维
毛丛长度 SL 毛丛 传送带 A 长度测量传送带 A 喂入带 v0 探 测 器 光 源
毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头
控制箱
断裂毛丛称量
图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理 结构及毛丛长度测量原理
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1、直接法： 直接法： 直径—— 直观，用于圆形截面的纤维。 直径—— 直观，用于圆形截面的纤维。 如：羊毛。 羊毛。 投影宽度—— 用于非圆形截面的纤维； 投影宽度—— 用于非圆形截面的纤维； 截面积—— 测量困难； 截面积—— 测量困难； 比表面积—— 计算值。 比表面积—— 计算值。 。 废时废力，单个指标不一定确切
n(l); w(l); s(l) 连续函数 n(l); w(l); s(l)
（1）纤维根数加权长度（手排 纤维根数加权长度（ Wira单纤维长度测量法和 法、Wira单纤维长度测量法和 AFIS法等 AFIS法等 ） – 以纤维根数加权平均长度简称 根数（加权）平均长度， 根数（加权）平均长度，是将 对应某一纤维长度的根数与该 长度l mm） 长度l（mm）积的和的平均值 Ln。 即
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4
天然纤维长度（mm） 天然纤维长度（mm）范围
棉纤维： 25-45 棉纤维： 25 45 亚麻单纤维：15 20 亚麻单纤维：15-20 黄麻单纤维： 黄麻单纤维：2-4 大麻单纤维：10大麻单纤维：10-15 细毛、半细毛：50细毛、半细毛：50-100 粗毛、半粗毛：50粗毛、半粗毛：50-200 亚麻工艺纤维：500亚麻工艺纤维：500-750 黄麻工艺纤维：2000黄麻工艺纤维：2000-3000 大麻工艺纤维：700大麻工艺纤维：700-1500
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化学纤维——人工制造，可根据需要而定。 化学纤维——人工制造，可根据需要而定。 ——人工制造 长丝：可无限长； 长丝：可无限长； 短纤维：等长或不等长。 短纤维：等长或不等长。 长度离散性小， 长度离散性小，但超长纤维和倍长纤维对 纺纱工艺危害较大。 纺纱工艺危害较大。
∑ W l = 1 W ⋅ l ⋅ dl B= dl ∫ ∑W W （3）截面加权长度（Almeter纤维长度仪） ）截面加权长度（Almeter纤维长度仪）
l lmax l 0 l
– 典型的表达为豪特（Hauteur）长度H 典型的表达为豪特（Hauteur）长度H – 纤维长度的加权值只与截面的频数函数或频率密度函 数s(l)相关 Sl 1 l H = ∑ l = ∫ 0max Sl ⋅ l ⋅ dl ∑ Sl S
28mm为标准级 28mm为标准级
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2、平均长度：是纤维长度的平均值。 平均长度： （1）根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。 根数平均长度L 各根纤维长度之和的平均数。
L =
∑
Li * Ni
∑
Ni
其中：Li为各组纤维的长度，Ni为各组纤维的根数。 其中： 为各组纤维的长度， 为各组纤维的根数。
I0 输入 r (l) 光 强 光电管 I 输出 光强 钳口线 3.81mm
扇形 透镜
上透镜 钳口线 3.81mm 试样 x
导光纤维 平面型透镜 光源 集光镜
v
下透镜
I0 − I I0
3.81mm 须丛 曲线
O
x
图3-9 纤维长度照影机测量原理解析图
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后罗拉
前罗拉
罗拉隔距
2 截面异形的表征 截面空心与复合的表征
第一节 纤维的长度及其分布
纤维长度：一般指伸直长度，即纤维伸直而未 纤维长度：一般指伸直长度， 伸长时两端的距离。 伸长时两端的距离。 另有自然长度（ 另有自然长度（自然长度：纤维在自然伸展状 态下的长度）：例毛丛长度 ）：例毛丛长度
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2. 纤维长度界限及含量值
– 长度界限：某特定纤维含量值C（％）条件下 长度界限：某特定纤维含量值C 的纤维长度L ，即超出此长度L 的纤维长度LC，即超出此长度LC纤维的含量只 有C。如C=2.5％，则长度界限为L2.5。 。如C=2.5％，则长度界限为L – 短纤维含量：是指短纤维的含量值SFC 。即长 短纤维含量：是指短纤维的含量值SFC 度小于LSF的纤维含量百分比。如纤维长度小 度小于LSF的纤维含量百分比。如纤维长度小 于20mm的纤维含量为14.8%，则写为 20mm的纤维含量为14.8%，则写为 14.8%<20mm。 14.8%<20mm。
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3．等长切断化纤
纤维长度
LS LC LSS
切断称重法求等长纤维平均长度 图3-15 切断称重法求等长纤维平均长度
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第二节 纤维的细度及其分布
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一、纤维细度的指标
直接法：用直径、投影宽度、截面积、 直接法：用直径、投影宽度、截面积、 周长、比表面积； 周长、比表面积； 间接法：用长度与重量之间的关系表示。 间接法：用长度与重量之间的关系表示。 如: 特数Ntex ,分特Ndtex , 特数N 分特N 旦数N 旦数Nden ,公制支数Nm 公制支数N
东华大学纺织学院
第三章 纤维形态的表征
纤维的形态主要是指: 纤维的形态主要是指: 纤维的长度、细度、卷曲或转曲、 纤维的长度、细度、卷曲或转曲、截面 形状等 与纤维的可纺性、成纱质量、手感、 与纤维的可纺性、成纱质量、手感、 保 暖性等关系密切. 暖性等关系密切.
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纤维形态的表征
（2）重量加权平均长度 Lg： Lg： 各组长度的重量加权平均数。 各组长度的重量加权平均数。
Lg
∑L w = ∑w
i i
i
其中：Li为各组纤维代表长度，gi为各组纤维的重量。 其中： 为各组纤维代表长度， 为各组纤维的重量。
20122012-5-14 21
3.品质长度（右半部平均长度）（L 3.品质长度（右半部平均长度）（Lp） ： 品质长度 ）（ 比主体长度长的那部分纤维的平均长度。 比主体长度长的那部分纤维的平均长度。
3
天然纤维——随动物、植物的种类、 天然纤维——随动物、植物的种类、品系 ——随动物 种类 与生长条件而不同 而不同。 与生长条件而不同。 棉、麻、毛 ：短纤维，纤维长度一 短纤维， 25～250mm；长度差异很大（ 般25～250mm；长度差异很大（不同品种 或同品种） 或同品种） 蚕丝 ： 长丝，一个茧子上的茧丝长 长丝， 度可达数百米至上千米。 度可达数百米至上千米。
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二、纤维长度分布的基本测量
1．一端整齐法
（1）拜氏图 （2）Almeter测量 Almeter测量 （3）罗拉法 （4）梳片法
2. 逐根测量
（1）Wira法 Wira法 AFIS测量 （2）AFIS测量
3. 纤维须丛法
（1）光照影法(HVI) 光照影法(HVI) （2）微夹取法
14
（2）AFIS测量 （单根棉纤维 ） AFIS测量
气流
单根纤维 透镜 检测器 V(40O) 光源 光束 V(0O) 气流
图3-8 AFIS纤维长度测量原理图 纤维长度测量原理图
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3．纤维须丛法
（1）光照影法(HVI)（大容量棉纤维 ） ）光照影法(HVI)（大容量棉纤维
C L 最大长度点 上 4 分位长 交叉点 L2 L4 L5 L1 A Α2 L3 下 4 分位长
O
B2 B4
B5
B1
B3
B
图3-2 拜氏图的意义及长度求法
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（2）Almeter测量（毛） Almeter测量（毛）
显示 计算机 打印
检测 一端齐试样 电容器
A/D
控制
导杆
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1、主体长度：纤维中含量最多的纤维长度。 主体长度：
（1）根数主体长度：纤维中根数最多的一部分纤维的长度。 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 重量主体长度： 棉的手扯长度≈ 棉的手扯长度≈主体长度 细绒棉手扯长度以1mm为级距，分级如下： 细绒棉手扯长度以1mm为级距，分级如下： 1mm为级距 25mm 26mm 30mm 31mm 25.9mm以下； 25.9mm以下； 以下 26.0-26.9mm； 26.0-26.9mm； 。。。 30.0-30.9mm； 30.0-30.9mm； 31mm 以上 。
后罗拉 握持纤维
同时握持
浮游纤维
同时握持
前罗拉 握持纤维
图3-11 跨距长度对罗拉距离的意义
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（2）微夹取法
普通夹 微夹 理想的 图3-12 普通夹与微夹持的区别及理想夹取
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18
四、典型纤维的长度表达
1．棉纤维
手扯长度：将纤维整理成两端齐整的纤维束， 手扯长度：将纤维整理成两端齐整的纤维束，然后 用直尺量出该纤维束中大多数纤维所具有的长度。 用直尺量出该纤维束中大多数纤维所具有的长度。
棉型化纤：30-40 mm 棉型化纤：30毛型化纤：70-150 mm 毛型化纤：70中长纤维：51-65 mm 中长纤维：51物
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用棉纺设备纺纱 用毛纺设备纺纱
纯纺或混纺 纯纺或混纺
用棉纺或化纤专纺设备纺纱 仿毛织
6
一、纤维长度指标的基本表达
1．纤维长度
N l ; Wl ; Sl
纤维的长度及其分布
纤维长度指标的基本表达
纤维长度分布的基本测量
纤维长度分布及其相互关系
典型纤维的长度表达
纤维的细度及其分布
纤维的细度表征
纤维细度不匀指标
纤维细度及分布的测量方法
纤维细度及其不匀表征的意义
纤维的卷曲或转曲
纤维的卷曲形式及表征
纤维的转曲及表征
纤维的截面形状及表征
20122012-5-14 异形纤维的基本概念
移动
电动
图3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图 长度测量仪工作原理示意图
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（3）罗拉法 （棉） （4）梳片法（毛、麻或仿 毛类纤维 ）
9.5mm 70N
10mm 毛条（纤维条） 梳片 ···第 2 次 第 1 次 第i次
皮辊
上短 罗拉 厚度 蜗轮 下长 手柄 俯视 蜗杆
图3-5 累计分布和频率密度
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图3-6 梳片式长度测量原理图
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2．逐根测量
（1）Wira法（精梳毛条中各根纤维 ） Wira法（精梳毛条中各根纤维
图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图 单纤维长度仪机构及原理示意图
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1、一段整齐法
拜氏图（羊毛、切断化纤 ）
分位长度： 上4分位长度： 有效长度OL的 分位长度 作图求法是，取OL的中点A作 水平线交轮廓线LB于L1，由 L1作垂线交OB于B1，取B2 （令OB2=OB1/4）作垂线交轮 廓LB于L2，再取L2B2的中点A2 作水平线交轮廓线LB于L3，由 L3的垂线交OB轴得B3。此时， 取OB3的上4分位B4，即 OB4=OB3/4。作垂直线交LB得 L4B4，称为有效长度，也称上 4分位长度。
Ln =
dl 分组直方图
N l ; Wl ; Sl
l
∑N l = 1 ∑N N ∫
l l
l max 0
N l l ⋅ dl 图3-1 纤维长度分布示意图
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（2）质量加权长度（罗拉法和梳片法 ）
– 由分组称重方法得到，又称重量加权长度Lw 由分组称重方法得到，又称重量加权长度L – 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B
（是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数） 是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数）
4.短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率。 4.短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率。 短绒率 表示长度整齐度的指标） （表示长度整齐度的指标） 界限： 16mm； 界限：细绒棉 16mm； 毛 30mm， 30mm， 20mm； 长绒棉 20mm； 苎麻 40mm
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2 间接指标
利用纤维长度与重量的关系间接地来表示纤 维的细度。
短纤维多→制成本低→成本高， 短纤维多→制成本低→成本高，不宜纺细支纱
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2．毛、麻纤维
毛丛长度 SL 毛丛 传送带 A 长度测量传送带 A 喂入带 v0 探 测 器 光 源
毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头
控制箱
断裂毛丛称量
图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理 结构及毛丛长度测量原理
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1、直接法： 直接法： 直径—— 直观，用于圆形截面的纤维。 直径—— 直观，用于圆形截面的纤维。 如：羊毛。 羊毛。 投影宽度—— 用于非圆形截面的纤维； 投影宽度—— 用于非圆形截面的纤维； 截面积—— 测量困难； 截面积—— 测量困难； 比表面积—— 计算值。 比表面积—— 计算值。 。 废时废力，单个指标不一定确切
n(l); w(l); s(l) 连续函数 n(l); w(l); s(l)
（1）纤维根数加权长度（手排 纤维根数加权长度（ Wira单纤维长度测量法和 法、Wira单纤维长度测量法和 AFIS法等 AFIS法等 ） – 以纤维根数加权平均长度简称 根数（加权）平均长度， 根数（加权）平均长度，是将 对应某一纤维长度的根数与该 长度l mm） 长度l（mm）积的和的平均值 Ln。 即
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天然纤维长度（mm） 天然纤维长度（mm）范围
棉纤维： 25-45 棉纤维： 25 45 亚麻单纤维：15 20 亚麻单纤维：15-20 黄麻单纤维： 黄麻单纤维：2-4 大麻单纤维：10大麻单纤维：10-15 细毛、半细毛：50细毛、半细毛：50-100 粗毛、半粗毛：50粗毛、半粗毛：50-200 亚麻工艺纤维：500亚麻工艺纤维：500-750 黄麻工艺纤维：2000黄麻工艺纤维：2000-3000 大麻工艺纤维：700大麻工艺纤维：700-1500
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化学纤维——人工制造，可根据需要而定。 化学纤维——人工制造，可根据需要而定。 ——人工制造 长丝：可无限长； 长丝：可无限长； 短纤维：等长或不等长。 短纤维：等长或不等长。 长度离散性小， 长度离散性小，但超长纤维和倍长纤维对 纺纱工艺危害较大。 纺纱工艺危害较大。
∑ W l = 1 W ⋅ l ⋅ dl B= dl ∫ ∑W W （3）截面加权长度（Almeter纤维长度仪） ）截面加权长度（Almeter纤维长度仪）
l lmax l 0 l
– 典型的表达为豪特（Hauteur）长度H 典型的表达为豪特（Hauteur）长度H – 纤维长度的加权值只与截面的频数函数或频率密度函 数s(l)相关 Sl 1 l H = ∑ l = ∫ 0max Sl ⋅ l ⋅ dl ∑ Sl S
28mm为标准级 28mm为标准级
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2、平均长度：是纤维长度的平均值。 平均长度： （1）根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。 根数平均长度L 各根纤维长度之和的平均数。
L =
∑
Li * Ni
∑
Ni
其中：Li为各组纤维的长度，Ni为各组纤维的根数。 其中： 为各组纤维的长度， 为各组纤维的根数。
I0 输入 r (l) 光 强 光电管 I 输出 光强 钳口线 3.81mm
扇形 透镜
上透镜 钳口线 3.81mm 试样 x
导光纤维 平面型透镜 光源 集光镜
v
下透镜
I0 − I I0
3.81mm 须丛 曲线
O
x
图3-9 纤维长度照影机测量原理解析图
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后罗拉
前罗拉
罗拉隔距
2 截面异形的表征 截面空心与复合的表征
第一节 纤维的长度及其分布
纤维长度：一般指伸直长度，即纤维伸直而未 纤维长度：一般指伸直长度， 伸长时两端的距离。 伸长时两端的距离。 另有自然长度（ 另有自然长度（自然长度：纤维在自然伸展状 态下的长度）：例毛丛长度 ）：例毛丛长度
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2. 纤维长度界限及含量值
– 长度界限：某特定纤维含量值C（％）条件下 长度界限：某特定纤维含量值C 的纤维长度L ，即超出此长度L 的纤维长度LC，即超出此长度LC纤维的含量只 有C。如C=2.5％，则长度界限为L2.5。 。如C=2.5％，则长度界限为L – 短纤维含量：是指短纤维的含量值SFC 。即长 短纤维含量：是指短纤维的含量值SFC 度小于LSF的纤维含量百分比。如纤维长度小 度小于LSF的纤维含量百分比。如纤维长度小 于20mm的纤维含量为14.8%，则写为 20mm的纤维含量为14.8%，则写为 14.8%<20mm。 14.8%<20mm。
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3．等长切断化纤
纤维长度
LS LC LSS
切断称重法求等长纤维平均长度 图3-15 切断称重法求等长纤维平均长度
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第二节 纤维的细度及其分布
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25
一、纤维细度的指标
直接法：用直径、投影宽度、截面积、 直接法：用直径、投影宽度、截面积、 周长、比表面积； 周长、比表面积； 间接法：用长度与重量之间的关系表示。 间接法：用长度与重量之间的关系表示。 如: 特数Ntex ,分特Ndtex , 特数N 分特N 旦数N 旦数Nden ,公制支数Nm 公制支数N
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第三章 纤维形态的表征
纤维的形态主要是指: 纤维的形态主要是指: 纤维的长度、细度、卷曲或转曲、 纤维的长度、细度、卷曲或转曲、截面 形状等 与纤维的可纺性、成纱质量、手感、 与纤维的可纺性、成纱质量、手感、 保 暖性等关系密切. 暖性等关系密切.
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纤维形态的表征
（2）重量加权平均长度 Lg： Lg： 各组长度的重量加权平均数。 各组长度的重量加权平均数。
Lg
∑L w = ∑w
i i
i
其中：Li为各组纤维代表长度，gi为各组纤维的重量。 其中： 为各组纤维代表长度， 为各组纤维的重量。
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3.品质长度（右半部平均长度）（L 3.品质长度（右半部平均长度）（Lp） ： 品质长度 ）（ 比主体长度长的那部分纤维的平均长度。 比主体长度长的那部分纤维的平均长度。
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天然纤维——随动物、植物的种类、 天然纤维——随动物、植物的种类、品系 ——随动物 种类 与生长条件而不同 而不同。 与生长条件而不同。 棉、麻、毛 ：短纤维，纤维长度一 短纤维， 25～250mm；长度差异很大（ 般25～250mm；长度差异很大（不同品种 或同品种） 或同品种） 蚕丝 ： 长丝，一个茧子上的茧丝长 长丝， 度可达数百米至上千米。 度可达数百米至上千米。
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二、纤维长度分布的基本测量
1．一端整齐法
（1）拜氏图 （2）Almeter测量 Almeter测量 （3）罗拉法 （4）梳片法
2. 逐根测量
（1）Wira法 Wira法 AFIS测量 （2）AFIS测量
3. 纤维须丛法
（1）光照影法(HVI) 光照影法(HVI) （2）微夹取法
14
（2）AFIS测量 （单根棉纤维 ） AFIS测量
气流
单根纤维 透镜 检测器 V(40O) 光源 光束 V(0O) 气流
图3-8 AFIS纤维长度测量原理图 纤维长度测量原理图
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3．纤维须丛法
（1）光照影法(HVI)（大容量棉纤维 ） ）光照影法(HVI)（大容量棉纤维
C L 最大长度点 上 4 分位长 交叉点 L2 L4 L5 L1 A Α2 L3 下 4 分位长
O
B2 B4
B5
B1
B3
B
图3-2 拜氏图的意义及长度求法
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（2）Almeter测量（毛） Almeter测量（毛）
显示 计算机 打印
检测 一端齐试样 电容器
A/D
控制
导杆
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1、主体长度：纤维中含量最多的纤维长度。 主体长度：
（1）根数主体长度：纤维中根数最多的一部分纤维的长度。 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 重量主体长度： 棉的手扯长度≈ 棉的手扯长度≈主体长度 细绒棉手扯长度以1mm为级距，分级如下： 细绒棉手扯长度以1mm为级距，分级如下： 1mm为级距 25mm 26mm 30mm 31mm 25.9mm以下； 25.9mm以下； 以下 26.0-26.9mm； 26.0-26.9mm； 。。。 30.0-30.9mm； 30.0-30.9mm； 31mm 以上 。
后罗拉 握持纤维
同时握持
浮游纤维
同时握持
前罗拉 握持纤维
图3-11 跨距长度对罗拉距离的意义
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（2）微夹取法
普通夹 微夹 理想的 图3-12 普通夹与微夹持的区别及理想夹取
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四、典型纤维的长度表达
1．棉纤维
手扯长度：将纤维整理成两端齐整的纤维束， 手扯长度：将纤维整理成两端齐整的纤维束，然后 用直尺量出该纤维束中大多数纤维所具有的长度。 用直尺量出该纤维束中大多数纤维所具有的长度。
棉型化纤：30-40 mm 棉型化纤：30毛型化纤：70-150 mm 毛型化纤：70中长纤维：51-65 mm 中长纤维：51物
20122012-5-14
用棉纺设备纺纱 用毛纺设备纺纱
纯纺或混纺 纯纺或混纺
用棉纺或化纤专纺设备纺纱 仿毛织
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一、纤维长度指标的基本表达
1．纤维长度
N l ; Wl ; Sl
纤维的长度及其分布
纤维长度指标的基本表达
纤维长度分布的基本测量
纤维长度分布及其相互关系
典型纤维的长度表达
纤维的细度及其分布
纤维的细度表征
纤维细度不匀指标
纤维细度及分布的测量方法
纤维细度及其不匀表征的意义
纤维的卷曲或转曲
纤维的卷曲形式及表征
纤维的转曲及表征
纤维的截面形状及表征
20122012-5-14 异形纤维的基本概念
移动
电动
图3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图 长度测量仪工作原理示意图
20122012-5-14
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（3）罗拉法 （棉） （4）梳片法（毛、麻或仿 毛类纤维 ）
9.5mm 70N
10mm 毛条（纤维条） 梳片 ···第 2 次 第 1 次 第i次
皮辊
上短 罗拉 厚度 蜗轮 下长 手柄 俯视 蜗杆