纤维的形态与表征(精)
低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征
低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征熔纺氨纶纤维是一种具有优良性能和广泛应用的合成纤维。
在熔纺氨纶纤维的制备过程中，为了获得所需的性能和形态特征，对其进行形态表征是非常重要的。
低熔点熔纺氨纶纤维具有较低的熔点和熔融黏度，可以通过降低熔融温度和延长熔化时间来制备。
下面将详细介绍低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征方法及其应用。
首先，一种常见的形态表征方法是扫描电子显微镜（SEM）。
SEM能够通过扫描采集样品表面的图像，并以高分辨率展示材料的形态特征。
对于低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征，SEM可以提供纤维的表面形貌、断面形貌以及纤维之间的结构联系等信息。
利用SEM观察可以了解低熔点熔纺氨纶纤维的表面形态特征，如平整度、光泽度、纤维形状等。
通过SEM还可以观察到纤维的断裂形态，这对于了解纤维的断裂机理和强度特性非常重要。
此外，SEM还可以用于观察纤维之间的连接情况，如熔着点、熔着线等，这对于纺织工艺的优化和纤维性能的提高具有指导意义。
除了SEM，透射电子显微镜（TEM）也是一种常用的形态表征方法。
TEM通过透射电子束对样品进行成像，可以提供更高的分辨率和更详细的形态信息。
对于低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征，TEM可以观察到更细微的结构特征，如纤维的晶体结构、纤维内部的孔隙结构等。
通过TEM观察可以揭示低熔点熔纺氨纶纤维的晶体结构和非晶区域的分布情况。
晶体结构对纤维的机械性能和热稳定性有着重要影响，因此通过TEM的形态表征可以评估纤维的力学性能和热稳定性。
此外，X射线衍射（XRD）是一种用于材料结构分析的常用技术。
通过XRD可以确定低熔点熔纺氨纶纤维的结晶度、晶格参数以及晶体的相位组成。
XRD的形态表征方法对于了解纤维晶体结构和相变行为具有非常重要的意义。
研究低熔点熔纺氨纶纤维的XRD图谱可以揭示纤维的晶体生长机制和相对位置的关系。
另外，拉伸试验是一种常用的力学性能测试方法，在研究低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征时也可以采用。
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。
3.纺织纤维的形态.
一．纤维的细度指标
其中最常用的是直径，因纤维很细，其单位为微米（μm）。 常用于截面接近圆形的纤维，如绵羊毛及其他动物毛、圆形截面化 学纤维等的细度表达。 对于近似圆形的纤维，其截面积计算可近似采用 :
πd A 4
2
一．纤维的细度指标
（二） 间接指标 1. 线密度：特克斯Nt (tex) （g/km）
按式（2-1）（2-2）（2-3）计算。多份试样测试后计算算术平均数、标准 差和变异系数。
长纤维传统采用周长1m(或其他标准尺寸）在一定张力下绕取一定圈 数（例如50圈或100圈，即50m或100m）吸湿平衡称重计算。
我国法定计量制的线密度单位为特克斯（tex），简称特，表示1000米长的 纺织材料在公定回潮率时的质量克数。
一段纤维的长度为L（m），公定回潮率时的重量为Gk（g），则该纤 维的细度特数Nt为：
Gk N t 1000 L
一．纤维的细度指标
由于纤维细度较细，用特数表示时数值较小，故常采用分特（dtex） 或毫特（mtex）表示纤维的细度，分特为特数的1/10，毫特为特数的 1/1000。 特克斯为定长制，同一种纤维的特数越大，则纤维越粗。
聚酰胺硼纤维
1.47
石棉纤维
2.10～2.80
一．纤维的细度指标
天然纤维由于每根纤维沿长度方向细度不匀（棉纤维、各种麻纤维中 段粗两端细； 羔羊毛纤维及鬃根端粗梢端细，成年羊毛纤维两端粗中间细）因此线 密度又区分为中段线密度和全长线密度。 陆地棉纤维全长线密度约为中段（10mm）线密度的85.75%，海岛棉的
全长线密度约为中段（10mm）线密度的91.90%。
二．纤维的细度不匀及其指标
纺织材料学 (于伟东-中国纺织出版社) 纤维
1.纤维：指长宽比在103数量级以上，粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤维之分。
2.纺织纤维分类：天然纤维和化学纤维天然纤维：由自然界直接取得的纤维（植物纤维，动物纤维，矿物纤维）化学纤维：用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体，通称为化学纤维（再生纤维：黏胶纤维合成纤维）棉纤维3.棉纤维生长分为三期：伸长期，、加厚期，转曲期横截面：腰圆形，有空腔纵向：呈不规则的沿长度方向不断改变的螺旋形转曲。
成熟度：纤维胞壁的加厚程度，用成熟度系数M表示4.棉纤维的主要组成物质及化学性质纤维素占93-95（%）化学结构式：（C6H10O5）n，n=6000~11000化学性质：耐碱不耐酸二、棉纤维的分类一）按棉花种类分长绒棉（海岛棉）：长度：33~45mm，细度小于1.43 dtex细绒棉（陆地棉）：长度：23~33mm，细度1.43~2.22 dtex粗绒棉：纤维粗短，品质较差。
（二）按棉花初加工分：1、锯齿棉：采用锯齿轧棉机轧得的原棉。
特点：含杂、含短绒少2、皮辊棉：采用皮辊轧棉机轧得的原棉。
特点：含杂、含短绒多；麻纤维纤维分类：苎麻、亚麻、大麻、黄麻、二、纤维形态纵向形态：纵向平直，有竖纹横节。
横向截面：苎麻：扁圆形，有中腔，胞壁上辐射状条纹。
亚麻：多角形。
主要组成物质纤维素耐碱不耐酸三、性能：吸湿性很好（W K=12-13%）；强度高（是棉的两倍），湿强大于干强毛纤维一、1.羊毛的形态结构：同质毛：导向毛细，与簇生毛细度、长度差异小。
质量好。
异质毛：导向毛与簇生毛细度、长度差异大，质量差。
截面形态：由表皮层、皮质层和髓质层组成。
纵向形态：表面覆盖有鳞片层2.羊毛的性质羊毛纤维大分子由20多种氨基酸组成，分子结构中以—CONH---基团为主价键。
羊毛化学性质：耐酸不耐碱羊毛的特有性质：摩擦性能和缩绒性缩绒性：当羊毛在热湿条件及化学试剂作用下，经外力揉搓，挤压，纤维发生相互间滑移，纠缠，咬合，使织物收缩形成紧密的毡片，这种现象称为缩绒。
纺织材料学 第三章 纤维形态的表征-细度
d 11.28 Ndt
d 1128
Nm
纤维细度值相同，其直径可能不同，其换算关系为：
d1 2
d2
1
直径细度指标（直径）与间接细度指 标的换算：
式中：d----纤维直径（mm）
δ----纤维密度（g/cm3)
二、纤维细度不匀指标
纤维的细度不匀主要包括两层含义：
➢ 纤维之间的粗细不匀； ➢ 纤维本身沿长度方向上的粗细不匀。
为显微镜法和气流仪法； ➢ 麻纤维：主要采用切断称重法，其次为显微镜法或
OFDA法； ➢ 丝纤维：主要采用绞丝称重法其次为显微镜法； ➢ 化纤短纤：根据毛型、棉型分别采用相应的测试方
法； ➢ 化纤长丝：一般采用绞丝称重法或显微镜法，其次
为振动法。
2．细度及其不匀对纤维集合体性质的影响
（1）对纤维本身的影响
ε——空隙率，未被纤维占据的体积的比率 S0——纤维的比表面积（单位体积纤维的表面积）
μ：空气粘滞系数粘滞系数（与环境温湿度有关可通过 温湿度修正使其保持一致） ε：样筒内纤维的空隙率（即纤维集合体内的空间体积与纤维集合体总体积之比）；
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28
在纤维塞质量M和测量参数（A,L,u）不变的情况下：
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2．细度不匀指标及分布
（1）不匀率指标
直径不匀是纤维细度不匀的最主要和最有效 的指标，包括：
➢ 直径均方差和变异系数 ➢ 直径平均差和平均差系数
偏差是衡量测量精密度的尺度， 它表示一组平行测量数据之间相 互接近的程度。在实际测量中， 偏差的大小比误差的大小更重要
(极差，平均差，标准差）。
➢ 细纤维(比表面积增大）：吸湿性好，染色性好， 纤维柔软，色泽乳白化，纤维成形后结构均匀、力 学性能提高；
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
纤维的热力学性质，热定形及抗热破坏性质，纤维的色泽、双折射和耐光性，光致发光，纤维的导电、介电和静电性质。
(八)纤维的鉴别与质量评定
(九)纱线的分类与结构特征
纱线的分类，纱线的加工与发展，纱线的基本结构特征，常用纱线的结构特征。
(十)纱线的外观形态特征参数
纱线的细度，纱线的细度不匀，纱线细度不匀的构成，纱线捻度和捻系数，纱线表面毛羽和内部膨松性，纤维在纱线中的转移及分布特征，纱线的力学性质。
(十一)织物的分类及应用
常用的织物及织物名称，织物加工及其发展，织物的结构与基本组织，织物组织参数，非织造布的主要结构。
(十二)织物的各种性质
织物的拉伸、撕裂、顶破和弯曲等力学性质，织物的耐久与安全性，织物的保形性，织物的透通性，织物的热湿舒适性，织物的风格与评价。
二、考试形式与试卷结构
1、考试形式
湖南工程学院
2016年专业硕士研究生入学考试复习大纲
科目名称
纺织材料学
编号
831发展
纤维的定义，纤维的基本性能，纤维的分类和加工，各类常用纤维简介。
(二)纤维结构概念
纤维各级微观结构，纤维聚集态结构，纤维大分子结构，典型纤维的结构与特征。
(三)纤维的形态与表征
闭卷，笔试。答题时间:180分钟。
2、试卷结构
试卷满分为150分。
（1）名词解释（45分）；
（2）问答题（75分）；
（3）计算题（30分）
参考书目名称
作者
出版社
版次
年份
[1]《纺织材料学》
于伟东
中国纺织出版社
1
2006
[2]《纺织材料学》
姚穆
纺织工业出版社
材料科学中纤维材料表征的技术要点总结
材料科学中纤维材料表征的技术要点总结纤维材料是材料科学领域中的重要研究方向之一，广泛应用于各个领域，如纺织品、复合材料、生物材料等。
在材料科学中，对纤维材料的表征是十分关键的。
准确而全面的表征可以帮助科学家了解纤维材料的结构和性能，并为进一步的研究和应用提供依据。
本文将对纤维材料表征的技术要点进行总结。
一、形态表征形态表征是对纤维材料外观形态进行观察和描述的过程。
纤维材料可以是自然纤维（如棉、麻、丝等）或合成纤维（如聚酯纤维、尼龙纤维等），其外观形态可以通过显微镜观察和图像分析进行表征。
在纤维形态表征中，可以通过测量其长度、直径、形状、表面特征等参数来详细描述纤维的外观特征。
同时，还可以通过扫描电子显微镜（SEM）观察纤维的表面形貌和细节结构，帮助研究人员深入理解纤维的内部结构。
二、化学成分分析化学成分分析是对纤维材料中各种化学成分的定性和定量分析。
纤维材料的化学成分可以通过红外光谱分析、拉曼光谱分析、核磁共振谱分析等技术手段来确定。
红外光谱分析能够通过测量纤维材料在红外光区的吸收峰来鉴定纤维的化学组成。
拉曼光谱分析则能够通过激光照射样品后测量样品散射光的频率和强度来获得纤维材料的结构信息。
核磁共振谱分析则通过测量样品中核磁共振吸收峰的情况来分析样品中不同分子的存在情况。
三、物理性能测试纤维材料的物理性能是指其力学、热学、电学、磁学等方面的性能指标。
物理性能测试是对纤维材料的机械性能、热学性能、导电性能等进行定量分析的过程。
常见的物理性能测试方法包括拉伸试验、硬度测试、热重分析、导电性测量等。
拉伸试验能够测量纤维材料的力学性能，如抗拉强度、弹性模量等。
硬度测试则通过将纤维材料用硬度计进行测量，来评价其硬度。
热重分析则是通过测量纤维材料在不同温度下的质量变化情况来研究其热学性能。
导电性测量则用于评估纤维材料的导电性能，广泛应用于电子材料等领域。
四、结构表征结构表征是对纤维材料内部结构的分析和描述。
纺织材料学 (于伟东-中国纺织出版社) 课后答案
第一章纤维的分类及发展2、棉，麻，丝，毛纤维的主要特性是什么？试述理由及应该进行的评价。
棉纤维的主要特性：细长柔软，吸湿性好（多层状带中腔结构，有天然扭转），耐强碱，耐有机溶剂，耐漂白剂以及隔热耐热（带有果胶和蜡质，分布于表皮初生层）；弹性和弹性恢复性较差，不耐强无机酸，易发霉，易燃。
麻纤维的主要特性：麻纤维比棉纤维粗硬，吸湿性好，强度高，变形能力好，纤维以挺爽为特征，麻的细度和均匀性是其特性的主要指标。
（结构成分和棉相似单细胞物质。
）丝纤维的特性：具有高强伸度，纤维细而柔软，平滑有弹性，吸湿性好，织物有光泽，有独特“丝鸣”感，不耐酸碱（主要成分为蛋白质）毛纤维的特性：高弹性（有天然卷曲），吸湿性好，易染色，不易沾污，耐酸不耐碱（角蛋白分子侧基多样性），有毡化性（表面鳞片排列的方向性和纤维有高弹性）。
3、试述再生纤维与天然纤维和与合成纤维的区别，其在结构和性能上有何异同？在命名上如何区分？答：一、命名再生纤维：“原料名称+浆+纤维”或“原料名称+黏胶”。
天然纤维：直接根据纤维来源命名，丝纤维是根据“植物名+蚕丝”构成。
合成纤维：以化学组成为主，并形成学名及缩写代码，商用名为辅，形成商品名或俗称名。
二、区别再生纤维：已天然高聚物为原材料制成浆液，其化学组成基本不变并高纯净化后的纤维。
天然纤维：天然纤维是取自植物、动物、矿物中的纤维。
其中植物纤维主要组成物质为纤维素，并含有少量木质素、半纤维素等。
动物纤维主要组成物质为蛋白质，但蛋白质的化学组成由较大差异。
矿物纤维有SiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO。
合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品为原料制成单体，经化学合成为高聚物，纺制的纤维7、试述高性能纤维与功能纤维的区别依据及给出理由。
高性能纤维（HPF）主要指高强、高模、耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。
功能纤维是满足某种特殊要求和用途的纤维，即纤维具有某特定的物理和化学性质。
纤维的截面形状及表征课件(共19张PPT)《纺织材料学(第2版)》
Ar
R 2 - r 2
A0
R
D =rS =r
截面异形度
径向异形度
R - r
A -
0
0
式中， R0和Ri ，A0和Ai分别为最多接触点的外接圆和内切圆半径，截面 积，见下图左图； r为一可替换半径； Ndt 为线密度； γ为纤维的密度。 其中Dr较多地强调径向的波动；而Sr 则偏重异形使截面积的变化。显 然，以r=Ri 的敏感性最大，以r=R0可作理论估算。对于多叶形异形，除异形度外，造型系数π是表达其叶瓣数n 的特
δt = tn - DitnδA = 1 -
P = Pf - Pos Pos
1．空心截面的特征中空截面也是一种异形，即纤维内部空缺异形，与前面轮廓相对圆 的空缺是对仗的。天然棉、麻不仅轮廓内空缺，而且异形，是典型的复合异形截面； 兔毛不仅椭圆和单孔中腔，而且有异形和多孔中腔，还带有竹腔层节结 构，是合纤至今无法实现的复合异形结构；木棉巨大的中腔、超薄的胞 壁，同样也是合纤加工梦寐以求的中控纤维形态。有关截面形状异形的表达见前，本节表达纤维截面的空缺部分，即 中空度和中腔率的表达。
非圆形截面纤维的表观特征会随截面形状的不同而变，其力学、表观物理和表面吸附性质，也都会随纤维截面的异形化而变。即便是圆形 纤维，也会随内部的中空及复合产生形态、线密度和结构的变化，使纤 维的空间造型多样化、表观占有空间变大。中空使纤维弯曲、扭转刚度增大，纤维变粗； 中空可含静止空气或 相变材料，使纤维的隔热性增大，透气性不变或略增。复合使纤维结构不均匀和非对称，使各组分功能分担与互补，而获 得皮芯结构的高强舒适或高强可粘结纤维； 双边或偏心分布的高弹、空 间卷曲与螺旋和形状记忆纤维； 海岛型或海绵多孔型功能纤维或超细纤 维等。纤维的异形化即截面非实心圆变化，主要有两类形式， 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。
第三章 纺织纤维的形态及表征.ppt
4. 跨距长度：使用HVI系列数字式照影仪测得的纤 维长度指标。
跨距长度是指采用梳子随机夹持取样（纤维须丛）， 纤维由夹持点伸出的长度。
5. 手扯长度：手感目测的检验方法中，用手扯尺量 法测得的棉纤维长度。
第二章 纺织纤维的 形态及表征
纤维的表面形态主要是指: 纤维的长度、细度、截面形状、卷曲或转曲等。
与纤维的物理性能、纺织工艺性能及纺织制品 的使用性能等关系密切.
第一节 纤维的细度
细度：指纤维的粗细程度（沿长度方向）。
细度是纤维重要的形态尺寸和质量指标之一，与纺纱 工艺 、成纱质量有密切关系，且直接影响织物风格。
手扯长度与罗拉式仪器法测得的主体长度接近。
6. 短绒率：长度在某一界限长度Ls以下的纤维所占 的百分率。
（表示长度整齐度的指标）
界限长度：细绒棉 16mm； 长绒棉 20mm； 绵羊毛 30mm； 苎 麻 40mm。
二、纤维长度的基本测量
1．一端整齐法
按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如拜氏图； 纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，
CVd
2
100
S为可纺性，L为纤维长度，英吋（1in=25.4mm）；nc为纺
纱加工中纱截面中临界纤维根数 ； CVd纤维自身的细度不 匀。
纤维细，纱截面中的纤维根数增加，有利于纤维间的相互
接触和纱条均匀性的增加，使纤维的可纺性提高，但纱的 结构膨松，有序性下降。
（3）对织物 表3-4 纤维细度与功能的关系
L’: length of yarn (yard)
Cotton yarn, cotton type yarn, cotton blended yarn
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。
纤维从宏观到微观的结构层次和主要内容
纤维从宏观到微观的结构层次和主要内容
3. 微观结构层次：微观结构层次是指纤维的组成和内部结构。纤维的微观结构通常包括纤维 的纤维素或蛋白质分子的排列方式、纤维内部的孔隙结构等。这些微观结构对纤维的力学性能、 吸湿性能等起着重要作用。
4. 分子结构层次：分子结构层次是指纤维的分子组成和化学结构。纤维的化学结构决定了其 物理和化学性质。例如，纤维素纤维由纤维素分子组成，而蛋白质纤维由蛋白质分子组成。
在纤维的主要内容方面，主要包括纤维的力学性能、吸湿性能、热性能、化学稳定性等。这些 特性对于纤维的应用和性能表现具有重要影响。此外，纤维的制备工艺、加工方式以及纤维的表 面处理等也是纤维研究的重要内容。
纤维从宏观到微观的结构层次和主要内容
纤维是一种பைடு நூலகம்纤维状物质组成的材料，具有长而细的形态特征。从宏观到微观，纤维的结 构层次可以分为以下几个层次：
1. 宏观结构层次：宏观结构层次是指纤维的整体形态和外观特征。它包括纤维的长度、直 径、形状等。纤维可以是直线状、弯曲状、环状等不同形状的结构。
2. 超微观结构层次：超微观结构层次是指纤维的纤维束或纤维束的组织结构。纤维束是由 多个纤维组成的集合体，纤维束的排列方式和组织形态对纤维的性能有重要影响。
第一章第一节 纤维分类及其形态结构特征
图1-1
2．纤维的分子结构
高分子化合物（影响纤维的化学性质） 高分子化合物（影响纤维的化学性质）。 不同的纤维由不同的高分子化合物成分， 不同的纤维由不同的高分子化合物成分， 纤维的化学组成不同， 纤维的化学组成不同，其化学性质和物理性质 不同。 不同。 棉纤维：纤维素大分子，主要成分 ， ， 棉纤维：纤维素大分子，主要成分C，H，O 分子式： 分子式：（C6H10O5）n 一个链节 有大量羟基（ 有大量羟基（—OH）决定纤维的化学反应， ）决定纤维的化学反应， 这个酸性基，使纤维不耐酸，对酸不稳定。 这个酸性基，使纤维不耐酸，对酸不稳定。
毛纤维：分子式： 毛纤维：分子式：H2N——CH（R） （ ） （W）——COOH ） 胺基H （碱性基） 对碱不稳定； 胺基 2N（碱性基），对碱不稳定； —COOH 羧基，对酸不稳定。因此毛纤 羧基，对酸不稳定。 维对酸性和碱性化学药剂都不稳定。 维对酸性和碱性化学药剂都不稳定。 侧基R： 侧基 ：不同的生长环境不同的部位侧 基的成分不同
二、纤维的结构特征及其影响
纤维的形态结构和化学结构影响其 外观特征、性能和品质。 外观特征、性能和品质。
影响纤维物理机械性质和化学性 质的因素
1பைடு நூலகம் 纤维的形态结构
纤维的长度，细度，横断面、 纤维的长度，细度，横断面、纵截 面形状和外观、 面形状和外观、纤维内部存在的各种缝 隙和孔洞。 隙和孔洞。
3. 纤维超分子结构
（2）定向度（取向度）： ）定向度（取向度） 是纤维中大分子排列方向与纤维轴 的夹角。 的夹角。 定向度高，夹角小，纤维强度高。 定向度高，夹角小，纤维强度高。
3. 纤维超分子结构
（3）结晶度 ） 纤维内长链分子排列的整齐度叫结晶度。 纤维内长链分子排列的整齐度叫结晶度。 结晶区：在同一根纤维中，有些区域排列整齐。 结晶区：在同一根纤维中，有些区域排列整齐。目 前习惯上把纺织纤维大分子有规律的排列整齐的 状态叫结晶态，把呈现结晶的区域叫结晶区。 状态叫结晶态，把呈现结晶的区域叫结晶区。大 分子排列比较整齐结实，密实，缝隙孔洞较小， 分子排列比较整齐结实，密实，缝隙孔洞较小， 因而纤维吸湿较困难，强度较高，变形较小。 因而纤维吸湿较困难，强度较高，变形较小。 非结晶区：反之叫非结晶区，大分子排列比较紊乱， 非结晶区：反之叫非结晶区，大分子排列比较紊乱， 堆砌比较疏松，有较多的缝隙与孔洞， 堆砌比较疏松，有较多的缝隙与孔洞，一些大分 子表面的基团距离较大，联系力较小， 子表面的基团距离较大，联系力较小，使纤维易 于染色，吸湿，表现出强度较小，变形较大。 于染色，吸湿，表现出强度较小，变形较大。
第三章 纤维的形态与表征
第三章 纤维形态的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一、纤维长度指标的基本表达1．纤维长度 （1）根数加权长度l l N N N N L l d 1maxn⋅==⎰∑∑λλλλ （3-1）图3-1 纤维长度分布示意图（2）质量加权长度⎰∑∑⋅⋅==maxd 1 l l l W W W l W B λλλ （3-2）（3）截面加权长度⎰∑∑⋅⋅==maxd 1l l l S S S l S H λλλ （3-3）2．纤维长度界限及含量值 （1）长度界限纤维长度界限或称界限长度（mm ）是在某特定纤维含量值C （％）条件下的纤维长度L C ，即超出此长度L C 纤维的含量只有C 。
如C =2.5％，则长度界限为L 2.5。
（2）短纤维含量纤维长度表达中纤维含量值一般是指短纤维的含量值SFC 。
通过设定最大短纤维长度界限L SF确定，⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⋅==⋅==⋅==⎰∑⎰∑⎰∑<<<SF SFSF SF SF SF0 s 0 w 0 n d )(d )(d )(L L l L L l L L l l l s S S SFC l l w W W SFC l l n N N SFC λλλ （3-4）SFC n ≥SFC s ≥SFC w二、纤维长度分布的基本测量1．一端整齐法 （1）拜氏图24315图3-2 拜氏图的意义及长度求法（a ）直接量取特征长度值 （b ）作图及计算的长度特征值（2）Almeter 测量图3-3 Almeter 长度测量仪工作原理示意图⎰⋅=max d )()( ll l l f l F （3-5）max图3-4 累计分布和频率密度函数（3）罗拉法图3-5 累计分布和频率密度该测量可得到重量加权的长度分布数列或直方图，可计算前述所有指标。
（4）梳片法图3-6 梳片式长度测量原理图2．逐根测量（1）Wira法图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图（2）AFIS测量单根纤维光束透镜检测器V(40O)V(0O)光源气流气流图3-8 AFIS纤维长度测量原理图3．纤维须丛法（1）光照影法(HVI)HVI900 (High Volume Instruments)是在上世纪80年代初研制出的一种大容量棉纤维测试仪，可以测量原棉品质的多个指标，如长度和长度均匀度、跨距长度、短纤维指数、强力和伸长率、细度和成熟度、色泽、杂质和棉结以及含水率等。
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第三章
纤维形态特征
2
∫ F (l) = lmax l
f (l) ⋅ dl
（3-5）
% 100
50 r(l)
累积分布函数 ⎧S (A)
F (l) ⇒ ⎪⎨W (A) 或M (A) ⎪⎩N (A) 频率密度函数 ⎧s (l ) f (l) ⇒ ⎪⎨w(l) 或m(A) ⎪⎩n(l )
F(l)
O
e
lmax l
第三章 纤维形态的表征
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
一、纤维长度指标的基本表达
1．纤维长度 （1）根数加权长度
∑∑ ∫ Ln =
NAA = 1 NA N
lmax 0
NAl
⋅
dl
（3-1）
NA; WA ; SA
n(l); w(l); s(l)
直接 0 根数加权长度分布图 l （Wira 法-毛型纤维）
w(l)
直接 0 重量加权长度分布图 l （梳片法-毛型纤维）
n(l)
直接 0 根数加权长度分布图 l （AFIS 法-棉型纤维）
w(l)
长度偏 光电法测量 移修正 质量、厚度与透光 （须丛曲线-棉型） 微分
须丛曲线微分 近似质量与厚度 （长度累积图）
∑ NA
N
=
∫ LSF 0
n(l) ⋅ dl
⎫ ⎪
l < LSF
⎪
SFCw
= ∑WA l < LSF
W
=
∫
LSF 0
w(l)
⋅
dl ⎪⎬ ⎪
SFCs =
∑ SA
S
=
∫ LSF 0
s(l)
⋅ dl
l < LSF
⎪ ⎪⎭
（3-4）
SFCn≥SFCs≥SFCw
二、纤维长度分布的基本测量
1．一端整齐法 （1）拜氏图
直接
0
l
0
l
图 3-13 各实测长度分布的转换计算示意图
0 重量加权长度分布图 l （罗拉法-棉型纤维）
2．毛、麻纤维 （1）毛纤维
第三章
纤维形态特征
1
毛丛长度 SL 毛丛
传送带 A
长度测量传送带 A 喂入带
探 测
光
器
源
v0
毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头
（2）麻纤维 3．等长切断化纤
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
第三章
纤维形态特征
5
三、纤维长度分布及其相互关系
1、纤维的长度分布 2．各种分布间的相互关系 （1）关系图 （2）基本转换方法
四、典型纤维的长度表达
1．棉纤维
压力法测量 l 厚度与截面加权
（长度累积图）
dT(l) dl
微分
0
T(l)
根数加权、重量加权、截面加权 厚度、质量、直径加权 多因素复合加权
控制箱 断裂毛丛称量 图 3-14 ATLAS 结构及毛丛长度测量原理
纤维长度
LS
LC LSS
图 3-15 切断称重法求等长纤维平均长度
第三章
纤维形态特征
2
第二节 纤维的细度及其分布
纤维细度是指纤维粗细的程度。
一、纤维的细度表征
1．分特数Ndt (dtex) 我国法定的线密度单位为特克斯（tex），简称特，表示千米长的纤维或纱线在公定回潮率时
纤维长度分布图（连续或直方图） 纤维长度累积图（连续或直方图）
直接
积分
手排纤维丛
l 根数与直径加权 dX
f(l)
（拜氏图）
dl
微分
0
X
S(l)
纤维长度 (频率密度
或 概率密度)
分布图
电容法测量
dl
截面与根数加权 dS(l)
（长度累积图） dl
微分
0
Δl
l
0
l
dM(l)
r(l)
M(l)dl 微分n(l)I0I
钳口线
3.81mm
输入 光强
光电管
输出 光强
扇形 透镜
上透镜 钳口线 3.81mm
导光纤维
v
I0 −I
I0
光源
集光镜 平面型透镜 下透镜
O
图 3-9 纤维长度照影机测量原理解析图
试样 x
3.81mm 须丛 曲线
x
第三章
纤维形态特征
4
M (A) (或 100%)
3.81mm
O
r ( x)(%)
dl
连续函数 n(l); w(l); s(l)
分组直方图
NA;WA; SA
l
图 3-1 纤维长度分布示意图
（2）质量加权长度 （3）截面加权长度
∑∑ ∫ B =
WAl = 1 WA W
W lmax
0
A
⋅l
⋅
dl
（3-2）
H
=
∑ SAl ∑ SA
=
1 S
∫ S lmax
0
A
⋅ l ⋅ dl
（3-3）
2．纤维长度界限及含量值 （1）长度界限
纤维长度界限或称界限长度（mm）是在某特定纤维含量值C（％）条件下的纤维长度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。 （2）短纤维含量
纤维长度表达中纤维含量值一般是指短纤维的含量值SFC。通过设定最大短纤维长度界限LSF确 定，
第三章
纤维形态特征
1
SFCn =
图 3-6 梳片式长度测量原理图
第三章
纤维形态特征
3
2．逐根测量 （1）Wira 法
（2）AFIS 测量
图 3-7 Wira 单纤维长度仪机构及原理示意图
气流
单根纤维 光源
光束
透镜
检测器 V(40O)
气流
V(0O)
图 3-8 AFIS 纤维长度测量原理图
3．纤维须丛法 （1）光照影法(HVI)
HVI900 (High Volume Instruments)是在上世纪 80 年代初研制出的一种大容量棉纤维测试仪，可 以测量原棉品质的多个指标，如长度和长度均匀度、跨距长度、短纤维指数、强力和伸长率、细度 和成熟度、色泽、杂质和棉结以及含水率等。
100
x Lm
A
Lmax
（2）微夹取法
L 为上半部平均长度 1/ 2
QL 为品质长度
50
C
L2.5 Lmax
L50
Lm
x
L QL 1/ 2
图 3-10 纤维长度累积分布与透光曲线 r(A) 的关系
后罗拉
前罗拉
罗拉隔距
同时握持
后罗拉 握持纤维
浮游纤维
前罗拉 握持纤维
同时握持
图 3-11 跨距长度对罗拉距离的意义
C
最大长度点
L
交叉点
上 4 分位长 下 4 分位长
L2 L4
L5
A Α2
L1 L3
O
B2 B4
B5
B1 B3
B
图 3-2 拜氏图的意义及长度求法
（a）直接量取特征长度值
（b）作图及计算的长度特征值
（2）Almeter 测量
显示
计算机
打印
检测
A/D
一端齐试样
电容器
导杆
控制
移动
电动
图 3-3 Almeter 长度测量仪工作原理示意图
图 3-4 累计分布和频率密度函数
（3）罗拉法
70N 皮辊
9.5mm
罗拉 蜗轮
蜗杆
手柄
上短 下长
厚度 俯视
图 3-5 累计分布和频率密度
该测量可得到重量加权的长度分布数列或直方图，可计算前述所有指标。
（4）梳片法
毛条（纤维条）梳片 ···第 2 次 第 1 次 第 i 次
10mm
10mm
3mm
<5mm
的质量克数。
Nt
=
1000Gk L