(优选)纤维形态的表征
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
第五章 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）
课后作业
细度指标表示及其单位
指标 线密度 表示 Nt(Ntex、Tt) Ndt(Ndtex、 Tdt) 单位 特克斯(tex) 、号 分特(dtex) 适用品种 棉、麻、毛
纤度
公制支数 英制支数
ND Nd(Nden))
Nm Ne
旦尼尔(Denier) 旦(Den、D)
公支(Nm、N) 英支(S)
蚕丝、化学长丝
一、纤维的细度指标
（四）其它指标
马克隆值(Micronaire)：一定量棉纤维在规定条件下的空气流量(P60)
反映棉纤维细度与成熟度的综合指标 数值越大，纤维越粗，成熟度越高 无量纲，分为三级 A级：3.7-4.2(最好) B级：3.5-3.6和4.3-4.9(标准级) C级：3.5以下和4.9以上(最差) 各种细度羊毛实际可能纺得的英制精梳毛纱支数 表示平均直径在某一范围内的羊毛细度指标 用某一数值代号表示羊毛纤维的直径范围，数值越大，羊毛纤维越细， 可纺支数也越高
羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。 一般化学短纤维的卷曲数的卷曲数为12～14个/cm
2、卷曲率(%)
L1 L0 C 100% L1
表示纤维卷曲后的缩短程度
第三节 纤维的卷曲与转曲
二、纤维卷曲的指标
3、剩余卷曲率(%)
(优选)纤维的鉴别与品质评定
烧毛发臭味
合成纤维 收缩、熔融 熔融燃烧 继续燃烧 硬块 特殊气味
四、化学溶解法（chemical dissolution ）
1、原理：
根据各种纤维在不同试剂中的溶解性能的差异来鉴别纤维。
2、适用范围：
各种纺织材料，包括染色纤维或混合成分的纤维、纱线与 织物。
3、方法：
对于单一成分的纤维，鉴别时可加入少量待鉴别的纤维放 入试管中，注入某种溶剂，用玻璃棒搅动，观察纤维在溶 液中的溶解情况
3、适用范围：
适用于单一成分的纤维、纱线和织物，不适用于混合成分 的纤维、纱线和织物，或经过防火、防燃等整理的材料
表 9-1 三大类纤维的燃烧特征
纤维类别 纤维素纤维 蛋白质纤维
接近火焰 不熔不缩
收缩
在火焰中 迅速燃烧
渐渐燃烧
离开火焰后 继续燃烧
不易延烧
残留物形态 细腻灰白色 松脆黑灰
气味
烧纸味
纤维种类 棉
丝光棉 黄麻（生）
黄麻 羊毛 蚕丝（脱胶） 普通粘胶 有光粘胶 涤纶 锦纶 维纶涤纶
荧光颜色 淡黄色 淡红色 紫褐色 淡蓝色 淡黄色 淡蓝色
白色紫阴影 淡黄色紫阴影 白色青光很亮
淡蓝色 淡黄色紫阴影
九、鉴别纤维的新技术
电镜技术、X射线技术、差热分析技术、红外光谱 技术
十、系统鉴别法 2．系统识别与特征识别
（优选）纤维的鉴别与品质评定
二、显微镜观察法
原理：根据各种纤维的纵、横向形态特征来鉴别纤维
图9-1棉纤维纵横向照片
图9-3苎麻纤维纵横向照片
图9-2 丝光棉纵横向照
图9-4 亚麻纤维纵横向照片
图9-5黄麻纤维纵横向照片
图9-7 大麻纤维纵横向照片
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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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；
纺织材料学(于伟东-中国纺织出版社)课后答案
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。
第4章 纤维形态的表征
O
x
光电式长度测量
利用特制的梳夹在取样 器上随机抓取纤维，经 过梳理制成一个纤维平 行伸直、均匀分布的试 验须丛。 从距离梳夹根部 3.8mm处开始，以光 线向须丛梢部进行光电 扫描来测定纤维长度。 测定的结果是以跨距长 度来表示。 可以获得照影机曲线。
跨距长度
跨距长度（S.L），是指光电扫描梳夹外面的纤维 须丛时，以距离梳夹根部3.8mm处（即光电扫描 处）的纤维根数作为100％，如果扫描到相对于 此处纤维根数某一百分数时，光电扫描线到梳夹 根部的距离。
纤维品种
海岛棉 埃及棉 美棉 印度棉 中国棉
纤维宽度（μ m） 平均截面积 断面积比(%) 当量直径
范围 平均 15～27 16～28 18～20 20～24 28～45 μ m2 100 110 160 200 350 胞壁 97 97 97 94 96 中孔 3 3 3 6 4 μ m 3.18 3.34 4.03 4.5 5.96
一端齐试样
检测 电容器
A/D
控制
导杆
移动
电动
机
（1）一端整齐法
——长度测量方法
– 罗拉法
•棉 • 巴布长度（质量）
蜗轮 手柄 蜗杆 俯视 9.5mm 70N 皮辊 上短 厚度 下长
罗拉
– 梳片法
• 苎麻、羊毛、不等 长化纤 • 巴布长度（质量） • 根数加权长度
毛条（纤维条） 梳片
· · · 第2次 第1次
– 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。
I0 输入 光强 I 输出 光强 扇形 透镜 钳口线 上透镜 钳口线 3.81mm 导光纤维 光源 集光镜 平面型透镜 试样
纤维的形态表征
4. 检验方法: 中腔胞壁对比法 a/b 偏振光法 气流仪法
Q
P0 (μ)
R P Q
M, SS,
L
K
Q
P１
第五节 羊毛纤维的缩绒性
摩擦效应：由于鳞片的指向特点，羊毛沿长度方 向的摩擦，滑动方向不同，摩擦系数不同，逆鳞 片摩擦系数比顺鳞片摩擦系数大的现象
缩绒性:
1.定义: 羊毛在湿热和化学试剂的作用下,经机械外 力反复挤压,纤维集合体逐渐收缩紧密,并相互穿 插纠缠,交编毡化的性能
3. 气流仪法: 马克隆尼值
接近线密度值(ug/mm)
Q
P0 (μ)
R P Q
M, SS,
L
K
Q
P１
A级（3.7-4.2）、 B级、 C级( <3.4级，>5.0级 ） 4. 振动法
第三节 纤维的卷曲或转曲 一 天然转曲 天然转曲数: 一般以单位长度(cm)中扭转180
度的个数表示
测定方法:显微镜法 在一定的张力和温度下进行
罗拉 蜗轮
蜗杆
手柄
上短 下长
厚度 俯视
3. 罗拉法(重量加权)
主体长度Lm : 一批棉样中含量最多的纤维的长度
平均长度 L : 纤维长度的平均值
品质长度 LQ : 比主体长度长的那部分纤维的重量 加权平均长度. (用于确定棉纺工艺参数)
Ls L 平均 Lm LP
l
短绒率 R: 指纤维长度短于某一长度界限的 纤维重量与所测试纤维总重量之比
3.截面加权 Ls = H
N; W ; S
n(l); w(l); s(l)
Almeter 法 (豪特长度)
连续函数 n(l); w(l); s(l)
第三章纺织材料学纤维形态的表征
可得到豪特长度分布、巴布长度分布 和须从曲线图，及各长度特征值。
（3）罗拉法：棉纤维
70N 皮辊
9.5mm
罗拉 蜗轮
蜗杆
手柄
上短 下长
厚度 俯视
图3-5 罗拉法测试原理
可得到质量加 权的长度分布 数列或直方图。
（4）梳片法：毛、麻、仿毛类纤维
毛条（纤维条）梳片 ···第 2 次 第 1 次 第 i 次 10mm
（2）Almeter测量法
显示
计算机
检测
A/D
一端齐试样
电容器
导杆
移动
打印
% 100
控制
50 r(l)
电动
机
O
累积分布函数
S () F (l) W () 或M ()
N ()
频率密度函数
s(l) f (l) w(l) 或m()
n(l)
F(l)
e
lmax l
图3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图 图3-4 累积分布和频率密度函数
第三章 纤维形态的表征
纤维的形态（几何外观形态）表征是指: 纤维的长度、细度、截面形状、卷曲或转曲等
与纺织加工参数的确定，纱线、织物质量、性能 和风格有关
第一节 纤维的长度及其分布
纤维长度直接影响纤维的加工性能和使用价值，反 映纤维本身的品质与性能，是纤维最重要指标之一， 是纺织加工中的必检参数。
H
Sll 1 Sl S
lmax 0
Sl
l
dl
H s( l )l 1 lmax s( l )l dl S0
豪特长度的变异系数：
CVH
H
H
100%
2．纤维长度界限及含量值
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。
3纤维的形态特征及表征
二、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 ——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 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。 维的根数n，计算Nm。 梳理—切断—称重—数根数— 梳理—切断—称重—数根数—计算 Nm＝L/G=10× 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”。 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。 ——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。 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。
2.化学纤维 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。
第二节 纤维的细度
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 Ntex、分特Ndtex、旦数Nden、公制支 数 Nm 等。
第三章 纤维的形态尺寸及表征
2.化学纤维 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。
第三章 纤维的形态尺寸及表征
第一节 纤维的长度 纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距 离 。 （伸直长度） 天然纤维：长度随动物、植物的种类、品系与生 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; 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
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。 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， 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 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。 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卷曲伸直长度 3.卷曲回复率： 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70～80%。 一般短化纤的该值约为70～80%。 4.卷曲弹性率：指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对伸直长度的 4.卷曲弹性率：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10%。 一般短化纤的该值约为10%。
纤维的辨别
纤维的辨别纤维1、手感目测法：此法适用于呈散纤维状态的纺织原料。
(1)、棉纤维比苎麻纤维和其它麻类的工艺纤维、毛纤维均短而细，常附有各种杂质和疵点。
(2)、麻纤维手感较粗硬。
(3)、羊毛纤维卷曲而富有弹性。
(4)、蚕丝是长丝，长而纤细，具有特殊光泽。
(5)、化学纤维中只有粘胶纤维的干、湿状态强力差异大。
(6)、氨纶丝具有非常大的弹性，在室温下它的长度能拉伸至五倍以上。
2、显微镜观察法：是根据纤维的纵面、截面形态特征来识别纤维。
(1)、棉纤维：横截面形态：腰圆形，有中腰；纵面形态：扁平带状，有天然转曲。
(2)、麻（苎麻、亚麻、黄麻）纤维：横截面形态：腰圆形或多角形，有中腔；纵面形态：有横节，竖纹。
(3)、羊毛纤维：横截面形态：圆形或近似圆形，有些有毛髓；纵面形态：表面有鳞片。
(4)、兔毛纤维：横截面形态：哑铃型，有毛髓；纵面形态：表面有鳞片。
(5)、桑蚕丝纤维：横截面形态：不规则三角形；纵面形态：光滑平直，纵向有条纹。
(6)、普通粘纤：横截面形态：锯齿形，皮芯结构；纵面形态：纵向有沟槽。
(7)、富强纤维：横截面形态：较少齿形，或圆形，椭圆形；纵面形态：表面平滑。
(8)、醋酯纤维：横截面形态：三叶形或不规则锯齿形；纵面形态：表面有纵向条纹。
(9)、腈纶纤维：横截面形态：圆形，哑铃形或叶状；纵面形态：表面平滑或有条纹。
(10)、氯纶纤维：横截面形态：接近圆形；纵面形态：表面平滑。
(11)、氨纶纤维：横截面形态：不规则形状，有圆形，土豆形；纵面形态：表面暗深，呈不清晰骨形条纹。
(12)、涤纶、锦纶、丙纶纤维：横截面形态：圆形或异形；纵面形态：平滑。
(13)、维纶纤维：横截面形态：腰圆形，皮芯结构；纵面形态：1~2根沟槽。
3、密度梯度法：是根据各种纤维具有不同密度的特点来鉴别纤维。
(1)、配定密度梯度液，一般选用二甲苯四氯化碳体系。
(2)、标定密度梯度管，常用的是精密小球法。
(3)、测定和计算，将待测纤维进行脱油、烘干、脱泡预处理，做成小球投入平衡后，根据纤维悬浮位置，测得纤维密度。
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。
麻纤维显微形态结构特征
麻纤维显微形态结构特征
麻纤维是从麻植物的茎部提取而来的一种天然纤维素纤维，具有许多
独特的结构特征。
以下是有关麻纤维的显微形态结构特征的详细描述。
麻纤维的显微形态结构可以分为两个部分：纤维的外观特征和纤维的
内部结构。
麻纤维的外观特征：
1.长度：麻纤维通常有较长的长度，一般在20毫米到150毫米之间，有些甚至可以达到5厘米以上。
2.直径：麻纤维的直径较细，一般在10微米左右。
3.形态：麻纤维常呈细长的细胞型。
纤维通常是柔性的、细长的且中空，外观上呈细长的筒状结构。
4.表面特征：麻纤维的表面通常很光滑，呈现出细腻的亮白色。
麻纤维的内部结构：
1.单纤维结构：麻纤维由细胞组成，每个细胞是一个单独的纤维，由
纤维素和次生壁组成。
2.细胞形态：麻纤维的细胞一般呈长条状，且具有中空的通道。
细胞
壁较薄，内部含有许多空气孔和小孔。
3.纤维素含量：麻纤维的纤维素含量较高，通常约为80%到85%。
4.次生壁特征：麻纤维的次生壁较为明显，厚度较大，富含纤维素。
次生壁内的纤维素纤维有规律的排列，呈现出网络状或网格状结构。
5.麻纤维中的纤维素纤维：麻纤维中的纤维素纤维往往较粗，并且彼此之间一般并排排列。
总结起来，麻纤维的显微形态结构特征主要包括：纤维的细长形态、亮白光滑的表面、单纤维结构、中空通道、薄壁细胞、纤维素含量较高、明显的次生壁、网络状的纤维素纤维等。
这些特征使得麻纤维具有较高的强度、耐久性和透气性，使其在纺织、造纸和建筑材料等领域有广泛的应用。
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累积分布函数
S () F (l) W () 或M ()
N ()
频率密度函数
s(l) f (l) w(l) 或m()
n(l)
F(l)
r() 为须从长度分布
O
e
lmax l
图3-4 累计分布和频率密度函数
70N 皮辊
9.5mm
罗拉 蜗轮
蜗杆
手柄
上短 下长
厚度 俯视
图3-5 罗拉法测量原理图
图3-12 普通夹与微夹持的区别及理想夹取
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
图3-13 各实测长度分布的转换计算示意图
四、典型纤维的长度表达
1．棉纤维
(1)手扯长度 (2)主体长度: 指纤维试样中含量最多的纤维的长度; (3)品质长度: 右半部平均长度,是指比主体长度长的那一部
CVL n
Ln
Ln
100
（2）质量(重量 )加权长度
Lm = Lw=巴布（Barbe）长度B
B
Wl 1 W W
W lmax
0
l
dl
B w(l)l lmax w(l) l dl 0
W N S l γ为纤维密度；S为单根纤维的平均截面积
B
Nl2 1 Nl Ln
2．逐根测量
图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图
Wira(英国羊毛工业研究协会)单纤维长度仪是早期用以加速测 量精梳毛条中各根纤维长度的一种半自动仪器，可以手工快 速测量单纤维的伸直长度。
气流
单根纤维 光源
光束
透镜
气流
检测器 V(40O)
V(0O)
图3-8 AFIS纤维长度测量原理图
AFIS (Advanced Fiber Information System)，Uster公司，用红 外光束快速检测单根棉纤维的长度，以及直径、棉结和杂质 的尺寸及数目的单纤维测试仪
分纤维的重量加权平均长度; (4)基数S: 以主体长度为中心，前后5mm范围内的质量百分
lmax 0
N
l
2
dl
CVB 100 ( B B) B Ln (1 CVL2n )
（3）截面加权长度Ls
Ls理论上是由质量加权长度引出,典型的表达为豪 特（Hauteur）长度H，Ls=H
H
Sl S
1 S
lmax 0
S
l
dl
H
s(l )l
lmax 0
s(l) l
dl
S ，截面的频数函数； s(l)，频率密度函数
短纤维含量SFC，通过设定最大短纤维长度界限LSF 确定，基本表达形式是 SFC％（ < LSF mm）
二、纤维长度分布的基本测量
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，如人 工手排（罗拉法）或梳片排（梳片法）和机械自动 排（Almeter法）
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
2.5％跨距长度：指离纤维梳子即钳口线3.18mm处纤维相 对根数为100％时，从钳口线到纤维根数为2.5％处的距离； 50％跨距长度是指钳口线到纤维根数为50％的距离
普通夹
微夹
理想的
若假设各单纤维的截面积Si 是一致的，则截面加权长 度直接等于根数加权长度。 Si =S，S(l) = N(l)·s，或s(l) = n(l)·s，
2．纤维长度界限及含量值
纤维长度界限（mm） ：或称界限长度，某特定纤 维含量值C（％）条件下的纤维长度LC，如C=2.5％， 则长度界限为L2.5。
3．纤维须丛法
光照影法(HVI，High Volume Instruments )
I0
I
钳口线
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
3.81mm
试样 x
3.81mm 须丛 曲线
x ln I0 abc I
（优选）纤维形态的表征
2020/9/19
1
（1）根数加权长度
Ln
N 1 N N
lmax 0
N
l
dl
N为纤维的总根数； Ni为纤维频数分布函数； lmax为最长纤 维长度
Ln
n(l) l lmax n(l) l dl 0
n(l)＝ Ni /N，表示纤维长度的频率密度函数
根数加权长度的变异系数
我国棉纤维长度检验标准中使用的方法，采用的长度指标有 主体长度、品质长度、短纤维率、重量平均长度、长度均匀 度和基数，多被纤维须丛测量法（HVI系统）所替代。
毛条（纤维条）梳片 ···第 2 次 第 1 次 第 i 次 10mm
10mm 3mm
<5mm
图3-6 梳片式长度测量原理图
多用于毛、麻或仿毛类纤维长度的测量。将置于多排、等距（10mm）梳 片内的纤维条，从头端以3mm的间距夹持取下，并转移至另一相同的梳 片架上，排成一端整齐的纤维丛。然后将排齐的纤维从头端每10mm分组 取下，称重，得纤维各长度组的重量数据和长度分布直方图。
C 最大长度点 OB4=OB3/4 B5B3=OB3/4
L
交叉点
上 4 分位长 下 4 分位长
L2 L4
L5
A
L1 L3
O
B2 B4
B5
B1 B3
B
图3-2 拜氏图的意义及长度求法
最大长度OC，交叉长度OL，有效长度L4B4
短纤维含量Rn
Rn
B3B OB
100
纤维长度的整齐度K（％）
K 100(1 L5B5 ) 100(1 ) L4B4
显示
计算机
打印
检测
A/D
一端齐试样
电容器
导杆
控制3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图
原理：电容值与极板间的纤维质量（Δm=S(l)·Δl·γ(l)）成正 比，假设纤维密度γ(l)不随纤维丛长度而变，极板宽度l为常 数，则长度l处的纤维含量只与纤维丛的截面积S(l)有关。
% 100
r(x) 1 ln I0 k(x) I(x)
M((l)) ( 或 100%)
r ( x )(%) 100
3.18mm
L1 / 2
1/2
为上半部平均长度
LQ 为品质长度
50
C
L 2.5
L max
O
x
L
m
L
max
L 50
Lm
x
L QL 1/ 2
图3-10 纤维长度累积分布与透光曲线的关系图
Lm为质量加权平均长度， L1/2为上半部平均长度 整齐度指数（IU）: IU=（Lm/L1/2）×100 整齐度（RU） RU RU=（L50/L2.5）×100