纤维的基本理化性能

2. 不同细度的表示方法 1）线密度表示法（线密度：单位长度的质量）
[ 特克斯]（tex）：号数 指纤维在公定回潮率下，1000m长度所具有的质量（克）
分特[克斯] ：1tex=10dtex
旦[尼尔]（denier）： 指纤维在公定回潮率下，9000m长度所具有的质量（克）
1tex=9denier
2）线密度的倒数表示法（即单位质量纤维具有的长度）
纤维的吸湿性。 （5）纤维伴生物：如棉蜡使棉吸湿性差，果胶使麻吸湿性好，油剂
一般使化纤吸湿性差。
五．纤维的溶胀 溶胀：纤维在吸湿的同时伴随着体积的增大的现象。 纤维溶胀的异向性：直径增大的程度远大于长度增加的程度。 纤维由于吸湿而发生的溶胀现象基本可逆。
第四节 纺织纤维的力学性质
一、有关力学术语
２.纤维的强度
常用相对强度表示
P0

P D
P0－相对强度（N/tex） P－纤维被拉断时所需的力，绝对强度，N
D－纤维的线密度，tex
（１）理论强度
纤维所能承受的最大外力，与键的数量和键的强度有关。
纤维最重要的键： 范德华力
键能：4～21kJ/mol
氢键
键能：8～42kJ/mol
共价键
键能：290～420kJ/mol
1. 纤维：一般认为,凡具有足够的细度(直径＜100μm)和足够的长径比 （长度/直径＞500）, 并具有一定柔韧性的物质。
2. 纺织纤维：长度在10mm以上的纤维。 3. 纺织纤维应具备的特性 可纺性 化学稳定性 染色性
4. 纺织纤维的分类 天然纤维
纤维素类：棉(白/彩棉)、亚麻、苎麻、竹纤 维
及表面光泽的改善都有影响。
2. 纤维的卷曲 一般天然纤维有一定的卷曲。 化学纤维为了纺纱顺利一般进行不同程度的卷曲。
第三节 纺织纤维的吸湿性
一．空气湿度 1.水蒸气分压E
用来表示湿气体的湿度（单位：帕斯卡Pa）。 2.绝对湿度H
单位体积空气中所含水的重量（单位：g/m3）。 3.相对湿度RH
三．纤维的吸湿现象及其表征
大多数纺织纤维放置在大气中会不断和大气进行水分的交换， 纤维一面不断地吸收大气中的水分，同时又不断地向大气放出 水分。
吸湿过程： 吸收水分占主要方面，使纺织纤维重量增加。
脱湿过程： 放出水分占主要方面，使纺织纤维重量减轻。
吸湿性: 纺织纤维吸收和放出水分的性能。
纺织纤维
化学纤维
蛋白质类：羊毛(绒)、蚕丝、驼毛等 再生纤维：粘胶(人造棉)、富纤、醋纤、
天丝(Lyocell) 、大豆纤维
合成纤维：涤纶(的确良)、锦纶(尼龙)、维纶 氨纶(莱卡)、腈纶、丙纶等
第二节 纺织纤维的物理结构
一．纤维的长度 1. 一些基本概念 伸直长度(一般的纤维长度)：纤维在充分伸直状态下的长度 自然长度：纤维在自然伸展状态都有不同程度的卷曲或卷缩，它的
四．吸湿量的表示方法 回潮率：
纺织纤维内水分重量与绝对干燥纤维重量之比的百分数。
含水率：
R G0 G 100% G
纺织纤维内所含水分重量与未经烘干纤维重量的百分数。
M G0 G 100 % G0
R－回潮率 M－含水率 G0－未经烘干的纤维的重量 G－绝对干燥纤维的重量
由于使用需要，有如下几种表示方法 实际回潮率：纤维制品在实际所处环境条件下具有的回潮率。 标准回潮率：在标准状态下，纤维制品达到吸湿平衡的回潮率。
εt
纤维典型应力——应变曲线
脆性破坏：纤维材料在断裂前变形小，在出现屈服点之前断裂， 断裂表面光滑。
韧性破坏：纤维材料在断裂之前有较大形变，拉伸过程有明显的 屈服点和细颈现象，断裂表面粗糙。
（２）纤维应力——应变曲线的类型
纤维的应力——应变曲线
软（柔）和硬（刚）区分模量的低或高。 弱和强是指强度的大小。 脆指无屈服现象，而且断裂伸长很小。 韧指断裂伸长和断裂应力都较高的情况。 断裂功：到t点处纤维应力——应变曲线下的面积，韧性
到应有的强度。
实际物体的破坏是先从其中某些强度薄弱的地方开始， 然后应力逐渐向其他的部位扩展、集中，使较强的地方随即 破坏，使整个材料达不到应有的强度。
纤维的实际强度比理论强度低得多，主要是由于它们 的取向状况不理想，即使高度取向的纤维也或多或少存在未 取向部分，而且结构中还存在裂隙、空洞、气泡以及缺陷、 杂质等弱点，纤维的断裂首先是从这些部位开始。
同一材料的标准回潮率不是定值，在一定范围内波动。 公定回潮率：为贸易、计价、检验等需要而定的回潮率。
（商业回潮率）
1．纤维的吸湿过程 （1）吸湿等温线
平衡回潮率：放置于某一温度和湿度下的纤维，在达到吸湿平 衡时的回潮率。
吸湿等温线：纤维在一定的温度下，通过改百度文库相对湿度所得到 的平衡回潮率曲线。
由此计算出的理论强度通常是实际强度的15～20倍。
（2）纤维断裂机理 纤维断裂是克服了分子内的化学键结合力和分子链间的作用力。
纤维断裂微观过程的三种模型
一般纤维断裂的机理：化学键的断裂和分子间滑移 如果纤维大分子链排列方向是平行于受力方向的，则纤维断裂可能是 （1）或（2），如果大分子链的排列方向是垂直于受力方向的，纤维 的断裂是（3）。
抗张强度（抗拉强度、断裂强度、极限强度）：
使单位面积材料断裂所需的最大张力。
2. 切应力（剪切应力）
方向平行于受力平面
简单的剪切示意图
3. 变形与应变
变形: 物体在平衡的力作用下,发生形状或尺寸的变化。
变形的大小用应变表示。
应变(率)ε:单位长度的变形。
ε=(L-L0)/L0=⊿L/L0
二、纤维的拉伸性质
1. 纤维的应力——应变试验
（1）纤维力学强度的主要指标
a点是比例极限， oa近似一条直线，表示应力与应变成正比，直线的斜率为试样 的弹性模量E，表示纤维材料伸长的难易，直线斜率越大，E越大，纤 维材料越硬，越难伸长。 服伸长率Y。点为屈服点，对应的应力σY为屈服强度或屈服应力， εY为屈 长率。 t点为断裂点，对应的σt为拉伸强度或断裂应力， εt为断裂伸 σt可能高于σY ，也可能低于σY。
（3）实际强度
①纤维的强度与结构的关系
化学结构：增强纤维分子间作用力，引入交联键和增加分子链的 刚性，可提高强度。
分子量：分子量低时，纤维断裂是以分子链的滑移为主，强度较低； 分子量增加，次价键力的总和增大，纤维强度随之增加； 但当分子量增加到一定数值时，次价键力的总和超过 主价键力，纤维断裂以大分子主链断裂为主，强度与分子量 关系不明显。
由此分析，高分子实际断裂不会是以上三种情况的任何 一种，那么断裂的最可能的原因是：
首先发生在未取向部分的氢键或范德华力的破坏，随后 应力集中到取向的主链上，使共价键破坏，随着范德华力和 共价键的不断破坏，最后导致大分子的破坏。
高分子的实际强度与理论强度差异很大，原因如下： 一、高分子的排列没有那么紧密规整。 二、拉伸破坏时每根分子链受力没有很均匀，因而达不
吸湿滞后：脱湿等温线始终高于吸湿等温线，两者不相重合的现象。
纤维的吸湿滞后
吸湿性好的纤维，吸湿滞后现象比较明显，脱湿等温线始终高于吸湿 等温线。对于吸湿性差的纤维，吸湿滞后现象不明显。
原因如下： 水分子进入纤维后，使纤维无定型区的分子链间距离增加，纤维 无定型区的氢键不断打开，纤维素分子间的氢键被纤维素分子与 水分子间的氢键所代替，虽然形成了新的氢键，但仍保持着纤维 素分子间的氢键，即新游离出来的羟基较少。在解吸过程中，水 分子离开纤维，无定型区纤维素分子之间的氢键重新形成，但由 于受内部阻力的抵抗，分子间的距离不能完全回复到未吸湿前 的状况，仍保持较大的距离，被吸着的水不易挥发，即纤维素 分子与水分子之间的氢键不能全部可逆的打开，故吸着的水较 多，因而有较高的平衡回潮率，形成吸湿滞后现象。
结合水：直接吸附的水分，难去除 游离水：间接吸附的水分，易去除
（2）吸湿热
。 纤维在吸湿的同时伴随着热量的放出，这部分热量称为吸湿热
2．吸湿滞后 脱湿等温线：在同样温度下，纤维在相对湿度为100%的空气中 达到吸湿平衡后，测定纤维的回潮率，再使环境的 相对湿度递减并依次测定相应的平衡回潮率，它与 相对湿度绘制而成的曲线即为脱湿等温线。
绝对湿度H与同温度下饱和状态的绝对湿度Hs的比值。 二．标准大气（大气的标准状态）
用温度、相对湿度、大气压三个基本参数表示。 国际标准：温度20℃（热带可为27℃）
RH=65% 大气压力86～106 kPa 我国标准：温度20℃ RH=65% 大气压力1标准大气压（101.3 kPa，760mmHg） 样品在检测前必须在标准大气压下达到吸湿平衡（调湿）。
的标志。
判断高聚物软硬、强弱、脆韧的方法：
模量 拉伸强度 断裂功
软硬 强弱 脆韧
几种纤维的应力——应变曲线
棉纤维：刚而脆，初始模量较高，断裂强度中等，断裂伸长和断裂功较低 羊毛：柔而弱，断裂强度、初始模量和断裂功较低，断裂伸长中等。 蚕丝：刚而强，断裂强度和初始模量较高，断裂伸长和断裂功中等。 涤纶：刚而韧，初始模量、断裂强度、断裂伸长和断裂功较高。 锦纶：柔而韧，初始模量较低，断裂强度、断裂伸长和断裂功较高。
应力：外力使材料发生形变，同时在材料内部产生相等的反作用力
抵抗外力，在单位面积上产生的这种反作用力即为应力。
1. 张应力σ （拉应力）
方向垂直于受力平面
简单的拉伸示意图
张应变ε（伸长率）：单位长度上的伸长。
弹性模量E（杨氏模量）：产生单位张应变所需的张应力。
E= σ/ ε 它表征材料抵抗变形能力的大小。模量越大，材料越不容易变 形，表示材料刚度越大。
纺织纤维与纺织品
1. 不同用途的纺织品对纤维有不同的性能要求 服用纺织品 装饰用纺织品 产业用纺织品
2. 纺织纤维是起决定性作用的因素 纺织品的使用性能——物理机械性能、化学性能 纺织品的审美特性——外观风格 纺织品的经济性——成本、加工费用
3. 选择纤维要考虑纺织品的用途
第三章 纺织纤维的基本理化性能
3．时间和温度对吸湿的影响
。 纤维的吸湿和脱湿达到平衡回潮率所经历的时间是很长的
相对湿度增加，纤维的吸湿增加。 温度对纤维的吸湿有一定的影响。
4．纤维结构对纤维吸湿的影响 （1）亲水性基团：－OH，－NH2，－CONH，－COOH （2）结晶区与非晶区：吸湿主要发生在无定形区与结晶区表面。 （3）纤维内部孔隙：孔隙多，有利于形成毛细管水，吸湿性好。 （4）表面吸附：纤维细，比表面积大，吸附水分子能力强，可提高
不同纤维的吸湿等温线
由曲线可看出

不同纤维的吸湿等温线不同。

吸湿性强的纤维的吸湿等温线呈反S形，吸湿性弱的纤维的
吸湿等温线反S形不明显。

在空气相对湿度为0～15%和70%～100%时，纤维的平衡回
潮率增加较快，而在空气相对湿度为15%～70%时平衡回潮
率增加较慢。
原因如下：
纤维素纤维吸附水分的示意图
麻纱的英制支数计算 1磅重的麻纱，有几个800码，即为几英支
三．纤维的横截面及纵向形态结构 不同的纤维有不同的纵向外观和横截面形状，尤其是天然纤维。
棉纤维
四．纤维的卷曲性能
1. 卷曲对于纺织品的影响 使短纤维纺纱时增加纤维之间的摩擦力和抱合力，使成纱具有
一定的强度。 可以提高纤维和纺织品的弹性，使手感柔软，对抗皱性和保暖性
在外力作用下，纤维中的大分子链不可能均匀承受外 力，而是首先使未取向分子链段间的氢键和范德华力发生破 坏，应力逐渐向其他部位扩展，集中到少量取向的分子链 上，最终使它们被拉断。
棉、麻和粘胶纤维的断裂机理：
棉、麻以大分子断裂为主要原因，由此产生其湿强比干强高。
粘胶纤维以分子间的滑移主要原因，由此产生其湿强比干强低。
公制支数（Nm） 指纤维在公定回潮率下，1g重纤维所具有的长度（m）
英制支数（Ne） 指纤维在公定回潮率下，公定质量为1磅（1b）的纤维（或纱线）所具有 的长度码（yd）数。
例：棉纱的英制支数计算 1磅重的棉纱，有几个840码，即为几英支
精梳毛纱的英制支数计算 1磅重的毛纱，有几个560码，即为几英支
投影长度为自然长度 伸直度：纤维自然长度与伸直长度之比。
2. 长丝和短纤维 长丝：可不经纺纱直接用于织造
蚕丝，化学纤维长丝 短纤维：棉、麻、毛等天然纤维
化学纤维短纤维
3. 纤维长度的特点 纤维长可以纺制较细的纱线 纤维长可以提高纱线强力
二．纤维的细度及其表征方法
1. 纤维的细度对纺织品性能的影响 影响纺织品的弯曲刚性、悬垂性、手感 影响纺织品的光泽 影响纱条的均匀度 影响纱线的抗扭刚度