纺织材料学大题解答

试论述纤维的拉伸破坏机理答：纤维开始受力时，其变形主要是纤维大分子链本身的拉伸，即键长、键角的变形。

拉伸曲线接近直线，基本符合虎克定律。

当外力进一步增加，无定型区中大分子链克服分子链间次价键力进一步伸展和取向，这时一部分大分子链伸直，也有可能从不规则的结晶部分中抽拔出来。

次价键的断裂使非结晶区中的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形比较显著，模量相应逐渐减小，纤维进入屈服区。

当错位滑移的纤维大分子链基本伸直平行时，大分子间距就靠近，分子链间可能形成新的次价键。

这时继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键长、键角的改变和次价键的破坏，由此进入强化区，并表现为纤维模量再次提高，直至达到纤维大分子主链和大多次价键的断裂，致使纤维解体。

分析影响纤维拉伸破坏性能的因素纤维内部结构：1、大分子聚合度：纤维的强度随聚合度的增加而增加，但当n增加到达一定值后，n再增加，纤维强度增加减慢或不再增加。

2、结晶度：结晶度愈高，纤维分子排列愈规整，缝隙孔洞较少且较小，分子间结合力愈强，纤维的断裂强度、屈服应力和初始模量都表现的较高。

3、大分子取向度：取向度高的纤维，有效承力分子数目较多，故纤维的断裂强度、屈服应力和初始模量都较高，而断裂伸长、屈服伸长和断裂功均较低。

试验条件：1、温度和相对湿度：一般纤维随温度升高，强度、初始模量降低，断裂伸长率增加（蚕丝例外）。

一般纤维随相对湿度增加，强度降低、初始模量降低，伸长增加，但天然纤维素纤维的强度反而增加。

2、试样长度：试样长度越长，弱环出现的机率愈多，测得强度愈低。

3、试样根数：由束纤维试验所得的平均单纤维强度要比以单纤维试验时所得的平均单纤维强度低，且束纤维根数越多，两者差异越大。

4、拉伸速度：拉伸速度大，纤维强度偏高，但对断裂伸长的影响无规律性。

5、拉伸试验机类型：不同试验机对试样加负荷的方式不同，会影响试验结果。

纤维拉伸后会产生哪几种不同特征的变形答：纤维在拉伸变形恒定条件下，应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。

纤维在一恒定拉伸外力作用下，变形随受力时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。

几种形变：急弹性变形、缓弹性变形、塑性变形。

试述长丝纱和短纤维纱的拉伸断裂机理。

答：由于加捻的作用，纱中纤维相互紧密抱合，纱线的断裂过程就是纱中纤维的断裂和相互滑移的过程。

关于纱中纤维断裂破坏的过程，目前存在两种相反观点。

一是：在细纱拉伸过程中伸长大的外层纤维先被拉断，然后逐渐向内层纤维扩展。

另一种认为：纱线断裂时，中心即内层的纤维先断，然后纤维的断裂向外层扩展。

长丝纱断裂以纤维断裂为主，纤维不易滑脱和拔出，当长丝纱拉伸至最大断裂负荷时，仍有部分纤维未断裂，表现出明显的纤维断裂不同时性。

短纤维纱断裂时，在断裂区内，只有部分纤维断裂，有相当部分纤维仅相互滑脱，通常纤维越短，捻度越低，滑脱部分比例越高。

纺织纤维是如何分类的天然（植物纤维、动物纤维、矿物纤维）—化学（再生纤维、合成纤维、无机纤维）讨论吸、放湿滞后的因素并解释答：a能量获得概率的差异。

水分子要脱离和蒸发必须获得能量，而这一能量的获得，取决于其他高速运动粒子的碰撞，存在一个发生概率，或取决于更高的温度，但放湿与吸湿的环境条件是一致的，因此存在明显的能量与概率差异。

b水分子进出的差异。

水分子进容易、出困难、进快速、出慢速，进多通道、出单方向，是明显的滞后。

c纤维结构的差异。

主要体现在吸湿后纤维不可逆的膨胀与微结构的变化，都导致有更多的机制保留水分子。

d水分子分布差异。

浓度的分布不一致存在明显的进入与退出的差别。

e热能作用的差别。

水分子进入纤维时的动能不会都以热能形式储存，导致退出时热能不足。

试述影响纤维的吸湿机制及理由。

吸湿机理是指水分与纤维作用及其附着与脱离过程。

Peirce理论认为纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分。

直接吸收水分是由纤维分子的亲水性基团直接吸着的水分子,它紧靠在纤维大分子上,使纤维大分子间的结合力变化,影响着纤维的物理性能；间接吸收水分则接续在已被吸着的水分子上,间接地靠在纤维大分子上,属液态水,也包括凝结于表面和孔隙的水，间接吸收水分对纤维的物理机械性质也有影响,尤其对纤维形态有影响。

影响纤维吸湿的因素答：内因：1.亲水基团的作用；纤维大分子中，亲水基团的多少和亲水性的强弱是影响其吸湿性的最本质因素。

2.纤维的结晶度；水分子只能进入纤维的无序排列区域，故纤维的结晶度越低，吸湿性能越强。

3.纤维的比表面积和内部空隙；纤维的比表面积越大，表面能越高，表面吸附的水分子数越多，纤维的吸湿性也越好。

纤维内的孔隙越多越大，纤维吸湿性越强。

4.纤维中的伴生物和杂质；纤维的各种伴生物和杂质对吸湿能力也有影响。

如羊毛表面的油脂是拒水性物质，不利吸湿，麻纤维中的果胶和蚕丝中的丝胶有利吸湿。

外因：5.温湿度和气压；集中体现在纤维表面的凝水和纤维间的毛细吸水。

6.空气流速的影响；当纤维材料周围空气流速快时，有助于纤维表面吸附水分的蒸发，纤维的平衡回潮率会降低。

不同吸湿性的纤维吸湿后力学性质有和变化答：纤维吸湿后，其力学性质如强力、模量、伸长、弹性、刚度等随之变化。

一般纤维随着回潮率的增大，其强力模量、弹性和刚度下降，伸长增加。

原因是大分子链间的相互作用力减弱，分子易于构象变化和滑移。

纺织纤维的断裂强度随回潮率增大而降低，但天然纤维素纤维，如棉麻则相反，为什么（上面后一句+）但棉麻聚合度高，分子链极长，回潮率增大后，大分子链间氢键削弱，增强了基原纤或大分子链间的滑移能力，调整了原来的张力不均匀性，大大降低或缓解了分子链间断裂的不同时性，使纤维强度提高。

吸湿对纺织工艺的影响纺织工艺：湿度太大，纤维回潮率太大，不易开松，杂质不易除去，纤维容易互相扭结，使成纱外观疵点增加。

湿度太低，纤维回潮率太小，会产生静电现象。

织造工艺：湿度太大，纱线回潮率太小，纱线较毛，影响顺利通过棕眼和筘齿，使经纱断头增多，而且会造成经纱开口不清，形成跳花、跑纱、星形跳等疵点，并影响织纹清晰度。

所以织造车间的相对湿度一般控制较高。

但太湿会使纱线容易伸长、弹性差。

纤维卷曲对加工和使用有何影响。

答：纤维卷曲将使纤维的横向占有空间变大，而增加纤维集合体的膨松性，使纤维纵向收缩具有潜在的弹性伸长，从而增加纤维集合体的纵向可变形性。

在增加材料的膨松性与弹性的同时，又使纤维集合体的力学性能得到保持或损失较小。

担对加工成形中纤维的滑移的控制变得不易和有跳跃。

纤维卷曲甚至会使单纤维或纤维束的制样与测量变得困难，影响实际拉伸与卷曲的准确测量。

增加纤维或纤维集合体中的静止空气量的方法及依据。

答：控制纤维集合体密度，降低空气流动性；通过控制纤维层的体积质量密度，维持较多的静止空气；纤维细度越细，纤维制品中静止空气作用越强；纤维空腔量越大，静止空气越多。

试述纤维影响纤维摩擦系数的因素答:1.纤维与纤维间的相对滑移速度的影响;一般速度增加，先增后减 2.表观接触面积的影响;F=N+A 3.正压力的影响;F=N+N c 4.表面粗糙度的影响;粗糙度增加，先增后减 5.表面硬度;正压力作用下，增大纤维间接触面积。

接触点塑变导致机械锁结解体。

6.纤维外观形态及表面附着物的影响;圆形截面摩擦作用较大，棉蜡、油脂使减小7.环境温湿度的影响.温度、相对湿度大，摩擦抱合作用大。

纤维在热的作用下，会出现哪些热力学状态其力学特性与纤维内部结构特点是什么玻璃化温度和熔点在产品加工和使用中有什么重要意义答：纤维受热作用时，性状会发生变化，较低温度时纤维性状稳定，强度较高，延伸度较小初始模量较大。

温度逐渐升高时，强度下降，延伸性增大，模量降低。

当温度不同时，其内部结构会出现力学三态及转变特征：(1)玻璃态（2）玻璃化转变区（3）高弹态（4）粘弹转变区（5）粘流态。

纤维双折射现象产生的原因及测量方法。

答：原因：当光沿着不同方向传播时，由于在该物质不同方向上的光密度不同，使得光的传播产生差异。

测量方法：分为间接（浸没法）和直接测量方法。

为何羊毛的丝光是劣化处理优化性质的丝光处理羊毛丝光的基本原理是将羊毛表面鳞片部分或全部腐蚀去掉，以达到丝光的效果。

这种处理使纤维力学性能摩擦性能和光泽上都发生了根本的变化，但在羊毛结构和力学性质上肯定是劣化过程。

丝光法只有氯化剥蚀法和蛋白酶剥蚀法；故优化性质的丝光处理还有待研究。

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合同异;答：天然纤维主要组成物质为纤维素、蛋白质、从纤维状结构的矿物岩石获得的纤维等；化学纤维：凡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统称为化学纤维。

合成纤维：以石油、煤、天燃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。

天然纤维素纤维有哪些主要结构特征答：棉纤维的结构与特征；棉纤维和麻纤维的主要成分是纤维素，其分子式为(CHO)，各层次结构：表皮层、初生层、次生层、中腔。

羊毛纤维的基本组成是α氨基酸螺旋大分子，羊毛纤维是多细胞结构体，有两类细胞：鳞片细胞和皮质细胞。

蚕丝是昆虫加工的纤维，无细胞结构。

大分子也是α氨基酸结构，称丝朊或丝蛋白质。

蚕丝由丝胶和丝素构成，丝胶包覆于丝素之外，丝素则是蚕丝纤维的主体。

试述棉、苎麻、绵羊毛、家蚕丝、粘胶纤维、涤纶纤维的纵横向形态特征。

棉：天然转曲；腰圆形、有中腔。

苎麻：横节竖纹；腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹。

绵羊毛：鳞片大多呈，环状或瓦状；近似圆或椭圆形，有的有毛髓。

桑蚕丝：平滑；不规则三角形。

粘胶：多根沟槽；锯齿形、有皮芯结构。

涤纶：平滑；圆形。

棉纤维的生长分为三个时期：1生长期：主要长长度2、加厚期：细胞壁加厚3、转曲期：当棉铃裂开吐出絮，棉纤维与空气接触，纤维内水分蒸发，胞壁发生扭转，形成不规则的螺旋型态，称为天然转曲。

棉纤维的截面结构：初生层：很薄，外有棉蜡和果胶，棉蜡对棉纤维有保护作用。

次生层：由纤维素组成。

它的发育加厚情况决定了棉纤维的主要物理性质。

中腔：棉纤维停止生长后，胞壁内遗留下来的最内层的空隙称为空腔。

它对棉纤维的颜色有羊毛纤维分截面形态结构和纵向形态：1 纵向形态：呈鳞片覆盖的圆柱体2、截面形态：近似圆形 3 截面结构：表皮层：皮质层：髓质层。

蚕丝的截面形态是椭圆形，单根丝素的截面为角圆的三角形。

蚕丝的纵向较平直光滑。

化纤制造包括四个步骤：1高聚物的提纯或聚合2纺丝流体的制备：熔融法和溶液法3、纺丝4、后加工的目的：通过后加工改善纤维的物理性能，适当降低伸长，提高强度。

短纤维纱和化纤长丝纱加工的基本原理;答：短纤纱的加工过程为：纤维开松（除杂和混合）→梳理成网→成条→并条混合→牵伸加捻→成纱→卷装成形。

化纤长丝纱的加工基本流程：熔融、干法、湿法——初生丝——牵伸、热定形——成长丝纱。