天然纤维

天然纤维（麻、棉、毛、丝）化学纤维（人造纤维和合成纤维）合成纤维的原料主要是石油、煤等化石资源，这些资源具不可再生性；人造纤维原料来源于天然纤维素、淀粉、蛋白质等可再生资源。

纤维：一种柔软细长形状的物体,长径比至少为10：1（纺织用一般大于1000：1），截面积小于0.05mm2，宽度小于0.25mm。

化学纤维包括人造纤维（再生蛋白质纤维，再生纤维素纤维，纤维素酯纤维，溶剂纺纤维纤维素和其他）和合成纤维（杂链纤维和碳链纤维）。

化纤长丝包括:单丝，复丝，捻丝，复捻丝，帘线丝，变形丝。

高性能纤维：具有高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、耐气候等性能特别优异的一类新型纤维。

纤维的细度定义：纤维粗细程度。

细度表示法：公制支数Nm：1克重的纤维所具有的长度米数，Nm↑→纤维越细‖旦数Dn：9000米长的纤维所具有的重量克数Dn↑→纤维越粗‖特Tex：1000米长的纤维所具有的重量克数；Tex ↑→纤维越粗。

他们关系如下：旦数×支数=9000；特数×支数=1000；旦数=9×特数；分特数=10×特数。

细度测定方法：直接法（中段切取称重法）和间接法（振动仪或气流仪）纤维的吸湿性定义：标准温湿度（20℃、65%相对湿度），纤维吸收或放出气态水的能力；纤维的吸湿性表示法：回潮率、含湿率。

纤维吸湿原因：1纤维大分子结构（亲水基团）2纤维结晶度3纤维表面吸湿吸湿性大小：羊毛＞粘胶＞麻、蚕丝＞棉＞醋酯＞维纶、锦纶＞腈纶＞涤纶＞氯纶、丙纶增加吸湿方法：1化学改性：大分子上引入亲水基2物理改性：纤维中造成有规律的毛细孔3表面处理。

吸湿性检测方法：1直接测定法：烘箱法、红外线辐射法、吸湿剂干燥法、真空干燥法2间接法测定法：电阻测试法、电容测试法。

回潮率是试样所含水的重量与干燥试样重量的百分比含潮率是试样所含水量与为干燥试样重量的百分比断裂强度：反映纤维质量的一项重要指标。

断裂强度高，纤维在加工过程中不易断头、绕辊，最终制成的纱线和织物的牢度性；但断裂强度太高，纤维刚性增加，手感变硬。

纤维在干燥状态下测定的强度称干强度；纤维在润湿状态下测定的强度称湿强度。

回潮率较高的纤维，湿强度比干强度低，粘胶纤维湿强度要比干强度低30％~50％。

大多数合成纤维的回潮率很低，湿强度接近或等于干强度。

纤维的断裂伸长率一般用断裂时的相对伸长率表示，即纤维在拉伸至断裂时的长度比原来长度增加的百分数表示。

纤维的初始模量即弹性模量是指纤维受拉伸而当伸长为原长的1％时所需的应力。

初始模量表征纤维对小形变的抵抗能力。

纤维的回弹性：纤维在外力作用下伸长和释放外力后恢复到原始状态的能力称为回弹性。

纤维回弹性的表示方法有两种：1一次负荷回弹性质---回弹率和弹性功2耐多次变形性：纤维在在多次增加和撤去负荷的过程中循环重复产生形变和发生回复。

纤维在外力作用下的形变总是滞后于应力，这种现象称为滞后现象，这是高聚物粘弹性的一种反映纤维的热稳定性：1物理耐热性：表征纤维在升高温度下测得的机械性能的变化，这种变化在回复至常温时往往能够恢复（属于可复变化）2化学耐热性：表征纤维受热后，机械性能的不可复变化，这种变化是将纤维加热并冷却至常温后测得的，系聚合物发生了降解或化学变化所致。

影响纤维对高温作用的稳定性的因素如下：1高聚物分子链的化学结构2大分子之间是否存在交联3分子间相互作用的强弱4纤维受热时所处的介质(是否有氧和水分存在)5抗氧剂和热稳定剂的性质和含量。

纤维燃烧性能的指标：极限氧指数LOI、着火点温度T、燃烧时间t、火焰温度TB。

极限氧指数LOI：试样在氧和氮气的混合气中，维持完全燃烧所需的最低氧气体积分数。

纤维染色性三要素：色亲和力、染色速度、纤维—着色剂的性质。

染料与纤维的结合：离子键、氢键、偶极、共价键。

染色速度(扩散过程）：取决于染浴中的染料向纤维表面扩散、染料被纤维表面吸附以及染料从纤维表面向纤维内部扩散。

化学纤维的制造步骤：原料制备→纺丝流体制备→化学纤维的纺丝成型→化学纤维的后加工。

其中纺丝液的制备包括熔体法和溶液法。

纺丝熔液的制备有两种方法：一是直接利用聚合后得到的聚合物溶液作为纺丝原液，称为一步法；二是将聚合物溶液先制成颗粒状或粉末状的成纤聚合物，然后再溶解，以获得纺丝液，称为二步法。

常用的纺丝方法根据纺丝流体制备的方法和液体细丝固化的方法不同，分为熔体纺丝和溶液纺丝两类。

熔体纺丝是将成纤高聚物熔体经纺丝喷丝头流出熔体细流、在周围空气（或水）中冷却凝固成型的方法。

此法流程短、纺丝速度高、纺丝速度一般为900～1200m/min，高速纺丝可达4000m/min以上，成本低，但喷丝板孔数较少，长丝1～150孔，短纤维一般为300～800孔，高的可达1000～2000孔，甚至更多。

若用常规圆形喷丝孔，则纺得的纤维截面大多为圆形；采用异形喷丝孔，则纺得的纤维截面为异形。

该法适用于能熔化、易流动、不易分解的高聚物。

溶液纺丝分为湿法纺丝和干法纺丝。

湿法纺丝是将高聚物在溶剂（无机、有机）中配成纺丝溶液后经喷丝头流出细流，在凝固浴中凝固成型的方法。

此法喷丝板孔数较多，一般为4000～20000，高的可达5万孔以上。

但纺丝速度低，约为50～100m/min。

由于液体凝固剂的固化作用，虽然仍是常规圆形喷丝孔，但纤维截面大多不呈圆形，且有较明显的皮芯结构。

该法适用于不耐热、不易熔化但能溶于某一种溶剂中的高聚物。

干法纺丝是将纺丝溶液经喷丝形成细流，溶剂被加热介质（空气或氮气）挥发带走的同时，使得高聚物凝固成丝的方法。

干法纺丝要求采用易挥发的溶剂溶解高聚物。

此法纺丝速度较高，约为200～500m/min，成品质量好。

但喷丝孔数较少，一般为300～600孔，辅助设备多，成本高。

初生纤维是纺丝流体从喷丝孔中喷出刚固化的丝。

初生纤维虽已成丝状，但其结构还不完善，物理机械性能较差，如伸长大、强度低、尺寸稳定性差，沸水收缩率很高，纤维硬而脆，没有使用价值，还不能直接用于纺织加工。

后加工随化纤品种、纺丝方法和产品要求而异，其中主要工序是拉伸和热定型。

短纤维的后加工主要包括集束、拉伸、上油、卷曲、干燥定型、切断、打包等内容。

对含有单体、凝固液等杂质的纤维还需经过水洗或药液处理等过程。

粘胶长丝后加工包括水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、脱水、烘干、络筒（绞）等工序。

涤纶和锦纶6长丝的后加工包括拉伸加捻、后加捻、热定型、平衡、倒筒等工序。

长丝的后加工包括：拉伸加捻，加弹，网络。

短纤维的后加工包括：集束，拉伸，定型，卷曲，上油，切断和打包整个工序。

网络丝是指丝条在网络喷嘴中，经喷射气流作用，单丝互相缠结而呈周期性网络点的长丝。

高聚物流体包括1弹性：分子链构象不断变化2粘性：流动中分子链相对移动。

流变性和可纺性——决定聚合物能否用于生产纤维。

直接纺丝法：将聚合所得到的高聚物熔体送去纺丝，这种方法称为直接纺丝法；切片纺丝：将聚合得到的高聚物熔体经铸带、切粒等工序制成“切片”，然后在纺丝机上重新熔融成熔体并进行纺丝。

纺丝熔体制备：1熔体从喷丝孔挤出2熔体丝条的拉伸3冷却固化4丝条的上油和卷绕。

熔体纺丝特点：在熔体纺丝线上各点的运动速度、丝条的截面积(直径)、所受的各种力以及温度等都在不断发生变化，在纺丝线上形成一种不均匀分布。

这些因素相互交错，十分复杂。

根据聚合物的结构层次, 结合纤维的特点，可以将化学纤维的结构分成三个层次：1成纤聚合物的链结构2成纤高聚物的聚集态结构3纤维的形态结构: 包括微观形态结构和宏观形态结构.微观形态结构指微孔的形状、大小和分布等,；宏观形态结构包括横截面形状、空隙大以及皮芯结构。

卷绕丝-纺丝卷绕处的纤维，其结构包括：结晶结构、取向结构。

研究卷绕丝结构的意义：对纤维的最终结构具有非常重要的影响，控制着进一步加工中的结构变化且间接地影响到成品纤维的纺织加工和使用性质。

纺丝过程中的取向作用的影响：1结晶动力学2纤维中的晶体形态3拉伸工序的进行4成品纤维的取向度。

取向度分为:熔体状态下的流动取向和纤维固化区的形变取向。

研究纺丝线上结晶的意义：1结晶是控制丝条固化的一个极重要的动力学过程2纺丝线上的结晶对卷绕丝的结构和性质起决定作用3结晶过程的发展与纺丝线的应力历史和热历史相联系4对于纺丝线上的温度分布、速度分布等有十分重要的影响。

结晶度随结晶时间有分布曲线即结晶特性曲线。

由三个不同的区域组成：1结晶诱导期：此区的结晶度低且上升缓慢2结晶进行期：结晶度急剧增加3结晶结束期：结晶趋于稳定。

取向结晶的定义:所谓取向结晶，通常是指在聚合物熔体、溶液或非固体中，大分子链由或多或少的取向状态到开始结晶的过程。

熔融纺丝工艺比较：1直接纺丝法：单体—熔融—聚合—纺丝（初生纤维）—拉伸—加捻—复捻—压洗—定型—平衡—络丝—{成品丝}2切片纺丝法：单体—熔融—聚合—铸带—切粒—（聚合物切片）—萃取—切片干燥—熔融—纺丝（初生纤维）—拉伸—加捻—复捻—定型—平衡—络丝—{成品丝}纺丝窗作用：使丝条在冷却过程中只受定向、定量和定质的空气流冷却，冷却速度均匀一致，纤维凝固位置固定。

吹出距离定义：吹风口顶部到喷丝板面的距离。

目的：设置缓冷区→熔体在喷丝孔处慢速冷却→拉伸应力↓→初生纤维预取向度↓，径向双折射率差异小→纺丝性↑。

上油目的：消除静电，防止绕辊；增加丝束的平滑性，防止丝束在导丝辊处产生毛丝增加丝束抱合力，防止丝束松散。

上油的方法：油轮上油。

上油的影响：油剂浓度↑、油盘转速↑、丝束与油盘接触长度↑→上油↑上油↑↑→丝条间的集束性↓→卷绕丝筒成型差→丝条后加工→产生粉末↑、发烟量↑→丝条后加工打滑→成品物理机械性↓。

纺丝（卷绕）速度：定义：第一导丝盘（辊）速度。

范围：900～2000m/min。

影响：纺速↑→纺丝线上速度梯度↑、丝束与冷空气的摩擦阻力↑→卷绕丝预取向度↑（双折射↑）、后拉伸倍数↓→纺速↓→丝束张力↓→卷绕时发生跳动→纺丝稳定性↓、并丝↑。

喷丝头拉伸比：定义：第一导丝盘速度与熔体喷出速度之比。

影响：喷丝头拉伸比↑→后拉伸倍数↓→对卷绕丝预取向度影响小（喷丝头拉伸是在熔体细流未完全固化下发生，大分子取向由于热松弛是可逆的）拉伸热定型卷曲加捻变形拉伸：拉伸→纤维大分子取向→纤维大分子规整排列→强度↑、伸长↓。

热定型：热定型→消除拉伸产生的内应力→纤维沸水收缩率↓、结晶度↑、尺寸稳定↑。

卷曲：赋予与天然纤维一样的卷曲性，增加纤维间的抱合力，提高可纺性。

加捻：加捻→丝束捻度↑→抱合力↑→纺织加工容易。

变形：变形→纤维摩擦系数↑、弹性↑、柔软性↑、蓬松性↑。

湿法纺丝分为：相分离法冻胶法液晶法。

湿纺初生纤维形态结构的沿径向有差异:1外表有皮层2内部是芯层。

1皮层的结构特征：微晶和无定形区尺寸小,结构比较紧密均一取向度高2皮层的性能特征：在水中的膨润度较低；吸湿性较高；密度较低；对某些物质的可及性较低，对染料的吸收值较低，但染色牢度较高；力学性能较好(断裂强度和断裂延伸度较高，抗疲劳强度和耐磨性能较优越)。