第二章 纤维的形态特征及表征
第2章 纤维结构特征
1） 主链上原子键旋转性好 ，柔曲性↑； 2）侧链较少，柔曲性↑； 3）主链四周侧基分布对称，柔曲性↑； 4）侧基间（大分子间）作用力较小，柔曲性↑; 5）温度↑，内旋转加剧，大分子链柔曲性↑ ;
• 大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一，
• 柔曲性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较 好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用下， 易被拉伸，易形成结晶。
正皮质细胞：胱氨酸含量少，结构松散，吸湿性 强，化学试剂易侵入，强度弱。
偏皮质细胞：胱氨酸含量多，结构紧密，吸湿 低，化学试剂不易侵入，
髓质层：
由结构松散和充满空气的胞壁细胞组成。 它的存在影响纤维强力、弹性和卷曲，细 羊毛中几乎没有髓质层。
三、合成纤维结构特征
1、涤纶 大分子结构 单体：对苯二甲酸乙二酯
3、微原纤：若干基原纤平行排列结合在一起形成较粗的 基本结晶态的大分子束。
4、原纤：若干微原纤基本平行排列结合在一起形成更粗 的 大分子束。存在一定的缝隙孔洞。
5、巨原纤：原纤基本平行堆砌的更粗大的大分子束。存 在更大的缝隙、孔洞。
6、纤维：由巨原纤堆砌而成。
良好的纤维大分子应具备的条件
大分子主链有一定的长度，能够在分子 链间产生足够多的侧吸引力，侧向直链 短，侧基不过大，使分子链段能平行排 列。
聚合度与纤维的力学性质关系： n↑，纤维强力↑（但增加的速率减小；n至一定程度，
强力趋于不变。）
n的分布：希望n的分布集中些，分散度小些，这对纤维 的强度，耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。
制造化纤时，要控制n的大小。 n太小——强度不好；n太大——纺丝困难。
纤维大分子的构型
定义：由于化学键而引起的原子在空间的排列 形式称大分子的构型。
第二章纤维的结构特征
• (2) 锦纶纤维 (PA) • 锦纶或聚酰胺纤维或尼龙主要特征是大分 子链由酰胺键(－CONH－)连接，主要品种 锦纶6和锦纶66，化学结构式如下： • 锦纶66
H N
H
H (CH2)6 N
O (CH2)5 C
n
O C (CH2)4
O C
n
• 锦纶6
N
• (3) 腈纶纤维 (PAN) • (4) 丙纶纤维(PP) (5) 维纶纤维 (PVA) (6) 氯纶纤维(PVC) P57-59
第二章 纤维的结构特征
第一节 纤维结构的概念 纺织材料的种类很多，性能各异，其根本 原因在于纤维内部结构的不同，性能是结 构的表现。
研究纤维结构的目的: • 了解结构与性能关系，以便我们正确选择 和使用纤维，更好地掌握生产条件，并提 通过各种途径改变纤维结构，有效地改变 性能，设计并生产具有指定性能的纤维和 纺织产品。
• (3) 羊毛的鳞片 • 鳞片为角质化细胞，在成形后失去了细胞 核和原生质，形成为死细胞组织的角质薄 片。
• (4) 羊毛的皮质细胞 • 由于正、副皮质的结构差异，导致一刚一 柔，一伸一缩，使羊毛的整体外观形态呈 弯曲状。正皮质位于弯曲的外侧；副皮质 位于弯曲的内侧。
正皮质
副皮质
• （5）细胞间质 (CMC)
结晶度(%) 30～35 45～50
聚合度 250～300 500左右
强力粘胶
Modal Tencel® 浆粕
50～55
42～46 48～52 55～65
300～350
350～450 500～550 >600
• 2. Lyocell纤维 • Lyocell纤维是可回收溶剂法制备的再生纤维素 纤维。
大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、 聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性 等 聚集态结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、 取向度等 形态结构：纵横向几何形态、径向结构、表面结 构、孔洞结构等
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。
纺织纤维及其形态结构管理知识分析特征
第二章纺织纤维及其形态结构特征纤维是一种细长而柔软的材料，在自然界中具有这种特定形态的素材无处不在。
例如，动物身上的毛纤维、桑蚕吐出的蚕丝、蜘蛛编网的蜘蛛丝、棉花苞中的棉纤维等材料都具有这种特征。
细长而柔软的纤维与纤维会自然地集合、纠缠在一起，也会在外力或人工的作用下堆积、排列、取向，构成不同的纤维集合体，如纤维团、纤维网、纱线、绳索、织物、服装、包装袋、传送带等形形色色的纺织品。
纤维也可以与其他类型的物质材料一起构成具有两相结构的复合材料。
在生物体中也有大量的纤维存在，如蔬菜、木材中的纤维素，人体中的基因、神经，光导纤维在构筑Internet网络世界中也发挥了重要的作用。
在本章中我们重点介绍能够用于纺织加工的纤维材料。
第一节纤维的定义及分类一、纤维的定义纤维是一种细长而且柔软的材料，它的直径较细，为几微米或几纳米，长度则为几毫米、几十毫米甚至上千米，细而长是纤维材料的主要几何形状特征。
纤维还必须具有一定的模量、断裂强度、断裂伸长等力学性能。
纤维同时还是一种柔软的材料。
根据上述分析，纤维可以简单地定义为细长且具一定力学性能的柔性材料。
从广义的角度来看，纤维作为具有特定形状特征的材料普遍地出现在食品、生物材料、复合材料等各类材料中。
从纺织工业（狭义）的角度来看，纤维材料主要是指能在纺织工业体系中加工并用于纺织产品生产的纤维，也称为纺织纤维材料，或简称为纺织材料。
在本书中，“纤维材料”的含义与“纺织纤维材料”“纺织材料”意义基本等同，主要是指可进行纺织加工、用于制作纺织品的纤维材料，一般须满足以下条件：①满足纺织产品使用功能的要求；②具有某些特定的物理和化学性能，可以进行物理和化学的加工；③生产成本较低，产量较大，能以较低的价格大量地供应纺织工业生产。
二、纤维的分类纤维的种类很多，也有多种不同的分类方法。
如果根据纤维的使用范围和场所来分类，可以分为服用纤维、家用（装饰用）纤维和产业用纤维。
如果根据纤维的性能和功能来分类，可以分为常用纤维、高性能纤维和功能纤维。
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。
2021/5/4
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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
第二章纤维的结构特征
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。
纤维的结构特征
第二章纤维的结构特征固态物质的结构有简单、有复杂，如均匀简单结构的玻璃、金属、塑料等，多为人工作为的结果；而天然纤维、生物体乃至人工作为的化学纤维、微米或纳米结构的微机械系统（MEMS 、NEMS）结构极为复杂。
其中纤维的结构是相当复杂的，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。
本章介绍纤维的基本结构及典型纤维的结构特征。
第一节纤维的基本结构和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。
分别涉及形态学、物理学和化学。
特别是现有的形态观察已逼近微观的分子尺度，即化学家们讨论的对象。
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。
诸如纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构成和多重原纤结构，以及存在纤维中的各种裂隙和孔洞。
一般将形态结构按尺度和部位分为表观形态、表面结构和微细结构三类。
表观形态，主要讨论纤维的外观的宏伟形状和尺寸，包括纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等。
表面结构，主要涉及纤维表面的形态及表层的构造，是微观形态和尺度的问题，微细结构，是指纤维内部的有序区（结晶或趋向排列区）和无序区（无定形或非结晶区）的形态、尺寸和相互间的排列与组合，以及细胞构成与结合方式。
由于显微观察术的发展，微细结构的尺度已覆盖了纤维晶区的的一般尺寸（20~200nm ），并可达到1nm 尺度，甚至0.1nm（A 0级）。
因此，聚集态结构和分子结构的内容，已可或将可在以观察学为基础的纤维微细结构中讨论。
纤维是柔软细长物，其微细结构的基本组成单元大多为细长纤维状物质，统称为原纤（fibril），故纤维微细结构的主题内容是纤维的原纤结构与排列。
2、纤维的原纤结构（1）原纤的结构特征纤维中的原纤是大分子有序排列的结构，或称结晶结构。
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）
纤维的表征-王安怡
优：细度评定Hale Waihona Puke 起源，是其他间接纤 称重法
指标测量的校验基础。
维
缺：耗时长，易出错。
细
度
的
表 征
直径测量法
传统显微镜观测法：是其他测量的基 础但速度慢人工干预较多。
OFDA法：快速、大样本、准确、干 扰因素少、适合几乎所有 纤维。
激光纤维直径测量法：是羊毛的标准
测量法但不适用于化学纤维。
谢谢！
纤维的外观形态与表征
---王安怡
纤维的外观形态
一、概念：纤维的外观形态包括纤维长短、粗细、截面形 态和卷曲及转曲。 二、显微镜下各种纤维的纵、横向形态特征：
图1-1棉纤维纵横向照片
图1-2丝光棉纤维纵横向照片
图2-1黄麻纤维纵横向照片
图2-2 大麻纤维纵横向照片
图2-3 苎麻纤维纵横向照片
图2-4 亚麻纤维纵横向照片
度及其分布特征的长度。 缺：纤维的逐跟点数和测量相当
困难复杂，且受纤维自然状
长
态的长度和拽直状态下的影响。
度
的 表
质量加权长度
优：对应各长度组纤维的称重较容易。 缺：会受纤维形态、密度不匀的影响。
征
截面加权长度
优：最接近根数加权长度。 缺：会受纤维形态、密度不匀的影响。
纤维外观形态的表征方法及优缺点
图3-1 绵羊毛纤维纵横向照片
图3-2 兔毛
图3-3 山羊绒纤维纵横向照片
图3-4 骆驼毛纤维纵横向照片
图4-1桑蚕丝纤维纵横向照片
图4-2 柞蚕丝纤维纵横向照片
图5-1涤纶纤维纵横向照片
图5-2 粘胶纤维纤维纵横向照片
纤维外观形态的表征方法及优缺点
优：最为直接准确的表达纤维长
2纤维的结构特征（1）
2纤维的结构特征（1）第⼆章纤维的结构特征纤维结构：组成纤维的结构单元相互作⽤达到平衡时在空间的⼏何排列。
⼤分⼦结构（链结构，微观）：①近程结构：化学组成、单基结构、端基组成；②远程结构：聚合度及其分布、⼤分⼦构象、⼤分⼦链柔曲性等；超分⼦结构（聚集态结构）：晶态、⾮晶态、结晶度、晶粒⼤⼩、取向度、侧序分布等；形态结构（最为直观）：表观形态（纤维的长度、粗细、截⾯形状和卷曲或转曲等）、表⾯结构（表⾯的形态、构造）、微细结构（原纤结构与排列）。
形态学物理学化学⼀、纤维的形态结构—微细结构，原纤结构纤维是柔软细长物，其微细结构的基本组成单元⼤多为细长纤维状的物质，统称为原纤(fibril)原纤(fibril)：⼤分⼦有序排列的结构，或称结晶结构。
微细结构：纤维内部的有序区(结晶区或取向排列区)和⽆序区(⽆定形或⾮结晶区)的形态、尺⼨和相互间的排列与组合，及细胞构成与结合⽅式。
基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞（⽑⽆）（棉⽆）（化纤⽆）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显微镜下能被直接观察到的结构。
包括：表观形态、表⾯结构和微细结构。
微原纤的堆砌形式⽰意图基原纤(proto-fibril)：⼀般由⼏根以⾄⼗⼏根长链分⼦，互相平⾏或螺旋状地按⼀定距离、相位稳定地结合在⼀起的⼤分⼦束，直径为1～3nm(10～30?)，具有⼀定的柔曲性。
原纤中最⼩、最基本的结构单元，亦称晶须。
微原纤(micro-fibril)：由若⼲根基原纤平⾏排列组合在⼀起粗⼀点的，基本上属结晶态的⼤分⼦束，称微晶须，直径⼤约4～8nm(40～80?)，个别⾼达100nm基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞原纤(fibril)：⼀统称，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，直径10～30nm。
往往会出现晶区和⾮晶不规则交替的状态。
巨原纤(macro-fibril)：由多个微原纤或原纤堆砌⽽成的结构体。
第二章 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）
第三节 纤维的长度
一、纤维的长度分布与指标 二、纤维的长度测定 三、长度与成纱质量的关系
一、纤维的长度分布与指标
（一）纤维长度分布
一、纤维的长度分布与指标
（二）纤维长度的指标
1、主体长度(Lm)：纤维中含量最多的纤维的长度(手扯 长度)
根数主体长度 重量主体长度
2、平均长度( L )：纤维长度的平均值
第三节 纤维的长度
三、长度与成纱质量的关系 纤维长度与成纱强度的关系
纤维越长，成纱强度越大， 较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。
纤维长度与成纱毛羽的关系
纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条干的 关系
当纤维长度整齐度差时，短绒率大时，成纱条干变差，强 度下降，生产高档产品时，需经过精梳以去除短纤维。
品质支数：
绵羊毛品质支数与平均直径的关系
我国规定 品质支数(S)
32
36
国际标准 支数代号(S)
80
90
平均直径(um)
55.1-67.0
43.1-55.0
平均直径(um)
19.25-19.75
18.75-19.24
40
44 46 48 50 56
40.1-43.0
37.1-40.0 34.1-37.0 31.1-34.0 29.1-31.0 27.1-29.0
03-第2章 纤维的结构特征
纤维结构：
组成纤维的结构单元相互作用达到平衡时在空 间的几何排列。
大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、聚 合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性等；
超分子结构（supermolecular structure ）：晶态、非 晶态、结晶度、晶粒大小、取向度、侧序分布等；
微原纤(micro-fibril)：由若干根基原纤平行排列组合在 一起粗一点的，基本上属结晶态的大分子束，直径大约4～ 8nm(40～80 Å)，个别高达100nm
大分子
基原纤
微原纤
微原纤的堆砌形式示意图
原纤(fibril)：一统称，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，直径 10～30nm 。 微原纤之间依靠相邻的分子结合力和穿越的大分子主链联结
A’－（A）n－A”： 2、常用纺织纤维单基的化学组成
大分子链原子的类型与排列
（二）、聚合度n（degree of polymerization ）
1、定义：构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分 子中的单基重复的次数。
2、常用纤维的n：
棉、麻的聚合度高，成千上万；羊毛576；蚕丝400；粘胶300 －600；化学纤维聚合度不宜过高。
（1）定义：大分子排列方向与纤维轴向吻合 的程度称作取向度 。
（2）取向度与纤维性能间的关系：
取向度大→大分子可能承受的轴向拉力也大，拉伸 强度较大，伸长较小，模量较高，光泽较好，各向 异性明显。
3、侧序（lateral order）：在垂直于纤维取向轴方向 上分子链排列的有序性。
高聚物分子链间具有强次价力，例如氢键相互作用时， 分子间的侧向排列具有有序性，甚至完全规整的有序 排列。
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。
第二章(第一节)各类服装用纤维的形态特征与性能-2
③麻纤维的吸湿能力较强，散湿速度快，同时，麻的耐日光性也是天然纤维中最好的，所以麻织物很适合在夏季穿着。
3.羊毛纤维
羊毛纤维主要是指绵羊毛纤维，是人类在纺织上最早利用的天然纤维之一。羊毛纤维柔软且富有弹性，可用于制作呢绒、绒线、毛毯、毡呢等生活用和工业用纺织品。
《服装材料》教案
学校
教师
使用教材
服装材料
课题
各类服装用纤维的形态特征与性能
年级
一年级
课时安排
课时
教
学
目
标
知识目标：
(1)掌握服装用纤维的分类及品种；
(2)掌握服装用纤维的形态特征与性能。
能力目标：
能合理选择常用面料、使用服装材料。
情感、态度、价值观：
培养学生自主探索问题的能力和对服装材料的学习热情。
③兔毛：兔毛纤维内部都有髓质层结构，其特点是轻而细，保暖性好，但纤维膨松，抱合力差，强度较低。
④骆驼绒：双峰骆驼毛质量较好，单峰驼毛无纺纱价值，骆驼毛由绒毛、两型毛及粗毛组成，俗称绒毛为驼绒，粗毛为驼毛。
⑤羊驼毛：一种叫“羊驼”（亦称“阿尔巴卡”）的动物毛，这种动物主要生长于秘鲁的安第斯山脉。
⑥牦牛绒：牦牛毛分较细的绒和较粗的毛。绒纤维细而柔和，弹性好，保暖性好，但产量小，主要作为粗纺原料。
蚕丝的形态特征：
蚕丝纵向比较光滑平直，没有出去丝胶的蚕丝表面带有异状丝胶瘤节，这是由于蚕吐丝时受外界影响，吐丝不规则造成的；横截面呈近似三角形或半圆形。
蚕丝的性能：
①桑蚕丝强度在天然纤维中较好，弹性也较好，织物的抗皱性能较好。但在湿态情况下，容易起皱，服装洗后免烫性差。
②蚕丝的吸湿能力较大，在一般大气条件下的回潮率可达9%左右。
第二章 纤维
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2015/9/11
棉纤维的形态结构和品质
正常生长的棉纤维形态结构
截面：腰圆形，有中腔 纵向：天然转曲
棉纤维在生长过程中形成的品质
1) 棉纤维长度
影响因素：棉花品种、棉纤维生长条件 (初加工) 2) 棉纤维色泽 白棉、黄棉、灰棉、彩棉
3) 成熟度 定义—纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越厚，成 熟度越好
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成熟度指标及测试方法
成熟度指标
成熟系数：指棉纤维中断截面恢复成圆形后相 应于双层壁厚与外径之比的标定值
测定棉纤维成熟度的方法很多，目前实际生产中 常用的主要有直接显微镜观察法、偏光仪法。 腔壁对比法是通过显微镜目测棉纤维的中腔宽度 与胞壁厚度的比值，查表得到纤维的成熟系数。 偏光仪法是采用棉纤维偏光成熟度仪，根据棉纤 维的双折射性质，应用光电法测量偏振光透过棉 纤维和检偏器后的光强度来间接得到棉纤维的成 熟系数。
2015/9/11
主要内容
纺织纤维基本概念
第二章 纺 织 纤维
各种纤维定义及举例 纤维初加工及检测 主要纺织纤维品种介绍 纤维鉴别
第一节
纤维 纺织纤维
纺织纤维基本概念
是一种细而长的物质，直径从几微米到十几微米， 长度则从几毫米几十毫米甚至上千米，长径比很大
纤维的基本性能
一定的长度和长度整齐度； 一定的细度和细度均匀度； 一定的强度和模量； 一定的延伸性和弹性； 一定的抱合力和摩擦力； 一定的吸湿性和染色性； 一定的化学稳定性。
合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品等低 分子作为原料制成的单体后，经人工合成获得的聚合 物纺制成的化学纤维。
如涤纶(polyester)、锦纶6,66(nylon)、腈纶(Acrylic) 、 丙纶Polyethylene 、氨纶Spandex (polyurethane), 氯 纶Polyvinyl chloride
纤维的结构特征
（1）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。 ①结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。
晶区（crystalline zone ）特点： a. 大分子链段排列规整； b. 结构紧密，缝隙，孔洞较少； c. 相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。
②结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率
第二章 纤维的结构特征
研究纤维结构的目的:
了解纤维结构与性能关系，正确选择和 使用纤维；
通过各种途径改变纤维结构，有效地改 变纤维性能。
2021/7/19
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纤维通常是指长径比在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 丝和短纤之分。
纤维是由一种或多种大分子通过某种形式集聚 堆砌而成的。
巨原纤(macro-fibril)：由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构 体。横向尺寸一般约为0.1～0.6μm 。普通光学显微镜可见。
细胞(cell)：由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，有明显的细 胞边界。
名称 范德华力
氢键 盐式键 化学键
定向力 诱导力 色散力
产生原因
特点
产生于极性分子间，是由它们的永久偶 作用能量3～5千卡
A’－（A）n－A”： 2、常用纺织纤维单基的化学组成
大分子链原子的类型与排列
（二）聚合度n（degree of polymerization ）
1、定义：构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子 中的单基重复的次数。
2、常用纤维的n：
棉、麻的聚合度高，成千上万；羊毛576；蚕丝400；粘胶300－ 600；化学纤维聚合度不宜过高。
重量结晶度：纤维内部结晶区的重量占纤维总重量的百分率。 体积结晶度：纤维内部结晶区的体积占纤维总体积的百分率。
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第四节 纤维的卷曲与转曲
卷曲和转曲是纺织材料特殊的特征之一； 卷曲可以使短纤维纺纱时纤维之间的摩擦力和 抱合力增加； 卷曲还可以提高纤维和纺织品的弹性，使其手 感柔软、突出织物的风格； 卷曲对织物的抗皱性、保暖性以及表面光泽的 改善都有影响； 天然纤维中棉具有天然转曲，羊毛具有天然卷 曲；化学纤维需要人工卷曲；
6.纤维长度的离散性指标
美国标准纤维照影仪法长度指 标
第三节 纤维的长度
二、纤维长度的测定
手扯法 罗拉式长度分析仪法（适用于棉纤维的长度测定） 梳片式长度分析仪法（适用于羊毛纤维、苎麻、绢丝或不 等长化纤的长度测定） 中段切断称重法（适用于等长化纤的长度测定） 排图法（适用于棉或不等长化纤、羊毛、苎麻、绢丝等长 度分布的测定） 光电式长度测试法 电容式测试法（适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定）
第四节 纤维的卷曲与转曲
一、纤维卷曲产生的原因
1、自然卷曲(羊毛)
弱卷曲
卷曲的弧不到半个圆周，沿纤维的长度方向比较平直， 卷曲数较少 半细毛的卷曲属此类 卷曲的波形近似半圆形 细毛的卷曲属此类
卷曲的波幅较高，卷曲数较多 细毛羊腹毛属此类
常卷曲
强卷曲
第三节 纤维的卷曲与转曲
一、纤维卷曲产生的原因
定义：单位长度的质量（线密度）或单位 质量的长度（线密度的倒数） 物理意义： 本节的主要内容：纤维的细度指标、纤维 的细度测定、细度与成纱质量的关系；
第一节 纤维的细度
一、纤维细度的指标
（一）直接指标
1、截面积 2、周长 3、直径（圆形截面的纤维） 4、投影宽度（非圆形截面的纤维）
一、纤维细度的指标
根数加权平均长度：各根纤维长度之和的平均数 重量加权平均长度：各组长度的重量加权平均数
一、纤维的长度分布与指标
（二）纤维长度的指标
3、品质长度(Lp)：比主体长度长的那部分纤维的平均长 度(或右半部平均长度)
纺纱工艺中决定罗拉隔距的重要参数
4、短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率
4.常见异形截面纤维的形状与所突出的功能效果
二、异形纤维的特征与指标
（一） 异形纤维特征 (1)具有优良的光学性能，如涤纶仿真丝织物采 用三角形截面丝后，织物表面光泽优雅；锦纶 三角形截面丝则使织物具有钻石般的光泽；多 叶形丝可使织物表面消光，光泽柔和。 (2)能增加纤维的覆盖能力，提高抗起球能力。 (3)能增加纤维间的抱合力，使纤维的蓬松性、 透气性及保暖性均有提高。
（二）间接指标：纤维长度与重量之间的关系表示
1、定长制：是指一定长度纤维的重量
(1)线密度(特数) 是指1000m长纤维在公定回潮率下的重量(g)。
Gk Nt 1000 L
常用于衡量棉、麻和毛等纤维的细度 。 特数单位太大，纤维常用分特Ndt
（2）纤度(旦数) 是指9000m长纤维在公定回潮率下的重量(g)。
细度指标表示及其单位
指标 线密度 表示 Nt(Ntex、Tt) Ndt(Ndtex、 Tdt) ND Nd(Nden)) Nm Ne 单位 特克斯(tex) 、号 分特(dtex) 旦尼尔(Denier) 旦(Den、D) 公支(Nm、N) 英支(S) 适用品种 棉、麻、毛
纤度 公制支数 英制支数
第三节 纤维的长度
三、长度与成纱质量的关系 纤维长度与成纱强度的关系
纤维越长，成纱强度越大， 较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。
纤维长度与成纱毛羽的关系
纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条干的 关系
当纤维长度整齐度差时，短绒率大时，成纱条干变差，强 度下降，生产高档产品时，需经过精梳以去除短纤维。
Gk ND 9000 L
常用于化纤长丝和蚕丝。
一、纤维细度的指标
2、定重制：是指一定重量纤维的长度
（1）公制支数(Nm) 在公定回潮率下每克重纤维所具有的长度米数。
L Nm Gk
常用来衡量棉、毛纤维的细度。 （2）英制支数(Ne) 1磅重的纤维长度有多少个840码，称为多少英支(s)。 多用于衡量纱线的细度。
品质支数：
绵羊毛品质支数与平均直径的关系
我国规定 品质支数(S)
32
36
国际标准 支数代号(S)
80
90
平均直径(um)
55.1-67.0
43.1-55.0
平均直径(um)
19.25-19.75
18.75-19.24
40
44 46 48 50 56
40.1-43.0
37.1-40.0 34.1-37.0 31.1-34.0 29.1-31.0 27.1-29.0
100
110 120 130 140 150
18.25-18.74
17.75-18.24 17.25-17.74 16.75-17.24 16.25-16.74 15.75-16.24
58
60 64 66 70
25.1-27.0
23.1-25.0 21.6-23.0 20.1-21.5 19.75-20.0
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
160
170 180 190 200
15.25-15.74
14.75-15.24 14.25-14.74 13.75-14.24 13.25-13.74
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 步骤：梳理—切断—称重—数根数—计算
将纤维排成一端不齐，平行伸直的棉束， 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(g)， 计数中段纤维的根数n，计算Nm。 Nm＝L/G=10×n/G
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
表示纤维卷曲后标
3、剩余卷曲率(%)
CR
L1 L2 100% L1
表示卷曲的耐久程度
(4)可减少合成纤维的蜡状感，使织物具有丝绸 感，并能增加染色的鲜艳度。 (5)表面沟槽起到导汗、透湿作用。同时还可增 大比表面积，有利于水分蒸发，从而使织物具 有快干的性能。 异形纤维上述各项性能的优劣，主要决定于其 不同的截面形状及异形度的大小。 纤维异形度是纤维截面形态相对于圆形的差异 程度，也是表示异形纤维符合异形规格程度的 指标。
二、纤维细度的测定
2、气流仪法（棉，羊毛）
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。
3、显微镜投影法
三、细度与纺纱工艺和成纱质量的关系
1、纤维越细，容易扭结、折断而产生短绒和棉结， 不易伸直； 2、纤维越细，成纱强度越高；成纱条干越均匀； 3、纤维越细，织物越柔软；
（二）异形纤维的指标
1.径向异形度及其变异系数 径向异形度D---异形纤维截面外接圆半 径R(um)与内切圆半径r(um)差值对某一 指定径向参数的百分数。 (1) 相对桂向异形度DR DR=(R-r)/RX100
径向异形度、截面面积异形度及其变异系数主 要用于对纤维截面的轮廓波动异形的表达。 3.截面中空度 中空纤维在壁厚较小时易被压扁，这样会使空 腔缩小。 定义：实际有效空腔截面积占有效外周界内截 面积的百分数为截面中空度，它的表示符号是 c
2、人工卷曲(化学纤维)
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 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。
第三节 纤维的卷曲与转曲
二、纤维卷曲的指标
1、卷曲数Jn(个/cm)
指每厘米长纤维内的卷曲个数 反映卷曲多少的指标
蚕丝、化学长丝 棉、毛 棉、纱线
一、纤维细度的指标
（三）指标之间的换算
间接细度指标的换算
N tex
N den 1000 9 Nm
直接细度指标（直径d）与间接细度指标的换算
d 0.03568 d 0.0113 d 1.129 N tex
N den
Nm
d——纤维直径（mm）；γ ——纤维密度（g/cm3）
第三节 纤维的长度
一、纤维的长度分布与指标 二、纤维的长度测定 三、长度与成纱质量的关系
一、纤维的长度分布与指标
（一）纤维长度分布
一、纤维的长度分布与指标
（二）纤维长度的指标
1、主体长度(Lm)：纤维中含量最多的纤维的长度(手扯 长度)
根数主体长度 重量主体长度
2、平均长度( L )：纤维长度的平均值
一、纤维异形化
1.异形纤维的定义： ---非圆形截面的化学纤维。 2.纤维截面变化又称异形化 一种是纤维截面形状的非圆形化，包括 轮廓波动的异形化和直径不对称的异形 化； 另一种是截面的中空和复合化。