纺织材料学 第三章 纤维形态的表征
东华大学纺织材料学第三章 纤维形态的表征
图3-5 累计分布和频率密度
20122012-5-14
图3-6 梳片式长度测量原理图
13
2．逐根测量
（1）Wira法（精梳毛条中各根纤维 ） Wira法（精梳毛条中各根纤维
图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图 单纤维长度仪机构及原理示意图
20122012-5-14
20122012-5-14 10
1、一段整齐法
拜氏图（羊毛、切断化纤 ）
分位长度： 上4分位长度： 有效长度OL的 分位长度 作图求法是，取OL的中点A作 水平线交轮廓线LB于L1，由 L1作垂线交OB于B1，取B2 （令OB2=OB1/4）作垂线交轮 廓LB于L2，再取L2B2的中点A2 作水平线交轮廓线LB于L3，由 L3的垂线交OB轴得B3。此时， 取OB3的上4分位B4，即 OB4=OB3/4。作垂直线交LB得 L4B4，称为有效长度，也称上 4分位长度。
Ln =
dl 分组直方图
N l ; Wl ; Sl
l
∑N l = 1 ∑N N ∫
l l
l max 0
N l l ⋅ dl 图3-1 纤维长度分布示意图
20122012-5-14
7
（2）质量加权长度（罗拉法和梳片法 ）
– 由分组称重方法得到，又称重量加权长度Lw 由分组称重方法得到，又称重量加权长度L – 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B 经典的表达是称巴布（Barbe）长度B
（是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数） 是棉纺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.短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率。 短绒率 表示长度整齐度的指标） （表示长度整齐度的指标） 界限： 16mm； 界限：细绒棉 16mm； 毛 30mm， 30mm， 20mm； 长绒棉 20mm； 苎麻 40mm
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3章 纤维的形态尺寸及表征
卷曲弹性率=
L1 L2 100 % L1 L0
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）
1、平波
羊
2、衡波
毛 卷
3、浅波
曲
4、常波
形 状
5、深波
6、密波
1、中段切断称重法（棉纤维细度，化纤长丝细度） 原理：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，然后计数中段纤维的根数n，计算Nm。
梳理—切断—称重—数根数—计算
Nm＝L/G=10×n/G
2、纤维投影测量法（羊毛直径和圆形截面纤维投影直径） 原理：将纤维切成短片断，制成后经500倍显微镜放
测试主机的主要结构及工作原理
试样架
试 样
显示
计算机接口电路
A/D 检测
电容式 传感器
打印 控制
电动机
三、纤维长度指标
1、主体长度：一批试样中含量最多的纤维长度。 (1) 根数主体长度：纤维中根数最多的一部分纤维的长度。 (2) 重量主体长度：纤维中重量最重的一部分纤维的长度。 (3) 棉的手扯长度≈主体长度。 2、平均长度：是纤维长度的平均值 (1) 根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。 (2) 重量加权平均长度Lg：各组长度的重量加权平均数. 3、品质长度（右半部平均长度）：比主体长度长的那部分纤 维的平均长度.（是棉纺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（表示 长度整齐度的指标）。
整齐度＝ B5L5 100% B4 L4
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。
纺织材料学
一、名词解释(1) 结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率品质长度：是指比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度(2) 双侧结构：在细羊毛的皮质层中，存在两种结构和性质不同的正皮质细胞和偏皮质细胞，且分布在羊毛截面的两侧，正皮质居于卷曲外侧，偏皮质居于卷曲内侧，这种结构特征使羊毛具有自然卷曲，这种结构称为羊毛的双侧结构。
(3) 合成纤维：以石油、煤、农副产品的低分子化合物为原料，经过化学合成制成高分子再经化学处理和物理加工制成的纤维。
(4) 平衡回潮率：纺织材料的回潮率随所处的大气条件而变化，具有一定回潮率的纤维放在新的大气条件下，将会立即放湿和吸湿，经过一段时间后，回潮率趋于一个稳定的值，这种现象称为吸湿平衡。
平衡时的回潮率称为平衡回潮率。
（5）蠕变：纤维在一定负荷作用下，变形随时间而逐渐增加的现象（6）玻璃化温度：指从玻璃态向高弹态转变的温度（7）滑脱长度：纤维间摩擦力F等于纤维强力P时的长度，称为滑脱长度。
（8）织物结构相：指织物中经纬纱交织时呈现的屈曲状态。
（9）克罗值：在室温21oC,RH小于50%,风速不超过10cm/s的条件下,一个静坐在此环境中感觉舒适的人,穿着服装的隔热值定义为1clo.二、填空1、纺织纤维的结构：形态结构（三级结构）、聚集态结构（二级结构）、大分子结构（一级结构）2、棉纤维的长度主要取决于：棉花的品种、生长条件、初加工3、羊毛纤维由内向外主要有：髓质层、皮质层、鳞片层4、化学纤维生产一般需要经过制备纺丝、纺丝、后加工5、棉纤维的吸湿性小于粘胶纤维，原因是棉纤维结晶度高于粘胶纤维6、纤维间的切向阻力包括抱合力和摩擦力7、用两根18tex的棉纱合股时，则股线特数的表示为18×28、常用的织物撕破方法有舌形撕破、梯形撕破、单缝落锤法撕破、单缝撕破三、判断题1、成熟度差的原棉比好的吸湿性大（√）2、棉和黏胶随吸湿增加，强力也增加（×）3、同种化纤的初始模量随拉伸倍数增加而增加（√）4、断裂长度是反映长度指标（×）5、热定型温度高于玻璃化温度就能达到永久变形（×）6、极限氧指数大，易燃（×）7、当片段长度趋向无穷大，片段间不匀趋向总不匀（×）四、问答题1、差别化纤维的定义、目的、举例。
纺织材料学第三章(07)
• 纤维长度的测定: • 常用的纤维长度测试方法有： • 1. 罗拉式长度分析仪法（适用于棉纤维的长度测 定） • 2. 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） • 3. 中段切断称重法（适用于等长化纤的长度测定） • 4. 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） • 5. ALMETER电容测量法（适用于毛条、棉、麻 纤维条子的长度测定）
• 拜氏图的意义及长度求法 • (1)最长长度（OC）；（2）交叉长度 （OL）；（3）有效长度L4B4；（4）短纤 维百分率：B3B/OB×100%；（5）长度差 异率：长度差异率=L5B5/L4B4
C L 最大长度点 交叉点 L2 L4 L5 L1 A L3 上 4 分位长 下 4 分位长
• (2）常卷曲 特点：卷曲的波形近似半圆 形。细毛的卷曲属于此类。用于精梳毛纺， 纺制有弹性和表面光洁的纱线和织物。 • （3）强卷曲 特点：卷曲的波幅较高，卷 曲数较多。细毛羊腹毛属此类。用于粗梳 毛纺，纺制表面和毛茸丰满、手感好、富 有弹性的呢绒。
• 3. 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。
第二节 纤维的细度
• • • • 纤维细度是指纤维粗细的程度。 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、公制支数 Nm 等。
• 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。
第3章纺织材料学-植物纤维
第3章纺织材料学-植物纤维第三章植物纤维教学⽬标：1、了解棉纤维的基本知识，熟悉棉纤维的主要性能，了解棉纤维性能与纺纱⼯艺及成纱质量的关系，了解天然彩⾊棉的情况，掌握棉纤维主要性能的测试⽅法和品质评定的⽅法2、了解天然⿇纤维的种类，各种⿇纤维的特征主要性能及其应⽤情况。
3、了解维管束纤维（⽵纤维）的特征主要性能及其应⽤情况。
教学重点与难点：1、教学重点⼏种主要植物纤维的特性及其性能指标。
2、教学难点指标体系及表述。
3、解决⽅法建⽴清晰的概念，对在后⾯章节还会出现的长度、细度、强度等的概念和指标可采⽤螺旋上升的⽅法教学，成熟度要讲透。
主要内容：1．棉纤维的形成，棉纤维的截⾯形态、截⾯结构和纵⾯形态，棉纤维的主要组成物质及其耐酸耐碱性，棉花的种类和我国主要棉区，棉花初加⼯的概念以及锯齿棉，⽪辊棉的特点及原棉检验。
2．⿇纤维截⾯形态和纵⾯形态，主要组成物质及其耐酸耐碱性，长度和细度，吸湿性，强度和伸长率和柔软性。
3．⽵纤维的结构、性能简介。
教学与学习建议：1、教学建议授课形式：讲解与讨论准备四种天然纤维的实物样品和显微镜标样，让学⽣从宏观和微观两⽅⾯观察认识纤维。
2、学习建议通过观察四种天然纤维的实物样品和显微镜标样，从宏观和微观两⽅⾯观察认识纤维；通过记忆和理解，掌握纤维的主要特性；结合实验课学习，掌握主要性质的测试⽅法，熟悉有关国家标准。
教学内容：第⼀节种⼦纤维（棉、⽊棉）⼀、棉花的基本性状棉花原产热带、亚热带，本是⼀种多年⽣⽊本植物，当棉花逐渐地从热带传到温带以⾄北纬 40 ～50 °的地区时，由于⽓候的影响和⼈们长期的选择和培育，形成了今天我们常见的⼀年⽣半⽊本性⼩树，春季播种，当年开花结果，严寒来临，⽣命终⽌，完成⽣育周期。
棉花喜温好光。
棉花⼀⽣中，对温度要求较⾼，⽽且要适宜。
发育期间最适宜的温度为 25 ～30 ℃，低于20 ℃⽣长缓慢，⾼于36 ℃⽣长受抑制或停⽌。
不同⽣育期对温度要求也不同：种⼦发芽需要10 ℃以上的⽓温，⽓温愈⾼这⼀过程愈短；幼苗期形成真叶，要求⽓温达到 15 ～20 ℃，花蕾期⽓温宜在 25 ～30 ℃，低于20 ℃难以形成花蕾，同时⽇夜温差不宜过⼤；成熟期所需⽓温降低，⽇夜温差宜⼤，使⽣长缓和，养分集中于长桃，促进早熟。
纺织材料学 (于伟东-中国纺织出版社) 纤维
1.纤维：指长宽比在103数量级以上，粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤维之分。
2.纺织纤维分类：天然纤维和化学纤维天然纤维：由自然界直接取得的纤维（植物纤维，动物纤维，矿物纤维）化学纤维：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，通称为化学纤维（再生纤维：黏胶纤维合成纤维）棉纤维3.棉纤维生长分为三期：伸长期，、加厚期，转曲期横截面：腰圆形，有空腔纵向：呈不规则的沿长度方向不断改变的螺旋形转曲。
成熟度：纤维胞壁的加厚程度，用成熟度系数M表示4.棉纤维的主要组成物质及化学性质纤维素占93-95（%）化学结构式：（C6H10O5）n，n=6000~11000化学性质：耐碱不耐酸二、棉纤维的分类一）按棉花种类分长绒棉（海岛棉）：长度：33~45mm，细度小于1.43 dtex细绒棉（陆地棉）：长度：23~33mm，细度1.43~2.22 dtex粗绒棉：纤维粗短，品质较差。
（二）按棉花初加工分：1、锯齿棉：采用锯齿轧棉机轧得的原棉。
特点：含杂、含短绒少2、皮辊棉：采用皮辊轧棉机轧得的原棉。
特点：含杂、含短绒多；麻纤维纤维分类：苎麻、亚麻、大麻、黄麻、二、纤维形态纵向形态：纵向平直，有竖纹横节。
横向截面：苎麻：扁圆形，有中腔，胞壁上辐射状条纹。
亚麻：多角形。
主要组成物质纤维素耐碱不耐酸三、性能：吸湿性很好（W K=12-13%）；强度高（是棉的两倍），湿强大于干强毛纤维一、1.羊毛的形态结构：同质毛：导向毛细，与簇生毛细度、长度差异小。
质量好。
异质毛：导向毛与簇生毛细度、长度差异大，质量差。
截面形态：由表皮层、皮质层和髓质层组成。
纵向形态：表面覆盖有鳞片层2.羊毛的性质羊毛纤维大分子由20多种氨基酸组成，分子结构中以—CONH---基团为主价键。
羊毛化学性质：耐酸不耐碱羊毛的特有性质：摩擦性能和缩绒性缩绒性：当羊毛在热湿条件及化学试剂作用下，经外力揉搓，挤压，纤维发生相互间滑移，纠缠，咬合，使织物收缩形成紧密的毡片，这种现象称为缩绒。
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）；
2020/6/28
28
在纤维塞质量M和测量参数（A,L,u）不变的情况下：
2020/6/28
16
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；
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
（2）麻纤维
➢ 麻纤维长度的测量一般参照毛纤维的梳片法； ➢ Almeter纤维长度仪是最适于麻纤维长度评价
的方法。
3．等长切断化纤 ➢ 超长纤维：实际长度≥7mm(名义长度LN≤50mm）
或≥10mm(名义长度LN>50mm）的纤维，但长度 必须小于1.9×LN； ➢ 倍长纤维：未切断的纤维，其长度是LN的倍数（≥2） ➢ 通常用切断称重法求得纤维的平均长度、超长纤维 率和短纤维率。
普通夹 微夹 理想的 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
✓ 按加权方式：根数加权长度、质量加权长度、截面加权 长度分布等；
✓ 按微积分关系：长度频率分布f(l)、长度累积分布F(l）、 长度二次累积须丛曲线r(l）；
✓ 由于所测长度分布大多数为累积或须丛分布，故根据微 分关系进行查分或求导转化为长度频率分布f(l) ，计算各 长度特征值。
➢ 主体长度：一批棉样中含量最多的纤维的长度； ➢ 品质长度：比主体长度长的那一部分纤维的重量
加权平均长度，又称右半部平均长度； ➢ 基数：以主体长度为中心，前后5mm范围内的质
量百分数之和； ➢ 均匀度：基数与主体长度的乘积； ➢ 短绒率：短于20mm（LM>31mm)或16mm
（ LM <31mm）纤维的质量百分比。
T=T0+R
预张力 T 调节链轮
链条
纤维
上夹头
上弦座
L
感应振动频率
f 拨动器
T 下弦座 可上下移动调节 L 微弹簧夹
图3-21 振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图
四、纤维细度及其不匀表征的意义
1．基本现状
材料科学中纤维材料表征的技术要点总结
材料科学中纤维材料表征的技术要点总结纤维材料是材料科学领域中的重要研究方向之一，广泛应用于各个领域，如纺织品、复合材料、生物材料等。
在材料科学中，对纤维材料的表征是十分关键的。
准确而全面的表征可以帮助科学家了解纤维材料的结构和性能，并为进一步的研究和应用提供依据。
本文将对纤维材料表征的技术要点进行总结。
一、形态表征形态表征是对纤维材料外观形态进行观察和描述的过程。
纤维材料可以是自然纤维（如棉、麻、丝等）或合成纤维（如聚酯纤维、尼龙纤维等），其外观形态可以通过显微镜观察和图像分析进行表征。
在纤维形态表征中，可以通过测量其长度、直径、形状、表面特征等参数来详细描述纤维的外观特征。
同时，还可以通过扫描电子显微镜（SEM）观察纤维的表面形貌和细节结构，帮助研究人员深入理解纤维的内部结构。
二、化学成分分析化学成分分析是对纤维材料中各种化学成分的定性和定量分析。
纤维材料的化学成分可以通过红外光谱分析、拉曼光谱分析、核磁共振谱分析等技术手段来确定。
红外光谱分析能够通过测量纤维材料在红外光区的吸收峰来鉴定纤维的化学组成。
拉曼光谱分析则能够通过激光照射样品后测量样品散射光的频率和强度来获得纤维材料的结构信息。
核磁共振谱分析则通过测量样品中核磁共振吸收峰的情况来分析样品中不同分子的存在情况。
三、物理性能测试纤维材料的物理性能是指其力学、热学、电学、磁学等方面的性能指标。
物理性能测试是对纤维材料的机械性能、热学性能、导电性能等进行定量分析的过程。
常见的物理性能测试方法包括拉伸试验、硬度测试、热重分析、导电性测量等。
拉伸试验能够测量纤维材料的力学性能，如抗拉强度、弹性模量等。
硬度测试则通过将纤维材料用硬度计进行测量，来评价其硬度。
热重分析则是通过测量纤维材料在不同温度下的质量变化情况来研究其热学性能。
导电性测量则用于评估纤维材料的导电性能，广泛应用于电子材料等领域。
四、结构表征结构表征是对纤维材料内部结构的分析和描述。
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
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。
纺织材料学第三章
接近根数加权长度分布
测得累积分布图F（l），与长度分布函数f(l)的关系为 :
F (l ) l max f (l ) dl
100 % 累积分布函数
l
f (l ) F () '
S ( ) F (l ) W () 或M () N ()
50
r(l)
纤维长度：一般指伸直长度，即纤维伸直而未 伸长时两端的距离。 另有自然长度（自然长度：纤维在自然伸展状 态下，天然卷曲保留不变时的长度）：例毛丛长度
天然纤维长度——随动物、植物的种类、 品系与生长条件而不同。
棉、麻、毛 ：短纤维，纤维长度一般 25～250mm；长度差异很大（不同品种或 同品种） 蚕丝 ：长丝，一个茧子上的茧丝长度可 达数百米至上千米。
4.短绒率SFC：长度在某一界限以下的纤维所占的百分 率。 LSF
N 0 n(l ) dl l LSF L SFCw W W 0 SF w(l ) dl l LSF L SFCs S S 0 SF s (l ) dl l LSF SFCn
Wl 1 B W W
l l
lmax
0
Wl l dl
B w(l )l
wl W / W
lmax 0
w(l ) l dl
重量的频率密度函数
其中：l为各组纤维代表长度，Wl为各组纤维的重量。
巴布长度的离散指标CVB（变异系数）为：
CVB 100( B B)
N ; W ; S
n(l); w(l); s(l) dl
分布函数
连续函数 n(l); w(l); s(l)
纤维形态的表征讲课文档
B W WlW 1 0m l aW xldl
第3页，共50页。
（2）质量(重量 )加权长度
Lm = Lw=巴布（Barbe）长度B
B w(l)lm l awx(l)ldl W NSl 0
为单根纤维的平均截面积 γ为纤维密度；S B
Nl2 1 Nl Ln
0m l aN xl2dl
纤维形态的表征
第1页，共50页。
（优选）纤维形态的表征
第2页，共50页。
（1）根数加权长度
Ln
n(l)lm l anx(l)ldl 0
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
CVL n
Ln
Ln
100
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
倍长纤维：指未切断的纤维其长度是LN的倍数（≥2）。
第22页，共50页。
第二节 纤维的细度及其分布
一、纤维的细度表征
1．特数Nt (tex) 、分特数Ndt (dtex)
Ndt
1000G0k L
ND90L0k0G190Ndt
2．旦数ND
Nm
L Gk
10000 Ndt
第23页，共50页。
3．公制支数Nm
第32页，共50页。
（2）对纱线
卷曲增多、增大；形态一维→二维→三维
①②③④
l0
A0
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
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
纺织材料学第三章_动物纤维
27
2.细度 截面近似圆形，一般用直径来表示。
（1）平均直径：d (μm)
d di
n
羊毛的平均直径11~70μm，平均直径越粗，
粗细越不匀，可用均方差和变异系数表示羊毛的 粗细不匀，变异系数一般在20%～30%。
28
（2）品质支数 毛纺业长期延用下来的表示羊毛细度的指
5
（三）超分子结构 分子间力：范德华力、盐式键、氢键、二硫键
结晶、取向：羊毛侧基R大、复杂，稳定的分子
链为螺旋链（α型），因此分子不易排列整齐，
故比蚕丝的取向度、结晶度低。
6
羊毛纤维大分子结构图
7
二、毛纤维的形态结构
（一）毛被的形态 毛丛：多根羊毛呈簇状密集在一起（包括导向
毛和簇生毛）。毛丛，有平顶毛丛和尖顶毛丛，前 者品质好。粒状分布，此特征可用于鉴别兔 毛。
15
兔毛
三、毛纤维的分类
1.按动物品种分 （1）绵羊：绵羊毛、绵羊绒 （2）山羊: 山羊毛、山羊绒 （3）骆驼：骆驼毛、骆驼绒 （4）驼羊：驼羊毛、骆马毛、秘鲁羊毛 （5）兔：兔毛、安哥拉兔毛、其它兔毛 （6）貂：貂绒、貂毛 （7）其它动物：牛毛、马毛、禽类的羽绒或羽毛
强度降至83%，2h 后纤维强度降至75%，4h 后纤维强 度降至51%，8h 后纤维强度降至4%。
40
3. 碱的作用 羊毛对碱的稳定性较差。经碱作用后，变黄、
含硫量降低、溶解性增加。在5%的氢氧化钠溶 液中煮沸5分钟，羊毛溶解。
4. 氧化剂的作用 氧化剂对羊毛有损伤，浓度不高时，注意控
制可用来漂白羊毛。 光照对羊毛的氧化作用是使羊毛鳞片受损，
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C
最大长度点
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
•可得到最大长度、有效长度、
图3-2 拜氏图的意义及长度求法
短纤维百分率、长度差异率等
指标。
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（2）Almeter测量
（毛）
显示
计算机
打印
检测
A/D
一端齐试样
电容器
导杆
控制
3、纤维长度整齐度和短绒率与成纱强度、条干的关系
当纤维长度整齐度差，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。
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总结：纤维长度与成纱质量的关系
➢ 与成纱强度的关系
➢ 纤维长度越长，成纱强度越高
➢ 与成纱毛羽的关系
➢ 纤维长度长，毛羽少
➢ 纤维长度及其整齐度与成纱条干的关系
以纤维根数加权平均长度简称 根数（加权）平均长度，是将 对应某一纤维长度的根数与该 长度l（mm）积的和的平均值 Ln。即
N; W; S
n(l); w(l); s(l)
dl
连续函数 n(l); w(l); s(l)
分组直方图
N;W; S
l
Ln
N 1 N N
lmax 0
N l
dl
图3-1 纤维长度分布示意图
W
0
f
LdL
式中，W为最长纤维的长度
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四、纤维长度分布及其相互关系
1、纤维的长度分布
➢ 最常用的是：纤维长度的频率（百分率）直方图 ➢ 最多采用的是：重量加权和根数加权长度分布 ➢ 最为准确和实用的是：根数加权长度分布
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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
28mm为标准级
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2、平均长度：是纤维长度的平均值。
（1）根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。
L
Li * Ni Ni
其中：Li为各组纤维的长度，Ni为各组纤维的根数。
（2）重量加权平均长度 Lg： 各组长度的重量加权平均数。
Lg
Li wi wi
其中：Li为各组纤维代表长度，gi为各组纤维的重量。
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（2）微夹取法
普通夹
微夹
理想的
图3-12 普通夹与微夹持的区别及理想夹取
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四、典型纤维的长度表达
1．棉纤维
手扯长度：将纤维整理成两端齐整的纤维束，然后 用直尺量出该纤维束中大多数纤维所具有的长度。
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1、主体长度：纤维中含量最多的纤维长度。
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
3.81mm
试样 x
3.81mm 须丛 曲线
x
图3-9 纤维长度照影机测量原理解析图
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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
数s(l)相关
H
Sl S
1 S
lmax 0
S l dl
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2. 纤维长度界限及含量值
长度界限：某特定纤维含量值C（％）条件下 的纤维长度LC，即超出此长度LC纤维的含量只 有C。如C=2.5％，则长度界限为L2.5。
短纤维含量：是指短纤维的含量值SFC 。即长 度小于LSF的纤维含量百分比。如纤维长度小 于20mm的纤维含量为14.8%，则写为 14.8%<20mm。
37
1、直接法：
直径—— 直观，用于圆形截面的纤维。 如：羊毛。
投影宽度—— 用于非圆形截面的纤维； 截面积—— 测量困难； 比表面积—— 计算值。 。
废时废力，单个指标不一定确切
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2 间接指标
利用纤维长度与重量的关系间接地来表示纤 维的细度。
移动
电动
机
% 100
50 r(l)
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
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。
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2020/6/28
7
（2）质量加权长度（罗拉法和梳片法 ）
由分组称重方法得到，又称重量加权长度Lw
经典的表达是称巴布（Barbe）长度B
B
Wl 1 W W
W lmax
0
l
dl
（3）截面加权长度（Almeter纤维长度仪）
典型的表达为豪特（Hauteur）长度H
纤维长度的加权值只与截面的频数函数或频率密度函
12
（3）罗拉法 （棉）
9.5mm 70N
（4）梳片法（毛、麻或仿 毛类纤维 ）
毛条（纤维条）梳片 ···第 2 次 第 1 次 第 i 次
皮辊
10mm
罗拉 蜗轮
蜗杆
手柄
上短 下长
厚度 俯视
10mm 3mm
<5mm
图3-6 梳片式长度测量原理图
图3-5 累计分布和频率密度
可得到重量加权的各项指标，一般给出
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2．毛、麻纤维
毛丛长度 SL 毛丛
传送带 A
长度测量传送带 A 喂入带
探 测
光
器
源
v0
毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头
控制箱 断裂毛丛称量
图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理
可以测得毛丛长度，计算得到平均长度、均
2020/6/28 方差及其变异系数。
另有自然长度（自然长度：纤维在自然伸展状 态下 的长度）：例毛丛长度
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3
天然纤维——随动物、植物的种类、品系 与生长条件而不同。
棉、麻、毛 ：短纤维，纤维长度一般 25～250mm；长度差异很大（不同品 种或同品种）
蚕丝 ： 长丝，一个茧子上的茧丝长度 可达数百米至上千米。
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东华大学纺织学院
第三章 纤维形态的表征
纤维的形态主要是指:
纤维的长度、细度、卷曲或转曲、截面 形状等
与纤维的可纺性、成纱质量、手感、 保 暖性等关系密切.
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1
纤维形态的表征
纤维的长度及其分布
纤维长度指标的基本表达
纤维长度分布的基本测量
纤维长度分布及其相互关系
典型纤维的长度表达
纤维的细度及其分布
棉型化纤：30-40 mm 用棉纺设备纺纱 纯纺或混纺
毛型化纤：70-150 mm 用毛纺设备纺纱 纯纺或混纺
中长纤维：51-65 mm 用棉纺或化纤专纺设备纺纱 仿毛织 物
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6
一、纤维长度指标的基本表达
1．纤维长度
（1）纤维根数加权长度（手排 法、Wira单纤维长度测量法和 AFIS法等 ）
2020/6/28
22
几个指标
主体长度 f Lm 0
品质长度
W Lf L dL
Lp
Lm
W f L dL
Lm
平均长度
L
W
0
Lf
L
dL
W
0
f
L dL
短绒率
LS f L dL
P
0 W
f
L dL
100%
0
2020/6/28Ls为短纤维界限
23
f(L)
LS
－L Lm Lp
WL
设纤维长度的重量频率为f(L)，则长度－频率 曲线包含的面积，即重量频率之和为
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3.品质长度（右半部平均长度）（Lp） ： 比主体长度长的那部分纤维的平均长度。
（是棉纺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。 （表示长度整齐度的指标）
界限：细绒棉 16mm； 长绒棉 20mm； 毛 30mm， 苎麻 40mm
短纤维多→制成本低→成本高，不宜纺细支纱
➢ 纤维长度长、整齐度高，纱线条干好
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第二节 纤维的细度及其分布
2020/6/28
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一、纤维细度的指标
直接法：用直径、投影宽度、截面积、 周长、比表面积；
间接法：用长度与重量之间的关系表示。 如: 特数Ntex ,分特Ndtex , 旦数Nden ,公制支数Nm
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4
天然纤维长度（mm）范围
棉纤维： 25-45 亚麻单纤维：15-20 亚麻工艺纤维：500-750 黄麻单纤维：2-4 黄麻工艺纤维：2000-3000 大麻单纤维：10-15 大麻工艺纤维：700-1500 细毛、半细毛：50-100 粗毛、半粗毛：50-200
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5
化学纤维——人工制造，可根据需要而定。 长丝：可无限长； 短纤维：等长或不等长。 长度离散性小，但超长纤维和倍长纤维对 纺纱工艺危害较大。