第三章纖維形態(tài)的表征

第三章纖維形態(tài)的表征1磅＝16盎司＝0.4536千克1碼等于等于三英尺，即0.9144米1英寸=0.254分米1英寸=2.54厘米1英尺，foot(ft)，1英尺等于12英寸，約相當(dāng)于30.48厘米第二節(jié)纖維的細(xì)度及其分布細(xì)度：指纖維的粗細(xì)程度（沿長度方向）。細(xì)度是纖維重要的形態(tài)尺寸和質(zhì)量指標(biāo)之一，與紡紗工藝、成紗質(zhì)量有密切關(guān)系，且直接影響織物風(fēng)格。一、纖維的細(xì)度表征

直接法：用直徑、投影寬度、截面積、周長、比表面積；

間接法：用長度與重量之間的關(guān)系表示。如:特?cái)?shù)Ntex,分特Ndtex,

旦數(shù)Nden,公制支數(shù)Nm1.直接法直徑——

直觀，用于圓形截面的纖維。如：羊毛。投影寬度——

用于非圓形截面的纖維；截面積——

測(cè)量困難；比表面積——

計(jì)算值。

廢時(shí)廢力，單個(gè)指標(biāo)不一定確切2.間接法

(1)特克斯Ntex（tex）

——國際標(biāo)準(zhǔn)單位特克斯Nt:在公定回潮率下，1000米長的纖維所具有重量的克數(shù),tex;分特Ndt：在公定回潮率下，10000米長的纖維所具有重量克數(shù),dtex。同品種纖維，Ntex↑，纖維越粗。(2)旦數(shù)ND

——絹絲，化纖常用指標(biāo)在公定回潮率下，9000米長的紗所具有重量的克數(shù)。旦數(shù)與分特?cái)?shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：同品種纖維，Nden↑，纖維越粗.(3)公制支數(shù)Nm——常用于棉纖維在公定回潮率下，單位重量（克）的紗線所具有的長度（米）,表達(dá)式為：公制支數(shù)與旦數(shù)、分特?cái)?shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：同品種纖維，Nm↑，纖維越細(xì)。（4）英制支數(shù)Ne在公定回潮率9.89％時(shí)，一磅重的棉紗線所具有的長度的840碼的倍數(shù)。

Gk’:massofyarnatU.K.metricmoistureregain(Cotton:9.89%)(lb)L’:lengthofyarn(yard)Cottonyarn,cottontypeyarn,cottonblendedyarn另有指標(biāo)：

馬克隆值M(用于棉）----本身無量綱，相當(dāng)于單位長度（英寸）的重量（微克）反映細(xì)度、成熟度的綜合指標(biāo)。

M×Nm＝25400；Nt＝0.0394M；Nd＝0.354M

品質(zhì)支數(shù)（用于毛）----沿用下來的指標(biāo)，曾表示該羊毛的可紡支數(shù)，現(xiàn)表示直徑在某一范圍的羊毛細(xì)度。羊毛品質(zhì)支數(shù)和平均直徑的關(guān)系如下表：3.間接細(xì)度指標(biāo)間的換算關(guān)系：Ntex

Nm=1000NdenNm=9000Nden=9Ntex

4．直徑與截面積纖維細(xì)度值相同，其直徑可能不同，其換算關(guān)系為：直徑細(xì)度指標(biāo)（直徑）與間接細(xì)度指標(biāo)的換算：式中：d----纖維直徑（mm）

δ----纖維密度（g/cm3)二、纖維細(xì)度不勻指標(biāo) 纖維的細(xì)度不勻主要包括兩層含義：纖維之間的粗細(xì)不勻；纖維本身沿長度方向上的粗細(xì)不勻。

1．細(xì)度不勻的概念

天然纖維細(xì)度不勻化學(xué)纖維細(xì)度不勻

2023/3/1115纖維細(xì)度不勻及其指標(biāo)

纖維之間粗細(xì)不勻單根纖維沿長度方向上的粗細(xì)不勻中端粗，兩邊細(xì)2023/3/1116棉纖維：成熟度、品種、產(chǎn)地、生長部位等；毛纖維：品種、年齡、生長部位、生長季節(jié)、飼養(yǎng)條件等；麻纖維：生長條件、初生韌皮纖維細(xì)胞和次生韌皮細(xì)胞生長期不同等；蠶絲：蠶繭結(jié)構(gòu)；化學(xué)纖維線密度可控，均勻度總體較天然纖維好，但也受溫度、時(shí)間、牽伸力等因素的影響。纖維之間細(xì)度不勻2．細(xì)度不勻指標(biāo)及分布 直徑不勻是纖維細(xì)度不勻的最主要和最有效的指標(biāo)，包括：直徑均方差和變異系數(shù)直徑平均差和平均差系數(shù)

（1）不勻率指標(biāo)偏差是衡量測(cè)量精密度的尺度，它表示一組平行測(cè)量數(shù)據(jù)之間相互接近的程度。在實(shí)際測(cè)量中，偏差的大小比誤差的大小更重要(極差，平均差，標(biāo)準(zhǔn)差）。變異系數(shù)或稱相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

實(shí)際工作中都用Cv表示分析結(jié)果的精密度。(coefficientofvariation)注意：標(biāo)準(zhǔn)偏差常用來衡量數(shù)據(jù)的波動(dòng)性，由于將各測(cè)量值與的偏差進(jìn)行了平方，即強(qiáng)調(diào)了大偏差數(shù)據(jù)的作用，所以，它比平均偏差更能表現(xiàn)出測(cè)定結(jié)果的精密程度。（2）纖維間細(xì)度不勻的分布圖3-16纖維直徑分布直方圖及分布曲線ni,第i組中纖維的根數(shù)含量比-頻率密度Ni第i組中纖維的根數(shù)--頻數(shù)三、纖維細(xì)度及分布的測(cè)量方法 （1）中段切斷稱重法

----棉纖維、麻、絲或卷曲小的化纖的細(xì)度測(cè)定該法只能測(cè)算纖維的間接平均細(xì)度指標(biāo)，無法得到細(xì)度的離散性指標(biāo)。

由于棉的短絨被梳去，且棉的中段偏粗，故實(shí)測(cè)細(xì)度偏粗。1．稱重與長度的測(cè)量中段切斷稱重法，定長稱重法將纖維理成平行伸直，無游離纖維，然后用纖維切斷器在纖維中段切取一定長度的纖維束，在扭力天平上稱重，然后計(jì)數(shù)中段纖維的根數(shù)，計(jì)算Nm。

梳理切斷稱重?cái)?shù)根數(shù)計(jì)算Nm＝L/G=10×n/G其中n是根數(shù)，G是中段纖維重量（mg）一般棉LC=10或20mm，毛麻一般LC為20或30mm圖3-17中段切斷稱重法示意圖一般適用于伸直性較好的纖維，如棉，麻，絲以及卷曲小的化纖等長度短于切斷長度游離纖維2．直徑測(cè)量法（1）顯微鏡觀測(cè)法又稱為顯微鏡投影測(cè)量法，多用于圓形或接近圓形纖維直徑的測(cè)量。投影放大倍數(shù)一般為500倍，用放大500倍的鍥形卡尺測(cè)量纖維直徑。通常用分組計(jì)數(shù)法，計(jì)算出纖維的平均直徑和直徑變異系數(shù)。圖3-18OFDA100測(cè)量?jī)x（2）OFDA法（光學(xué)纖維直徑分析儀器）OPTICALFIBERDIAMETERANALYSER基本原理與光學(xué)顯微鏡測(cè)量相同，是目前羊毛直徑檢測(cè)中IWTO的標(biāo)準(zhǔn)方法。試樣可自動(dòng)分離散落、試樣臺(tái)可自動(dòng)x，y方向順序移動(dòng)和快速復(fù)位，快速（１min）、大樣本（>2000根）

快速大樣本準(zhǔn)確干擾因素少適用范圍廣圖3-19激光掃描纖維直徑測(cè)量原理圖（3）激光纖維直徑測(cè)量法原理：利用纖維段對(duì)激光的遮擋量測(cè)量一般專用于毛發(fā)類纖維的測(cè)量，因?yàn)榉稚⒁簩?duì)化纖可能有溶解或溶脹作用圖3-20氣流儀測(cè)量纖維細(xì)度原理示意圖3．氣流儀法——棉，羊毛原理：氣流通過纖維塞時(shí)，兩端的壓力差和氣流的流量與纖維塞的氣阻R有關(guān)，而氣阻又與纖維塞的填充率和纖維的粗細(xì)有關(guān)。2023/3/1128苛仁納公式

Q：空氣流量（測(cè)定時(shí)儀器的讀數(shù)）K——系數(shù)，與纖維在管道中的排列狀態(tài)有關(guān)，并受空隙率ε的影響；△P——管道兩端的壓力差（定值）A、L：試樣筒內(nèi)截面積、高度（固定值）ε——空隙率，未被纖維占據(jù)的體積的比率S0——纖維的比表面積（單位體積纖維的表面積）

μ：空氣粘滯系數(shù)粘滯系數(shù)（與環(huán)境溫濕度有關(guān)可通過溫濕度修正使其保持一致）

ε：樣筒內(nèi)纖維的空隙率（即纖維集合體內(nèi)的空間體積與纖維集合體總體積之比）；

纖維的密度y比表面積Ss纖維塞的質(zhì)量M流量與單位面積質(zhì)量的平方成正比單位面積的質(zhì)量與線密度成正比在纖維塞質(zhì)量M和測(cè)量參數(shù)（A,L,u）不變的情況下：氣流儀測(cè)量可采用定壓法和定流法來表達(dá)纖維集合體中纖維的平均細(xì)度，但不能測(cè)試單根纖維的粗細(xì)。由其測(cè)定的原棉細(xì)度為馬克隆值M，接近線密度（ug/mm）。4．振動(dòng)測(cè)量法

——適用于圓形、長度較長的化學(xué)纖維圖3-21振動(dòng)（撥弦）法測(cè)纖維細(xì)度原理示意圖利用纖維振動(dòng)頻率與線密度的關(guān)系四、纖維細(xì)度及其不勻表征的意義

1．基本現(xiàn)狀 棉纖維：主要采用氣流儀法，其次為切斷稱重法；毛纖維：主要采用OFDA法和LaserScan法，其次為顯微鏡法和氣流儀法；麻纖維：主要采用切斷稱重法，其次為顯微鏡法或OFDA法；絲纖維：主要采用絞絲稱重法其次為顯微鏡法；化纖短纖：根據(jù)毛型、棉型分別采用相應(yīng)的測(cè)試方法；化纖長絲：一般采用絞絲稱重法或顯微鏡法，其次為振動(dòng)法。2．細(xì)度及其不勻?qū)w維集合體性質(zhì)的影響（1）對(duì)纖維本身的影響細(xì)纖維(比表面積增大）：吸濕性好，染色性好，纖維柔軟，色澤乳白化，纖維成形后結(jié)構(gòu)均勻、力學(xué)性能提高；粗纖維：纖維內(nèi)外層的結(jié)構(gòu)差異變大，造成纖維力學(xué)性質(zhì)的不均勻和纖維成形的異形化；纖維之間的細(xì)度不勻：會(huì)引起纖維力學(xué)性質(zhì)的差異，形成紗線堆砌排列的不均勻，造成加工控制和成形困難；纖維本身的細(xì)度不勻：會(huì)產(chǎn)生纖維形態(tài)的粗細(xì)變化，直接導(dǎo)致纖維的細(xì)頸弱節(jié)，影響外觀和品質(zhì)，甚至影響最終的使用。（2）對(duì)紗線的影響纖維粗：紗線截面內(nèi)的纖維根數(shù)減少，堆砌松，接觸點(diǎn)少；纖維細(xì)：紗線截面中的纖維根數(shù)增加，有利于纖維間的相互接觸和紗條均勻性的增加，纖維可紡性提高；2023/3/1136（3）對(duì)織物的影響

纖維細(xì)度種類線密度（dtex）直徑（mm）???性能特征細(xì)旦0.89~2.28.41~17.7柔軟、均勻、高支輕薄化棉、絲型纖維0.89~1.338.41~13.7柔軟、均勻、高支輕薄化毛、麻型纖維1.1~2.213.7～17.7柔軟、均勻、高支輕薄化超細(xì)0.011~0.893.0~11.2吸濕、導(dǎo)濕、細(xì)膩、仿皮革皮革（特細(xì)）0.011~0.110.9~4.0透汽、防水、細(xì)密、麂皮特征極細(xì)0.0001~0.010.09~0.12吸附、超濾、功能納米尺度10-8~10-40.001~0.1特殊功能纖維細(xì)度與功能的關(guān)系納米尺度與納米纖維以納米定義先定粗細(xì)尺度1~100nm，然后以纖維密度1.5~2.5g/cm3，計(jì)算纖維的線密度范圍。納米纖維：在納米尺度范圍內(nèi)的纖維(直徑1~100nm）。五、纖維細(xì)度與成紗質(zhì)量、紡紗工藝的關(guān)系與成紗強(qiáng)度的關(guān)系在其它條件相同的條件下，纖維越細(xì)，成紗強(qiáng)度越高；與成紗條干的關(guān)系在其它條件相同的條件下，纖維越細(xì)，成紗條干越均勻；在保證一定成紗質(zhì)量的前提下，細(xì)而均勻的纖維可紡較細(xì)的紗；與紡紗工藝的關(guān)系纖維越細(xì)，加工過程中容易扭結(jié)、折斷而產(chǎn)生棉結(jié)、短纖維。第三節(jié)纖維的卷曲或轉(zhuǎn)曲卷曲

——

沿纖維縱向形成的規(guī)則和不規(guī)則的彎曲。它與纖維的可紡性、成紗質(zhì)量關(guān)系密切，對(duì)織物的柔軟性、蓬松性、彈性、冷暖感等影響很大。-短纖維紡紗纖維間摩擦力和抱合力增加，成紗有一定強(qiáng)力；提高纖維和紡織品彈性，使手感柔軟，突出織物風(fēng)格；-改善織物抗皺性、保暖性以及表面光澤。一、纖維的卷曲形式及表征

1．卷曲現(xiàn)象圖3-22羊毛及毛發(fā)類纖維的各種卷曲及表達(dá)（1）基本形式羊毛的自然卷曲，是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的正、偏皮質(zhì)細(xì)胞呈雙邊結(jié)構(gòu)或偏皮芯結(jié)構(gòu)或不均勻的混雜結(jié)構(gòu)所致。①~③無或弱卷曲，淺平波形，半細(xì)和土種羊毛；④鋸齒波形，人工；⑤和⑥正常卷曲波形，常波卷曲，美利奴羊毛和中國良種羊毛；品質(zhì)優(yōu)⑦、⑧屬高卷曲纖維，粗羊毛和新西蘭羊毛；粗紡，彈性好⑨和⑩為三維螺旋卷曲，部分粗羊毛和土種毛表3-5澳大利亞羊毛的卷曲性與細(xì)度的關(guān)系羊毛的品質(zhì)支數(shù)纖維直徑um平均纖維長度mm卷曲數(shù)個(gè)/25mm8018.1～19.55522～247019.6～21.05722～246421.1～22.56720～226222.6～24.07016～206024.1～25.57716～205825.6～27.07816～205627.1～28.59213～165030.1～31.79613～164831.8～33.410010～134633.5～35.110810～134435.2～37.012710～13一般纖維越細(xì)，抗彎剛度低，應(yīng)力不平衡程度高，因而卷曲更細(xì)密填塞箱法 填塞箱法復(fù)合纖維法加捻變形工藝編織解脫法圖3-23變形紗中的卷曲形態(tài)化學(xué)纖維一般都要人為賦予卷曲以改善其可紡性和織物性能。利用纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)不對(duì)稱（皮芯結(jié)構(gòu)以及復(fù)合纖維），經(jīng)熱空氣、熱水處理后產(chǎn)生卷曲，如維綸及粘膠纖維；-利用纖維熱塑性采用機(jī)械方法擠壓而成，如滌綸等。常用方法：填塞箱法、機(jī)械擠壓法、刀邊法、空氣變形法等。復(fù)合纖維法（2）卷曲的不均勻及變化卷曲清晰度：指卷曲形態(tài)的一致程度，即占主導(dǎo)地位的卷曲波形占所有卷曲形態(tài)的百分比；（復(fù)合卷曲或混雜卷曲）卷曲的不穩(wěn)定：纖維的卷曲會(huì)發(fā)生變形，天然纖維的卷曲具有記憶性，人工變形纖維（除復(fù)合纖維外）在使用中卷曲會(huì)消失；羊毛的卷曲：在高pH值或具有膨脹作用的液體浸泡下，纖維原來的卷曲消失，且出現(xiàn)相反的卷曲；當(dāng)膨脹消除后，又會(huì)回到原來的狀態(tài)。這也是羊毛織物吸濕膨脹和易于氈縮的主要原因。2023/3/1144

（1）單纖維卷曲的測(cè)量及指標(biāo)

圖3-24單纖維卷曲測(cè)量法原理示意圖（a）單纖維拉伸曲線T0：卷曲張力；GL：T=0時(shí)的夾持隔距；L0：纖維的自然長度；l=L1-L02023/3/1145圖3-24單纖維卷曲測(cè)量法原理示意圖（b）纖維卷曲彈性測(cè)量?jī)x測(cè)量卷曲數(shù)（個(gè)/cm）一個(gè)波長中纖維的長度卷曲率（%）卷曲回復(fù)率（%）卷曲彈性率（%）應(yīng)該是W1反映卷曲多少的指標(biāo)指纖維單位伸直長度內(nèi)，卷曲伸直長度所占的百分率（或表示卷曲后纖維的縮短程度）。反映卷曲牢度的指標(biāo)卷曲彈性，卷曲耐久牢度1)卷曲數(shù)：指每厘米長纖維內(nèi)的卷曲個(gè)數(shù)，是反映卷曲多少的指標(biāo)。一般化學(xué)短纖維的卷曲數(shù)為12～14個(gè)/25cm，羊毛的卷曲數(shù)隨羊毛細(xì)度和生長部位而異。

2)卷曲率:指纖維單位伸直長度內(nèi)，卷曲伸直長度所占的百分率（或表示卷曲后纖維的縮短程度）。卷曲率的大小與卷曲數(shù)及卷曲波幅形態(tài)有關(guān)。一般短纖維的卷曲率在10～15％為宜。3）剩余卷曲率：指纖維經(jīng)加載卸載后卷曲的殘留長度對(duì)卷曲伸直長度的百分率。反映卷曲牢度的指標(biāo)，數(shù)值越大，表示回縮后剩余的波紋越深，即波紋不易消失，卷曲耐久。一般短纖維約為70～80％。4）卷曲彈性率：指纖維經(jīng)加載卸載后，卷曲的殘留長度對(duì)伸直長度的百分率。反映卷曲牢度的指標(biāo)。數(shù)值越大，表示卷曲容易恢復(fù)，卷曲彈性越好，卷曲耐久牢度越好。一般短纖維約為10％。

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圖3-25切斷纖維段的卷曲度計(jì)算原理圖曲率卷曲度卷曲數(shù)r為纖維段彎曲半徑；為纖維段兩彎曲拐點(diǎn)的切線夾角；為彎曲段的長度；0為兩拐點(diǎn)間的直線距離；L0取25mm。來源于細(xì)度測(cè)量時(shí)對(duì)纖維段彎曲的圖像處理估算卷曲特征指標(biāo)2023/3/1148圖3-26羊毛毛叢的卷曲清晰性實(shí)物及示意圖清晰度Cd：對(duì)毛叢的紋理作圖像分析得出條紋的頻率及其均勻性，以及條紋的主頻率或規(guī)則條紋面積占所有頻率或面積的百分?jǐn)?shù)來描述纖維卷曲的規(guī)整度（2）纖維段彎曲曲率測(cè)量法2023/3/1149圖3-27纖維束拉伸曲線起始卷曲段求CdW0完全不均勻卷曲所做的功；W為實(shí)際卷曲不勻所做的功（4）纖維集合體膨松性的測(cè)量常用指標(biāo)：膨松度最大膨松度膨松系數(shù)二、纖維的轉(zhuǎn)曲及表征 1.纖維轉(zhuǎn)曲和扭轉(zhuǎn)的表達(dá)轉(zhuǎn)曲：纖維沿軸向發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。圖3-28纖維轉(zhuǎn)曲及其理論表達(dá)示意圖n轉(zhuǎn)曲數(shù)為單位長度上的纖維扭轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)（個(gè)/cm）

圖3-29纖維扭轉(zhuǎn)的表面條紋與扭轉(zhuǎn)角差異纖維扭轉(zhuǎn)角；D直徑第四節(jié)纖維的截面形狀及表征一、異形纖維的基本概念纖維的截面變化，或稱異形化，主要有兩類形式：截面形狀的非圓形化，又分為輪廓波動(dòng)的異形化和直徑不對(duì)稱的異形化；截面的中空和復(fù)合化圖3-30纖維截面變化的過程、類型及相互關(guān)系二、截面異形的表征

1．截面的輪廓波動(dòng)異形圖3-31截面異形幾何特征參數(shù)示意圖RO,RiA0Ai分別為最大接觸點(diǎn)的外接圓和內(nèi)切圓半徑、截面積2．截面的直徑變異異形（1）纖維截面存在長短差異時(shí)，可采用橢圓比來表達(dá)異形度：（2）內(nèi)凹的纖維截面，分別用厚度和截面積表達(dá)內(nèi)凹度：ts，跑道形的截面厚度（3）非對(duì)稱的內(nèi)凹纖維截面，還可增加用內(nèi)凹角表達(dá)內(nèi)凹的程度：（4）化纖的異形保持率，即纖維截面形狀與噴絲板孔的相近程度，又稱成形相似度：S0，Sf分別為纖維和噴絲板孔的形態(tài)特征值（或異形度）三、截面空心與復(fù)合的表征

1．截面的空心（1）中空度指纖維截面中孔洞橫截面積占纖維表觀橫截面積的百分比。單孔圓形多孔（n孔）圓形Av，纖維截面中孔洞橫截面積；Af，纖維表