11纺织材料学-绪论、1--7章

本章知识点： 纺织材料的概念。 纺织材料的分类。

纺织产业在国民经济中的地位。

一、纺织材料的概念与范畴

纺织材料学是纺织工程专业的一门基础课程。重点介绍纺织加工的原料、半成品和其各阶段产品的结构、主要性能、设计及评价依据。

纺织材料隶属于材料科学领域，包括纺织加工用的各种纤维原料和以纺织纤维加工成的各种产品，可分为一维形态、二维形态、三维形态等。这些产品可分为服用纺织品、家用纺织品、产业用纺织品等。

纺织材料是工程材料的一个重要分支。 二、纺织材料的分类

纺织材料按形态分为纺织纤维、纱线及其半成品、织物等。 1.纺织纤维

纺织纤维是截面呈圆形或各种异形的、横向尺寸较细。长度比细度大许多倍的、具有一定强度和韧性的（可挠曲的）细长物体。

纺织纤维按材料类别分为有机纤维和无机纤维。纺织纤维按材料来源分为天然纤维和化学纤维。

天然纤维按原料来源分为植物纤维、动物纤维、矿物纤维，其中植物纤维又按取得部位分为种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、维管束纤维；动物纤维分为毛纤维、分泌腺纤维；矿物纤维是天然无机化合物纤维。

化学纤维按聚合物来源分为有机再生纤维、有机合成纤维和无机纤维。再生纤维可由天然高聚物溶解后纺丝制得；天然高聚物化学改性后溶解纺丝制得的纤维，有人成为半合成纤维。有机合成纤维是以石油、天然气、煤、农副产品为原料人工合成高聚物纺丝制得的纤维，按纵向形态分为长丝、短纤维；按聚合物类型分为碳链纤维和杂链维。无机纤维有玻璃纤维、碳纤维及石墨纤维、金属纤维、

碳化硅纤维、玄武岩纤维等。化学纤维按加工过程分为初生丝、未拉伸丝、预取向丝、拉伸丝、全取向丝等；按纤维粗细分为粗线密度、中线密度、细线密度、超细线密度和纳米纤维等；按纤维截面形态分为圆形、异形；按纤维成分分为单一成分纤维、多种成分纤维，其中多种成分纤维又可按特征分为混抽纤维、复合纤维等。

纺织纤维中具有某些特殊功能或某些应用性能，有时也称高性能纤维或功能纤维。

2.纱线及其半成品

纱线是由纺织纤维平行伸直（或基本平行伸直）排列利用加捻或其他方法使纤维抱合缠结形成连续的具有一定强度、韧性和可挠曲性的细长体。它们中较细的单股体称为纱，多股捻合体称为线，很多股较粗的捻合体或编结体称为绳或缆。纱的半成品有粗纱、条、卷等。

单一品种的纺织纤维制成纱线称为纯纺纱线；两种或多种纺织纤维利用纺纱混合方法制成的纱线称为混纺纱线；两种或多种纯纺纱线加捻并合的纱、线、缆称为混并纱线或复合纱线。

纱线按纺织纤维长度分为短纤维纱线、长丝纱线及两者组成的复合纱线。 3.织物

由纺织纤维和纱线用一定方法穿插、交编形成的厚度较薄、长及宽度很大、基本以二维为主的物体称为织物。

织物按结构及其形成方式不同分为机织物、针织物、编结物、非织造织物和复合织物。

织物按不同纺织纤维原料的种类分为棉织物、麻织物、毛织物、丝织物、化纤织物等纯纺织物和两种、两种以上纤维混纺纱线制的混纺织物及两种及两种以上纯纺纱线织制的交织织物。

织物也可按织物组织分为许多种，如机织物中的平纹组织、斜纹组织、缎纹组织等织物；纬编针织物中的平针组织、罗纹组织、双反面组织、双罗纹组织等织物；经编针织物中的经平组织、经缎组织等织物；编结物中的各种编结组织的织物等。

三、纺织产业的发展

为保证环境的可持续发展，现在纺织工业正由大量依赖石油化工资源，转向利用可再生、可降解、可循环的生物资源，其原材料更是扩及农林牧副渔的许多领域。它的产品既满足了服装和家用纺织品的消费，也向机械、电工材料、电子、土建、水利、农业、渔业、公路、水运、航空、航天等产业提供原材料及其增强体。因此，新型纺织原料包括高性能纤维、新功能纤维的开发和应用正在蓬勃发展，纺织材料在今后将以更快的速度发展和提高

第一章 纤维结构基础知识

本章知识点： 1.纤维的大分子结构。 2.纤维的凝聚态结构。

3.纤维结构的研究测试方法及特点。

第一节 纤维大分子结构

一 、纤维大分子主链的化学组成及连接方式

1.均链大分子：主链均由一种原子以共价键形式组成的大分子链，且通常是以碳—碳键相连，这类大分子一般由加聚反应制得。

2.杂链高分子：主键是由两种或两种以上的原子组成的大分子链，且其通常是由碳—氧、碳—氮、碳—硫等以共价键相联结而成，主要通过缩聚反应或开环聚合而成。特点：刚性大、力学性能、耐热性好。

3.元素有机高分子：大分子主链上含有磷‘硼、铝、硅、钛等元素，并在其侧链上含有有机基团。特点：弹性，塑性、耐热性。 二 、侧基与端基

1.侧基：分布在大分子主链两侧并通过化学键与大分子主链连接的化学基团。 对大分子的影响：侧链的性能、体积、极性影响大分子的柔顺性、凝聚态。 2.端基：指大分子两端的结构单元，且与主链“单机”结构有很大差别

三 、大分子链的柔性：

1.大分子链的柔性：是指其能够改变分子构象的性质，也就是大分子链可以呈现出各种形态的性质。

2.末端距：大分子链两端之间的直线距离。末端距越小，柔性越高。

3.结构对柔性的影响：化学键的种类；是否含有侧基；大分子之间形成的氢键 四 、相对分子质量及其分布：

1．聚合度：大分子链中单基的重复个数，分子式中n的数值。

2．相对分子质量的测量方法：化学法、热力法、光学法、动力学法、凝胶渗透色谱法。

3. 相对分子质量的统计方法：

①数均摩尔质量法：按分子数加权平均的相对分子质量。 ②重均相对分子质量法：按分子质量加权平均的相对分子质量。 ③黏均相对分子质量法：用溶液粘度法测出的平均相对分子质量。

第二节 纤维的凝聚态结构

纤维的凝聚态结构：在分子间作用力下，纤维内大分子之间的排列和堆砌结构。 一﹑纤维大分子间的作用 1﹑作用力的性质和种类

形式：范德华力﹑氢键﹑盐式键﹑化学键 1）﹑范德华力：1取向力；2诱导力；3色散力

2）﹑氢键：是氢原子与其他电负性很强的原子之间形成的一种较强的相互作用静电引力，具有方向性和饱和性。

3）﹑盐式键：部分纤维的侧基在成对的某些专门基团之间产生能级越迁原子转移，形成络合物类型﹑配价键性质的化学键。

4）﹑化学键：部分纤维的大分子之间存在着化学键的连接。

5）﹑ 联：高聚物大分子之间吸附的（溶剂）分子撤离成为自由分子的过程中，高聚物分子 联的增加显示为大分子之间所显示的相互吸引能。 2﹑内聚能密度：将1mol的固体气化所需的能量

二﹑纤维的凝聚态结构：

1﹑纤维结构的一般特性：结晶区，非结晶区 结晶度：纺织纤维中结晶区的大小占纤维的比例。 取向度：大分子排列方向与纤维轴向符合程度。 2﹑纤维的结晶态结构：

1）结晶结构形态：纤维中的结晶区是由晶体构成。 2）纤维中的结晶形态：

形态：单晶﹑树枝状晶﹑球晶﹑原纤状晶﹑串晶﹑柱晶。 3）结晶度：纤维中结晶区的大小和所占纤维的比例。 测量方法：密度法﹑X射线法﹑红外光谱法﹑量热分析法。 3纤维的非结晶态：大分子链不具备三维有序的排列结构。 4﹑纤维的取向结构：

取向排列：由于纤维大分子链为细而长的结构，且其长度是宽度的几千甚至几万倍，因此纤维中大分子链﹑链段和晶体的长度方向沿着纤维的几何轴向呈现一定夹角排列。

5﹑纤维的原纤结构：

基原纤：通常由几根或者十几根直线链状大分子，按照一定的空间位置排列，相对稳定的形成结晶态的大分子束。

微原纤：由若干根基原纤平行排列结合在一起的大分子束。

原纤：由若干根基原纤基本平行排列结合在一起，形成更粗大些的纤维大分子束。 巨原纤：由原纤基本平行堆砌得到的更粗大的大分子束。 细胞壁：巨原纤或微原纤堆积而成 6﹑纤维的液晶结构：

特点：（1）大分子应含有苯环﹑杂环﹑多重键刚性结构，同时还应含有一定数量的柔性结构，并且大分子总体表现为刚性链结构。 （2）分子具有不对称的几何结构

（3）大分子应含有极性或可以极化的基团。 7﹑纤维的织态结构：

共混高聚纤维：采用两种或者两种以上不同的高分子材料以共混的方式进行纺丝。

第三节 纤维结构测试分析方法

一﹑显微分析技术法

1﹑光学显微镜:由目镜、物镜、试样台、光源系统组成，其放大作用主要是置于试样台上的被观察物体的反射或透射光线，经过透镜组中焦距很短的物镜和焦距较长的目镜的放大实现。

2﹑电子显微镜：利用具有波长更短的电子束替代可见光，从而实现更大的放大倍数和分辨距离。

3﹑扫描隧道显微镜：用一个极细的尖针去接近样品表面，当尖针和样品表面靠的很近，即小于1nm时，尖针和样品之间发生隧道效应，具有电子溢出，从而形成隧道电流。

4﹑原子力显微镜：利用一悬臂探针在接近被测试样表面并移动时，探针针尖会受到力的作用而使悬臂产生偏移，其偏移振幅变化经检测后转变为电信号，并经成像系统合成试样表面的形态图片信息。 二﹑x射线衍射法

X射线衍射法是一种研究晶体结构的分析方法，而不是直接研究试样内含有元素的种类及含量的方法。当X射线照射晶态结构时，将受到晶体点阵排列的不同原子或分子所衍射。X射线照射两个晶面距为d的晶面时，受到晶面的反射，两束反射X光程差2dsinθ使入射波长的整数倍时,即2dsinθ=nλ（n为整数），两束光的相位一致，发生相长干涉，这种干涉现象称为衍射，晶体对X射线的这种折射规则称为布拉格规则。θ称为衍射角（入射或衍射X射线与晶面间夹角）。n相当于相干波之间的位相差，n＝1，2„时各称0级、1级、2级„„衍射线。反射级次不清楚时，均以n＝1求d。晶面间距一般为物质的特有参数，对一个

物质若能测定数个d及与其相对应的衍射线的相对强度，则能对物质进行鉴定。

三﹑红外光谱分析法 1.概念

利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法称为光谱分析法。 英文为spectral analysis或spectrum analysis。各种结构的物质都具有自己的特征光谱，光谱分析法就是利用特征光谱研究物质结构或测定化学成分的方法。 2.分类

光谱分析法主要有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法[1]等。根据电磁辐射的本质，光谱分析又可分为分子光谱和原子光谱。 3.原理

物质吸收波长范围在200～760nm区间的电磁辐射能而产生的分子吸收光谱称为该物质的紫外——可见吸收光谱，利用紫外——可见吸收光谱进行物质的定性、定量分析的方法称为紫外——可见分光光度法。其光谱是由于分子之中价电子的跃进而产生的，因此这种吸收光谱决定于分子中价电子的分布和结合情况。其在饲料加工分析领域应用相当广泛，特别是在测定饲料中的铅、铁、铅、铜、锌等离子的含量中的应用。荧光分析也是近年来发展迅速的痕量分析方法，该方法操作简单、快速、灵敏度高、精密度和准确度好，并且线形范围宽，检出限低。 4.应用

光谱分析法开创了化学和分析化学的新纪元，不少化学元素通过光谱分析发现。已广泛地用于地质、冶金、石油、化工、农业、医药、生物化学、环境保护等许多方面。光谱分析法是常用的灵敏、快速、准确的近代仪器分析方法之一。 5.特点

（1）分析速度较快 原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。

（2）操作简便 有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。 （3）不需纯样品 只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点。

（4）可同时测定多种元素或化合物 省去复杂的分离操作。 （5）选择性好 可测定化学性质相近的元素和化合物。如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰，成为分析这些化合物的得力工具。

（6）灵敏度高 可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g。 （7）样品损坏少 可用于古物以及刑事侦察等领域。

随着新技术的采用（如应用等离子体光源），定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。还可以进行微区分析。 局限性：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。 四﹑核磁共振法

聚合物由玻璃态转变到橡胶态时，含有质子的基团的运动频率增加，质子活动性的改变可以用核磁共振法测定。将样品置于磁场中，加以一定脉冲序列，发生自旋回波信号，回波幅度的包络线就是原子核系统由自旋 - 自旋驰豫时间

所决定的指数衰减曲线。不时升温的过程中，测定 T2 当聚合物处于玻璃态时， T2 不随温度而变，表示出刚性晶格的性质，玻璃化转变后，突破刚性晶格的， T2 随温度升高而增大。由 T2 和温度的曲线可求得。

第二章 纺织纤维的形态及基本性质

本章知识要点：

1﹑纤维的细度﹑细度不匀﹑长度分布﹑卷曲及拉伸强度指标的定义。 2﹑异形截面纤维的特征与指标。

3﹑纤维细度﹑长度指标与可纺性及纺织产品性能的关系， 4﹑纤维回潮率﹑公定回潮率以及吸湿机理，吸湿性对性能的影响。

第一节：纤维的细度

纤维细度：纤维直径或截面面积的大小来表达的纤维粗细程度 一﹑纤维的细度指标：直接指标﹑间接指标 直接指标：直径 间接指标：

1﹑线密度：1000m长的纺织材料在公定回潮率时的重量 2﹑纤度：9000m长饿纺织材料在公定回潮率时的重量。

3﹑公制支数：公定回潮率时重量为1kg的纺织材料所具有的长度。 细度指标的换算：书26页 二﹑纤维的细度不匀及其指标：

细度不匀的内容：纤维间的粗细不匀；单根纤维沿长度方向上的粗细不匀。 1﹑各类纤维的细度不匀：毛类纤维，麻纤维，蚕丝，化纤。

2﹑细度不匀指标及分布：（1）不匀率指标：主要包括直径或线密度的标准差及其变异系数cv值

（2）纤维间细度不匀的分布：见书29页 三﹑纺织纤维细度测量方法： 细度：测长称重法

圆形截面的纤维：测平均直径及变异系数

其他方法：震动测量法，气流仪测量法，声阻仪测量法 四﹑纤维细度对纤维﹑纱线及织物的影响：

（1）对纤维本身的影响：影响纤维的比表面积，从而影响纤维的吸附及染色性能。

（2）对纱线质量及纺纱工艺的影响 （3）对织物的影响

第二节 纤维的界面形状

一、纤维异形化：

异形纤维：非圆形截面的化学纤维称为异形纤维。

物理改性的手段：1.纤维截面形状的非圆形化2.截面的中空和复合化 二、异形纤维的特征与指标： 1.具有有脸的光学性能

2.增加纤维的覆盖能力，提高起球性

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 4.可减少纤维的蜡状感，使织物具有丝绸感，并能增加染色的鲜艳度。 5.表面沟槽起到的导汉、透湿作用。同时还可增大比表面积，有利于水分蒸发，从而使织物具有快感能力。 （一）径向异形度及其变异系数： 1.相对径向异形度 2.平均径向异形度 3.理论径向异形度

（二）截面面积异形度及其变异系数 1.相对截面面积异形度 2.平均截面面积异形度 3.理论截面面积异形度 （三）截面中空度

第三节 纤维的长度

一、长度的分类与指标

自然长度：纤维在自然伸展状态都有不同程度的弯曲或卷曲，它的投影长度为自然长度

伸直长度：纤维在充分伸直状态下两端之间的距离，称为伸直长度。 (1)纤维长度分布

(2)纤维长度的集中性指标：

1.纤维加权平度：纤维式样中长度的平均值

2.主体长度：一束纤维式样中根数最多或者最重最大的一组纤维的长度，称计数或计重主体长度。

3.品质长度：用来确定纺纱工艺参数的纺织纤维长度指标，又称右半部平均长度或上半部平均长度。

4.跨距长度：使用HVI系列数字式照影仪测得的纤维长度指标。 5.手扯长度：用手扯尺量法测得的棉纤维长度称为手扯长度。

6.交叉长度：计数的纤维长度一次累计曲线由长向短方向累计频率0.5%处或拐着点处得长度L称为交叉长度。 （3）纤维长度的散热性指标 1.纤维长度的均方差和变异系数

2.短绒率：计数和计重纤维长度分布曲线中短于一定界限长度的纤维量与总量的百分数

3.超长纤维与倍长纤维：长度超过切断长度的纤维称为超长纤维；长度为其名义长度得两倍以上的纤维称为倍长纤维

4.纤维长度的整齐度：计数平均长度与计数平均以上平均长度的比值。 二、纺织纤维长度测量方法： （1）长丝纤维

（2）天然纤维和化学纤维的切断纤维或牵切拉斯纤维： 1.逐根测量法

2.成束一端排齐测量法

3.平行排列测量法 4.分组称重测量法 5.计数二次累计曲线测量法 三、纺织纤维长度与工艺的关系：

纤维长度越长加工性能越好，整齐度越好，成纱强力越高

第四节 纤维的卷曲与转曲

一、纤维的卷曲及表征： 1.卷曲纤维的形态结构： 人工卷曲 自然卷曲 （1）毛纤维的卷曲

（2）其他纤维的卷曲：化学纤维的卷曲；合成纤维的卷曲 2.卷曲的表达指标：

卷曲数；卷曲模量；定负荷伸长率；第一次卷曲弹性回复率；卷曲稳定度；第二次卷曲弹性回复率 二、纤维的转曲及表征：

1.纤维转曲的概念：纤维的“转曲”是纤维沿轴向发生扭转的现象，棉纤维具有的天然转曲是去具有良好的抱合性与可纺性能的主要原因之一。 2.纤维转曲的表达

第五节 纤维的吸湿性

一、纤维的吸湿平衡：

纺织纤维材料吸收和放出水分，随时间的推移逐渐达到一种平衡状态，其含湿量趋于一个稳定的值，这时，单位纤维吸收大气中的水分等于放出或蒸发的水分。

二、纤维的吸湿指标：

1.回潮率与含水率：

回潮率：纤维中所含水量占纤维干重的比例 含水率：纤维中所含水分占纤维湿重的比例

2.平衡回潮率：纤维在一定大气条件下，吸放湿作用达到平和时的回潮率 3.标准回潮率：在一个标准大气压下，吸放湿作用达到平和时的回潮率 4.公定回潮率：各国依据各自的具体条件，对各种纺织纤维的回潮率作统一规定 5.公定重量：见书46页公式 三、纤维的吸湿等温线：

在一定的大气压和温度的条件下，分别将纤维材料预先烘干，再放在各种不同相对湿度的空气中，使其达到吸湿平衡回潮率，可以分别得到各种纤维在不同相对湿度下与平衡回潮率的相关曲线。 四、吸湿滞后性的现象：

相同的纤维在一定的大气温度湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到衡时，两平衡回潮流率是不相等的，且放湿达到的平衡回潮率大于吸湿达到的平衡回潮率。

五、温度对吸湿的影响：见图2-14 六、纤维结构与吸湿的关系： 1.对质量的影响

2.吸湿膨胀：纤维吸湿后，其长度和横截面均要发生膨胀，体积增大 3.对纤维密度的影响：先随回潮率的增大而增大以后又下降

第六节 纤维的拉伸强度

一、纤维拉伸断裂性能的基本指标

1.拉伸断裂强力：纤维受外力直接拉伸到断裂时所需的力 2.相对强度：将强力折合成规定粗细时的力

（1）断裂应力：纤维单位面积上能承受的最大拉伸力 （2）断裂比强度：纤维1tex粗时能承受的拉伸力

（3）断裂长度L；单根纤维悬挂重力等于其断裂强力时的长度

（4）强度指标之间的换算：见表2-11 二、断裂伸长率：纤维拉伸到断裂时的伸长率

三、纤维拉伸的初始模量：拉伸伸长率的1%时应历的100倍。

第三章 植物纤维

本章要点： 1.植物纤维的分类。

2.棉纤维和木棉纤维的形态特征及其主要性能特点。 3.各类麻纤维的形态特征及主要性能特点。 4.竹纤维的形态特征及主要性能特点。

棉纤维的分类：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维和维管素纤维。

第一节 种子纤维

种子纤维主要来源于生长在热带、亚热带和温带气候地区的植物种子中的纤维状物质，其原始功能是帮助植物种子在风中传播。 一、 棉纤维

我国五大棉区：黄河流域、长江流域、华南、西北、东北。 （一） 棉纤维的种类 1. 按品种分类

（1）陆地棉种，由于纤维较细，也叫细绒棉，是世界棉花种植最多的品种。陆地棉长度适中，纤维平均长度为23~~32mm。

（2）海岛棉种，由于纤维长而细，又称长绒棉。平均长度为33~~46mm，海岛棉品质优良，是高档棉纺织产品和特殊产品的原料。

（3）亚洲棉种，由于纤维粗而短，又称粗绒棉。纤维平均长度15~~24mm，纤维产量低，品质差。

（4）非洲棉种，又称草棉。纤维短粗，平均长度17~~23mm。

2. 按纤维初加工分类

（1）籽棉：由棉田中采摘的带有棉籽的棉花。籽棉经过晾晒干燥后，进行除去棉籽的加工，即轧棉，或称扎花。

（2）皮棉：经过扎花加工后除去棉籽的棉纤维，又称原棉。

（3）锯齿棉：由锯齿轧棉机加工得到的皮棉称为锯齿棉。锯齿轧棉作用剧烈，容易损伤长纤维，也容易产生加工疵点，但纤维长度整齐度高，杂质和短纤维含量少。一般纺纱多用锯齿棉。

（4）皮辊棉：有皮辊轧棉机加工得到的皮棉称为皮辊棉。皮辊轧棉机产量低，多用于长绒棉的轧棉加工。 3.按纤维色泽分类

（1）白色棉：分为白棉、黄棉和灰棉。

（2）彩色棉：指天然生长的非白色棉花，又称有色棉，主要属粗绒棉品种。 （二）棉纤维的形态及其结构

棉纤维在棉属植物的棉铃中生长，由棉籽表皮细胞经过伸长和加厚两个阶段发育而成。

1.棉纤维的化学组成

主要组成：纤维素、半纤维素、可溶性糖类、蜡质、脂肪、灰分等物质，彩色棉还含有色素。 2.棉纤维的微观结构

棉纤维的截面结构是有许多同心圆柱组成，由外至内依次为表皮层、初生层、次生层和中腔。

（三）棉纤维的主要性能指标

（1） 棉纤维的长度、中段线密度Tt。

（2） 棉纤维的成熟度：棉纤维生长周期长，生长期间日照充分，纤维素合成

多，细胞壁厚时，成熟度高。

（3） 马克隆值：棉纤维用气流仪测试的一种指标，与成熟度比和线密度的乘

积都有关系。

（4） 断裂比强度与断裂伸长率：棉纤维的比强度 由于品种不同有较大的差

异

（5） 初始模量：纤维的初始模量为60-82cN/dtex

（6） 弹性：棉纤维的贪心较差,伸长3%时的弹性回复率为%，伸长5%时弹

性回复率为45%

（7） 密度：棉纤维的密度为1.53g/cm3,外轮廓中的密度为1.25~1.31g/cm3。 （8） 天然转曲:纤维纵向的卷曲是由于次生层中螺旋排列的原纤多次转向，

使纤维结构不平衡而造成的。

（9） 吸湿性：棉纤维不溶于水，因为水分不能渗透纤维素密实的结晶区内，

但棉纤维的多孔结构使水分可以迅速向原纤的非结晶区渗透，与自由的纤维素羟基形成氢键。

（10） 耐酸性：纤维素对无机酸非常敏感，酸可以使纤维素大分子中的苷键

水解，大分子链变短，还原能力提高，纤维素完全水解时生成葡萄糖 （11） 耐碱性：纤维素在碱液中不会溶解，但会在伯羟基上取代氢，形成碱

纤维素并扭转结晶构型，由纤维素1转变为纤维素2。

（12） 耐热性：纤维素的处理温度在150度以上时，新纤维素热分解会导致

强度下降，且产生水，二氧化碳和一氧化碳。

（13） 染色性：棉纤维的染色性较好，可以采用直接染料、还原染料、活性

染料、碱性染料、硫化染料等染色。

（14） 防霉变形：棉纤维有较好的吸湿性，在潮湿环境系，容易受到细菌和

霉菌的侵蚀。

二、 木棉

（一） 木棉纤维的形态结构

木棉纤维的纵向呈薄壁圆柱形，表面有微细凸痕，无转曲。 木棉纤维具有独特的薄壁、大中空结构。 （二） 棉纤维的主要性能

1. 纤维规格：木棉纤维长度较短，为8—34mm

2. 密度：木棉纤维的中空度达到94%—95%，细胞壁十分薄，未破裂细胞的

密度为0。05—0.06g/cm3

3. 强度与伸长：木棉纤维的强力较低，伸长能力小。

4. 扭转刚度：木棉纤维的相对扭转刚度很高，为71.5*10-4（cN•cm2）/tex2

纤维比长度我饿哦0.8~1.3cN/dtex，断裂伸长率为1.5~3.0%

5. 吸湿性：木棉纤维的吸湿性好于棉纤维，则其标准回潮率为10%~10.73% 6. 光学性能：木棉纤维的平均折射率为1.718，略高于棉纤维 7. 耐酸性：木棉纤维的耐酸性较好。

8. 耐碱性：木棉纤维的耐碱性良好，常温下氢氧化钠溶液对其没有影响。 9. 染色性：木棉纤维也可以直接染色，但上色率低 10. 色泽：木棉纤维有白、黄和黄棕色三种颜色

第二节 韧皮纤维

一、 韧皮纤维种类 （一） 苎麻

苎麻俗称有白苎、线麻、紫麻等，其可分为白叶种和绿叶种。白叶种苎麻叶正面呈绿色，叶背面长满白色绒毛，纤维品质好，主要种植在我国。绿叶种苎麻纤维的品质略差，主要种植地区在南洋群岛等少数地区。 1. 苎麻纤维结构 2. 苎麻纤维的主要性能

（1） 纤维规格：苎麻纤维的细度与长度明显相关，一般越长的纤维越粗，越

短的纤维越细。 （2） 断裂比强度与断裂伸长率

（3） 初始模量：苎麻纤维硬挺，刚性大，具有较高的初始模量。 （4） 弹性

（5） 光泽：苎麻纤维具有较强的光泽

（6） 密度：苎麻纤维细胞壁密度与棉相似，近1.54~1.55g/cm3。 （7） 吸湿性：苎麻纤维具有非常好的吸湿、放湿性能。 （8） 耐酸：苎麻与其他纤维素纤维相似，耐碱不耐酸。 （9） 耐热性：苎麻纤维的耐热性好于棉纤维。

（10）染色性：苎麻纤维可以采用直接染料、还原染料、活性染料、碱性染料等染色。 （二） 亚麻

亚麻分为纤维用、油纤兼用和油用三类，我国传统称谓纤维用亚麻为亚麻， 油纤兼用和油用亚麻为胡麻。 1. 亚麻纤维结构 2. 亚麻纤维主要性能

（1） 纤维规格:亚麻单纤维的长度差异较大，麻茎根部纤维最短，中部次之，

梢部最长。

（2） 断裂比强度与断裂伸长率：亚麻纤维具有较好的强度，断裂比强度约为

4.4cN/dtex,断裂伸长率为2.50%~3.30%。

（3） 初始模量：亚麻纤维刚性大，具有较高的初始模量。亚麻单纤维的初始模量为145~200Cn/dtex.

（4） 色泽：亚麻纤维具有教的色泽。 （5） 密度：亚麻纤维胞壁的密度为1.49g/cm3

（6） 吸湿性：亚麻纤维具有很好的吸湿、导湿性能，在标准状态下的纤维回潮

率为8%~11%，公定回潮率为12%。

（7） 抗菌性：亚麻纤维对细菌具有一定的抑制作用。 （三） 黄麻

1.黄麻纤维结构：黄麻茎与苎麻亚麻相似，分皮层和芯层。皮层中初生韧皮细胞和次生韧皮细胞发育成麻纤维。 2.黄麻纤维主要性能

（1）纤维规格：黄麻单纤维长度很短，一般1~2.5mm，宽度10~20um,因此需要采用成束的工艺纤维纺纱，生产麻绳和麻袋的黄麻工艺纤维长度80~150mm，线密度为18~35dtex.

（2）断裂比强度与断裂伸长率：黄麻纤维有较好的强度，工艺纤维平均断裂强度为2.7cNtex，断裂伸长率为2.3%~3.5%。

（3）色泽：黄麻纤维富有光泽，且纤维色泽与其纤维本身的颜色和脱胶质量有密切关系。

（4）密度：黄麻纤维胞壁密度为1.21g/cm3.

（5）吸湿性：黄麻纤维的吸湿、导湿性很强。在标准状态下黄麻生麻的回潮率为12%~16%，熟麻的回潮率为9%~13%，黄麻的公定回潮率为14%。 （6）耐热性：黄麻纤维燃点低，，易燃。 （四）汉（大）麻 1.汉麻纤维的品种与结构

汉麻适应环境能力强，耐贫瘠、抗逆性强、适生性广，具有喜光照、光合作用效率较高的生物学特性。

传统汉麻雌雄异株，雄株开花不结籽，俗称花麻，雌株授粉后可以结籽，俗称籽麻。

汉麻茎截面由表皮层、初生韧皮层、次生韧皮层、形成层、木质层和髓部组成，表皮层中表皮细胞下为厚角细胞、薄壁细胞和内皮细胞。汉麻纤维分为初生韧皮纤维和次生韧皮纤维。 2.汉麻纤维的主要性能

（1）纤维规格：汉麻单纤维长度较短，平均长度为16~20mm,最长可达27mm.汉麻单纤维在麻类纤维中是较细的，纤维平均宽度为18um。

（2）断裂比强度与断裂伸长率：汉麻纤维细度较细，但是纤维断裂强度优于亚麻，低于苎麻。单纤维平均断裂比强度为4.8~5.4cN/dtex,断裂伸长率为2.2%~3.2%。

（3）密度：汉麻单纤维胞壁密度为1.52g/cm3.

（4）吸湿性:汉麻纤维表面有许多纵向条纹，这些条纹深入纤维中腔，可以产生优异的毛细效应，因此汉麻纤维具有很好的吸湿透气性。

（5）光泽与颜色：汉麻纤维横截面的形状为不规则的腰圆形或多角形等。 （6）抗菌性：汉麻具有天然抗菌性，在其生长过程中几乎不需要使用农药。 （7）抗静电性：由于汉麻纤维的吸湿性能很好，质量比电阻小于苎麻，大于亚麻和棉纤维，其纺织品能避免静电积累，即具有较好的抗静电性能。 （8）耐热性：汉麻纤维具有良好的耐热性，纤维素的分解温度为300~400C. （9）抗紫外线功能：汉麻纤维截面多种多样，纤维壁随生长期的不同其原纤排列取向不同，并且分为多个层次，因此其纤维光泽柔和。

（五）罗布麻

罗布麻属夹竹桃科罗布麻属，多年生宿生草本植物。

罗布麻具有防风固沙的作用，其茎高根深，对土壤要求不严格，可以生长在盐碱荒地、多石山坡、沙漠边缘，是具有抗旱、耐盐、抗风、抗寒特性的植物。

罗布麻分为红麻和白麻两个品种，红麻植株较高，为1.5~3m，幼苗为红色，称为红麻，叶片较大，红朵较小且呈紫红色和粉红色，其耐旱、耐盐能力略弱；白麻植株较矮，为0.5~2.5m,幼苗为浅绿色或灰白色，叶片较小，花朵较大呈粉红色，其耐旱、耐盐能力极强。 1.罗布麻纤维组成与结构

罗布麻茎秆截面与苎麻、亚麻等相似，也是由皮层和芯层组成，芯层髓部组织较发达，纤维取自皮层的韧皮纤维细胞。

不同生长地区的罗布麻化学组成有所不同，罗布麻的纤维素含量与苎麻相近，但其半纤维素含量较苎麻低，木质素含量较高。 2.罗布麻纤维的主要性能

（1）纤维规格：罗布麻红麻纤维平均长度为25~53mm,宽度为14~20um；白麻纤维平均长度为50~60mm,最长可达180mm,宽度约为18um.

（2）断裂比强度与断裂伸长率：罗布麻单纤维平均断裂比强度为2.9cN/dtex,断裂伸长率为3.33%。

（3）密度：罗布麻纤维壁密度与棉纤维相近，为1.55g/cm3。

（4）吸湿性：罗布麻纤维的标准回潮率为比6.98%，纤维吸湿速度较慢，放湿速度较快。

（5）弹性：罗布麻纤维压缩弹性回复率为49.25%。

（6）色泽：罗布麻纤维随脱胶程度不同，有灰白色、灰褐色、褐色等色泽。 （7）表面摩擦性能：罗布麻纤维静摩擦因数为0.555，动摩擦因数为0.453，表面光滑，纤维间抱合力较小。

（8）染色性：罗布麻染色性能与亚麻相似，染色均匀性较差。

（9）抗菌性：罗布麻纤维具有天然抑菌功能，对金黄色葡萄球菌抑菌率为47.7%；对大肠杆菌的抑菌率为56.8%；对白色念珠菌的抑菌率为40.2%。 （六）香蕉纤维

香蕉纤维具有麻类纤维的特点，香蕉纤维可以溶于浓硫酸，并且具有抗碱性，耐丙酮、氯仿、甲酸和石油酚。 二、 韧皮纤维的初加工

麻类植物的茎秆主要由皮层和芯层（木质部）组成，皮层由外向内依次为表皮 细胞、厚角细胞、薄壁细胞、维管束细胞、初生韧皮细胞、次生韧皮细胞等。 1. 苎麻纤维初加工 苎麻收割后，经过剥皮、刮青、晒干后成丝状或片状原麻，再经过脱胶处理后得到色白而有光泽的精干麻。

2. 亚麻纤维初加工 亚麻经的直径为1~3mm，木质部不甚发达，因此不能采用一般的剥皮方式获取纤维。亚麻初加工工艺为：亚麻原茎—选茎—脱胶—干燥—人库养生—干茎—碎茎—打麻—打成麻。

3. 黄麻纤维初加工 黄麻纤维有剥皮精洗和带秆精洗两种脱胶加工方式，未脱胶的黄麻原麻称生麻，脱胶后的黄麻称熟麻。

4. 汉（大）麻纤维初加工 汉麻传统的化学脱胶工艺为：原麻扎把—装笼—浸酸—水洗—煮练—水洗—敲麻—漂白—水洗—酸洗—水洗—脱水—开松—装笼—给油—脱油水—烘干—精干麻。 三、 韧皮纤维的化学组成

韧皮纤维的主要组成物质为纤维素，另外还有半纤维素、糖类物质、果胶、

木质素、脂、蜡质、灰分等物质，各组成物质的比例因韧皮纤维的品种而异。

1. 半纤维素 半纤维素具有较高黏性，将植物细胞粘结成束。 2. 木质素 木质素是植物细胞壁的主要成分之一，亦简称木素。 3. 脂蜡质 脂肪和蜡主要成分为饱和烃族化合物及其衍生物、高级酸脂蜡以及类似的醛类物质等，亦称为蜡质。

4. 果胶 果胶是一种含有水解乳糖醛酸基的复杂碳水化合物，呈黏性物质状态，在纤维细胞之间粘结成束。

第三节 叶纤维

一、 剑麻

1. 剑麻的组成及结构 2. 剑麻纤维的主要性能

（1） 纤维规格：剑麻工艺纤维的平均长度为78cm,重量加权平均长度为91cm,

工艺纤维平均细度为169dtex。

（2） 断裂比强度与断裂伸长率：剑麻纤维为高强低伸型纤维，平均断裂比强度

为5.72~33cN/dtex,平均断裂伸长率为3.02%~4.05%。

（3） 初始模量:：剑麻纤维刚性大，具有较高的初始模量。纤维的平均初始模

量为34.4~42.2cN/dtex。

（4） 弹性：剑麻纤维的强度和刚性高，但是伸长率低，断裂功小，属于脆性纤

维。

（5） 密度：剑麻工艺纤维比较轻，密度为1.29g/cm3。

（6） 吸湿性：剑麻纤维具有很好的吸、放湿性能。在标准大气条件下，剑麻纤

维的回潮率为10%~14%。

（7） 染色性：剑麻纤维的结晶度、取向度高，染色较困难，且其上染率为12.8%。 （8） 耐腐蚀性：剑麻对HCL的耐腐蚀性比其他麻类纤维好，且其与黄麻相比高

50%；比苎麻高33%；比亚麻高38%。 二、 蕉麻

蕉麻纤维由蕉麻叶鞘中抽取，叶鞘由茎的中部自下而上生长，最外层的叶鞘生长时间长，中间和里层的叶鞘生长时间短。每个叶鞘分为三层，最外层纤维最多；中间层有许多含空气的细胞间隙，仅有少量纤维；内层纤维含量最少。 三、 菠萝叶纤维 1. 菠萝叶纤维的初加工

（1） 纤维提取：菠萝叶纤维的提取方法主要有水浸性、生物化学法和机械提取

法。

（2） 脱胶：菠萝叶纤维的脱胶方法主要有化学脱胶法和生物脱叫法，但由于其

单纤维长度短，固采用半脱胶工艺，来得到工艺纤维。其化学脱胶法工艺为：浸碱—脱碱—酸浴—水洗—脱水—给油—抖松—烘干。生物脱胶法工艺为：菌种制备—接种—生物脱胶—洗麻机洗麻—漂洗—脱水—抖麻—渍油—脱水—抖麻—烘干。

2. 菠萝叶纤维组成及结构 菠萝叶纤维由纤维素、半纤维素、木质素等构成，其化学组成与其他麻类纤维相似。

菠萝叶纤维是由许多纤维紧密聚集成束，细胞间由木质素和果胶粘结，每个纤维束截面由10~20根单纤维细胞结合而成。 3. 菠萝叶纤维的主要性能

（1） 纤维规格：菠萝叶纤维单纤维长3~8mm,宽约7~18um；工艺纤维的平均长

度为10~90cm,线密度为25~40dtex.

（2） 断裂比强度与断裂伸长率:菠萝叶纤维为高强低伸型纤维，工艺纤维的平

均断裂比强度为3.96cN/dtex，平均断裂伸长率为3.42%。 （3） 拉伸比模量：菠萝叶纤维的拉伸比模量为76.8cN/dtex。 （4） 密度：菠萝叶纤维胞壁密度为1.542g/cm3。

（5） 热稳定性：菠萝叶纤维在306.7C时开始分解，并在372.2C时完全分解。 （6） 色泽：菠萝叶纤维色泽洁白，有绢丝般光泽。

（7） 吸湿性：菠萝叶纤维吸湿性好，标准状态下回潮率为13%~14%。

第四节 维管束纤维

1.竹纤维的初加工

（1） 前处理工序：将竹材料去枝、节、尖梢，锯成相应长度的竹筒，用机械方

法将竹筒劈成一定宽度的竹片，再将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中。 （2） 分解工序：蒸煮—水洗—分丝。

（3） 成型工序：蒸煮—分丝—还原—脱水—软化。

（4） 后处理工序：竹纤维烘燥至含水率低于10%，然后用梳理机对其进行梳理，

整理成工艺纤维，并且除去短纤维。 2.竹纤维的化学组成

竹纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，总量占纤维干质量的90%以上，其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素、灰分等。 3.竹纤维结构

竹材杆部由表皮组织、维管束组织、基本组织及髓腔等几个部分组成，而竹竿的维管束组织存在着两类纤维群体。

竹纤维细胞壁有两类结构。一类是纤维细胞壁呈多层结构，且由宽层与窄层交替组合而成，其中宽层木质素含量较少，窄层木质素含量较高。另一类纤维细胞壁很厚，胞腔狭小，纤维次生壁内层由两个宽层组成，且中部的宽层较内部宽层宽的多。 4.竹纤维的形态结构

天然竹纤维单纤维细长，成纺锤状，两端尖。纵向有横节，粗细分布很不均匀，纤维内壁比较平滑，胞壁甚厚，胞腔小，纤维表面有无数微细沟槽，有的壁层上有裂痕。 5.竹纤维的主要性能

（1）纤维规格：竹纤维单纤维长1.33~3.04mm,宽10.8~22.1um,其长宽比为79.5~210。

（2）断裂比强度与断裂伸长率：竹纤维断裂比强度为3.49cN/dtex,断裂伸长率为5.1%。

（3）初始模量：竹工艺纤维干态初始模量为22.70cN/dtex,湿态初始模量为6.30cN/dtex。

（4）吸湿性：竹纤维的多孔、多缝隙和中空结构，具有良好的吸湿性、渗透性、放湿性及透气性能，竹纤维在标准状态下的回潮率可达11.%~12%，纤维保水率为34.93%。

（5）密度：竹纤维很轻，是天然纤维中最轻的纤维，其密度为0.679~0.680g/cm3. （6）抗菌性：竹本身具有独特的抗菌性，在其生长过程中无虫蛀、无腐烂，不需使用杀虫剂和农药。因此竹纤维与苎麻、亚麻等麻类纤维同样具有天然的抗菌性能。

第四章 动物纤维

知识点： 1.毛线维分类；

2.毛纤维的结构、形态特征及其主要性能特点； 3.蚕丝的结构、形态特征及其主要性能特性； 4.蜘蛛丝的结构、形态特征及其主要性能特点。

第一节 毛纤维

一．毛纤维的分类

1.按纤维粗细和组织结构的分类

⑴细绒毛：直径为8~30μm，无髓质层，鳞片多呈环状，油汗多，卷曲多，光泽柔和。

⑵粗绒毛：直径为30~52.5μm，无髓质层。

⑶刚毛：直径52.5~75μm，有髓质层，卷曲少，纤维粗直。 ⑷发毛：直径大于75μm，纤维粗长，无卷曲，突出于毛从顶端。 ⑸两型毛：兼有绒毛和刚毛的特性，有断断续续的髓质层。

⑹死毛：除鳞片层外，整根羊毛充满髓质层，纤维脆弱易断，无纺纱价值。 ⑺干毛：接近与死毛，略细。稍有强力。

2.按动物品种分类：粗绵羊毛、细绵羊毛、山羊绒、驼绒、兔毛等。 3.按取毛后原毛的形状分类：被毛、散毛、抓毛。 4.按纤维类型分类：分为同质毛和异质毛。 5.按剪毛季节分类：春毛、秋毛和伏毛。

6.按加工程度分类：原毛或原绒称为污毛；洗净后的称为净毛（净绒）。 二．毛纤维的分子结构

毛纤维大分子是由许多种α—氨基酸用肽键联结构成的多缩氨酸链为主链。 毛纤维大分子间，依靠分子引力、盐氏键、二硫键和氢键等相结合，成交稳定的空间螺旋形态。 三．毛纤维的形态结构

1.鳞片层：居于羊毛纤维表面，由方形圆角或椭圆形扁平角质蛋白细胞组成，覆盖于毛纤维的表面。

2.皮质层：由截面稍扁的细长的纺锤状细胞组成。

皮质细胞是毛纤维的主要组成部分，也是决定毛纤维物理化学性质的基本物质。 3.髓质层：毛纤维的髓质细胞的共同特点是薄壁细胞，椭球形或圆角立方形，中腔大。

髓质细胞一般分布在毛纤维的部位。死毛中几乎没有皮质细胞，只有鳞片层和髓质层。

四．毛纤维的品质特征 ㈠物理特征

1、长度：毛纤维长度可分为自然长度和伸直长度。

2、细度：毛纤维截面近似圆形，一般用直径大小来表示他的粗细，称之为细度。 3、密度

4、卷曲：毛纤维沿长度方向因正皮质、偏皮质细胞分布不同，干缩中形成自然的周期性卷曲。一般以每厘米的卷曲数来表示毛纤维卷曲的程度，称之为卷曲度或卷曲数。

5、摩擦性能和缩绒性 ㈡化学性质

1.酸的作用：断开盐氏键。并与游离氨基结合。 2.碱的作用：碱对毛纤维的作用比酸剧烈。 3.氧化剂作用：主要用于毛纤维的漂白。 4.还原剂作用：对胱氨酸的破坏较大。 5.盐类作用：重金属盐类对毛纤维有影响。 五．毛纤维的初加工：

选毛 → 洗毛 → 梳条 → 炭化

六．用于毛纺工业的其他动物毛：山羊绒、安哥拉山羊毛、兔毛、骆驼绒、牦牛绒、羊驼绒毛、骆马绒毛、原驼绒毛。

七．改性羊毛：拉伸细化绵羊毛、超卷曲羊毛、丝光羊毛和防缩羊毛。

第二节 蚕 丝

一．桑蚕丝：有较好的强伸度，纤维细而柔软，平滑，富有弹性，光泽好，吸湿性好。

㈠桑蚕丝的分子结构

主要由丝素和丝胶两种蛋白质组成。 ㈡桑蚕丝的形成和形态结构

1.桑蚕丝的形成：桑蚕丝是由桑蚕体内绢丝腺分泌出的丝液凝固而成。 2.茧层的构成：茧的表面包围着不规则的茧丝，丝细而脆弱，称为茧衣。茧衣里面是茧层。

3.桑蚕丝的形态结构：桑蚕丝是由两根单丝平行粘合而成，各自中心是丝素，外围为丝胶。

桑蚕丝的横截面形状呈半椭圆形或呈三角形。 ㈢桑蚕丝的外观结构

茧丝一般很细，强度较低，而且单根各段粗细差异过大，不能直接作为丝织物的原料。

㈣长度、细度和均匀度 ㈤力学性质

影响茧丝的力学性质的因素，有蚕品种、产地、饲养条件、茧的舒解和茧丝纤度等。

㈥其他性质：密度、抱合、回潮率、光学性质、化学性质。 二．柞蚕丝

1.茧丝的构造：柞蚕茧的茧丝细度，因茧形大小、茧层厚度、茧层部位的不同而差异较大。

一般是茧形大、茧层厚的茧，茧丝长，细度粗。 2.酸性溶液对柞蚕丝性能的影响

三．其他蚕丝：蓖麻蚕茧、天蚕茧等。

四．天然彩色蚕茧

途径：①家蚕喂食处理过的生物有机色素 ②遗传工程 五．绢纺原料 ㈠桑蚕绢纺原料 1.茧类：

双宫茧、口类茧、黄斑茧、柴印茧、蛆茧、汤茧、薄皮茧、血茧。 2.长吐

3.滞头：又称汰头。 4.茧衣 5.其他

㈡柞蚕绢纺原料 1.大挽手 2.二挽手 3.扯挽手

第三节 蜘蛛丝

一．蜘蛛丝的分类和形态 二．蜘蛛丝的组成和结构

蜘蛛丝是由多种氨基酸组成的，含量最多的是丙氨酸、谷氨酸和丝氨酸。 三．蜘蛛丝的力学性能

蜘蛛丝的皮芯层结构使纤维在外力作用下，由外层向内层逐渐断裂。 四．蜘蛛丝的化学性能：蜘蛛丝是一种蛋白质纤维，具有独特的溶解性，不溶于水、稀酸和稀碱，但溶于溴化锂、甲酸、浓硫酸等，同时对蛋白水解酶具有抵抗性，不能被分解，遇高温加热，可以溶于乙醇。 五．蜘蛛丝的其他性能

抗电性优于合成纤维，导湿性、悬垂性优于蚕丝。 六．蜘蛛丝的人工生产

1.利用转基因技术：包括方向①蚕吐蜘蛛丝②动、植物合成蜘蛛丝③微生物合成蜘蛛丝

2.采用合适的仿生纺丝技术

第六章 无机纤维

知识点： 1无机纤维分类

2 石棉纤维的性能特点及其应用 3玻璃纤维的性能特点及其应用 4碳纤维的性能特点及其应用 5金属纤维的性能特点及其应用

第一节 石棉

一、石棉纤维的种类 1.角闪石石棉 （1）清石棉 （2）透闪石石棉 （3）阳起石石棉 （4）直闪石石棉 2．蛇纹石石棉 最主要品种是温石棉 二、石棉纤维的结构

硅酸盐矿物的天然结晶有两大类，一大类是三维立体柱状结构，其完美纯正结晶是石英；另一大类是二维片状结构，其多层片状叠合结晶是云母，且云母单层厚0.5-0.6NM。将硅酸盐单层片状硅酸盐盘卷成空心圆管，卷叠层数一般为10-18层，这就是单根石棉纤维，且其外直径一般在19-30 NM,空心管芯直径4.5-7NM.许多单根石棉纤维按接近六方形堆积结合成束，即构成石棉纤维结晶束。

三、石棉纤维的性能

温石棉的颜色一般为深绿、浅绿、土黄、浅黄、灰白、白色，半透明，有蚕丝光泽。温石棉耐碱性良好，但耐酸性较差，在酸作用下氧化镁被析出而破坏；角闪石石棉的一般颜色为深蓝、浅蓝、灰蓝色，有蚕丝光泽。角闪石石棉化学性质稳定，耐酸性、耐碱性均较好。 四、石棉纤维的主要用途

石棉纤维的纺织应用在中国有很久的历史。现以较为广泛应用于耐热、隔热、保温、耐酸、耐碱的服装、鞋靴、手套，化工过滤材料、电解槽隔膜织物，锅炉、烘箱等热保温材料，石棉瓦、石棉板等建筑材料，电绝缘的防水填充材料等。

第二节 玻璃纤维

玻璃纤维是用硅酸盐类物质人工熔融纺丝形成的无机长丝纤维。 一、玻璃纤维的种类

1.按化学组成及由其产生的不同特性分：

玻璃纤维的基本组成是硅酸盐或硼硅酸盐，即天然矿物的石英砂、石灰石、白云石、石蜡等加配纯碱、硼酸等。其主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和钙、硼、镁、等元素的氧化物，而按后面这些碱金属氧化物含量的不同可形成不同的品种，当前的重点品种有： (1)无碱电绝缘玻璃纤维

(2)碱玻璃纤维(3)耐化学玻璃纤维(4)高拉伸模量玻璃纤维(5)高强度玻璃纤维(6)含铝玻璃纤维(7) 地介电常数玻璃纤维

(8) 其他特种玻璃纤维，例如光导玻璃纤维、防辐射玻璃纤维等

2、按纺丝方法分 （1）玻璃球纺长丝法 （2）直接纺长丝法 （3）气流牵伸纺短丝法

（4）离心纺短丝法 3、按单丝线密度和复丝集束纤维根数分 4、按单丝结构分

有均质圆截面单丝和皮芯结构单丝两类 玻璃纤维的组成 图（见P158） 玻璃纤维的主要性能 图（见P159） 玻璃纤维的主要用途 绝缘材料 过滤材料

纤维增强复合材料中的增强材料 光导纤维材料

第三节 碳纤维

碳纤维是纤维化学组成中碳元素含量达90%。 1.碳纤维的种类

（一）按原丝的原料不同分： 1. 纤维素基碳纤维 2. 聚丙烯腈基碳纤维 3. 沥青基碳纤维 4. 酚醛树脂基碳纤维 5. 由碳原子凝集生长的碳纤维 （二）按制备条件和方法分 1、普通碳纤维 2、石墨纤维

3、活性炭纤维

4、气相中凝结生长的碳纤维 （三）按纤维的性能分 1、高性能碳纤维 2、低性能通用碳纤维 （四）按纤维长度和丝束分 1、小丝束碳纤维长丝 2、大丝束碳纤维长丝 3、短碳纤维 4、碳纳米管

二、碳纤维的结构 图 (见P161) 三、碳纤维的性能 图(见P161) 四、碳纤维的主要用途

碳纤维用于纤维增强复合材料，复合材料中的基体可以是用高聚物树脂、金属、陶瓷、无定形碳等。碳纤维与高聚物树脂的复合材料具有质量轻、强度高、耐高温等特性，是飞机、舰艇、宇宙飞船、火箭、导弹等壳体的重要材料。

第四节 金属纤维

金属纤维是指金属含量较高，而且金属材料连续分布的、横向尺寸在微米级的纤维形材料。将金属微粉非连续性散步于有机聚合物中的纤维不属于金属纤维。

一、金属纤维的种类 按加工方法和结构形态分：

 纯金属线材拉伸法或熔融液纺丝法所形成的直径为微米级的纤维。  在纯金属线材拉伸法形成纤维之外另加镀层的复合纤维。

 在有机化合物纤维外层裹镀金属薄层而形成的复合纤维，或者为防止金属薄

层氧化在其外再加包防氧化膜的纤维。

 在有机材料膜上溅射或镀有金属层的复合片材，经切割成狭条或再经处理形

成的纤维。

 其他复合型的含金属的材料。 按加工方法分：  线材拉伸法  熔融纺丝法  金属涂层法  膜片法  生长法

二、金属纤维的性能

金属纤维一般均达微米级。金属=纤维具有良好的力学性能，不仅断裂比强度和拉伸比模量较高，而且可耐弯折、韧性良好;具有很好的导电性，能防静电，如钨纤维用作白炽灯泡的灯丝，同时它也是防电磁辐射和导电及电信号传输的重要材料；具有耐高温性能;不锈钢纤维、金纤维、镍纤维等还具有较好的耐化学腐蚀性能，空气中不易氧化等性能。 三、金属纤维的主要用途

（1）在智能服装中作为电源传输和电信号传输等的导线。 （2）一般功能性服装中的抗静电材料，

（3）金属纤维嵌入织物中，可使其达到良好的电磁波屏蔽效果。在军事、航空、通信及机密屏蔽环境等方面，具有广泛应用。

（4）化学药剂、加工材料、废液废水过滤的滤网，高温粉尘过滤器的滤网以及要求高强、耐磨、导电运输等的材料。

第五节 新型无机纤维

一、碳化硅纤维

它是由碳原子和硅原子用共价键结合的无机高聚物纤维，其目前主要的生产方法有三种。

前驱体法：以二氯二甲基硅烷为原料，在金属钠作用下脱氯并缩聚生成二甲基硅烷，在400℃以上环境中热分解，生成聚碳硅烷，采用250-350℃熔融纺丝形成纤维，并在160-250℃左右进行不熔性处理，最后在惰性气氛中于1000-1500℃裂解烧结，制成碳化硅长丝纤维。

化学气相沉积法：用氯化硅和氮气的混合气体在高温分解成碳化硅，并沉积在已纺成的碳或钨丝纤维比表面，形成碳或碳化硅复合长丝纤维。

超微粉末烧纬法：威力分散到聚合物粘合剂中，用挤压法纺丝后，再在高温下，通过溶剂蒸发、煅烧、预烧结和烧结，最后形成碳化硅纤维。

碳纤维转化法：活性炭纤维在真空高温条件下与二氧化硅反应生成碳化硅，在高温1600℃氮气条件下热处理制得。 二、玄武岩纤维

玄武岩是火山喷发形成的火成岩，它主要是镁、钙、铁的硅酸盐或偏硅酸盐，同时可能还会含铝、锰、钛、钠、锂等氧化物。玄武岩在高温熔融后由耐高温、耐腐蚀的金和铂制的喷丝板孔喷出，纺成长丝。它具有耐高温、耐化学腐蚀、耐老化、高强度、高模量、高硬度的特点。目前主要用作纤维增强复合材料。 三、硼纤维

硼纤维是一种复合纤维，它以钨纤维或玻璃纤维为芯丝，可采用气相沉积法，即将三氯化硼和氢气混合物在1300℃高温条件下的化学反应生成的硼原子沉积到芯丝上形成纤维；也可采用乙硼烷热分解或者热熔融乙硼烷析出硼，沉积到芯丝上形成硼纤维。

硼纤维可以与铝、钛、镁等金属为基体或以高聚物树脂为基成纤维增强复合材料，应用于航空、航天、工业制品、体育和娱乐等方面的特殊材料。

同时，氮化硼纤维也在无机纤维中崭露头角。它可以用无机方法生产，即将三氧化二硼拉成丝，再在氮气或氨气中高温烧制成氮化硼；也可以用有机化合物前驱体方法生产，即将三氯化硼与苯胺反应生成的聚氯-苯基氮化硼熔融纺丝成纤维，然后再在氨气中加热至1800℃高温烧结和拉伸，制成白色氮化硼纤维。用氮化硼纤维作增强材料的复合材料主要应用在导热、绝缘电子产品的制造中。 四、氧化铝纤维

氧化铝纤维亦称为陶瓷纤维，采用凝胶纺丝方法制成纤维，在经干燥和热处理，把水软铝石等未反应残余化合物析出后，在高温下致密化，是三氧化二铝含量达99%以上。

氧化铝类陶瓷纤维可用针刺方法，制成毡状、非织造毡状、纸状等用于工业窑炉膛、烟囱管的耐热、保形、隔热、保温建造材料，以及石油化工的乙烯裂解炉、冶金轧制薄板坯的匀热炉、钢带镀锌退火炉、炼焦炉、燃气炉等炉体的热防护建造材料等。同时，也有少量氧化铝纤维丝织成在高温环境下使用的织物或揽绳、带等。

第七章 纱线的分类和结构

本章知识点 1、纱线的分类方法 2、常用纱线的结构特点

第一节 纱线的分类

通常所谓的“纱线”，是指“纱”和“线”的统称，“纱”是将许多短纤维或长丝排列成近似平行状态，并沿轴向旋转加捻，组成具有一定强力和线密度的细长物体；而“线”是有两根或两根以上的单纱捻合而成的股线。特别粗的成为绳或缆。纱线的种类很多，分类方法也有多种。 一、 按纤维原料组成分类

1、 纯纺纱 用一种纤维纺成的纱线。

2、 混纺纱 有两种或两种以上的纤维纺成的纱。

3、 复合纱 这类纱线主要指在环锭纺纱机上通过短∕短、短∕长纤维加捻

而成的纱和通过单须条分束或须条集聚方式得到的纱线。

二、 按纱线结构分类

（一） 短纤维

按外形结构，短纤维又分为单纱和股线等。

1、 单纱 由短纤维经纺纱加工，是短纤维沿轴向排列并经加捻而成的纱。 2、 股线 有两根或两根以上的单纱合并加捻制成的线；股线再合并加捻为

复捻股线。

3、 绳 多根股线合并加捻形成直径达到毫米级以上的产品。

4、 缆 多跟股线和绳合并加捻形成直径达到数十或数百毫米级的产品。 （二） 长丝纱

1、 单丝纱 指长度很长的单根连续纤维。

2、 复丝纱 指质两根或两根以上单丝合并在一起的丝束。 3、 捻丝 复合加捻即成捻丝。

4、 复合捻丝 由捻丝再经一次或多次合并、加捻而成。

5、 变形丝 化学纤维或天然纤维原丝经过变形加工使之具有卷曲、螺旋、

环圈等外观特征而呈现蓬松性、伸缩性的长丝。 （三） 特殊纱

1、 变形纱 包括弹力丝、膨体纱、网络丝、空气变形丝等。

① 弹力丝：由无弹性的化纤长丝加工成微卷曲的具有伸缩性的化纤丝，称

为弹力丝。

② 膨体纱；一般指腈纶等化纤原料制成的纱线，将化纤长丝或生产的短纤

维的长丝束在一定温度下加热拉伸，使纤维产生较大的伸长，然后冷却固定便形成高收缩纤维；这种纤维按一定的比例混纺制成短纤维，经过汽蒸加工后，其中高收缩纤维产生纵向收缩而聚集在纱芯，普通纤维则形成卷曲或环曲而鼓起，使纱线结构变得蓬松，表观体积增大，称为膨体纱。

③ 网络丝：网络丝是丝条在网络喷嘴中，经喷射气流作用使单丝互相缠结

而呈现周期性网络点的长丝。网络丝由于有网络节点，所以织造加工中不用浆纱。

④ 空气变形丝：化纤长丝经空气变形喷嘴的涡流气旋形成丝圈丝弧，在主

杆捻缠抱紧，形成外形像短纤维的长丝。

2、 花式纤维 由芯纱、饰线和固纱加捻组合而成，具有各种不同的特殊结

构性能和外观的纱线，称为花式纱线。

3、 花色纱线 用多种不同颜色的纤维交错搭配或分段搭配形成的纱或线。 三、 按纺纱系统分类

1、 精纺纱 精纺纱也称精梳纱，是指通过精梳程序纺成的纱。

2、 粗纺纱 粗纺纱是指按一般的纺纱系统进行梳理，不经过精梳工序纺成

的纱。

3、 废纺纱 是指纺织下脚料或混入低级原料纺成的纱。 四、 按纺纱方法分类

1、 环锭纱 是指在环锭精仿机上，用传统的纺纱方法加捻制成的纱线。 2、 走锭纱 在走锭纺纱机上用传统方法捻制而成的纱线。

3、 自由端纺纱 自由端纺纱是把纤维分离成单根并使其凝聚，在一端非机

握持状态下加捻成纱，故称自由端纺纱。

⑴ 转杯纱：转杯纱也称气流纱，是通过高速旋转的转杯产生离心力使纤维在转杯周边凝槽中凝聚后并被转杯加捻纺成的纱。

⑵ 静电纺纱：是利用静电场正负电极，使纤维伸直平行，连续凝聚并加捻纺成的纱。

4、非自由端纺纱 是在对纤维进行加捻的过程中，纤维须条两端同时处于受握持状态的纺纱方法。

⑴ 自捻纺纱：是通过往复搓动的罗拉给两根纱条施以正向及反向搓捻，当

纱条平行贴紧时，依靠其退捻回转力互相扭缠成股线。

（2）喷气纱线 是利用压缩空气所产生的高速喷射涡流，对纱条施以假捻，

经过包缠和扭结而纺成的纱线。

（3）粘合纺纱：利用黏合剂使须条抱合成纱。

五、按纱的用途分类

1、机织用纱 加工机织物所用的纱线，分经纱和纬纱两种。 2、针织用纱 针织物所用的纱线。

3、起绒用纱 供织绒类织物，形成绒层或毛层的纱。 4、特种用纱 特种工业用纱。

第二节 纱线的结构

纱线的结构是决定纱线内在性质和外观特征的主要因素。

由于纱中纤维结构和成形方式的多样性，造成了纱线结构上的复杂和多重性。

一、 纱线的基本结构特征 ㈠ 纱线主要结构特征的要求

纱线结构的要求，是外观形态的均匀性、内在组成质量和分布的连续性以及纤维间互相作用的稳定性。 ㈡ 纱线结构特征参数

描述上述结构特征的参数有五类。 ⑴ 反应纤维堆砌特征的纱线的单位体积密度。

⑵ 表达加捻纤维的排列方向的捻回角，或变性纤维的空间构象及卷曲、蓬

松、弹性伸长的参数。

⑶ 反应多股加捻和多重复捻纱线的根数、加捻方向等参数，或因张力、超

喂及编织引起的纱线形态特征变化频率和超喂指标。

⑷ 反应纱线外观粗细和变化的线密度和线密度变异系数，或直径和直径变

异系数。

⑸ 表达纱线结构稳定性的纤维间的摩擦因数、缠缠结点或接触点数、作用

片段或滑移长度等。

另外，短纤维还必须考虑纱体表面的毛羽特征，包括毛羽量、长短、方向等指标。

二、 理想纱线的加捻 1、 理想单纱的加捻 2、 理想合股线的加捻

⑴ 合股同向加捻。当合股线的加捻方向与单纱加捻方向相同时，外层的单纱纤维与股线中心轴倾角将增大，这不仅增加了纱线的剩余扭矩，而且纤维受力方向与股线轴偏离更远纤维强度在股线轴向的分量更低；同时中内外各层纤维张力差异更大，股线拉伸中逐次断裂概率更高，股线强度更低。

⑵ 合股反向加捻。股线表面纤维方向与股线中心轴趋向平行，不仅使股线剩余扭矩下降，趋向稳定，而且纤维受力方向与股线轴向趋近，股线强度上升。 三、 常用纱线与长丝纱的结构特征 ㈠ 常用短纤纱和复合纱的结构特征 1、 环锭短纤纱 2、 自由端纱

3、 自捻纱 是由两根假捻纱错位汇合自捻而成的纱，其捻向交替变化。 4、 复合纱线 ㈡ 长丝纱的结构特征

1、无捻长丝纱 各根长丝受力均匀。 2、有捻长丝纱 丝集合体较挺硬。 3、变形纱