发布日期：2024-04-22 来源: 网络 阅读量（ ）
绪 论 三个的问题：何谓纺织材料？为何纺织材料学发展较慢？如何丰富该知识体系？ 一、纺织材料的定义与内容 1、定义 纺织材料是指纤维及纤维制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。 “纤维与纤维制品”表明了纺织材料既是一种原料，用于纺织加工的对象，又是一种产品，是 通过纺织加工而成的纤维集合体。告知我们纺织材料存在多种变体，存在从对象到产品的多级转换。 “纤维、纱线、织物及其复合物”描述了纺织材料的形成过程，可以顺序进行，也可以跳跃完 成。 纺织材料带了加工的色彩。 纺织材料——“纤维材料” ——“纺织工程材料” 2、内容 纺织材料的内容包括纤维及纤维集合体。 纺织材料学则是纤维和纤维集合体的结构、性能及其间相互关系的学问，包括认知、表征和发 展。 所谓认知，就是对纺织材料和前人经验知识的认识和了解，即感知与学习，是直接体会和阅读 接受的过程。 所谓表征，简义是表达特征。 所谓发展，就是在原有基础上的新发现、新认知、新问题以及知识的深化与创新。 3 、对象及相互关系 表征方法与技术 纤维特征 纤维集合体特征 结构 特征 结构 特征 分子组成 力学 纤维 力学 分子结构 光学 排列 色泽 微细结构 热学 加捻 均匀性 几何形态 电学 纠缠 耐久性 表面结构 表面 粘结 易护理 吸湿 组织 形态稳定 形态 手感风格 密度 空隙率 舒适性 安全可靠 防护功能 图 1 纺织材料的研究对象及其间关系 1 纤维原料 原料选择的 基本概念与生态意识 纤维的初加工与成形加工 异形、复合、异组合 表面改性、差别化加工 成 环 网 固 纤维的结构与组成 纤维性能 境 着 的 纱线的成形与结构、复合、 连续、断续、渐变加工 影 响 纱线的结构与组成 纱线性能 和 织物的成形与多轴、立体加 对 工，以及染整加工 环 粘 结 境 复 织物的结构与组成 织物性能 的 合 各种改型、复合、缝制、粘 影 贴及成形加工 响 最终产品结构与组成 使用性能 使用 废弃用物 纤维制品 图2 纤维、纤维制品的各层和相互关系图 二、纺织材料发展中的问题 1、纤维发展及引出问题 难到从 50 年前的人均消费量 4kg ，真的有必要用极其宝贵的石油资源去发展到今天的人均消 费 10kg 吗？ 分子 外观 截面 天然 组成 再生纤维 形态 仿棉仿毛 形态 异性纤维 纤维 模仿 合成纤维 模仿 中长纤维 模仿 复合纤维 图3 人类模仿天然纤维的发展过程 2 天然纤维 植物（种籽、韧皮、茎、叶、果壳） 榜样 动物（毛发、分泌液） 5000 年 矿物 （岩石类） 再生 再生纤维素、再生蛋白质 合成纤维 尼龙、涤纶等 6 大类 100 多年 异形、复合、超细 开发利用 差别化 高收缩、弹性 升级利用 纤维 麻、竹类 可染色、可吸湿 蜘蛛丝 高湿模量 50 多年 溶解 强力粘胶 仿生 表面改性多孔 粉末化 Lyocell® 改性 共聚共混改性 基因技术 (Tencel ) 芳纶、碳纤维、 改性类 甲壳素 高性能 玻璃纤维、 聚乳酸 纤维 高强涤、锦、 拉伸细化 (玉米) 异形复合 维纶 劈裂分离 组成 与组合 50 年 导光 化学纤维 更微细至 导电 如 PTT 纳米 功能化 吸水 PBT 收缩组合 智能化 过滤 氨纶 高吸湿 牛奶 分离 再生化学 常温可染 大豆蛋白 相变 纤维等 多色谱 角蛋白 记忆 色彩艳 UHMPE 变色 异粗细 PBO 等 异截面 PEEK 高性能 陶瓷 复合功能 智能化 纤维形、性、能的可控与可变， 纤维高性能化和纤维自适应行为的实现 人类应该承认自然界 人类有能力、但还 天然纤维的作用就如 稚嫩，会犯错误， 同母亲孕育了儿女 ？ 应该自律 图4 纤维的发展及天然纤维的作用 尽管人类可以或正在进行纤维的改变与创造，甚至在改变天然纤维，但人类至今还在许多方面 不及天然纤维。 无法像木棉纤维那样达到近 90%的连续中腔和均匀的薄壁，更无法想象在这仅 1~2μm 的胞壁 厚度中存在 5+2 层不同取向和排列密度的原纤结构层，见图 5 leyu乐鱼。 图5 木棉纤维的微细结构与层次 如纤维的表观形态无法产生像毛发类纤维的鳞片状条纹或粗糙起伏；无法像羽绒纤维形成小的 枝杈和奇妙的分形现象，如图 6(a)；无法象兔毛那样形成中强的“竹节”结构，图 6(b) 。 3 (a) (b) 图6 形态及分叉的羽绒和有竹节多髓腔的兔毛 人工纤维成形技术，除了速度和均匀性外，都不及生物界温文尔雅、形式多样、一次完成的成 纤行为。 这可能就是纤维更深层次发展与表征的主要问题了。 2、纱线发展及引出问题 纱线，即通过加捻将短纤维连续起来，具有强度和弹性伸长特性；将长丝抱合起来，具有稳定 的形态；将多根细长的纱、丝集合起来，满足使用要求，这是人类的强项。 纱线不仅仅是一个由短变长（短→长）的过程，而且是长→匀、单→复、匀一→复杂的过程， 涉及纱、丝、线及其组合复合体。 单 短纤纱 （纱） 长丝束 （丝） 轴 系 股线（线） 复合结构纱 复合结构丝 多 花式线 编织线 轴 系 单、双、多的复合与组合 图 7 纱线的发展流程及可能的提示 人们开始将两根须条分得很开，进行纺纱，见图 8 （a ），创造了“自捻纺”；又将两根须条靠 的很近，在一个皮辊宽度上纺纱，见图 8 （b ），创造了 S/S （短/短）纺，俗称“Sirospun （赛络纺）”； 进而干脆对一根须条实施切分，见图 8 （c ）,创造了单须条分束纺（Solospun）；还有引入长丝束F ， 形成了 S/F （短/长）纺纱，国多称为“Sirofil （赛络菲尔）”纺纱。 “分” 罗拉 罗拉 (动) (不动) S S 环锭 S 双短纤须条(远) S 双短纤 须条(近) 导纱钩 加捻 直接卷取 或加捻 (b) (a) 罗拉 S F 不动 分束 (不动) 短纤 长丝束 小须 须条 条 (d) 加捻 加捻 (c) 图 8 纺纱中的分合之道引出的技术进展 4 工程体系就不仅仅是让纱线的结构变得更加合理，纤维的控制变得更加自如，产品的品种变得 更为繁多，还应该是纺纱加工变得更为简洁、低耗和快速。 如今的纱线也可能不仅仅是一个加捻的问题，编结、复合、包缠可能使纱线本身就从一维、一 轴体变得、多轴体，成为导管、输送线、人工肌腱、光导纤维等的直接产品，可能人们甚至无 法再守着加捻的纺纱体系，而转向组合、的轴向成形加工系统。 3、织物发展及引出问题 织物基本上是平面、二轴系的，为通常说的经、纬交织物。 常用的机织物发展至今天基本上还是原来的两个特征，一是交叉，另一是硬挺，以织物中的“刚 硬和稳定”特征为本leyu乐鱼。 针织物采用柔软的纱、线、绳进行低张力的手工圈套、编结。 基本上是单轴系、平面的，但结构是典型三维的。有两大特征：一是柔软易变形；一是三维圈 套，以织物中的“柔性和可变”特征为本。 非织造加工在近 50 年中得到了快速地发展，成为人们简化工艺、节省时间、降低能耗的典范。 这种省去纺纱、织造的“懒汉”做法，是明智之举，它提出两个概念，一是“度”，二是“省”。 织物作为可直接应用产品，正较多较快地转向产业用纺织品；转向非织造、复合与组合、多轴 与三维；转向机织、针织、编织、非织、粘结、涂层加工体系的组合与复合，使织物结构变得更合 理、轻巧和功能化。 我国产业用纺织品的比例 2004 年约为 13.3%。这与服装用、装饰用、产业用纺织品的三分天 下平均值都相去甚远。这是从纤维到最终成品的系统工程，不仅仅是科学与工程技术问题，还涉及 综合国力、研究投入、标准体系、政策法规等问题，但需要纺织材料学科首先突破。 4、表征方法的发展及引出问题 纺织材料的发展，纺织材料的物尽其用，纺织材料的品质及其度，纺织材料加工或处理的效果， 纺织材料的功效和持久性，依赖于我们对纺织材料的认识与了解。而此又依赖于对材料本身和其成 形过程的表征。 纺织材料的科学与理论虽然在发展，在突破，但相对较慢、较小，而且中国在其中的贡献还很 不起眼。 产业用、特殊防护用，以及纺织材料的安全与可靠的表征；纺织材料感觉与舒适的物理、生理 和心理作用的分离或联系的表征，仍是较为单薄和欠缺的内容。 三、应关注的知识及思考 需要有良好的专业基础知识，需要关注各相关学科的基本理论及对本学科的作用。 1、关注工业体系及工程知识 应该多关注纺织工程、化纤工程、服装工程、纺织品设计，以及计算机技术、测量与仪器、标 准体系方面的知识、技术及其进展，特别是纤维工程（包括纤维初加工和化学纤维工程），纺织工 程和标准体系的相关进展、技术与基础理论。为理解纺织材料的变化和特征，为发展纺织材料提供 良好的参考。 2、关注材料科学的知识 纺织材料本身就是一个专门化的材料学科，前面已提及其本身的特点及立身之本。但材料学具 有极大的相通性。 5 金属和无机材料。 有机和高分子材料。 生物材料和生物学。 近代应用数学、统计学、测量仪器学、计算机技术和信息技术。 多看些工程和材料学方面的书，多以促进纺织材料学理解为本地，关注这些领域中的发展。 6 第一章 纤维的分类及发展 纤维是纺织材料的基本单元。 第一节 纤维及其分类 一、纤维定义与要求 3 纤维通常是指长宽比在 10 倍以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体。 由于纤维大都用来制造纺织品，故又称纺织纤维。纤维不仅可以纺织加工，而且可以作为填充 料、增强基体，或直接形成多孔材料，或组合构成刚性或柔性复合材料。 作为纺织纤维必须具有一定的物理、化学和生理性质，以满足工艺加工和人类使用时的要求。 二、纤维的分类与命名 1．天然纤维 表 1-1 主要天然纤维的来源分类与名称 分类 定义 组成物质 纤维来源 ①种子纤维：棉；②韧皮纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄 取自于植物种子、 植物 主要组成物质 麻、红麻、罗布麻、苘麻等；③叶纤维：剑麻、蕉麻、 茎、韧皮、叶或果 纤维 为纤维素 菠萝叶纤维、香蕉茎纤维等；④果实纤维：木棉、椰子 实上获得的纤维 纤维；⑤竹纤维：竹子纤维。 ①毛纤维：绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、 动物 取自于动物的毛发 主要组成物质 牦牛毛、马海毛、羽绒、野生骆马毛、变性羊毛、细化 纤维 或分泌液的纤维 为蛋白质 羊毛等；②丝纤维：桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署 蚕丝、天蚕丝、樗蚕丝、柳蚕丝、蜘蛛丝等。 二氧化硅、氧化 矿物 从纤维状结构的矿 铝、氧化铁、氧 各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等 纤维 物岩石获得的纤维 化镁等 2．化学纤维 凡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统称为化学纤 维。 其最为主要的特征是在人工条件下完成溶液或熔体→纺丝→纤维的过程。 1 表 1-2 化学纤维的分类及名称 分类 定义 纤维 ①再生纤维素纤推：指用木材、棉短绒、蔗渣、麻、竹类、海藻等天然纤维素物 质制成的纤维，如粘胶纤维、Modal 纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、醋酯纤维、Lyocell 以天然高聚物为原料 维 纤 生 再 制成浆液其化学组成 纤维、富强纤维等；②再生蛋白质纤维：指用酪素、大豆、花生、毛发类、丝素、 丝胶等天然蛋白质制成的，绝大部分组成仍为蛋白质的纤维，如酪素纤维、大豆 基本不变并高纯净化 纤维、花生纤维、再生角朊纤维、再生丝素纤维等；③再生淀粉纤维：指用玉米、 后制成的纤维 谷类淀粉物质制取的纤维，如聚乳酸纤维（PLA ）；④再生合成纤维：指用废弃的 合成纤维原料熔融或溶解再加工成的纤维。 ①涤纶：指大分子链中的各链节通过酯基相连的成纤聚合物纺制的合成纤维；② 以石油、煤、天燃气及 维 纤 成 合 一些农副产品为原料 锦纶：指其分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维；③腈纶：通常指含丙烯 腈在 85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维；④丙纶：分子组成为聚丙烯的合成纤 制成单体，经化学合成 维；⑤维纶：聚乙烯醇在后加工中经缩甲醛处理所得的纤维；⑥氯纶：分子组成 为高聚物，纺制的纤维 为聚氯乙烯的合成纤维；⑦其他的还有乙纶、氨纶、乙氯纶及混合高聚物纤维等。 ①玻璃纤维：以玻璃为原料，拉丝成形的纤维；②金属纤维：以金属物质制成的 以天然无机物或含碳 维 纤 机 无 高聚物纤维为原料，经 纤维，包括外涂塑料的金属纤维、外涂金属的高聚物纤维以及包覆金属的芯线； ③陶瓷纤维：以陶瓷类物质制得的纤维。如氧化铝纤维，碳化硅纤维、多晶氧化 人工抽丝或直接炭化 物；④碳纤维：是指以高聚物合成纤维为原料经碳化加工制取的，纤维化学组成 制成的无机纤维 中碳元素占总质量90% 以上的纤维，是无机化的高聚物纤维。 3．其他分类 对长度与细度有棉型（38 ~ 51mm ）、毛型（64 ~ 114mm ）、丝型（长丝）、中长型（51 ~ 76mm ）、 超细型（0.9dtex ）之分。 对截面形态有普通圆形、中空和异形纤维以及环状或皮芯纤维。 对卷曲有高卷曲、低卷曲、异卷曲、无卷曲之分。 差别化纤维；高性能纤维；功能或智能纤维。 按加工方式对天然纤维有不同初加工和改性的纤维。 化学纤维有高速纺丝、牵伸丝（DTY）、预或全取向丝（POY或 FOY）、变形丝等。 按纤维资源状态可分为大宗纤维和特种纤维。 第二节 各类常用纤维简介 一、天然纤维素纤维 1．棉 （1）棉纤维的组成与特征 棉纤维长于棉籽上，先生长变长（增长期），后沉积变厚至成熟（加厚期）的单细胞物质。 棉纤维为多层状带中腔结构，稍端尖而封闭，中段较粗，尾端稍细而敞口，呈扁平带状，有天 然的扭转，称“转曲”。截面常态腰圆形，中腔呈干瘪状。 （2 ）棉的分类 陆地棉。 海岛棉。 粗绒棉。 2 长绒棉 细绒棉 粗绒棉 图 1-1 不同来源棉种纤维的截面示意图 按棉纤维的成熟度，即纤维胞壁的增厚的程度，可分为成熟棉、未成熟棉、完全未成熟纤维（死 纤维）和过成熟棉及完全成熟棉。 P P P P D δ 未成熟 成熟 过成熟 实际形状 图 1-2 棉纤维成熟度的理论几何图示 按棉花色泽可分为白棉、黄棉和灰棉。 按初加工方法可分为锯齿棉和皮辊棉。 棉纤维的变化品种和近亲有彩色棉、转基因棉、木棉。 彩色棉是指天然生长的非白色棉花。天然彩色棉的培育和应用在发展。已培植出棕、绿、红、 黄、兰、紫、灰等多个色泽品系，但色调偏深、暗。目前彩色棉一般采用与白棉的混纺加工，以增 加色泽、鲜艳度和可纺织加工性。 转基因棉是借助转基因技术得到的棉花新品种。将转基因、分子标记等生物技术应用在棉花育 种和生产中，目的在于提高棉花的产量、质量和抗病虫害能力。 （3 ）木棉 木棉纤维是单细胞纤维，属果实纤维。纤维长 8 ~ 32mm，直径约 15 ~ 45μm ，为表面光滑、无转 曲，截面为大中腔、圆形的管状物。中腔的中空率达80 ~ 90 ％，见图 1-3(b)。 （a ）开裂木棉果实 b ）纤维表面 （ 图 1-3 木棉纤维果实及纤维形态图 2 ．麻 麻的大类分类十分简单，以纤维所在的植物部位分类，如韧皮纤维和叶纤维等。 （1）组成与性质 3 表 1-3 部分麻纤维的化学组成 名称 纤维素 半纤维素 果胶 木质素 单纤维细度 单纤维长度 （% ） （% ） （% ） （% ） （% ） （µm） (mm) 苎麻 65 ~75 14 ~16 4 ~5 0.8 ~1.5 6.5 ~14 30 ~ 40 20 ~250 亚麻 70 ~ 80 12 ~15 1.4 ~5.7 2.5 ~5 5.5 ~9 12 ~ 17 17 ~ 25 黄麻 57 ~ 60 14 ~17 1.0 ~1.2 10 ~13 1.4 ~ 3.5 15 ~18 1.5 ~5 红麻 52~58 15~18 1.1~1.3 11~19 1.5~3 18 ~ 27 2 ~ 6 大麻 67~78 5.5~16.1 0.8~2.5 2.9~3.3 5.4 15 ~ 17 15 ~ 25 罗布麻 40.82 15.46 13.28 12.14 22.1 17 ~ 23 20 ~ 25 （2 ）苎麻 苎麻为中国原产地麻纤维，称为“中国草”，也称白苎、绿苎、线麻和紫麻，为多年生宿根植物。 苎麻单纤维较长，可单纤维纺纱。 （3 ）亚麻 亚麻也称鸦麻、胡麻，分纤用、油用、纤油两用三类，均为一年生草本植物，我国主要产地在 黑龙江。 “打成麻”，其截面中约有 10 ~ 20 根单纤维的工艺纤维乐鱼体育纺织材料学（PDF电子书 )pdf。 （4 ）黄麻与红麻 黄麻为一年生草本植物，生长于带和热带。黄麻纤维单根短，必须采用工艺纤维纺纱。黄 麻纤维吸湿后表面仍保持干燥，但吸湿膨胀大并放热。 红麻又称槿麻或洋麻，习性及生长与黄麻十分相近。红麻的单细胞纤维亦很短，截面为多角形 或近椭圆形，中腔较大。黄麻和红麻纤维的种植与生长容易且高产，但纤维的柔软化和细化是其质 量、经济价值提升的关键。否则只能是低档的包装、地毯底布，或混纺纤维制品的原料。 （5 ）大麻 大麻又称火麻、汉麻。生长和放置中极少虫害，十分奇特。大麻单纤维表面粗糙，有纵向缝隙 和孔洞及横向枝节，无天然转曲。大麻横截面有多种形态，如三角形、长圆形、腰圆形等，且形状 不规则。大麻单纤维的细度和长度与亚麻相当，需工艺纤维纺纱。 （6 ）罗布麻 罗布麻又称野麻、茶叶花，是一种野生植物纤维。由于它适宜在盐碱、沙漠等恶劣的环境中生 长。因纤维较短粗，还是需工艺纤维纺纱，主要用于服用纺织品。 3．叶纤维 （1）剑麻 剑麻纤维取自于剑麻叶，主要在热带地区种植。 （2 ）焦麻 焦麻也是多年生热带草本植物，主要为菲律宾的马尼拉麻。 4 4 ．竹纤维 竹纤维是利用机械方法来粉碎、分离，并配以物理化学方法剔除竹中的木质素、竹粉、果胶等 物质，制取竹纤维，是原生纤维物质。 竹纤维本身也主要为纤维素物质，因此可以制成竹浆粕，制造粘胶类纤维。这同棉浆、木浆粘 胶是一样的，已不再具有原天然纤维的结构特征，甚至某些组成成分特征。 二、天然蛋白质纤维 毛是指主体支撑的毛发较长和粗硬，绒是簇生的纤维较短和细软。 1．绵羊毛 纺织用毛纤维最主要的是绵羊毛，通常称作羊毛，或者称毛纤维。 （1）构成与特征 羊毛为角蛋白物质，分为高硫角蛋白、存在于羊毛的无序和基质部分；低硫角蛋白，存在于原 纤有序结构中，为典型的α螺旋角蛋白分子。 羊毛截面为圆形或椭圆形，外向内分为鳞片层、皮质层和髓质层。 （2 ）基本分类 绵羊毛按细度和长度可分为超细毛、细毛（18 ~ 27μm ，长12cm ）、半细毛（25 ~ 37μm ，长15cm ）、 粗毛（20 ~ 70μm ，为异质毛）和长毛（36μm ，长 15~ 30cm）。 按羊种品系可分为改良毛与土种毛两大类。 按羊毛的分级可分为支数毛和级数毛。 按羊毛质地均匀性分有同质毛和异质毛。 按颜色分为本色毛和彩色羊毛。 2 ．特种动物纤维 （1）山羊绒 山羊绒是山羊的绒毛，通过抓、梳获得，称抓毛。山羊绒又叫“开士米”或克什米尔（Cashmere ）。 山羊绒颜色有白、紫、青色，我国紫色较多。山羊绒无髓质，强伸性、弹性都优于相同细度的绵羊 毛。 （2 ）马海毛 马海毛（Mohair ）是土耳其安哥拉山羊毛的音译商品名称。南非、土耳其和美国为马海毛的三大 产地。马海毛的世界年产量约 3 万吨。马海毛是异质毛。马海毛的细度约 10μm ~ 90μm ，长度约 12cm ~ 26cm 。马海毛的特点是直、长、有丝光。 （3 ）兔毛 用于纺织的兔毛主要为普通兔毛和安哥拉兔毛。安哥拉兔毛为长毛兔毛，有不同品系。兔毛有 5 ~ 30μm 的绒毛（约占 90%）与 30 ~ 100μm 的粗毛（10%）两类纤维，绒毛的平均直径约 11.5~15.9μm 。 绒毛与粗毛都有发达的髓腔，为多腔多节结构，所以比重轻、吸湿性好，但强度低。兔毛密度小， 纤维细软、制品蓬松、轻质。兔毛表面光滑、少卷曲，所以光泽强，但鳞片厚度较低、纹路倾斜， 且表面存在类滑石粉状物质，故摩擦系数小leyu乐鱼、抱合力差、易落毛，纺纱性能差。 （4）骆驼绒 骆驼绒是从骆驼身上自然脱落或梳绒采集获得。骆驼身上的外层毛粗而坚韧，称为骆驼毛，在 外层粗毛之下有细短柔软的绒毛，称为骆驼绒。 5 （5 ）绵羊绒 绵羊绒是土种粗绵羊毛（包括裘用绵羊）异质毛被中的底层绒毛。 （6 ）牦牛绒与牦牛毛 牦牛绒(毛)大多是黑色、褐色，少量白色。从牦牛剪下来的毛被中有粗毛和绒毛，绒毛有很高的 纺用价值。牦牛绒由鳞片层与皮质层组成，髓质层极少。牦牛绒鳞片呈环状，边缘整齐，紧贴于毛 干上。有无规则卷曲，缩绒性与抱合力较小。牦牛绒平均直径约 20μm ，平均长度 30mm ~ 40mm 。牦 牛绒的断裂强力在 4.4 cN 左右，高于山羊绒、驼绒、兔毛。 （7 ）羊驼毛 羊驼毛强力较高，断裂伸长率大，加工中断头率低。与羊毛相比，羊驼毛长度较长，15 ~ 40cm， 细度偏粗，20 ~ 30μm ，不适合纺高支纱。羊驼毛表面的鳞片贴伏、鳞片边缘光滑，卷曲少、卷曲率 低，顺、逆鳞片摩擦系数较羊毛小，所以，羊驼毛富有光泽、有丝光感，抱合力小、防毡缩性较羊 毛好。羊驼毛的洗净率高达 90 ％以上，不需洗毛直接应用。 3．丝纤维 命名即该植物名+蚕丝构成。有家蚕丝和野蚕丝之分。 桑蚕为家养，是最大宗的丝纤维；野蚕丝的主要代表为柞蚕丝。 （1）桑蚕丝 桑蚕又称家蚕，由桑蚕茧缫得的丝称为桑蚕丝。桑蚕茧由外向内分为茧衣、茧层和蛹衬三部分。 其中茧层可用来做丝织原料，茧衣与蛹衬因细而脆弱，只能用做绢纺原料。 一根蚕丝由两根平行的单丝（丝素），外包丝胶构成。单丝截面呈三角形。 表 1- 4 桑蚕茧丝的工艺性质参数表 指标 春蚕茧 秋蚕茧 茧丝长(m) 1000 ~ 1400 850 ~ 950 茧丝量(g) 0.22 ~ 0.48 0.2 ~ 0.4 茧层率(%) 鲜：18 ~ 24；干：48 ~ 51 缫丝率(%) 71 ~ 85 缫折(kg) 220 ~ 280 解舒 长：500 ~ 900m；率：65 ~ 80% （2 ）柞蚕丝 柞蚕在国外称中国柞蚕。由柞蚕茧所缫制的丝称柞蚕丝。柞蚕生长在野外的柞树(即栎树)上。柞 蚕茧丝的平均细度为 6.16dtex(5.6 旦)，比桑蚕茧粗。柞蚕茧的春茧为淡黄褐色，秋茧为黄褐色，而且 外层较内层颜色深。柞蚕丝的横截面形状为锐三角形，更为扁平呈楔状。 桑蚕丝 柞蚕丝 图 1- 4 两种蚕丝截面形态对比 6 表 1- 5 柞蚕茧丝的工艺性质参数表 指标 春茧 秋茧 茧丝长(m) 约 600 700 ~ 1000 茧丝量(g) 0.24 ~ 0.28 0.42 ~ 0.58 干茧层率(%) 6 ~ 11 缫丝率(%) 60 ~ 66 缫折(kg) 1340 ~ 1450 解舒 长：360 ~ 490m；率：30 ~ 50% （3 ）蜘蛛丝 蜘蛛与蚕一样，属于节肢动物，蜘蛛是八条腿的蛛形纲成虫。蜘蛛丝呈金、透明，它的横 截面呈圆形。蜘蛛丝的平均直径为 6.9μm ，大约是蚕丝的一半，是典型的超细、高性能天然纤维，与 天然纤维和化学纤维的对比见表 1- 6。 表 1- 6 蜘蛛丝与部分纤维的性能对比 纤维 密度 模量 强度 韧度 断裂伸长率 3 3 (g/cm ) (GPa) (GPa) (MJ/m ) (%) 蜘蛛丝 1.3 10 1.1 160 27 锦纶 66 1.1 5 0.95 80 18 Kevlar49 1.4 130 3.6 50 3 蚕丝 1.3 7 0.6 70 18 羊毛 1.3 0.5 0.2 60 50 钢丝 7.8 200 1.5 6 1 对分泌液丝纤维的特征，人们较多地欣赏丝纤维的光泽、或强度。 三、再生纤维 1．再生纤维素纤维 （1）普通粘胶纤维 （2 ）高湿模量粘胶纤维 主要代表纤维有中国早期所称的富强纤维，日本的虎木棉或波里诺西克（Polynosic ）。 干态 强力粘胶 5 湿态 富强纤维 ） 4 x HWM纤维 e t / N （ 3 度 强 比 2 普通粘胶 1 0 10 20 30 伸长率（％） 图 1- 5 各种粘胶纤维的拉伸特征比较 7 （3 ）Lyocell 纤维 Lyocell 纤维是以 N- 甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂，用干湿法纺制的再生纤维素纤维。 （4 ）铜氨纤维 将纤维素浆粕，主要是棉浆粕溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓铜氨溶液内，制成铜氨纤维素纺 丝溶液，在水或稀碱溶液的凝固浴中（湿法）纺丝成形。 （5 ）醋酯纤维 醋酯纤维以纤维素浆粕为原料，利用醋酸酐对羟基的作用使羟基被醋酸酐的乙酰基置换生成纤 维素酯，经干法或湿法纺丝制成。 2．再生蛋白质纤维 目前已使用过的蛋白质有：酪素奶制品蛋白、牛奶蛋白、蚕蛹蛋白、大豆蛋白、花生蛋白和明 胶等。 虽然再生蛋白质可以制成各种膜、粉末和块状材料，但制备纤维状物质存在分子量偏低，分子 不易伸直取向排列，而造成纤维的低强度，；耐热性差，当温度超过 120℃时，纤维就要变黄；纤维 自身发黄，染色后色泽不好。此外，再生蛋白质纤维原料成本高，产品的竞争力并不强。 四、普通合成纤维 普通的合成纤维主要是指传统的六大纶纤维，即涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶纤维。 以产量排序为涤纶丙纶锦纶腈纶。 1．涤纶 涤纶是聚酯纤维的中国商品名。涤纶由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行缩聚生成 的聚对苯二甲酸乙二酯制得，是合成纤维的最大类属，其产量居所有化学纤维之首。 涤纶采用熔体纺丝，具有一系列优良性能，如断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定形性 能优异，耐热性高、耐光性尚可。 2 ．锦纶 锦纶是我国聚酰胺纤维的商品名，是以酰胺键(-CONH-)与若干亚甲基连接而成的线 年，杜邦公司首次合成了聚酰胺纤维(尼龙 66)，并于 1938 年开始工业化生产。同年，德国 化学家 P ．Schlack 制成了尼龙 6，并于 1941 年实现工业化生产。 锦纶具有一系列优良性能，其耐磨性居纺织纤维之冠，断裂强度高，伸展大，回弹性和耐疲劳 性优良，吸湿性在合成纤维中仅次于维纶，染色性在合成纤维中属较好的。 3．腈纶 腈纶是聚丙烯氰纤维的中国商品名，它是由 85%以上的丙烯氰和第二、第三单体共聚的高分 子聚合物纺制的合成纤维。1953 年由美国杜邦公司最先实现腈纶的商品化。 腈纶具有许多优良性能，如手感柔软、弹性好，有“合成羊毛”之称。耐日光和耐气候性特别 好，染色性较好，故较多地用于针织面料和毛衫。 4 ．丙纶 丙纶是等规聚丙烯纤维的中国商品名。1955 年研制成功，1957 年由意大利开始工业化生产。丙 纶的品种较多，有长丝、短纤维、膜裂纤维、鬃丝和扁丝等。 8 3 丙纶的质地特别轻，密度仅为 0.91g ／cm ，是目前所有合成纤维中最轻的纤维。丙纶的强度较 高，具有较好的耐化学腐蚀性，但丙纶的耐热性、耐光性、染色性较差。 5．维纶 维纶又称维尼纶，是聚乙烯醇纤维的中国商品名。未经处理的聚乙烯醇纤维溶于水，用甲醛或 硫酸钛缩醛化处理后可提高其耐热水性。狭义的维纶专指经缩甲醛处理后的聚乙烯醇缩甲醛纤维。 维纶 1940 年投入工业化生产。 维纶吸湿性相对较好，曾有“合成棉花”之称。维纶的化学稳定性好，耐腐蚀和耐光性好，耐 碱性能强。维纶长期放在海水或土壤中均难以降解，但维纶的耐热水性能较差，弹性较差，染色性 能也较差、颜色暗淡，易于起毛、起球。 6．氯纶 氯纶是聚氯乙烯纤维的中国商品名。聚氯乙烯于 1931 研究成功，1946 年在德国投入工业化生产。 氯纶的强度与棉相接近，耐磨性、保暖性、耐日光性比棉、毛好。氯纶抗无机化学试剂的稳定 性好，耐强酸强碱，耐腐蚀性能强，隔音性也好，但对有机溶剂的稳定性和染色性能比较差。 五、差别化纤维 1．基本定义与获得方法 差别化纤维通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状上获得一定程 度改善的纤维。 纤维的差别化主要途径有三。 （1）物理改性 物理改性是指采用改变纤维高分子材料的物理结构使纤维性质发生变化的方法。目前物理改性 的主要内容包括改进聚合与纺丝条件。 （2）化学改性 化学改性是指通过改变纤维原来的化学结构来达到改性目的的方法。改性方法包括共聚、接枝、 交联、溶蚀、电镀等。 （3）表面物理化学改性 表面物理化学改性主要是指如采用高能射线（γ射线、β射线）、强紫外辐射和低温等离子体对 纤维进行表面蚀刻、活化、接枝、交联、涂覆等改性处理，是典型的清洁化加工方法。 2 ．差别化纤维 （1）变形丝 改变合成纤维卷曲形态，即仿造羊毛的卷曲特征来改善纤维性能的方法。 （2）异形纤维 异形纤维是指纤维截面形状不是实心圆形的纤维。目的是改善合成纤维的手感、光泽、抗起毛 起球性、蓬松性等特性。 （3）复合纤维 复合纤维是将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成的纤维。 通过复合，在纤维同一截面上可以获得并列型、皮芯型、海岛型等复合方式的复合纤维，见图 1- 6。 9 并列或双边 皮芯或芯鞘 海岛或原纤基 图 1- 6 典型复合纤维的结构示意图 （4）超细纤维 超细纤维的原出处是指仿制麂皮织物用的细度0.9dtex 的纤维，一般细度为 0.01dtex ~ 0.5dtex 的 纤维。故理论上超细纤维的概念还是将细度0.9dtex 的纤维称为超细纤维。超细纤维可通过直接纺丝 法，如 超细纤维抗弯刚度小, 织物手感柔软、细腻、具有良好的悬垂性、保暖性和覆盖性，但回弹性 低、膨松性差。超细纤维比表面积大，吸附性和除污能力强,可用来制作高级清洁布。但超细纤维的 染色要比同样深浅的常规纤维消耗染料多，且染色不易均匀。 超细 纤维 (a) (b) 图 1- 7 剥离法(a)和溶解去除法(b)示意图 实际中，常规棉型纤维的细度1.1dtex ；毛型纤维的细度2.78dtex ，故在棉型纤维内，纤维细度 1dtex 的为超细纤维；在毛型纤维内，纤维细度2.2dtex 的为超细纤维。 （5）高收缩纤维 高收缩纤维是指纤维在热或热湿作用下的长度有规律弯曲收缩或复合收缩的纤维。一般高收缩 纤维在热处理时的收缩率在 20% ~ 50% ，而一般纤维的沸水收缩率 5% （长丝 9% ）。 （6）易染色纤维 所谓易染色是指可用不同染料染色，且色泽鲜艳、色谱齐全、色调均匀、色牢度好、染色条件 温和（常温、无载体）等。 （7）吸水吸湿纤维 吸水吸湿纤维是指具有吸收水分并将水分向临近纤维输送能力的纤维。 （8）混纤丝 混纤丝是指由几何形态或物理性能不同的单丝组成的复丝。混纤丝的目的在于提高合成纤维的 自然感。 六、功能性纤维 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。不仅可以 被动响应和作用，甚至可以主动响应和记忆，后者更多的时候被称为智能纤维。 10 1．抗静电和导电纤维 抗静电纤维主要是指通过提高纤维表面的吸湿性能来改善其导电性的纤维。 导电纤维包括金属纤维，金属镀层纤维，炭粉、金属氧化、硫化、碘化物掺杂纤维，络合物导 电纤维，导电性树脂涂层与复合纤维，甚至是本征导电高聚物纤维等。 2 ．蓄热纤维和远红外纤维 根据所用陶瓷粉种类，其蓄热保温机理有两种，一种是将阳光转换为远红外线，相应的纤维称 之为蓄热纤维；另一种是低温(接近体温)下辐射远红外线，相应的纤维称之为远红外纤维。 3．防紫外线纤维 防紫外的方法一般是涂层，但会影响织物的风格和手感。采用防紫外纤维可克服这一缺陷。其 方法是在纤维表面涂层、接枝，或在纤维中掺入防紫外或紫外高吸收性物质，制得防紫外线 ．阻燃纤维 纤维阻燃可以从提高纤维材料的热稳定性、改变纤维的热分解产物、阻隔和稀释氧气、吸收或 降低燃烧热等方面着手来达到阻燃目的。 5．光导纤维 光导纤维，简称光纤，是将各种信号转变成光信号进行传递的载体，是当今信息通讯中最具发 展前景的材料。 6．弹性纤维 弹性纤维是指具有 400~700 ％的断裂伸长率，有接近 100%的弹性恢复能力，初始模量很低的纤 维。弹性纤维分为橡胶弹性纤维和聚氨酯弹性纤维。 橡胶弹性纤维由橡胶乳液纺丝或橡胶膜切割制得，只有单丝，有极好的弹性恢复能力。聚氨酯 弹性纤维是指以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种嵌段共聚物制成的纤维，我国简称氨纶。国外商品 名有 Lycra(美国杜邦)等。 7．抗菌防臭纤维 抗菌防臭纤维是指具有除菌、抑菌作用的纤维。大致有二类。一种是本身带有抗菌抑 菌作用的纤维，如大麻、罗布麻、甲壳素纤维及金属纤维等。另一类是借助螯合技术、纳米技术、 粉末添加技术等，将抗菌剂在化纤纺丝或改性时加到纤维中而制成的。 8．变色纤维 变色纤维是指在光、热作用下颜色发生变化的纤维。在不同光波、光强作用下，颜色发生变化 的纤维称光敏变色纤维；在不同温度作用下呈不同颜色的纤维称热敏变色纤维。 9．香味纤维 香味纤维是在纤维中添加香料，使纤维具有香味的纤维。 10．相变纤维 相变纤维是指将含有相变物质（PCM ）能起到蓄热降温、放热调节作用的纤维，也称空调纤维。 11 七、高性能纤维 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。 表 1-7 主要高性能纤维的基本分类与构成 分类 高强高模纤维 耐高温纤维 耐化学作用纤维 无机类纤维 名称 对位芳纶（PPTA ）、 聚苯并咪唑（PBI ）、 聚四氟纤维（PTFE ）、 碳纤维（CF ）、高性能 芳香族聚酯（PHBA ）、 聚苯并噁唑（PBO ）、 聚醚酮醚（PEEK ）、 玻璃纤维（HPGF ）、 聚苯并噁唑（PBO ）、 氧化 PAN 纤维、间位 聚醚酰亚胺（PEI ）纤 陶瓷纤维（碳化硅， 高 性 能 聚 乙 烯 芳纶（MPIA ）纤维 维 氧化铝等纤维） （HPPE ）纤维 高性能金属纤维 主要 高强（3-6GPa ）、高模 高极限氧指数，耐高 耐各种化学腐蚀，性 高强、高模、低伸长 特征 （50-600GPa ）、耐较 温柔性高聚物 能稳定，高极限氧指 性、脆性、耐高温 高的温度（ 120-300 数，耐较高的温度 （600 ℃）无机物 ℃）的柔性高聚物 （200-300℃）高聚物 1．对位和间位芳纶 对位芳纶的中国学名为芳纶 1414,1965 年发明，1971 年美国杜邦公司的商品化命名为 Kevlar®, 其分子式为 间位芳纶的中国学名为芳纶 1313，是杜邦 1967 年商品化的芳族聚醚胺纤维，商品名为 Nomex®， 分子式为 由于苯环都以醚胺键连接，故得名芳族聚酰胺纤维，统称芳纶纤维。 12 图 1- 8 芳纶纤维的应用领域示意图 2 ．PBO 纤维 PBO 是聚-p -亚苯丙二噁唑，简称聚苯并噁唑。 N N n O O PBO 纤维有非常高的耐燃性，热稳定性相比芳纶纤维更高；非常好的抗蠕变、耐化学和耐磨性 能；有 4～7GPa 的强度和 180～360GPa 的模量；有很好的耐压缩破环性能，不会出现无机纤维的脆 性破坏。 3．PEEK 纤维 PEEK 统称为聚醚酮醚，是半结晶的芳香族热塑性聚合物，属聚醚酮类（PEK ）。 O C n O 表 1-8 PEEK 纤维的强度保持率及比较 温度（℃） PEEK 芳纶 1313 涤纶 100 100 100 90 150 100 100 0 200 100 90 0 250 95 0 0 300 80 降解 降解 13 4 ．聚四氟乙烯纤维 聚四氟乙烯纤维（PTFE ）是已知最为稳定的耐化学作用和耐热的纤维材料。 表 1-9 聚四氟乙烯纤维的基本特征值 纤维 Teflon PTFE PTFE 制造商 Dupont Lenzing Albany 强度/cN·dtex-1 1.4 0.8～1.3 1.3 断裂伸长率/% 20 25 50 熔融温度/ ℃ 347 327 375 软化温度/ ℃ 177 200 93 最高使用温度/ ℃ 290 280 260 极限氧指数/ ％O2 98 98 98 5．碳纤维 碳纤维是指纤维化学组成中碳元素占总质量 90%以上的纤维。碳纤维生产始于 20 世纪 60 年代 末，以粘胶纤维为原料，经预氧化、炭化、石墨化制成粘胶基碳纤维。 图 1-9 常用碳纤维的力学特征值范围 在没有氧气存在的情况下，碳纤维能够耐受 3000℃的高温，这是任何纤维无法与之相比的。 碳纤维对一般的酸、碱有良好的耐腐蚀作用。碳纤维主要用于制作增强复合材料，可用于航空、航 天和国防军工、体育器材及各种产业用途。 第三节 纤维的加工 一、天然纤维的初加工 天然纤维的初加工主要是指纤维的有效提取加工，而实际的操作方法与概念却是如何将非纤维类 物质去除的方式。 14 1．棉的初加工 传统的棉花初加工是指将籽棉上的纤维（俗称衣分）与棉籽分离的加工，也称轧花或轧棉。 锯齿轧棉 皮辊轧棉 图 1-10 皮辊式与锯齿式轧棉原理比较图 2 ．麻的初加工 麻类纤维的初加工是最为典型的去除非纤维类物的加工。 （1）苎麻 苎麻的初加工包括三个过程：剥皮→刮青→脱胶，制成可纺用的精干麻。 （2）黄、红麻 黄、红麻的初加工有两种方式：主要区分是剥皮法和带杆法。上述过程获得的麻，还不能直接 纺纱，必须经过梳麻获得工艺纤维后，才能纺纱。 （3）亚麻 初加工主要步骤为：脱胶→干燥→碎茎→打麻。打成麻同样需经过梳麻分离成可纺用的工艺纤 维，才能纺纱。 3．毛纤维的初加工 羊毛的初加工是去除非纤维类物质和不适于纺纱纤维的过程，包括从原毛到洗净毛的各个生产 工序，其工艺过程为原毛→选毛→开毛→洗毛→烘干→洗净毛。 4 ．蚕丝的初加工 蚕丝初加工主要是指蚕茧分选与缫丝加工。 二、化学纤维制造概述 纤维的制造方法是人类从蚕吐丝过程中得到的启示，是纤维成形为目的加工。其制造过程主要 可分为三部分。 1．纺丝融体或纺丝液的制备 将固态高聚物转变成液态可采用溶液法或熔融法。分解温度高于熔点的高聚物，可直接将聚合 物熔化成熔体或溶解在适当的溶剂中，制成纺丝液。分解温度低于熔点的高聚物，必须将聚合物溶 解在适当的溶剂中，或先将聚合物制成可溶性中间体，再溶解成纺丝液。 2 ．化学纤维的纺丝成形 将纺丝熔体或纺丝液通过喷丝孔挤出后凝固成丝条的过程称为纺丝。 熔融纺丝法的纺丝液是熔体，纺出的丝在空气中固化。 15 溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液，纺出的丝的固化方式分为湿法与干法两种。湿法纺 丝纺出的丝在溶液中固化。干法纺丝纺出的丝在空气中固化。 3．化学纤维的一般后整理 纺丝成形得到的丝称为初生丝，初生丝强度低、伸长大、沸水收缩率大、往往不能直接用于纺 织加工，因此初生丝还需经过一系列的后加工。其中主要的工序是牵伸和热定形。 牵伸。 干燥定形。 上油。 卷曲和切断。 长丝需要进行加捻和络筒。 随着合成纤维生产技术的发展，纺丝和后加工技术已从间歇式的多道工序发展为连续，不需进 行后加工，便可直接用做纺织原料。 第四节 纤维的应用与未来 一．纤维的应用 纤维的应用主要作为纺织材料，可以制成纱线和织物。 纤维满足穿着用、装饰用和产业用纤维制品的需求。 纤维可以单独使用或不同纤维的组合、混合使用，也可以与其他物质或材料进行组合、复合使 用。随着纤维材料功能的提高、扩展与多元化，不仅可作为一般民用及产业用的柔性材料，而且可 以称为生物、组织工程、高性能结构与增强、物质分离与过滤、高效传导与屏蔽、微尺度元件与结 构等高技术纤维制品。 二．纤维的未来 纤维资源的可持续性。 1．在天然纤维方面 积极寻求和开发新的和可持续的天然纤维资源是极为重要的。 人们熟悉的纤维，其缺陷的弥补和性能的提高，将是纤维资源扩大和提升的重大进步。 2 ．在再生纤维方面 人类成功地解决了纤维素类纤维的再生利用。 纯或高含量比的再生蛋白纤维加工进展缓慢而艰难。 再生纤维方面人们较系统地关注了天然纤维和天然高分子物质，而忽略了目前纤维总量一半以 上的合成纤维。 3．在合成纤维方面 21 世纪化学纤维无论在产量还是品种方面都占优势，但目前生产的常规品种除发展中国家外不 会有太大增长，而仿生化、功能化、高性能化纤维将是今后发展的方向。 仿生化纤维。 功能化纤维。 高性能化纤维。 16 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。 mCTA侧支循环评分及血清microRNA-134、VEGF、bFGF水平预测AIS大脑中动脉闭塞患者预后的价值.pdf 原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者
