第4章纖維形態(tài)的表征

第4章纖維形態(tài)的表征及

纖維鑒別

——纖維長短、粗細、截面形態(tài)和卷曲的表達與測量一、纖維的長度及其分布1.纖維長度指標的基本表達纖維長度指標(1)根數(shù)加權長度(2)質量加權長度巴布長度

(3)截面加權長度豪特長度纖維長度的意義確定工藝參數(shù)的依據(jù)隔距捻度速度2.長度測量方法（1）一端整齊法拜氏圖棉、羊毛、麻絹絲不等長化纖根數(shù)加權長度Almeter測量羊毛、麻截面加權長度（1）一端整齊法

——長度測量方法羅拉法棉巴布長度（質量）梳片法苧麻、羊毛、不等長化纖巴布長度（質量）根數(shù)加權長度（2）逐根測量

——長度測量方法Wira法羊毛根數(shù)加權長度AFIS測量棉根數(shù)加權長度（3）光電法（HVI法）

——長度測量方法HVI900(HighVolumeInstruments)在上世紀80年代初研制出的一種大容量棉纖維測試儀，可以測量原棉品質的多個指標。如長度和長度均勻度、跨距長度、短纖維指數(shù)、強力和伸長率、細度和成熟度、色澤、雜質和棉結以及含水率等。光電式長度測量利用特制的梳夾在取樣器上隨機抓取纖維，經過梳理制成一個纖維平行伸直、均勻分布的試驗須叢。從距離梳夾根部3.8mm處開始，以光線向須叢梢部進行光電掃描來測定纖維長度。測定的結果是以跨距長度來表示。可以獲得照影機曲線?？缇嚅L度跨距長度（S.L），是指光電掃描梳夾外面的纖維須叢時，以距離梳夾根部3.8mm處（即光電掃描處）的纖維根數(shù)作為100％，如果掃描到相對于此處纖維根數(shù)某一百分數(shù)時，光電掃描線到梳夾根部的距離。2.5%S.L.，相對根數(shù)是2.5%處離梳夾的距離。50%S.L.，相對根數(shù)是50%處離梳夾的距離。3.纖維長度分布及其相互關系4.典型纖維的長度表達4.1棉纖維手扯法手扯長度手扯尺量法與HVI棉樣校驗羅拉法主體長度LM、品質長度基數(shù)S：以主體長度為中心，前后5mm范圍內的質量百分數(shù)之和均勻度：C=S×LM短絨率R短于20mm（LM>31mm）或16mm（LM≤31mm）纖維質量的百分比典型纖維的長度表達——HVI法指標：平均長度——L1/2（質量）上半部平均長度——Lm長度整齊度=L50/L2.5×100%長度整齊度指數(shù)=Lm/L1/2×100%4.2毛纖維(1)自然長度羊毛卷曲中心線伸直，而卷曲保留不變的長度(2)伸直長度指彎曲消失，纖維伸直但無伸長的長度(3)毛叢長度梳片法

(1)巴布長度：重量加權平均長度

(2)豪特長度：截面加權平均長度

(3)短毛率：小于30mm毛的百分含量電容法（Almeter法）——豪特長度和巴布長度梳片法——巴布長度和根數(shù)加權平均長度4.3麻纖維參照毛纖維測量方法進行但短纖維含量以40mm以下的短纖維計算4.4化學纖維等長纖維：切斷稱重法超長纖維：超過實際長度7mm（名義長度小于50mm）或10mm（名義長度大于50mm），但纖維長度小于1.9倍名義長度倍長纖維：未切斷纖維，長度是名義長度的整數(shù)倍

非等長化學纖維（牽切法）參照羊毛長度測量方法4.5纖維長度對比纖維長度（mm）纖維長度（mm）棉25～45細毛、半細毛50～100亞麻單纖維15～20粗毛、半粗毛50～200工藝纖維500～750粘膠34～120大麻單纖維10～15滌綸35～100工藝纖維700～1500腈綸33～95黃麻單纖維2～4錦綸655～110工藝纖維2000～3000石棉1～204.5纖維長度對比纖維主要品種的長度范圍（mm）品種長度品種長度品種長度品種長度海島棉45～55普通羊毛40～70亞麻20～30中長纖維51～65埃及棉30～45美利努毛70～110苧麻20～200毛型纖維76～120美棉25～35英國羊毛40～300黃麻15～50棉型纖維38～41印度棉20～30開司米22～36馬尼拉麻3～20

馬海毛45～70大麻5～55

4.6纖維長度與產品質量及紡織工藝的關系與成紗強度的關系長度長，纖維間相互接觸面積大超過一定程度，影響不明顯與成紗毛羽的關系長度長，毛羽少長度整齊度、短絨率和成紗強度、條干間關系差、大，條干惡化、強度下降→精梳化纖：過于整齊，同步纖維→牽切（不等長纖維）長度越長、整齊度越好，短絨率越少→紗越細設計紡紗系統(tǒng)工藝參數(shù)的主要依據(jù)。二、纖維的細度及其分布纖維細度是指纖維粗細的程度

1.纖維的細度表征（1）特數(shù)Nt(定長制）——間接指標我國法定的線密度單位為特克斯（tex），簡稱特。表示1千米長的紡織材料在公定回潮率時質量克數(shù)。1分特（萬米長）＝0.1特纖維的細度表征(2)旦數(shù)ND(定長制）——間接指標旦數(shù)即旦尼爾數(shù)（Denier），較多地用于絲和化纖長絲中，又稱纖度。指9000m長紡織材料在公定回潮率時質量克數(shù)纖維的細度表征(3)公制支數(shù)Nm(定重制）——間接指標簡稱支數(shù)指在公定回潮率時1g紡織材料所具有的長度米(m)數(shù)細度指標與哪些因素有關？FinenessasaMeasureofCross-SectionMass=Vxdensity()=

A·L·Lineardensity=Mass/Length(egintex)=AL/L=

A·Foragivenbulkdensity(),lineardensityisproportionaltofibrecross-sectionalareaMass=Vxdensity()=

ALLineardensity=Mass/Length(egintex)=AL/L=

AItworksforanyregularshape–egtriangularFinenessasaMeasureofCross-SectionForagivenbulkdensity(),lineardensityisproportionaltofibrecross-sectionalarea纖維的細度表征（4）直徑與截面積——直接指標通過光學顯微鏡或電子顯微鏡觀測常用于羊毛及其他動物毛，圓形化學纖維的細度表達。由于纖維很細，以微米為單位，近似圓形的計算為2.細度指標之間的相互轉換線密度指標與直徑的換算設纖維直徑為d（μm），密度為δ（g/cm3）1000米長紗線質量m＝NtNt=1000×102×δ×πd2/4×10-8

Nt=δ×

πd2/4×10-3d2=Nt/(δ×

π)×4×1000纖維的細度指標之間的轉換設纖維直徑為d（μm），密度為δ（g/cm3），纖維直徑與旦數(shù)的換算式為：與分特的換算式為纖維直徑與公制支數(shù)為線密度與纖維直徑1.5dtex的PET纖維，δ=1.38d=11.76μm1.5dtex的PP纖維，δ=0.91d=14.49μm3.纖維細度對比天然植物纖維的細度纖維品種纖維寬度（μm）平均截面積斷面積比(%)當量直徑

范圍平均μm2胞壁中孔μm海島棉

15～271009733.18埃及棉

16～281109733.34美棉

18～201609734.03印度棉

20～242009464.5中國棉

28～453509645.96亞麻13～312318498.71.34.32苧麻42～665181595.84.29.09大麻16～50242979645.49黃麻10～251816189114.04青麻5～2515719372.68西沙爾麻（劍麻）15～30251229283.52馬尼拉麻10～3224

天然動物纖維細度品種纖維直徑（μm）品種纖維直徑（μm）范圍平均范圍平均美利奴羊毛

18～27駱駝毛

交配種羊毛

27～31粗硬13～7930中支交配種羊毛

31～39中

23粗支交配種羊毛

39～44纖細10～2818馬海毛

山羊絨10～5015粗硬23～6643家蠶絲14～1816中23～5033柞蠶絲14～7342纖細13～3323

駝羊毛

粗硬23～6136

中18～4628

纖細13～3320

常規(guī)纖維L/D的數(shù)值范圍纖維棉麻（工藝纖維）羊毛L/D2×1031054×103纖維化纖短纖維蠶絲化纖長絲L/D3×103108108纖維細度與產品質量、紡紗工藝的關系與成紗條干的關系細度小，成紗條干均勻細度小，易產生疵點與成紗強度的關系細度小，纖維間摩擦抱合大（有利）細度過小，纖維自身強度小（不利）細度小，條干均勻→強度較高與織物服用性能關系粗，硬挺細，柔軟，光澤柔和，易起毛起球與紡紗工藝的關系除雜工藝牽伸效率加捻效率纖維細度對纖維性能的影響影響纖維的吸附性能和染色性質纖維及纖維束剛度纖維光澤：乳白化細度不勻：纖維堆砌排列的不均勻和加工控制及成形困難纖維內細度不勻，纖維形態(tài)粗細變化，導致纖維的細頸弱節(jié)，影響外觀和品質。纖維細度對紗線性能的影響纖維粗，單位截面內的纖維根數(shù)減少，堆砌松，接觸點少，會引起紡紗的斷頭和加工困難纖維細，纖維根數(shù)增加，有利于接觸和紗條均勻性，可紡性提高，但纖維易彎曲、纏繞和混亂排列，使紗的結構蓬松、有序性下降纖維細度對紗線性能的影響從紗線可紡性的經驗可知，纖維長度L越長、纖維細度ND越細、紗線截面中纖維根數(shù)n越多，纖維自身的細度不勻CVd越小，可紡性S越好。即式中，L為英吋（1in=25.4mm）；nC為紡紗加工中紗截面中臨界纖維根數(shù)。顯然S>1時，紡紗容易，S<1時紡紗困難，且成紗質量會下降。纖維細度對織物性能的影響不同細度尺度纖維會極大地影響織物的手感、透通性和舒適性

纖維細度種類線密度(dtex)直徑(mm)性能特征細旦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0.011~0.893.0~11.2吸濕、導濕、細膩、仿皮革皮革（特細）0.011~0.110.9~4.0透汽、防水、細密、麂皮特征極細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4.纖維細度不勻的指標主要包括二層含義（1）纖維之間的粗細不勻（2）纖維本身沿長度方向上的粗細不勻。4.1細度不勻的概念(1)同一棉鈴的棉纖維，因胞壁厚度、生長部位的不同而粗細不同；同一根棉纖維還兩端細、中段粗并截面形態(tài)變化。(2)同一毛包的毛纖維，不僅纖維間因在羊體上的生長部位不同而粗細不同(變異系數(shù)達20~35%)，而且單纖維因生長季節(jié)和營養(yǎng)的影響也會有明顯的粗細差異（粗細差異可達3~10μm），并且有截面形態(tài)的變化。纖維細度不勻(3)蠶絲本身粗細差異在總長度上較為明顯，繭外層和內層的絲較細，中間主繭層的絲相比較粗，由于繅絲的合并，均勻性較好。(4)麻纖維的粗細差異更大，不僅單纖維的粗細差異大（變異系數(shù)達30~40%），而且工藝纖維因分離的隨機性粗細差異更大。(5)化學纖維因細度均勻性較好，很少表征4.2細度不勻指標及分布（1）不勻率指標——變異系數(shù)直徑不勻是纖維細度不勻最主要和最有效的指標線密度類指標只能反映紗線的細度總體差異直徑變異系數(shù)線密度變異系數(shù)（2）纖維間細度不勻的分布可以參照纖維長度分布的原理，表達纖維的細度（直徑）不勻5.纖維細度及分布的測量方法5.1中段切斷稱重法主要解決纖維的線密度指標測量

中段切斷稱重法將纖維理成平行伸直，將纖維切斷稱重，并點數(shù)中段纖維根數(shù)切斷長度由纖維的平均長度粗略確定，棉一般為10或20mm，毛麻一般為20或30mm切斷長度短，測量精度會受影響；太長，纖維長度有限制，且伸直和平行難度增大一般適用于伸直性較好的纖維測量重點是纖維根數(shù)，纖維根數(shù)必須大于1500根棉、毛、麻偏粗5.2直徑測量法（1）顯微鏡觀測法又稱為顯微鏡投影測量法多用于圓形或近圓形纖維直徑的測量源于近圓形羊毛纖維的測量。（2）OFDA法顯微鏡法自動版直徑測量法(3)激光纖維直徑測量法5.3氣流儀法Resistancetoairflowasameasureoffineness2dFinefibreshighresistanceCoarsefibreslowerresistanceFinenessMethods–Air-flowd5.4振動測量法6.纖維細度測試現(xiàn)狀棉纖維：切斷稱重法；毛纖維：幾乎采用OFDA和LaserScan方法，其次為顯微鏡法和氣流儀法；麻纖維：切斷稱重法，其次套用顯微鏡法或OFDA法；絲纖維：大多為絞絲稱重法（類切斷稱重），其次顯微鏡法；化纖短纖根據(jù)毛型、棉型分別采用各自纖維在紡織加工工藝體系中的測量方法；化纖長絲一般用絞絲稱重，或顯微鏡法。三、纖維的卷曲纖維卷曲使纖維間的機械纏結增加，有利于纖維加工中的成網、成條性。卷曲頻率愈高，纏結概率愈大；纖維卷曲度（率）愈大，纏結點間的變形愈大，在纖維網、條結構穩(wěn)定的同時，可變形性就愈大。但對加工變形中纖維滑移的控制變得不容易和有跳躍。纖維卷曲對紗線橫截面內的根數(shù)有影響，成反比，對紡紗不利；卷曲的增加有利于在紡紗過程中，減少纖維的游動和降低毛羽的產生。纖維卷曲將使纖維的橫向占有空間變大，而增加纖維集合體的膨松性；使纖維縱向收縮并具有潛在的彈性伸長，從而增加纖維集合體的縱向可變性。卷曲的意義纖維集合體的膨松性和縱向可變性的共同作用使纖維集合體的空間變形增大，尤其是彈性變形，并使纖維集合體在力學性能上獲得可壓縮、可彈性延伸在物理性能上，控制透通性、傳導與隔絕，吸濕與保水的重要和有效的手段。纖維的卷曲對紗線的粗細和抗壓性有重要的影響，一般來說，卷曲度的增加，紗的強度和斷裂伸長下降，紗線的不勻率和粗細節(jié)頻率增加。對織物來講，纖維卷曲的正常變化對物理性能影響的，一般趨勢是隨著卷曲的增加，織物柔軟度、滑爽度、豐滿度也增加。卷曲的意義羊毛卷曲排列越整齊，越能使毛被形成緊密的毛叢結構，更好地預防外來雜質和氣候卷曲的獲得纖維內部結構不對稱羊毛：正偏皮質雙側分布復合纖維：并列或偏芯分布，熱或機械處理強化維綸、黏膠：斷面不對稱，皮芯分布，熱和機械處理超卷曲羊毛：化學或機械處理強化利用熱塑性齒輪熱軋、填塞箱纖維卷曲特點熱塑法卷曲不穩(wěn)定，容易消失截面不對稱纖維或偏皮芯分布、并列型復合纖維卷曲牢度好，立體卷曲數(shù)量可能比較少（如黏膠），也可較多（如復合纖維）羊毛卷曲具有可變性高PH值或具有膨脹作用的液體，會出現(xiàn)相反卷曲，去除液體后，回復原狀。羊毛織物吸濕膨脹和易于氈縮的原因之一。1.卷曲現(xiàn)象

①~③是無或弱卷曲，其卷曲弧度小于半圓形，屬淺平波形，且卷曲數(shù)少，半細和土種羊毛多屬此類；④為鋸齒波形，是人工所為，非羊毛的自然卷曲；卷曲現(xiàn)象⑤和⑥為正常卷曲波形，波形的弧度接近或等于半圓形，卷曲對稱于中心線，屬常波卷曲，只是⑥的卷曲數(shù)大于⑤，軸向投影基本為直線，美利奴羊毛和中國良種羊毛都屬此類，品質優(yōu)良，多用于精紡，紡制表面光潔的毛紗；卷曲現(xiàn)象⑦為深波，⑧為大屈曲波，屬高卷曲（curl）纖維，每個卷曲的弧度都超過半圓，且有非平面的波動，多發(fā)生在粗羊毛和新西蘭羊毛上，該羊毛不適于精紡，而適于粗紡系統(tǒng)，呢絨豐滿有彈性；卷曲現(xiàn)象⑨和⑩為典型的三維螺旋卷曲，存在于部分粗羊毛和土種毛中，是副皮質偏心分布的結果，有長螺距螺旋⑨和短螺距⑩，這種卷曲人工變形紗中較常見。澳大利亞羊毛的卷曲性與細度的關系羊毛的品質支數(shù)纖維直徑平均纖維長度mm卷曲數(shù)個/8018.1～19.55522～247019.6～21.05722～246421.1～22.56720～226222.6～24.07016～206024.1～25.57716～205825.6～27.07816～205627.1～28.59213～165030.1～31.79613～164831.8～33.410010～134633.5～35.110810～134435.2～37.012710～13卷曲形態(tài)填塞箱法復合纖維法加捻變形工藝編織解脫法2.纖維卷曲的測量卷曲度（率）卷曲數(shù)卷曲波長卷曲比卷曲回復率卷曲彈性率三、棉纖維成熟度‘Maturity’isadimensionalcharacteristicofnaturalcellulosefibres–especiallycottonItindicateshowwell-developedthefibresareatharvestItisextremelyimportantintermsofdown-streamprocessingandyarn/fabricqualityMaturityandfinenessareinterrelated,althoughnotinasimplewayMaturity(ofCottonFibres)Structureandgrowthofcottonfibres-inbriefLongitudinalViewCross-sectionalView“Convolution”Maturity(ofCottonFibres)Structureandgrowthofcottonfibres-inbriefCottonfibresbegin(aftertheflowerdies)as

thin-walledhollowcylindersTheyfirst

lengthenwithoutchangingindiameter;takesaround20daysTheythen

mature;takesaboutanother30daysInmaturation,celluloseisdepositedontheinsideofthecylinder–the

‘secondarywall’Theholedownthecentre(the

‘lumen’)becomes

progressivelysmallerTheouterdiameterofthefibreremains

virtuallyunchangedMaturity(ofCottonFibres)Structureandgrowthofcottonfibres-inbriefACottonfibregrowsfirstinlength……theninwall-thicknessMaturity…isrelatedtothecellwallthicknessincomparisontothelumendiameterlumenSeedsurfaceEmergingfibreMaturity(ofCottonFibres)Degreeofthickening()AAo=A/AoLumenA=areaoccupiedbycelluloseCelluloseIdealisedcross-sectionofacottonfibreAo=totalarea(includinglumen)Thefibrescollapsewhentheydryoutonharvestingtogivea“kidney-bean”shapeMaturity(ofCottonFibres)Cross-sectionalareachanges,but

perimeter

remainsapproximatelyconstantOntheplantPPDryTechnologicalimportanceMaturitylargelydetermineswhetherabatchofcottoncanbespunintoagoodyarn-orindeedintoanyyarnMature/Over-matureImmature“Dead”SomematurityVariationsCause“neps”–clumpsofmattedfibresMaturity(ofCottonFibres)Thefibreperimeterisrelatedtobothfinenessandmaturity,andisinvolvedinairflowmethodsformeasuringthesepropertiesMaturity(ofCottonFibres)P1P2>P1AirflowrestrictedthroughfinefibresbecauselargespecificsurfaceAirflowsmoreeasilythroughcoarsefibresbecausesmallerspecificsurface成熟度測量——氫氧化鈉法18%NaOH基于纖維形態(tài)評判方法一——成熟度比正常纖維、死纖維、薄壁纖維成熟度比M=(N-D)/200+0.7

N正常纖維百分率，D死纖維百分率方法二——成熟纖維百分率成熟纖維、不成熟纖維成熟纖維百分率：

成熟纖維根數(shù)/纖維總根數(shù)×100%Maturity(ofCottonFibres)SummaryofmeasurementmethodsDirectMethod(countingfibres)tediouslyslow!IndirectMethodspolarisedlightmicroscopy(?)differentialdyeing(slow)air-flow(bes