04-第3章 纖維形態(tài)的表征

第三章纖維形態(tài)的表征

8/28/20231第一節(jié)纖維的長度及其分布一、纖維長度指標(biāo)的基本表達(dá)

1．纖維長度圖3-1

纖維長度分布示意圖8/28/20232（1）根數(shù)加權(quán)長度

N為纖維的總根數(shù)；Ni為纖維頻數(shù)分布函數(shù)；

lmax為最長纖維長度

n(l)＝

Ni

/N，表示纖維長度的頻率密度函數(shù)根數(shù)加權(quán)長度的變異系數(shù)

8/28/20233（2）質(zhì)量(重量)加權(quán)長度

Lm=Lw=巴布（Barbe）長度Bγ為纖維密度；S為單根纖維的平均截面積

8/28/20234（3）截面加權(quán)長度Ls

Ls理論上是由質(zhì)量加權(quán)長度引出,典型的表達(dá)為豪特（Hauteur）長度H，Ls=H

，截面的頻數(shù)函數(shù)；s(l)，頻率密度函數(shù)若假設(shè)各單纖維的截面積Si

是一致的，則截面加權(quán)長度直接等于根數(shù)加權(quán)長度。

Si

=S，S(l)=N(l)·s，或s(l)=n(l)·s，8/28/202352．纖維長度界限及含量值纖維長度界限（mm）：或稱界限長度，某特定纖維含量值C（％）條件下的纖維長度LC，如C=2.5％，則長度界限為L2.5。

短纖維含量SFC，通過設(shè)定最大短纖維長度界限LSF確定，基本表達(dá)形式是

SFC％（

<

LSFmm）

8/28/20236二、纖維長度分布的基本測(cè)量

1．一端整齊法按纖維長短順序伸直均勻地排列，如拜氏圖；纖維只一端對(duì)齊的伸直平行，長短混合排列，如人工手排（羅拉法）或梳片排（梳片法）和機(jī)械自動(dòng)排（Almeter法）

8/28/20237圖3-2拜氏圖的意義及長度求法最大長度OC，交叉長度OL，有效長度L4B4短纖維含量Rn

纖維長度的整齊度K（％）

OB4=OB3/4B5B3=OB3/48/28/20238圖3-3Almeter長度測(cè)量儀工作原理示意圖原理：電容值與極板間的纖維質(zhì)量（Δm=S(l)·Δl·γ(l)）成正比，假設(shè)纖維密度γ(l)不隨纖維叢長度而變，極板寬度

l為常數(shù)，則長度l處的纖維含量只與纖維叢的截面積S(l)有關(guān)。

8/28/20239圖3-4累計(jì)分布和頻率密度函數(shù)為須從長度分布8/28/202310圖3-5羅拉法測(cè)量原理圖我國棉纖維長度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中使用的方法，采用的長度指標(biāo)有主體長度、品質(zhì)長度、短纖維率、重量平均長度、長度均勻度和基數(shù)，多被纖維須叢測(cè)量法（HVI系統(tǒng)）所替代。

8/28/202311圖3-6梳片式長度測(cè)量原理圖多用于毛、麻或仿毛類纖維長度的測(cè)量。將置于多排、等距（10mm）梳片內(nèi)的纖維條，從頭端以3mm的間距夾持取下，并轉(zhuǎn)移至另一相同的梳片架上，排成一端整齊的纖維叢。然后將排齊的纖維從頭端每10mm分組取下，稱重，得纖維各長度組的重量數(shù)據(jù)和長度分布直方圖。

8/28/202312

2．逐根測(cè)量圖3-7Wira單纖維長度儀機(jī)構(gòu)及原理示意圖Wira(英國羊毛工業(yè)研究協(xié)會(huì))單纖維長度儀是早期用以加速測(cè)量精梳毛條中各根纖維長度的一種半自動(dòng)儀器，可以手工快速測(cè)量單纖維的伸直長度。8/28/202313圖3-8AFIS纖維長度測(cè)量原理圖AFIS(AdvancedFiberInformationSystem)，Uster公司，用紅外光束快速檢測(cè)單根棉纖維的長度，以及直徑、棉結(jié)和雜質(zhì)的尺寸及數(shù)目的單纖維測(cè)試儀

8/28/202314

3．纖維須叢法光照影法(HVI，HighVolumeInstruments)

圖3-9

纖維長度照影機(jī)測(cè)量原理解析圖8/28/202315l

)(M(l)

Lm

x

O

Lmax

3.18mm

(或100%)

100

50

C

)(%)(xr

x

QL

2/1L2/1L1/2為上半部平均長度

LQ為品質(zhì)長度

Lmax

L2.5

Lm

L50

圖3-10纖維長度累積分布與透光曲線的關(guān)系圖整齊度指數(shù)（IU）:IU=（Lm/L1/2）×100整齊度（RU）RURU=（L50/L2.5）×100Lm為質(zhì)量加權(quán)平均長度，L1/2為上半部平均長度8/28/202316圖3-11跨距長度對(duì)羅拉距離的意義2.5％跨距長度：指離纖維梳子即鉗口線3.18mm處纖維相對(duì)根數(shù)為100％時(shí)，從鉗口線到纖維根數(shù)為2.5％處的距離；50％跨距長度是指鉗口線到纖維根數(shù)為50％的距離8/28/202317

普通夾

微夾

理想的圖3-12普通夾與微夾持的區(qū)別及理想夾取8/28/202318三、纖維長度分布及其相互關(guān)系

1、纖維的長度分布

2．各種分布間的相互關(guān)系圖3-13

各實(shí)測(cè)長度分布的轉(zhuǎn)換計(jì)算示意圖8/28/202319四、典型纖維的長度表達(dá)1．棉纖維(1)手扯長度(2)主體長度:

指纖維試樣中含量最多的纖維的長度;(3)品質(zhì)長度:右半部平均長度,是指比主體長度長的那一部分纖維的重量加權(quán)平均長度;(4)基數(shù)S:以主體長度為中心，前后5mm范圍內(nèi)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和；(5)均勻度C=S

LM(6)短絨率R:短于20mm（LM>31mm）或16mm（LM≤31mm）纖維的質(zhì)量百分比。

8/28/202320圖3-14ATLAS結(jié)構(gòu)及毛叢長度測(cè)量原理2．毛、麻纖維(1)加權(quán)主體長度ML:即分組稱重時(shí)連續(xù)最重四組的加權(quán)平均長度；(2)質(zhì)量加權(quán)平均長度Lm和變異系數(shù)CVLm(3)主體基數(shù)SM:連續(xù)最重四組重量的總和占全部試樣重量的百分?jǐn)?shù)

(4)短毛率:30mm以下長度的重量占總重量的百分?jǐn)?shù)8/28/202321

3．等長切斷化纖圖3-15切斷稱重法求等長纖維平均長度超長纖維：指實(shí)際長度≥7mm+LN（名義長度LN≤50mm）或≥10mm+LN（LN>50mm）的纖維，但長度必須<1.9×LN。倍長纖維：指未切斷的纖維其長度是LN的倍數(shù)（≥2）。Lcw為平均長度，Lc為中段纖維長度(mm)；Lss為最短纖維長度(mm)8/28/202322第二節(jié)纖維的細(xì)度及其分布一、纖維的細(xì)度表征

1．特?cái)?shù)Nt

(tex)

、分特?cái)?shù)Ndt(dtex)

2．旦數(shù)ND

8/28/202323

3．公制支數(shù)Nm 4．直徑與截面積d纖維直徑（

m），γ纖維密度（g/cm3）8/28/202324二、纖維細(xì)度不勻指標(biāo)

1．細(xì)度不勻的概念

2．細(xì)度不勻指標(biāo)及分布圖3-16

纖維直徑分布直方圖及分布曲線直徑不勻：均方差、變異系數(shù)CV、平均差、平均差系數(shù)

ni為第i組中纖維根數(shù)含量比n(d)為纖維根數(shù)概率密度函數(shù)8/28/202325三、纖維細(xì)度及分布的測(cè)量方法

1．稱重法圖3-17

中段切斷稱重法示意圖一般棉LC=10或20mm，毛麻一般LC為20或30mmn為中段纖維根數(shù)，G（g）、g（mg）為所稱重量8/28/202326

2．直徑測(cè)量法圖3-18OFDA（OpticalFiberDiameterAnalyser

）100測(cè)量儀基本原理與光學(xué)顯微鏡測(cè)量同，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）

8/28/202327圖3-19

激光掃描纖維直徑測(cè)量原理圖8/28/202328

3．氣流儀法圖3-20氣流儀測(cè)量纖維細(xì)度原理示意圖8/28/202329苛仁納公式

或

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A——管道截面L——管道長度μ——?dú)怏w粘滯系數(shù)Hs、H——分別為每厘米纖維的理論重量和實(shí)際重量（μg）M＝H/Hs

（成熟度比，可認(rèn)為是棉纖維的成熟度）8/28/202330圖3-21

振動(dòng)（撥弦）法測(cè)纖維細(xì)度原理示意圖4．振動(dòng)測(cè)量法8/28/202331四、纖維細(xì)度及其不勻?qū)w維集合體性質(zhì)的影響（1）對(duì)纖維本身圓形

（）粗細(xì)將影響其比表面積SS，纖維的吸附性能和染色性質(zhì)

纖維間的細(xì)度不同，會(huì)引起纖維力學(xué)性質(zhì)的差異

纖維變粗，使纖維的彎曲剛度增大，點(diǎn)接觸面積增大，纖維變得剛硬和觸感粘澀、偏冷。

8/28/202332（2）對(duì)紗線S為可紡性，L為纖維長度，英吋（1in=25.4mm）；nc為紡紗加工中紗截面中臨界纖維根數(shù)；Cvd纖維自身的細(xì)度不勻纖維細(xì)，紗截面中的纖維根數(shù)增加，有利于纖維間的相互接觸和紗條均勻性的增加，使纖維的可紡性提高，但紗的結(jié)構(gòu)膨松，有序性下降

8/28/202333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特殊功能表3-4

纖維細(xì)度與功能的關(guān)系（3）對(duì)織物8/28/202334第三節(jié)纖維的卷曲或轉(zhuǎn)曲一、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)①~③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；⑦、⑧屬高卷曲纖維，粗羊毛和新西蘭羊毛；⑨和⑩為三維螺旋卷曲，部分粗羊毛和土種毛8/28/202335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)/25mm8018.1～19.55522～247019.6～21.05722～246421.1～22.56720～226222.6～24.07016～206024.1～25.57716～205825.6～27.07816～205627.1～28.59213～165030.1～31.79613～164831.8～33.410010～134633.5～35.110810～134435.2～37.012710～138/28/202336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)8/28/202337

2．纖維卷曲的測(cè)量圖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；

=L0-L18/28/202338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)量儀測(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（%）8/28/202339

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。8/28/202340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8/28/202341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8/28/202342二、纖維的轉(zhuǎn)曲（Convolution）及表征

1.纖維轉(zhuǎn)曲和扭轉(zhuǎn)的表達(dá)圖3-28

纖維轉(zhuǎn)曲及其理論表達(dá)示意圖轉(zhuǎn)曲高度

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）

8/28/20234