第二章 天然纤维素纤维

内容提要：天然纤维素纤维（棉、麻）的分类；形态结构特征；主要性能的概念、指标，检验方法。
重点难点：重点的形态结构和指标。指标体系及表述是难点。
解决方法：建立清晰的概念，讲课速度放慢一些，对在后面章节还会出现的长度、细度、强度等的概念和指标可采用螺旋上升的方法教学。成熟度要讲透。

——天然生成，以纤维素为主要组织物质的纤维。
——也叫植物纤维，本章主要介绍棉、麻两大类。
节 原棉
原棉——供纺织厂作纺纱原料等用的皮棉。
皮棉——籽棉经轧棉机加工，除去棉籽所得的纤维。
籽棉——从棉铃中拾取的带籽的棉瓣。
衣分（率）——皮棉重量占籽棉重量的百分率。
剥桃棉——从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花。
棉花——棉植物种子上的纤维，籽棉和皮棉的统称。（有时亦做为棉植物，棉植物开的花的名称）
一、原棉的种类
棉花在植物学上为：被子植物门，双子叶植物纲，锦葵目，锦葵科，棉属。棉属植物很多，但在纺织上有经济价值的裁培种目前只有四种。是一年生草本植物，多年生木本植物的木棉，目前主要用作纺织填料，救生圈、衣类的浮力材料。
（一）按棉花的品种分
1、亚洲棉（亦叫中棉）：是中国利用较早的天然纤维，已有2000多年，因纤维粗而短，又称粗绒棉，为一年生草本植物。种植面积很少，基本作为种子源保留。
2、非洲棉（草棉）：也是粗绒棉，主体长度16~25mm，平均宽度20~25mm，细度0.25~0.4tex。
3、陆地棉：纤维长而细，又称细绒棉，它产量较高，纤维长，品质好，是世界上的主要裁培种，我国的种植量占棉田总面积的95%。主体长度23~33mm，平均宽度18~20μm，细度0.15~0.2tex。
4、海岛棉：纤维特别细长，又称长绒棉。是棉纤维中品质的，可纺很细的纱，生产高档织物或特种工业用纱。为世界次要裁培种，主体长度30~60mm，平均宽度14~17μm，细度0.12~0.14tex。
（二）按棉花的初步加工分
1、皮辊棉：用皮辊式轧棉机加工的皮棉。特点：皮棉是片状，含杂含短绒较多，长度整齐度较差，黄根较多，但纤维长度损伤少，轧工疵点少。
2、锯齿棉：用锯齿式轧棉机加工的质棉。特点：皮棉呈松散状，含杂含短绒罗少，长度较整齐。但损伤较长纤维，轧工疵点较多，含有棉结（束丝），带纤维籽屑。
锯齿轧棉机产量高，细绒棉多用此方法
（三）按原棉的色泽分
1、白棉：正常成熟，为纺用棉
2、黄棉：霜黄棉。少量使用。
3、灰棉：雨灰棉，棉铃开裂时由于日照不足或雨淋，潮湿，霜等原因造成。很少用。
1、黄河流域棉区：棉区，约占50……
二、棉纤维的形成，形态和结构
（一）棉纤维的形成
棉纤维是棉属植物种子表面生成的绒毛——种子纤维，它是胚珠表皮细胞经伸长加厚而成的，一根棉纤维就是一个植物单细胞。它的生长特点是：先伸长长度，然后充实加厚细胞壁。整个棉纤维的形成过程可分为三个时期。
1、伸长期：
2、加厚期：
3、转曲期：（用画图的方法，介绍生长特点，为下面的形态、结构内容做好铺垫）
（二）形态特征
1、纵向：具有天然转曲，可见中腔。成熟度不同，形态和可纺性不同。见P24图1-3
2、截面：棉纤维沿长度方向截面的形状和面积都有很大变化。见P24表1-4，P25图1-4。纤维截面形状随成熟程度不同而不同，正常成熟的棉纤维横截面呈腰园形，并可见中腔，未成熟的纤维横截面呈扁环状，胞壁薄，中腔长，过成熟的纤维截面呈近圆形，中腔园而小。总体形态特征如下图：

（三）结构
由于棉纤维生长过程中，纤维素每天淀积一层，所以，纤维由外向内许多同心层组成。大体可分为三个部分：见P25图1-5。
1、初生层：棉纤的外层，即在伸长期所长成的初生胞壁和外表皮。外表皮是一层蜡质与果胶。初生层胞壁呈原纤网状螺旋结构。厚约0.1-0.2μm。
2、次生层：位于初生层的下面，占棉纤维的绝大部分，是棉纤维的主体。呈原纤变向螺旋结构。
3、中腔：棉纤维停止生长后遗贸下来的空隙。在壁内面了附有原生质干燥后的固整残留物。
在棉纤维横截面上，次生胞壁在各部位处的结构显著不同，主要表现为堆砌密度的差异。如下图所示：

A区*密，B区比C区密。这种结构上的纤维素对称型密度不匀堆砌状态称之为：双边结构，即两个*密点连成的直线两边密度是一大一小。

三、原棉的性能与检验
原棉的性能要通过检验才能知晓，从而确定原棉的质量。对商业贸易来讲，是按质论价的需要，对纺织厂来说，是为了充分掌握原棉的性能，达到合理使用原料，提高成纱质量（制定工艺参数）和产量，实现“优棉优价、优棉优用、粗粮细做、合理搭配、增强效益” 的目的。人们通过多年的不断探索，不断实践，总结出了一套手感目测，仪器检验，单唛试纺三者相结合的综合检验方法，以全面了解原棉性能。三结合的具体内容：业务检验、物理性能（常规）检验、逐包检查及单唛试纺。
（一）商业检验（业务检验）
四项内容：品级、长度、水分、杂质疵点，检验突出一个‘快’字。
1、品级检验：按成熟度、色泽特征、轧工质量将细绒棉分为七级，1级，1-5级为纺用棉。细绒棉分五级，一级。实物标准是标准。
2、长度检验：用手扯法来测定，以手扯长度为计价的依据，每2mm为一价格差。（误差由国家长度标准棉来校准）
3、水分检验：常用电阻式测湿仪快速测定。公定含水率10%。
4、杂质疵点：收购以时常用手工和目测法估算，或用纤维杂质分析机测定。
杂质——夹杂的非纤维性物质，如：泥纱，枝叶，棉籽，破籽，虫屎等。
疵点——原棉中含有的有害纺纱的纤维性物质，如，索丝，棉结，软籽表皮，带纤维籽屑，黄根等。在准确分析时，常用以下指标：
原棉含杂率= 　（%） [反映制成率和质量]
标准规定的公定含杂率：皮辊棉为3% ，锯齿棉2.5%。
疵点用手拣的方法。取10~20g代表性棉样，分类拣出各类疵点，计算含有粒数和重量百分数。
疵点率= ×100（%）
疵点数= （粒/100g）
疵点的详细分类见：教材第63页

（二）物理性能检验（常规检验）用专门的仪器进行检验，在实验室内进行
1、长度：
（1）概念：①伸直长度：伸直纤维两端间的距离
②自然长度：自然伸展时两端间的距离。相当于手扯长度。
（2）长度分布与工艺的关系

这种分布反映了原棉的长短及整齐度的高低。而长短与整齐度决定着成纱质量的好坏，生产效率的高低及工艺参数的制定。简述其关系
（3）长度指标的测定：
长度测量意义重大，但为了反映整批原棉的长度全貌，用一个指标是不行的，只能多个指标综合表达，某一指标只代表某一长度特征。不同的测量方法各项长度指标的含义也不同，目前普遍使用的长度指标有以下几个。此处只介绍概念，具体计算在实验课解决。
①主体长度；②平均长度（注意“权”的介绍）；③品质长度（为什么叫品质长度）；
④短绒率；⑤均方差；⑥变异系数。
测量长度的仪器和方法很多，可根据不同需要，不同场合来选用，这里简单介绍几种：（原理，所测结果）
A、遂根测量——基础方法
B、罗拉式长度分析仪（朱可夫长度仪）
C、梳片式长度分析仪
D、光电长度仪（手扯长度仪，照影机）
E、YG081纤维长度分析仪（电容式）

2、细度：
（1）概念：纤维的直径或截面面积的大小。
（2）细度与成纱质量
（3）细度指标：
由于直径无法正确表达棉纤维的粗细，而截面面积的测量费时费力，制做样片也较难，所以在实际工作中，我们常采用间接指标来达：由于历史的原因，形成了许多指标，我国目前规定细度法定计量单位为特克斯。
特克斯：单位长度（1000米）纤维的质量数（克）(分特克斯，符号含义)
（特克斯）
旦尼尔： (旦 )
公制支数： （公支）
马克隆尼值 M：用马克隆尼气流仪测得的综合表达棉纤维细度与成熟度的指标。值越大，纤维越粗。
（4）细度测定：（原理、指标）
①中段切断称重法（注意教材第25页图1-4的介绍）
②气流仪法
③其它方法：
A：测长称重法（单根）B显微放大投影法（宽度、截面积）

3、成熟度：
（1）概念：棉纤维细胞壁的加厚程度。越厚，成熟越高，这是棉纤维所独有的一个物理性能指标，是一个反映内在质量的综合指标。棉纤维的几乎所有性能都与它有密切关系。见教材第23页图1-2。
成熟程度与品种、生长条件的关系，成熟度的高低与纺纱工艺、成品质量的关系，请同学们自学。
（2）成熟度的表达
①成熟度系数： ,（令M=0～5，线性回归后得此式）
②平均成熟度系数
③未成熟纤维（百分率、含量）

（3）成熟度的测量
①中腔胞壁对比法：*基本的测试方法。（见教材第51页图1-17）
②偏振兴法：
A、 偏光显微镜法：用干涉的颜色判别
B、偏光成熟度仪：成熟度不同偏振光透过率不同，得平均成熟度等数。
③气流仪法
④18%NaOH膨胀法

4、强度：
（1）概念：强力：纤维拉伸到断裂所需的外力。强度：拉断单位细度纤维所需的外力。
（采用多根测量和束方式测量的原因、差异）
（2）指标： （单纤维）断裂长度。单位是千米，但表示的是纤维的相对强弱。定义：自身重力等于纤维断裂强力时纤维所具的长度。（千米）
（3）测量：
①摆锤式（Y162）束纤维强力机（注意：实测值、真实值、断裂不同时性，学习一种思维方式）
②卜氏强度机
③斯特洛强力仪
④单纤维强力仪

5、天然转曲：
棉纤维的外形特征，转曲的存在，使抱合力增大，有利于纺纱，提高产品的质量。形成的原因主要在于：棉纤维生长发育过程中微原纤集体性沿纤维轴向的螺旋变向所致。
其指标的应用和测量在企业中很少见。

6、综合检验与可纺性能：
在纺织厂为了切实掌握原棉性能，搞好混配棉、工艺设计和操作管理，普遍采用手感目测、仪器检验，单唛试纺结合的方法。
（1）手感目测：可结合 评定和手扯花度来进行，通过人体感觉器官进行原棉性能检验，是一种快速面广的检验方式，但建立于长期经验的基础上。如用手扯、手捏、手摸、耳听、鼻闻等。主要评价：长度及整齐度，强度，弹性，成熟度，色泽，抱合力，柔软性，杂质疵点及其他质量问题等。
可在实验车间现场进行（逐包检验）
它检验面广，快速代表性强，但人的主观影响大，一般无具体数据。
（2）仪器检验：实验室专门仪器进行单项性测试，如长度、细度……，结果准确，可＊、稳定（重观性好），人为因素少。但代表性较差，费时，且需专门仪器和经过训练的技术人员。
（3）单唛试纺
其结果可直接利用，可测得其它方法不能或无法检验的内容，试验成本高，费时费力，一般只在新品种投产时才做，现在有小型试纺机，可加工棉花50g。三个方法各有长短，三者相结，可全面了解原棉特性。

7、其他性能：
（1）物理性能
①光学性能
②热学性能
③电学性能
④密度
⑤服用性能：优点：吸湿好，透气，保暖，抗溶，染色好……。
缺点：耐用差，抗皱免烫差，外观保持性差，易发霉，弹性差……。
（2）化学性能：
①水的作用：不溶于水，但会膨胀，纵：1-2%，横40-45%
②酸的作用：酸会使纤维素水解，或发生酯化反应，对棉纤维的破坏能力，随强解，浓度，时间，温度的变化而变化。不耐酸。
③碱的作用：纤维在碱中很稳定，不会被破坏，当钠浓度达10%以上，才发生膨胀，此时若施加强力，则纤维会出现丝光一丝光外观，但当有氧或空气存在时，碱会使纤维发生氧化反应，而逐步降解破坏。可利用碱的这些特殊作用机理对棉纤维进行变性处理：如提高强度，吸湿少，染色少，光泽和尺寸稳定性。
④氧化剂的作用：氧化剂会使纤维素发生降解破坏，特别在碱性条件下更严重。
⑤微生物的作用：在潮湿条件下，微生物极易繁殖，他们会分泌出纤维酶和酸，使纤维变质变色而破坏。
⑥有机溶剂的作用：不溶于一般溶剂，但会与有些有机酸发生酯化，酢化反应。具体见教材第30~31页的反应式。

第二节 麻纤维
一、麻纤维的种类
它有韧皮纤维和叶纤维两大类，所以麻纤维是韧皮纤维和叶纤维的总称。
韧皮纤维：双子叶植物茎的韧皮层内部丛生成束的纤维。如： 苎麻、亚麻、黄麻、大麻、苘麻、荨麻、罗布麻等
叶纤维：单子叶植物的叶鞘和叶身内的维管束纤维，如剑麻、蕉麻、菠萝麻等。
属于麻类的植物品种相当多，用于纺织的有十多种。韧皮纤维中的苎麻、亚麻是优良的麻种，其纤维没木质化，强度高，伸长小，柔软细长，可纺性能好，是织造夏季衣料的良好材料。用它们织成的织物挺括，吸汗，不贴身，透气，凉爽。
黄麻、大麻、洋麻等纤维较粗，且短，适宜于包装材料：麻袋、麻绳等。
对于叶纤维来讲，经济上有实用价值的品种主要为：剑麻和蕉麻，这类纤维比较粗硬，也称硬质纤维，因纤维细胞壁已木质化，长度较长，伸长小，强度好，耐腐蚀，耐海水浸泡，常用于做航船和矿井用的绳缆，也可编粗麻袋或包装用布，合成纤维的出现，麻制缆绳正逐渐被取代，此类纤维在纺织上几乎不用，所以这里就不做进一步的介绍了。
麻纤维的使用在我国已有几千年的历史，*在公元前4000年前就开始采用苎麻纤维作为纺织原料（中国草），埃及人利用亚麻纤维纤维已有8000年的历史，麻的应用要比棉早得多，而且麻纺设备与毛纺设备比较接近。

二、麻纤维的化学组成：
麻与棉同是天然纤维素，所以化学组成差不多，只是各种成份的比例不一样而己。
麻纤维的化学组成（%）

成份麻别苎麻亚麻 黄麻纤维素65-75 70-8057-60半纤维素14-1612-1514-17木质素0.8-1.52.5-510-13果胶 4-51.4-5.71.0-1.2水溶物4-8 脂、蜡质0.5-1.01.2-1.80.3-0.6灰分2-50.8-1.20.5-1.5

半纤维素：木糖或甘露糖等组成的多糖的总称（多缩戊糖）

三、麻纤维的形态特征
这里主要介绍一定苎麻、亚麻、黄麻这三个大量使用的麻纤维
（一）横截形态特征
苎麻：横截面呈腰园形，有中腔，胞壁上有裂纹。
亚麻和黄麻的横截面呈多角形（五或六角）边有中腔，（以上是单纤维）
（二）纵向形态特征：
苎麻：比较平直，有横节，竖纹
亚麻：细长的两端封闭的尖状体，表面比较平滑但有横向裂节。
黄麻：单纤维细胞为（多角形）长管状，两端渐细成封闭钝角，表面光滑，无扭曲有光泽。
在多根纤维成束状况下，纤维束上也有横节，横节是麻类纤维的特征。如下图所示：

四、麻纤维的物理机械性质

成份单位 麻别苎麻亚麻黄麻密度克/厘米31.51~1.531.461.21单纤维长度毫米20~25017~252~4单纤维细度微米4012~1715~18公支 1100~22003500 单纤维强度克/旦7.6 断裂伸长率% 3.832~4工艺纤维强度分斤/克25 30~40工艺纤维细度公支1100~2200400~800200~450工艺纤维长度厘米45~75100~350

亚麻，黄麻单纤维长度都很短，特别是黄麻只有2-4毫米，难以用来纺纱，在它们的韧皮组织中数十个纤维细胞胶粘在一起，又相互搭接成网状（大麻不成网状），为了能使纤维得以利用，采用半脱胶的方法，使粘接的纤维部分松散，再经过梳理加工（梳头一样）制成适于纺纱需要的纤维条，这种纤维条中的纤维束称为工艺纤维。
常用的这些麻，其吸湿性比棉好，热分解点高（200摄氏度）耐日晒，但大都比较粗硬，不太柔软，与棉的化学性质类似。

作业：
1． 试述棉纤维的品种、初加工方式、生长发育特点及形态特征。
2． 简述棉纤维的结构层次和各层次的结构特点。
3． 为什么成熟度是棉纤维的特征性质？
4． 习题集中第6～7页的判断题。
5． 简述常用麻纤维的基本品质特征、形态特征。

第三章 天然蛋白质纤维

内容提要：羊毛的品种及分类；羊毛的结构；羊毛的长度、细度、卷曲、缩绒及含杂的表达。特种动物毛的种类、特性及一般用途。蚕丝性能简介。
重点难点：羊毛的结构特点及因此而具备的特性，羊毛的品质核心。难点在于羊毛结构及性能的复杂性。
解决方法：从概念入手，通过举例、归纳，使学生理解并掌握基本内涵。
属于天然蛋白质纤维的有：毛和蚕丝两大类，这两类纤维因性能独特品质优良，属高档纺织原料（如各种毛料，丝绸衣料）
节 毛
毛者，动物（禽兽）身上长出的细长覆盖物也，可用于纺织的我们叫它毛纤维，有发毛（hair）和绒毛（wool）两种，发毛：粗、硬、长；绒毛：细而柔很适合衣用。其中用量的是绵羊毛——简称羊毛，其它的动物毛则统称为特种动物毛。
一、特种动物毛的品种，性能及用途
（一）山羊绒（开司米）从绒山羊和能抓绒的山羊身上取得的绒毛。是品质极优的毛纤维，产地主要在大西北（内蒙、新疆、陕西、甘肃、宁夏、辽宁等）每头羊每年可产200克左右的绒，个别可达600克/羊，但美国、欧洲（英国）和日本为主消费国。山羊绒具有细而轻柔、手感滑糯，保暖性好等特性，可纯纺或混纺制成各种高档名贵纺织品。我国的山羊绒品质*优。
（二）马海毛（安哥拉山羊毛）是光泽很强的长山羊毛（mohair）。“马海”一词来源于阿拉伯文，意为“似蚕丝的山羊毛”。我国的中卫山羊毛也属此类。这种毛具有蚕丝一样的光泽，强度好，耐磨，且不易毡缩，容易洗涤。是一种中多用型纤维，可纯纺、混纺，可制作西服面料，提花毛毡，长毛绒，银枪大衣呢，雪花呢等高档纺织品。我国的陕北地区已经形成批量生产。
马海毛的平均直径小于23μm为优级细毛，大于43μm为低级粗毛。
（三）兔毛，纺织用的兔毛产自家兔（普通兔）和安哥拉兔，野兔毛因品质低仅供制笔和填料用。安哥拉兔种的毛，即长毛兔的毛。我国的兔毛产量占世界产量的90%。兔毛细而轻柔，保暖性很好，兔毛织物，手感特别轻滑，弹性也好，外观很美，重量轻（纯纺时，背心150克，围巾40克，毛衫180克）是很好的高级毛织品。
兔毛的毡制品外观极其细腻美观，是制呢礼帽的珍贵原料。
由于兔毛表面比较光滑，纤维间抱合力小，加之强度较低，纺织加工难度比较大。
（四）驼绒：骆驼有双峰和单峰之分，单峰驼绒无纺织价值，驼绒是骆驼身上的细毛，直径在5-40μm之间，长40-127mm，驼绒的强度与羊毛接近，富有光泽，保暖性好（比绵羊毛），不易毡缩，是织造高级粗纺织物，毛毯等的高档原料，可与细羊毛相媲美。驼绒的生产国是中国（质量）、蒙古、阿富汗。因驼绒上有天然色，不能染其它彩色，或做浅色衣服，限制了产品花色。
（五）牦牛绒：我国的主要产地是青海、西藏。牦牛量占世界牦牛量的85%。也属高档毛纺原料。直径20μm以下，长340-450mm，强度高（比羊毛），光泽柔和，弹性强，可与山羊绒相媲美，但它也是有色毛，限制了产品的花色。牦牛绒可纯纺或于羊毛混纺制成花呢，针织绒衫等。而粗一点的牦牛毛则是制造黑炭衬的理想原料，毛色黑，强韧光滑，富于弹性。
（六）其它：如羊驼毛

二、羊毛的种类
羊毛是人类在纺织上*早利用的天然纤维。史前4000年前（新石器时代）就开始使用了，羊毛纤维柔软而富有弹性，有天然形成的波浪形卷曲，可用于制造呢绒，绒线、毛毯、毡呢等生活用和工业用品，其衣料具有手感丰满，保暖性好，穿着舒适等特点。羊毛在纺织上狭义常专指绵羊毛。
绵羊毛根据纺织使用价值，通过按细度和长度分面细羊毛、羊细毛、长羊毛杂交种毛和粗羊毛等5类。
（一）细羊毛：细羊毛的品种是美丽奴羊身上的毛，我国的新疆改良细羊毛既属此类。澳大利亚美利奴细羊毛直径在25μm以下，毛丛长度5-12cm。
（二）半细毛：平均直径15~37μm，长5~15厘米的同质毛，如英国的南丘羊，杜塞特羊。是我国的薄弱毛种。
（三）长羊毛：长度特长（15~30厘米）和光泽明亮为主要特征的绵羊毛，平均直径大于36μm，典型的有林肯羊毛，莱斯特羊毛。
（四）杂交种羊毛：是美利奴细毛羊与长毛种羊的杂交羊的毛，长度、细度为其亲本的折衷。著名的有考力代、哥化比亚、罗姆尼羊毛。
（五）粗羊毛：指毛被中兼有发毛和绒毛的异质毛，世界上大多数土种羊都属此类。主要用途是制造地毯，也称地毯羊毛。
我国未改良的蒙古、西藏、哈萨克羊毛（三大类）均属此类。
细羊毛的用途以高级衣料为主，半细毛、长羊毛和杂交种毛用途广泛些。除用于衣料外，也用于制造地毯、床毯、帷幕，较粗长些的可制地毯，浆粕毛毯、长毛绒等。粗羊毛不宜作衣料，主要用作地毯、粗毯、衬料等。

三、羊毛的形成及形态结构
（一）形成（围绕形成这条主线，介绍毛纤维质量的概貌及相关的专业名词）
见教材第137页图2-16----毛纤维形成示意图。重点在结构特点。
油脂和汗液；毛丛；同质毛；异质毛；被毛（套毛）；
见教材第110页图2-6，羊毛在毛套上的分布状况
在一批毛中可能存在有：细绒毛、粗绒毛、粗毛、发毛、两型毛、死毛、腔毛等七种，类型的毛中的一种或几种。详见第102页 [可请几位同学念]
（二）形态结构：（可观察到的结构）
羊毛和棉不一样，羊毛是由许多角质化的细胞聚集成的，外观几何形态是细长的柱体，截面呈近圆形，粗毛呈椭圆形。
羊毛径向从外向里可以分为三个组成部分：鳞片层、皮质层、髓质层。（稍加解释）
对绝大多数毛来说，髓质层常出现在粗毛中，绒毛中无有，但兔毛例外，无论粗细均有髓质，且呈颗粒状分布，成为兔毛的一个结构特征，用以鉴别。
形态特征：截面呈近圆形，越细越圆，纵向有方向性排列的鳞片，具有天然卷曲，粗毛中可见不规则髓腔。如下图所示：

四、羊毛的品质特征
（一）细度
毛纤维的截面近似园形，所以可用直径大不来表示它的粗细。
1、羊毛细度的变化概况
前面已讲过羊身上不同地方的乞求的细度是不一样的，即使是同一簇中，还有导向毛与绒毛之分，羊毛细度的变化，是随羊毛、年龄、性别（公比母粗）、毛的生产部位和饲养条件的变化而改变的。从根部到稍部的细度变化如下图：

2、细度的表达，单纯用平均直径反映羊毛粗细是不全面的，必须加离散指标，纤维愈粗，粗细波动和变化范围愈大。
（1）平均直径及细度不匀
（2）间接指标：特克斯、旦尼尔、公制支数等均可使用。
（3）品质支数：它现在的概念是表示直径在某一范围内的羊毛细度（讲一下它的历史来源）直径与品质支数的关系见教材第118页表2-5。
4、细度的测量方法：（简单介绍）
（1）目测法（经验测定法）
（2）仪器测定法
①显微镜投影法
②中段切断称重法（测长称重法）
③气流仪法
④电子式测量仪（光电式计算机图像法，激光式细度仪）

（二）长度：
自然长度：不受任何外力的自然状况下，纤维束两端间的直线距离。常用来表示毛丛的长度，这种长度常在羊毛收购和选毛后搭配时使用（商业习惯叫羊毛高度）
伸直长度：在外力作用下，羊毛伸直时的长度，在工作生产中使用，并以此长度作为评定羊毛品质的依据。
1、羊毛长度的工艺地位
2、长度指标与测量方法：
不同的测量方法及不同的测量对象，得到不同的长度指标，作不同的用途。
（1）自然长度类：毛丛长度（商业、畜牧控制羊品种质量）
①手工法：用刻有0.25厘米为等间距刻度的尺子，测量一定数量的毛丛（国毛100米，外毛300米），求出：平均长度，均方差和变异系数。
②仪器法：利用光电传感器快速测量。
（2）伸直长度类：
①单根纤维测量：将纤维逐根拉直，量其长度，可得平均长度和不匀率，为根数加权值。
②手工排图法（手摆法）：（采用黑板作图的方法，逐一介绍下面的七个指标）
*长长度，交＊长度，*短长度，长度差异率，整齐度，短毛率。
③梳片分组称重法：这是国家标准规定的测量方法。（简述测量原理及仪器结构）分组称重得到一个长度一重量分布曲线。
平均长度，主体长度，短毛率，均方差和变异系数。（强化‘权’的概念，引入：巴勃长度概念）
④全自动电容式羊毛长度仪（Hauteur指标系列）
其物理概念：为截面加权值。用这种方法还可测任何长度的含量，*后结果全部由计算机打印输出，从试样测量到结果出约1分钟。

重量加权与截面加权两者的关系：

权不同，指标值不同，不可进行比较：

（三）卷曲
对于绝大多数羊毛来讲，均具有卷曲，卷曲的存在有助于改善纺纱性能和成品的手感与保暖，卷曲的波形和密度随羊毛品种而异。
1、羊毛卷曲的形成与形态
羊毛只所以有卷曲是和正、偏两种皮质细胞的非均匀分布有关。常见的分布是呈双侧结构。这种结构特点使得羊毛在外观点出现了卷曲，当两种皮质细胞呈皮芯结构时则羊毛的卷曲很微弱（偏心皮芯结构呈浅波带卷曲，永久性的）。
卷曲的形态大致可分为：弱卷曲、常卷曲、强卷曲三大类，七种波形。详见教材第131页图2-12
2、卷曲的测量与表达 （用画图法介绍）
（1）卷曲度：纤维在自然卷曲状况下 沿纤维轴向平均1厘米长度内卷曲波的周期个数（波数/厘米）
（2）波高比：波长周期对半波高之比。
（3）卷曲伸直率B=（L2－L1）×100/L1 （%）； L2——伸直长度，L1——卷曲长度。
（4）卷曲弹性率

（四）摩擦性能与缩绒性 （简单介绍）
1、摩擦性能：鳞片度，摩擦效应
2、缩绒性
3、防缩

（五）羊毛的含杂与净毛率
羊毛含有较多的杂质，主要为：脂汗、砂土和植物质
1、油脂和汗
油脂是由绵羊皮肤内的皮脂腺分泌出来的。被覆在羊毛的表面，保护羊毛不受外界环境的破坏，其含量高对羊毛的保护作用则强。主要由高级脂肪酸和高级一元醇组成的复杂有机混合物，它不溶于水，但能溶于乙醚，石油醚，四氰化碳等。
汗则是羊皮肤上的汗腺分泌物，它对羊毛油脂有一定的溶解作用，可使油脂均匀地涂在羊毛上。重要组成成分是无机盐，溶于水。
指标：
油汗高度：毛丛上脂汗高度/毛丛长度的比值；
含油脂率；乙醇提取物。
2、植物质：也叫环境夹杂物：草刺，草籽（苍耳、牛蒡籽），草叶，草枝等。
3、砂土：放牧中粘附的砂石、尘土，羊毛食油脂率愈高，砂土粘附得就愈多。
4、其它：如标记毛，沥青毛。
5、净毛率：
净毛量才可真实反映羊毛的价值
（1）洗净毛率 （%）
对于洗净的毛，人们往往折合成含公定量水分、油脂时的含量：

（2）净毛率
（%）
（3）毛基净毛率 （详见教材第141页表2-20，公式2-30，2-31）

五、化学性质与化学组成
（一）组成
构成羊毛纤维的主要组成物为各种α-氨基酸的多缩氨酸（蛋白质），氨基酸种类有25种之多（见教材第94页）。特别是胱氨酸的存在使相邻大分子产生交联，呈网状结构。这一点对羊毛来说很重要。
（二）性质
1、水：羊毛角蛋白不溶解于冷水，但可使纤维膨化，干燥后羊毛则会复原，但当处于110度以上的水中时，羊毛会遭到破坏，200度时几乎全部溶解。
2、酸：弱酸或低浓度的强酸对羊毛不会构成破坏，短时间在硫酸作用下也不会损坏，但长时间会遭到破坏。
3、碱：对角肮的作用是剧烈的，在煮沸的NaOH溶液中（3%以上浓度）使羊毛全部溶解，表现出不耐碱。
4、氧化物：对羊毛是有损伤的，当浓度不高时，注意控制可用来漂白羊毛。
5、霉蛀性：耐霉菌，但不耐虫蛀。
6、有机溶剂，耐一般的有机溶剂。

六、羊毛的品质评定：
根据羊毛的细度，结合长度，参照实物标样，将羊毛分为：
支数毛与级数毛两大类，将品质优良的同质细羊毛，按品质支数高低分支，而差一些的异质毛按级别分。

第二节 蚕丝
一、种类：
蚕丝是天然蛋白质类纤维，是自然界可供纺织用的天然长丝。分为家蚕丝与野蚕丝两大类。
（一）家蚕丝：桑蚕：*早在我国利用的天然纤维，被织成绫罗绸缎……等许多织物，久负盛名，是高级纺织原料，纤维细柔平滑，富有弹性，光泽、吸湿好。
（二）野蚕丝：种类很多，常见有柞蚕丝，蓖麻蚕丝，樗蚕丝，樟蚕丝，天蚕丝等。其以柞蚕丝为主要产品，也是*早在中国利用的蚕丝。它的强伸度要比桑蚕丝好，耐腐蚀性，耐光性，吸湿性等方面也比桑蚕丝好，但它的细度差异大，丝上常有天然色，缫丝比较难，杂质也多，适合作中厚丝织物，质量好一些的丝可作薄型织物。

二、蚕丝的形成：
蚕丝是由蚕体内绢丝腺分泌出的丝依凝固而成的。吐出的丝则结成茧，对于一粒茧来说，可分为茧衣、茧层，蛹衬三个部分。
茧衣与蛹衬的丝细度细、强度小，适于绢纺
茧层为茧的主体，丝的质量。

三、形态结构：
（一）横截面：近三角形
（二）纵向：茧丝（茧层之丝）：纵向有许多异状的颣节，造成外观毛糙。
生丝（缫丝之丝）：比茧丝要光滑、均匀
熟丝（全脱胶之丝）：表面光滑，粗细均匀，少数地方有粗细变化，光泽强而柔和。

四、化学组成

组成物质

桑蚕丝（%）

柞蚕丝（%）

丝蛋白

70～75

80～85

丝 胶

25～30

12～16

蜡质、脂肪

0.75～1.50

0.50～1.30

灰 分

0.50～0.80

2.50～3.20

五、物理机械性能：
（一）形态天寸

品种

长度（m）

直径（微米）

桑蚕丝

1200～1500

13～18

柞蚕丝

500～600

21～30

（二）强伸度：强力比毛、棉高，但比麻低
（三）吸湿性：比毛、麻低，比棉高。
（四）抱合性：生丝的抱合性是指丝胶把若干根茧丝粘在一起的一种性能，以免在织造加工中丝束脱散，造成生产困难。它与我们通常所说的纤维间的抱合力这一概念不同。
（五）色泽：颜色与光泽，丝的颜色随蚕的品种而变。（简单说明一下光泽好的原因）

第四章 化学纤维

内容提要：成纤高聚物特征和化学纤维制造概述。化学纤维的分类、性质及检测； 常用化纤的特性；纤维鉴别的方法简介。
重点难点：本章是纤维部分特性介绍的*后一章，在性能介绍中注意与前面章节的对比，突出特点的介绍，难点在于综合性。
解决方法：采用对比、归纳教学法，突出重点，如长度、细度、强度、形态特征等内容到此建立完整的体系，使学生的理解和思维方法进一步得到提升。
节 化纤概况
一、化学纤维的诞生与应用
化学纤维的问世，结束了人类几千年来只将天然纤维作为纺织原料的历史。为纺织工业提供了一个稳定的，持续发展的原料来源。使人类的穿衣状况得到了非常巨大的改善。
由于是人工产品，所以其性能不象天然纤维那样性能是天生的，有限的，而是可以人为改变和控制的，可以制得各种不同性能的纤维，因而在民用、工农业、交通运输，国防，医疗及尖端科学领域等方面具有广阔的用途。
民用：大家很熟悉，强度高，比重轻，耐磨损，不霉蛀，易洗快干等。
工农业：包装材料，传送带，渔网，绳索等。
交通运输：轮胎帘子线。
医疗：人造器管，缝合线，消毒纱布，卫生用品
国防：炮衣，降落伞，军用帐蓬，各种防护服
宇航：耐辐射，耐高低温纤维，飞行服，宇宙飞船减速器。
长久以来，为了满足人类穿着日益增长的需要，人们一直在寻找更多的纤维材料来源。蚕丝是自然界可供利用的长丝，而且它的形成独具一格——由液体状变成固体状。我国早在南宋，就有记载，周去非的《岭外代答》一书记述，广西某县枫树上有“食叶之虫”称做“丝虫”，它的外形“似蚕而呈赤黑色”，每当五月（农历）间“虫腹如蚕之熟”，当地人就捉回用醋浸渍，然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝，一虫可得丝长6-7尺，这种从野蚕身上抽丝的方法，堪称是人类人工制丝技术*早的事实。
到十八世纪人们想到蚕吃了桑叶能吐出丝，那为什么不能用人工方法，把桑叶制成跟蚕丝相似的纤维呢？后来人们测定了蚕丝和桑叶的组成，发现：桑叶中大量含有碳、氢、氧三元素，而蚕丝中除含有上述元素外，还含有氮。这一发现，启发人们用硝酸来处理纤维素来增加氮的部分。1884年在法国制得硝酸纤维。但因其容易燃烧，加上成本贵，又没多少纺用价值，所以问世不久便停产了，但它毕竟是人类历史上次人工制造的纤维。
1891年在英国有人将纤维素黄酸酯溶于稀碱中制成很粘的液体纺丝，因其很粘，故称为粘胶，制成的纤维称为粘胶纤维。它在1905年实现工业化生产。从此以后人造纤维开始走上了成功之路，发展到目前这种现状。可以说人造纤维的制造成功是仿生学的应用的成功。

二、种类和分子组成
（一）人造纤维
1、粘胶纤维：以木材，棉短绒，芦苇，甘蔗渣等植物纤维素为原料制成。
（简介*近发展的几个新品：Modal，Tencel，竹子纤维）
2、人造蛋白质纤维：大豆纤维（不是纯蛋白）。
（二）合成纤维
（按教材第170页表3-1，了解制造化纤的主要原料）
1、 普通合成纤维（按教材第173页表3-2介绍类名，具体纤维名，组成单体，结构学名，商品常用名，时间约10分钟）
2、 特种纤维
（1）氨纶 （莱卡）。弹性纤维。
（2）芳纶。耐高温、高绝缘、高强度
（3）氟纶。耐腐蚀纤维
（4）导电纤维。金属的，复合的。
（5）碳纤维。复合材料的骨架增强材料

（三）改性纤维：
合成纤维可按我们的需要来生产，它可制成作一般用途的普通纤维，也可制成具有特殊性能的特种纤维，普通纤维制造简单方便，价格也低廉，但他们往往在吸湿性，染色性，抗静电性，抗污性及抗起毛起球等性能比较差，需要加以改善。
改性方法：
1、化学改性：（1）接枝，（2）共聚，（3）纤维化学处理。改善纤维的吸湿，染色性，抗静电性，难燃性等。
2、物理改性：
（1）改变喷丝孔的形状——异形纤维
（2）改变纤维伸直为卷曲——变形纤维
（3）不同聚合物从同一喷丝孔喷出→复合纤维
改善：膨松性，伸缩弹性，光泽，抗污等，增强特性或功能。

三、化学纤维的制造
大体分为：纺丝液的制备，纺丝成形，后加工三个过程。
（一）纺丝液的制备
要将成纤高聚加工成纤维，则必须首先把它制成一种粘稠的液体——纺丝液，但不是所有的高聚物都可加工成纤维。成纤高聚物要满足三个条件：①线性分子结构；②适当的分子量；③凝固后的纤维中，大分子间应该具有足够的结合能。
纺丝液的制备方法：目前*主要的有熔体法和溶液法两种。
为了使纺丝液具有均匀和良好的纺丝性能，纺丝液还必须进行混合，过滤，脱泡等工序，然后送去纺丝。在纺丝液中加入不同量的消光剂（二氧化钛），可生产不同光泽的纤维：有光，半光，无光。加入颜料，可生产色牢度很好的有色纤维。下面的照片是不同光泽度的纤维，清晰可见消光剂。

（二）纺丝成形：
按纺丝液制备方法不同，分熔体纺丝法和深液纺丝法。
1、熔体纺丝：（画示意图）
2、溶液纺丝：
（1）湿法纺丝
（2）干法纺丝
除了上述三种*常用，*基本的方法以外还有一些新的纺丝方法。
如：热压法：（加热温度低于熔点，使软化，用高压使其从孔中喷出，冷却成形，用于熔化即分解，而暂行找不到适当溶剂的那些高分子物）。
裂膜成纤法：高分子物熔融挤压为薄膜，用切刀或针刺使之破裂成条，如丙纶扁丝。
喷射纺丝：纺丝液从喷丝孔压出后，受周围高速气流喷吹，并进行高倍拉伸，使纤维直径小于0.5-3μm，成超细纤维。
复合纺丝：由两种或两种以上纺丝液，按一定比例，复合喷丝，形成多组分复合纤维。
异形纺丝：改变喷丝孔形状，得各种异性纤维。
高速纺丝：POY丝

（三）后加工
经过纺丝工序，高聚物已初具纤维形态，称它“初生丝”。它必须经过一系列后处理加工（后加工）才能得结构稳定，性能优良，可以进行纺织加工的纤维。
以短纤维后加工路线为例来说明。
①集束→②拉伸（关键工序，产生不同力学类型纤维）→③上油（介绍目的作用）→④卷曲（解释为什么要加卷曲）→⑤干燥热定形（这是次接触‘热定型’一词，注意解释：热定形是为了消除纤维在拉伸时所产生的内应力，确保结构在后期使用中的稳定性，以提高纤维的尺寸稳定性，保持卷曲效果，改善机械性能和其它物理性能。）→⑥切断、打包（按成品要求切成不同的长度规格（解释三种类型，注意内容更新），打包入库，准备售出）。

第二节 化纤性能检验

一、 长度：
化纤的长度是可以人为控制的，分两大类： 等长纤维和异长纤维
1、等长纤维（棉型化纤）的长度测定
由于加工机械不良可能使其中含有超长、倍长纤维（解释概念），用它们的含有率来表示，是疵点，所以含有率越高，说明质量越不好。
（1）中段切断称重法： （异长纤维不能用此法）

式中：Ln——平均长度（mm）；W——纤维总重（mg）；Wc——中段重（mg）
Lc——中段长度（mm）。
（2）手扯法：用手扯法将纤维整理成两端平齐的纤维束，在用钢尺量取其长度。

2、异长纤维（毛型化纤）的长度测定
实际产品表明，具有一定长短差异的纤维，纺出的纱线品质比等长纤维纱好。
（1）梳片式长度仪：方法与毛纤维的类似。
（2）单根测量：测得根数加权平均长度Ln。 [ Lg=Ln（1+CVn2）]
（3）电子自动化仪器测量

二、细度：
在棉纤维细度一节中我们讲过：Nm、Tex、D、M、d对于化纤除M不用外，剩下的全都可用。（单丝、复丝的表示方法有区别）。
1．振动测量法：
有关细度测量方法已在棉纤维、毛纤维一章中详细介绍，均适用于化纤。这里只介绍一种对化纤较适用的细度测量方法。
纤维两端夹持，由仪器在纤维上施加一横向振动，使纤维产生共振，此时，可用下面的公式计算：

式中：N----纤维的线密度(g/cm)；P----张力（cN）；L----纤维的长度(cm)；
f----共振频率（Hz）。

对于异形纤维，也可用Tex，D来表示细度，但在同样D数情况下，与园形截面的纤维相比粗细感不同。（周长一定时，园的面积，反过来，同样面积的情况下园的周长*小）此外，纤维的光泽，抗起球，抗活，膨松性，保暖性也有很大改变。
异形程度的大小对上述性能起决定性作用，异形度的微小变化，光泽产生显著差异，抗弯，耐磨等物理机械性能也会发生变化，在化纤生产时必须严格控制异形度的大小和均一性，对异形纤维，异形度是主要指标。
同样，中空纤维也有类似情况。
除教材第215~216页的3-15、3-16、3-17三个公式外，再增加两个指标：
异形度（%）=（1- ）×100
中空度（%）：= 实际生产和检验中主要测这两个指标
三、密度：
密度是化纤物理性能的重要参数，利用它可研究纤维内部大分子的排列状况，结果程度，化纤制造工艺是否正常及对纤维结构的影响，对纺织工艺也有一定的影响。
各种纤维的密度见教材第217页表3-8（注意“干燥”两字）
根据纤维的密度可计算出，纤维的结晶度：（教材第218页的公式3-19）

测量密度的方法很多，常用的是密度梯度法（简述原理）

第三节 常见化纤特性简述（普通纤维）

一、 粘胶（吸湿易染）：
是人造纤维素纤维，由溶液法纺丝制得，由于纤维芯层与外层的凝固速率不一致，形成皮芯结构——横截面切片可明显看出。粘胶是普通化纤中吸湿*强的，染色性很好，穿着舒适感好，粘胶弹性差，湿态下的强度，耐磨性很差，所以粘胶不耐水洗，尺寸稳定性差。比重大，织物重，耐碱不耐酸。
用途广泛，几乎所有类型的纺织品都会用到它，如长丝作衬里、美丽绸、旗帜、飘带、轮胎帘子线等；短纤维作仿棉、仿毛、混纺、交织等

二、 涤纶（挺括不皱）：
强度高、耐冲击性好，耐热，耐腐，耐蛀，耐酸不耐碱，耐光性很好（仅次于腈纶），曝晒1000小时，强力保持60-70%，吸湿性很差，染色困难，织物易洗快干，保形性好。“洗可穿”
用途也较广：长丝——常作为低弹丝，制作各种纺织品；短纤：棉、毛、麻等均可混纺，工业上：轮胎帘子线，渔网、绳索，滤布，缘绝材料等。是目前化纤中用量的。

三、 锦纶（结实耐磨）：
特点是结实耐磨，是*优的一种。
密度小，织物轻，弹性好，耐疲劳破坏，化学稳定性也很好，耐碱不耐酸
缺点是耐日光性不好，织物久晒就会变黄，强度下降，吸湿也不好，但比腈纶，涤纶好。
用途：长丝，多用于针织和丝绸工业；短纤，大都与羊毛或毛型化纤混纺，作华达呢，凡尼丁等。工业：帘子线和渔网，也可作地毯，绳索，传送带，筛网等。

四、 腈纶（膨松耐晒）：
腈纶的性能很象羊毛，所以叫“合成羊毛”。
腈纶在内部大分结构上很独特，呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶晶区，但有高序排列与低序排列之分。由于这种结构使腈纶具有很好的热弹性（可加工膨体纱），腈纶密度小，比羊毛还小，织物保暖性好。
腈纶：耐日光性与耐气候性很好（居位），吸湿差，染色难。
纯粹的丙烯腈纤维，由于内部结构紧密，服用性能差，所以通过加入第二，第三单体，改善其性能，第二单体改善：弹性和手感，第三单体改善染色性。
用途：主要作民用，可纯纺也可混纺，制成多种毛料、毛线、毛毯、运动服也可：人造毛皮、长毛绒，膨体纱，水龙带，阳伞布等。

五、 维纶（价廉耐用）：
特点是吸湿性大，合成纤维中的，号称“合成棉花”。强度比锦、涤差，化学稳定性好，不耐强酸，耐碱。耐日光性与耐气候性也很好，但它耐干热而不耐湿热（收缩）弹性*差，织物易起皱，染色较差，色泽不鲜艳。
用途：多和棉花混纺：细布，府绸，灯芯绒，内衣，帆布，防水布，包装材料，劳动服等。

六、 丙纶（质轻保暖）：
*轻的纤维。它几乎不吸湿，但具有良好的芯吸能力，强度高，织物尺寸稳定，耐磨弹性也不错，化学稳定性好。但：热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损。
用途：可以织袜，蚊帐布，被絮，保暖填料、尿布湿等。工业上：地毯、渔网，帆布，水龙带，医学上带代替棉纱布，做卫生用品。

七、 氨纶（弹性纤维）：
弹性，强度*差，吸湿差，有较好的耐光、耐酸、耐碱、耐磨性。

常用纤维的性能详见教材第240~251页，课后大家多看看。

第四节 纺织纤维的鉴别
纺织纤维有共性也各有特性，进行纤维鉴别，则是利用纤维各自的特性或个性加从区别，（利用各种纤维在某些性能或外观形态上的差异，将它们区别开来。）
鉴别纤维的方法很多，有的粗略些，有的详尽些。
一、 手感目测法：
前面我们已经做过的“纤维认识实验”中，有一项目就是“手感目测法”这种方法相当实用，除感知材料的性能外，还可用来鉴别纺织材料。
这种方法可有效地鉴别天然纤维——棉、毛、丝、麻，对化学纤维则显得无能为力（除普通粘胶外），特别是改性纤维的大量出现，只能告知我们某原料是天然还化学纤维。
二、 燃烧法
根据各种纤维在烧烧中所表现出来的燃烧状态，加以区别，对燃烧性状接近者，不能加以区别（举例）。
三、 显微镜观察法
见教材第229~234页图3-23
通过纤维纵向与横截面在外形上的特征加以区别
四、 着色法
同一化学试剂，不同纤维可能显出不同的颜色（未染色纤维）
五、 溶解法：P236表3-12
利用各种纤维在不同的化学溶剂中的溶解性能来鉴别纤维（利用各种物质具有不同溶解性的原理我们前面作过什么实验呢？（含油，含植））。见教材第236页表3-12
用这种方法鉴别纤维比前面的方法准确，可＊。
用这种方法应注意控制好“溶液浓度，溶解时间和温度”。
六、 熔点法：
化学纤维中大部分具有可熔融性，但它们的熔融温度不在一点，可加以区别。
七、 红外光谱法：
不同的化合物对同一波长的红外线具有不同的吸收率（或衰减率），同一化合物对不同波长的红外线具有不同的吸收率，所以对一个物质来讲测出它对不同小波长的吸收率，并作图——得红外吸收光谱，某一光谱时应某一物质，该光谱具有“指纹性”。
这样一来我们可根据未知纤维的谱图与已知的标准谱图对照便可查知是什么纤维。
八、 其它方法：
荧光（颜色）法，双折射法，密度法，强度法等

进行纤维鉴别应注意多种方法同时验证。

第五章 纺织材料的吸湿性

内容提要：吸湿指标及计算；吸湿性随内外因变化的一般规律；吸湿性对纤维性能的一般影响规律；烘箱法与电阻法测纤维回潮率的一般原理及优缺点。
重点难点：吸湿机理和测试方法，难点是吸湿滞后性、吸湿平衡的概念和应用。
解决方法：采用分层、独立因素分析法，在掌握概念的基础上，引导学生应用。

节 吸湿指标与吸湿机理
一、吸湿指标及常用术语
（一）回潮率、含水率及其换算关系 （通过前面章节引入，进一步强化定义）
（二）标准回潮率（注意它是范围值，并解释标准大气，见教材第323~324页表6-1，6-2）
（三）公定回潮率（为什么要制定公定回潮率？）
（四）实际回潮率（实测回潮率）
（五）调湿与预调湿
（六）标准重量（公定重量）
二、吸湿机理（内在因素）
（一）亲水基团及其作用：
纤维大分子上是否存在亲水性基团，是决定纤维吸湿性能的决定性因素。极性基团的多少、极性的强弱、结构状态等综合影响吸湿性，适当举例说明。
（二）结晶度（结晶区与非结晶区的比例）
实验证明：纤维的吸湿作用主要发生在非结晶区，这是肯定的，水分能否进入结晶区，目前尚有争议，但水分进入结晶区的量是很少的。
除结晶度影响纤维的吸湿性以外，在相同的结晶度条件下，晶型和晶粒的大小对吸湿也有影响，一般来说，晶粒小，吸湿性大。
（简单说明取向度、聚合度对吸湿性的影响）
（三）比表面积：
单位体积的纤维所具有的表面积。比表面积越大，吸湿能力愈强。
（简单解释原理，举例）
（四）伴生物的性质和含量：

第二节 影响吸湿性的外界因素
一、吸湿平衡与平衡回潮率（时间）：
（吸湿平衡是动态的，其稳定性很差，而且是自动进行的，外界条件一变，平衡就立即遭到破坏，而且要达到新的平衡需一定的时间。举例说明纤维集合体状态、外界风速对平衡时间的影响，使同学有一个数量的概念）
二、吸湿等温线（温度）：
在大气压力和温度一定且不变的条件下，材料的吸湿平衡回潮率随相对湿度变化的曲线。具体各纤维的吸湿等温线见教材第334页图6-3。
由图我们首先可以看出：讲顺序并讨论，各种纤维的平衡回潮率在相同的湿度条件下是不同的，这是材料本身的差异造成的。
不同的纤维具有不同的吸湿等温线，但我们可以看到它们的曲线形状都呈反S形，反S形的明显程度是有一些差异，但它们的吸湿机理应当说在本质上基本一致的。
解释这一规律可用前面讲过的吸湿过程来说明。
在开始阶段，自由的极性基团较多，以化学吸附为主，随着相对湿度的提高，化学吸着水迅速增加而后趋于稳定。
毛细吸收水在开始阶段增加的缓慢，当相对湿度较大时，毛细水迅速增加，这主要是水分子进入较大的孔隙，加上纤维的膨化，水气分压的增加，表面吸附能力的增加，使得毛细水和表面凝结水大量增加，曲线快速上升。
对于化学纤维，由于它的大分子亲水基团少，结构紧密，使化学吸着水（直接吸数）和毛细吸数水量都少，使反S形不明显。
吸湿等温线与温度有密切的关系，温度不同，吸湿等温线的形状位置就会发生变化，这一点希望大家能够注意，要比较材料的平衡回潮率，必须在相同的条件下去做。
三、吸湿滞后性（湿历史）：
在同一空气条件下，纺织材料吸湿平衡回潮率比放湿平衡回潮率小的现象叫吸湿滞后性（或叫吸湿保守性，吸湿滞后现象）。（简单解释其原因，用作图法解释滞后规律）
四、吸湿等湿线（温度的影响）：
相对湿度一定时，平衡回潮率随温度变化的曲线。
当纤维周围空气的温度较高时，水分子逸出纤维的动能增加，容易离开纤维，纤维的平衡回潮率较小，一般是温度越高，回潮率越小，但在高温高湿时，由于纤维的热膨胀等原因，随温度的增高纤维回潮率会略有增加。

第三节 吸湿性对纺织材料性能的影响
一、对重量的影响
强调一下公定重量，及回潮率对工艺设计、成本核算、贸易等的影响。
二、对几何尺寸的影响
纺织纤维是由大分子组成的一个各向异性体，吸湿后膨胀明显表现乃各向异性，具体讲就是：长度方向和直径方向上的膨胀增加率不一样。
纤维膨胀和内部结构的关系是很密切的。结构影响膨胀，而膨胀反映结构状况。
纤维的湿膨胀，使得由它织造的织物，同样要发生一些变化，如织物、变厚、变硬、变短，织物洗涤以后尺寸变短，就是我们常见的缩水，这一点大家都有经验。
三、对密度和体积的影响
对密度的影响，大家看教材第293页图6-7，纤维的密度是随回潮率的增加，先上升，然后下降。
对含水纤维来讲，总质量是干纤维与水的质量和，随水的进入，是线性增加的。
而体积由三部分组成：干纤维本身的体积，内部空隙的体积，再加上进入的水的体积。
（简单解释，对于密度小于1的纤维又怎样呢？）
四、对机械性质的影响
只讲一下总体的大致规律。
五、对热学性质的影响
保暖性、耐热性和吸湿放热，通过吸湿放热进一步说明吸湿机理。介绍两个指标：吸湿积分热和吸湿微分热，参见教材第296图 6-8和图6-9
六、对电学性质的影响
绝缘与静电。
七、对光学性质的影响
对折射率，耐光性，光泽，颜色等的影响。

第四节 吸湿性的测试方式
测量方法很多，可分为直接法与间接法
一、直接法：
所谓直接法就是根据吸湿指标的定义，直接测量出公式中的各个参数：G干，G湿，直接法的关键在于：烘干和称重。
发展到现在使纤维干燥的方式方法已有很多，如：吸干、抽取、烘燥、红外、高频、微波等，效率各不相同。
下面我们以烘箱法为例测试的基本原理。
（一）烘箱法：
干燥：对于烘箱它叫烘干，由烘箱内的热空气提供能量，使水分子获得得足够的汽化能，从而脱离纤维，所以从温度上来讲应当高于水的沸点。在此同时降低箱内相对湿度以提高烘干效率。由于我们无法将相对湿度降到0%，即一点水分都没有是办不到，所以材料只是在很低的相对湿度条件下达到湿平衡。那么平常所说的干重并不是绝对干重，是一个相对干重，是一个条件值。
称重：对于上述烘得的相对干重能否称准呢？对于试样来讲，烘前是冷而湿的，烘后是热而干的，在此条件下是在烘箱内称重，还是在烘箱外称重结果是不一样的。在烘箱内由于是热空气，所以其密度小，对试样浮力小，所以称的重量偏重。
在箱外称，首先是冷空气密度大，浮力大，此时的试样干而热，在箱外热冷空气对流也要产生浮力，而且浮力在不停的变。试样很干，在空气中一暴露，就马上进行强吸湿，所以在称量时，很不稳定。
如果把试样放冷以后再称可消除一部分不稳定因素，但你能保证试样在冷却过程中一点也不吸湿吗？即便可以达到忽略不计的程度，试验时间无疑又被加长了。所以一般要采用箱内热称。又是一个条件值。
由以上介绍可看出：无论是干燥还是称重都是在一定条件下进行的，条件一旦改变，结果也马上改变，从而*终结果是一个条件值，尽管该试验方法有这样或那样的不足，但试验结果还是稳定的，能满足贸易、工业加工中的要求，并作为一种基础测试方法。
二、间接测定法：
所谓间接法是利用某引起物理量，如电阻，介电系数，外来辐射的吸收等和材料回潮率间的关系间接测得回潮率。它以不必赶出材料中的水分为其特征。以快速为其特点。下面以电阻式测湿仪为例简介其原理。
1、电阻式测湿仪：
顾名思义：利纤维的电阻与回潮率的关系，测知纤维的电阻间接知晓回潮率是多少，当然事先应对一定种类的纤维的回潮率和电阻值作好标定，其数值可直接从纤维回潮率的形式表示出来。
电阻测湿仪是接触式的。
影响因素：
（1）试样的回潮率分布是否均匀。因为电阻将以阻值*小处作为对外表现。即使只有一个湿润点处在电极间也将明显影响测量结果。
（2）测量范围：即量程的读数范围，一般应在满量程的20-75%范围内读数，尽量避免在起始端和满刻度端使用，因为在这两处，测量结果不稳定，可＊性下降。
（3）温度影响：温度对纤维的电阻有很大的影响，所以结果要进行温度修正。
（4）其它导电物的影响，除水以外，棉上的棉蜡，毛上的油脂，蚕丝上的丝胶，化纤上的油剂等这些都会使电阻降低。
（5）纤维集合体的结构状态
在仪器使用中，只要控制好上述影响因素，就能得到满足可＊的结果。这种仪器使用方便，测量快速目前已在一般性的试验中大量使用。

第六章 纤维材料的机械性质

内容提要：描述纤维拉伸性质的指标；影响纤维断裂强伸度的测试条件；粘弹体的基本力学特征；纤维的表面力学性质；纤维弯曲、扭转、压缩破坏的形式及基本指标。
重点难点：影响拉伸、摩擦的因素，粘弹体的基本力学特征。难点是影响因素的分析和蠕变、应力松弛、疲劳
解决方法：注意深入浅出、启发式教学。多举例。

纺织纤维的机械性质（或力学性质）是纤维及其制品在使用过程中的重要性质。纤维材料的力学性质的好与坏（优与劣）是根据它在受外力作用时，所表现的耐破坏性能（不一定拉断）来评价的。纤维在外力作用下遭到破坏的形式很多，其中以拉伸断裂为*主要的破坏形式。
节 拉伸性质
各种材料都有自己所独有的拉伸性质，要表征这一客观变化规律，我们要借助于各种指标，这些指标可告诉我们这些变化规律的变化状况及特征，从而帮助我们了解拉伸断裂的本质、拉伸断裂的机理。
一、拉伸断裂指标：
（对于各类指标大家应从以下几个方面理解和记忆：
（1）定义，（2）公式，（3）单位，（4）表示纺织材料的什么特征等）
（一）绝对强力P
纤维材料受拉伸至断裂时，所能承受的负荷。单位：牛顿，厘牛顿。
（二）相对强力指标：
1、断裂应力：σ，材料单位面积上承受的拉断力。单位：牛顿/毫米2 ，厘牛/毫米2。
（在前面章节的学习中，大家一定知道了，我们的纺织纤维绝大多数，其横截面是不规则的，加上有的还有空隙、孔洞等，拉伸时还在不断变化，使得其面积很难求测，所以该指标在日常应用中多用于理论研究。实际生产中很少使用。）
2、强度（比强度）：P0，单位细度的材料断裂时所能承受的负荷。单位：牛顿/特克斯，厘牛/分特克斯
3、断裂长度：LR，纤维由自身重力将本身拉断时所具有的长度。单位：千米。

4、湿干强度比：η，湿强度占干强度（标准大气下）的百分率。
η=湿强/干强×100%
了解材料吸湿后强度的变化状况，绝大多数纤维是η＜100%，而棉麻等天然纤维素纤维则＞100%，希望大家能够解释。
5、10%定伸长负荷
专用于棉型化纤，为混纺时性能匹配时应用的指标。

（三）断裂伸长率：ε
纤维材料拉伸至断裂时的伸长量占拉伸前原长的百分率。
二、拉伸变形曲线及有关指标
以上指标只反映在断裂时的力学状况。材料在日常使用中耐破坏的能力与拉伸破坏的过程是密切相关的。
（一）应力—应变曲线（负荷—伸长曲线，拉伸图）
纤维的种类是非常多的，实际得到的应力—应变曲线具有各种各样的形状。其典型形式如下。

（二）拉伸图上的有关指标：
1、断裂点的指标（前面已经介绍）
2、初始模量：纤维材料拉伸曲线的起始较直部分伸直延长线上的应力与应变之比。
（画线作图，并定义公式，单位）
3、屈服点f的应力、应变
拉伸曲线由伸长较小部分转向伸长较大部分的转折点（产生明显塑性变形的*小应力点）
屈服点所代表的物理概念是什么呢？
从材料力学方面，对于金属材料；屈服点的概念是相当明确的，应变在屈服点以下，是完全可恢复的，而屈服点以上就要产生塑性变形（不可恢复的变形）是有一个点的界限的。
但对于我们的纺织材料则不然，屈服转变是一个区间而不是一个点，在屈服点以下，变形绝大部分是弹性变形，有很少部分的变形是塑性，而屈服点以上部分所产生的塑性变形较多，但仍有弹性变形的存在。
尽管纺织材料的屈服发生在一个区间上，但我们仍希望用一个点来表示，这样便于分析和解决问题。
屈服点高的纤维，其织造的织物的保形性就好，不易起拱，起皱，抗永久（塑性）变形的能力强。（介绍求取屈服点的作图方法）
4、断裂功
（1）断裂功W
（2）体积比功Wav 拉断单位体积纤维所需要的功。
（3）质量比功Wam拉断单位质量纤维所需要的功。
（4）比功Wa 拉断单位细度单位长度纤维所需要的功。
（5）功系数η 曲线下面积/ (P0·L0)所包的矩形面积。
（上面5个指标定义式，单位，及关系，不规则面积的求法）

第二节 影响纤维断裂的外在因素
一、 温、湿度 （再次强化、总结一次）
二、 试样长度
试样愈长，强力愈低。因为沿纤维长度方向，强度是不均一的，纤维总是在*薄弱处断裂，试样愈长，出现*薄弱环节的概率越大，越容易发生断裂，强力下降——弱环定理（举例说明之）
三、 纤维根数（再次强调）
束纤维中的纤维根数愈多，由束纤维强力计算得的平均单纤维强力愈低，而且比单根测量时的平均强力低。（断裂的不同时性，亦举例说明）
四、 拉伸速度（弱环定律）
一般情况下，随拉伸速度增加，断裂强力，初始模量，屈服应力均会提高，而断裂伸长无一定规律。
五、 拉伸形式（或仪器类型）
（1）等速牵引（CRT）
（2）等加负荷（CRL）
（3）等速伸长（CRE），此方法现在为推广方法。

第三节 粘弹体力学特征
一、 粘弹性的概念：
粘弹性质也叫流变性质。物体（包括液态）在力的作用下，会发生形状尺寸的变化——即形变（变形）常用应变来表示（变形量与原尺寸之比）。
*单纯的形变形式有两种：理想弹性变形（虎克变形）；纯粘性流动（牛顿变形）。
这两种基本变形的应力应变关系如下：
虎克变形： ；σ-应力，E-模量，ε-应变
牛顿变形： ； —粘滞系数，t-时间
对以高分子为主要组成物质的纤维来讲，它不仅具有弹性，而且也具有粘性，这种粘性与弹性的组合即为粘弹性，具有粘弹性的物体即为粘弹体，从应力应变的变化特性方面看，可以将 “材料在外力作用下，应力～应变的关系随时间而变的性能”叫做粘弹性。

二、 三种变形
（一）、急弹性变形
（二）、缓弹性变形
（三）、塑性变形
虽然我们把纤维的变形分为三类逐一来说明，但实际上他们之间是互相联系，互相制约的，使总变形是时间的条件值，在材料受外力时，它们同时出现，只是在不同时间，不同负荷或不同拉伸阶段时它们间的比例不同而己。
三、 蠕变与应力松驰
蠕变：在一定（固定）的拉伸（负荷）条件下，纤维的变形随时间逐渐增加的现象。
应力松驰：当纤维被拉伸到一定变形值，保持恒定时，其内应力随时间逐渐减小的现象。蠕变和应力松弛实质上是一个问题的两个方面：都是反映大分子链不断作构象改变的运动情况。（举一二个例子再说明之）
四、 纤维的弹性与疲劳
（一）、纤维的弹性：
纤维的弹性是指纤维承受负荷后产生变形，负荷取除后，具有恢复原来尺寸和形状的能力，它影响到纺织材料的：耐磨性，抗折皱性，手感，尺寸稳定性，耐冲击性，抗废劳性等许多性能。
纤维的弹性包含变形能力与变形的恢复能力两方面。通常只讲变形的恢复能力。
常用两类指标来表示：
弹性恢复率=
（根据恢复时间可分为急，缓两种弹性恢复，根据作用形式又可分为：定负荷弹性恢复和定伸长弹性恢复）

（通过拉伸曲线获得，这一指标与织物的抗折皱性，耐疲劳破坏关系密切。）
(二)、疲劳
小应力长期作用下发生的破坏，就叫疲劳。这是一种*普遍的破坏形式。
影响疲劳的因素主要有：
（1）纤维的结构与性能（分子链的变形能力及变形后的恢复能力大，则耐疲劳）
（2）负荷大小
（3）作用方式 （引出：疲劳耐久限）：作用时间，恢复时间，频率等
（4）温湿度

第四节 纤维的表面力学性质

一、 基本指标：
（一）、摩擦力 cN
(二)、摩擦系数 f
（三）、抱合力 F抱
（四）、切向阻抗系数

（五）、抱合系数h
（六）、抱合长度Ln
二、 影响摩擦的因素：
（一）法向压力（或张力）
切向阻力的增加率不随正压力上升成等比例增加，但切向阻力是增加的。切向阻抗系数随法向压力的增加而下降，逐渐趋于一定值。见教材第425页图7-58、7-59。
（二）温、湿度
在通常情况下切向阻抗系数随温度的上升而降低，但在90℃以上的高温情况下切向阻抗系数却上升。切向阻抗系数随相对湿度的增加而增加，出现液态水时有一个下跳。见教材第426页图7-60、7-61，第428页图7-66。
（三）表面润滑剂状况：
纤维表而后润滑情况对摩擦力影响很大，为了减少摩擦纤维表面常涂一些润滑剂（毛有和毛油，化纤有化纤油剂，棉有天然棉腊等）。润滑剂的粘滞系数和滑动速度构成对摩擦力的影响（举例画图）。
（四）表面粗糙度
物理表面的粗糙程度对摩擦性状影响很大，因为摩擦力是由于两物体间接触产生的，所以摩擦力的大小与接触表面的情况有关。规律：见教材第428页图7-64。
（四）滑动速度：
滑动速度对切向阻力的影响规律如教材第427页图7-62，7-63。
在低速区切向阻力是一个在一定范围内波动的变值，我们把这种现象叫“粘滑现象”，粘滑现象发生在滑动速度很小的区域。“粘滑现象”还有下列现象：
①切向阻力值的波动范围随速度增加而缩小即粘滑现象变小
②纤维受的张力（正压力）越大粘滑现象越严重。
③纤维动、静摩擦系数差异越大，粘滑现象越大。

三、 摩擦抱合的测定方法
具体的测量方法很多，大致可分为三类。
（一）测量无粘纤维条拉断时所需的力。可测量纤维的抱合力。若在纤维束侧向加一压力，则可测纤维的切向阻力。
（二）测量单纤维在纤维或其他物体（如金属的，陶瓷的，橡胶）上产生相对运动（刚开始运动时，即静摩擦，或保持恒定速度运动时，即动摩擦）所需的力。这类方法中*常用的是绞盘法，用欧拉公式可计算出摩擦系数。
（三）测量两个纤维片发生对滑动时所需的力
这一类方法中常用的有斜面法，牵伸法。这也是传统方法。

四、 纤维的磨损 （这部分内容为可选部分）
（一）概念：互相接触并滑移的两物体，在接触面上所产生的破坏——磨损。
广义概念：在非表面接触的其它作用下引起的表面破坏也称为磨损。
（二）造成磨损的主要客观因素
1.力学作用：（1）犁耕（纵向划槽）；（2）刮削；（3）切割（横向划槽）；（4）咬啮剪切；
（5）撕剥；（6）疲劳性脱落（疲劳龟裂，脱下局部颗粒）等
2.热学作用：表面热熔（从高温体擦过）而被揩拭落下。（局部过热）
3.化学作用：在化学试剂等作用的同时，受力摩擦使表面局部被揩掉。
磨损使纤维的尺寸、体积、重量、强度、刚性、外形（观）乃至结构发生改变（变化）。
（三）描述（衡量）磨损程度的指标
1.因磨损某些性能的绝对损失量。如直径或线密度，重量，强伸性能，光泽等
2. 因磨损某些性能的损失率。（或变化率）
实验室测试与实际耐磨程度的关系：
要模拟实际或正确反映实际的耐磨程度有一定的困难，因为①实验它只能单因素或几个因素测试，各因素的综合比例很难确定。②磨损终点的判断，实验室是按磨断来判定，而实际环境中是按使用价值判定。③纤维耐磨规律的不一致性或复杂性给正确评价带来困难<如：轻、重负荷时不同的下降率，实际使用是轻（或很轻）的负荷，长时间，而实验室是重负荷， 短时间。
第五节 纺织纤维的弯曲、扭转和压缩
一、纤维的弯曲
（一）、概念
纤维是极易变直为弯的，有的本身就是卷曲的。我们这里所说的弯曲则是指外力作用下的弯曲变形。
（二）、影响因素： 形状，粗细，模量
（三）、破坏形式： 弯断，实质是弯曲外缘的拉断或内缘的挤裂。
（四）实用指标
1．抗弯刚度
2．打结强度（率）
3．勾结强度（率）
二、纤维的扭转
（一）、概念
纤维在剪切扭矩作用下，产生的扭转弯形。
（二）、影响因素： 形状，粗细，模量
（三）、破坏形式： 纵向劈裂
（四）实用指标
断裂捻角，常用圈数表示。

三、纤维的压缩
（一）、概念
纤维一般在强压缩条件下才会产生破坏，大多可能产生压伤。单纤维的压缩研究很困难，结论很少，大多数是研究集合体的压缩特性（或弹性）