纺织材料

第二章纺织材料与纺织新产品开发第一节纤维材料在产品开发中的作用纺织品的使用性能主要包括：物理机械性能，如强伸性、耐磨性、耐热性以及吸湿性等，化学性能如耐酸、耐碱、耐氧化剂以及耐有机溶剂性能等。对于这些性能的影响，纺织材料的作用是决定性的。纺织品的审美特性主要指：外观风格，包括颜色、光泽、手感、悬垂性、膨松性和尺寸稳定性等，对于这些性能来讲，纤维材料的影响是主要的。纺织品的经济性主要包括：纤维材料的成本和加工费用，而两者相比，纤维材料的成本是主要因素，约占整个纺织成本的以上。一、纤维材料的品质及其与产品的关系纤维材料的品质主要表现在其可纺性和使用性两个方面，两者缺一不可。其中可纺性是纤维进行纺织加工的必要条件，而使用性要满足纺织品在使用中的要求。可纺性是纤维材料多种性能的综合效应，主要包括纤维的长度、线密度、卷曲度等表面形态特性和强伸性、模量、静电特性、摩擦性等物理机械性能，此外，由于在染整加工中纤维材料要经受许多化学加工，因此纤维材料的耐化学稳定性和染色性也是必要的。对于服用纺织品，美观、舒适、安全、耐用是最重要的使用性能，而纤维材料的吸湿性、回弹性和形态特性以及染色性同样不可轻视，且这些性能之间有着复杂的内在联系和影响。对于铺饰用纺织品，尺寸稳定性、耐用性是基本条件，要求纤维材料具有较高的物理机械性能。对于产业用纺织品，高功能是必需的，以适合于在恶劣的工业环境中使用，高性能纤维的高强、高模量、耐热、阻燃性、防辐射性、耐腐蚀性和导电性就显得特别重要。◎第二节天然纤维材料与产品开发一、天然纤维的分类天然纤维是人类最早利用的纤维材料，分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维，其中植物纤维和动物纤维的种类很多，资源也非常丰富。（一）植物纤维（二）动物纤维二、各种天然纤维的基本性质（一）棉纤维的性质棉纤维遇酸水解，强度显著下降，直至溶解。棉纤维遇稀碱如氢氧化钠稀水溶液时，其强度并不损伤，但长时间与碱液及空气接触，则被氧化，强度下降。当棉纤维与较浓的碱液接触时，发生不可逆的溶胀，即丝光现象，不仅其光泽增加，而且吸湿和染色性也提高。棉纤维可以被氧化剂或微生物氧化或腐蚀，其强度显著下降。棉纤维属亲水性纤维，回潮率较高，吸湿快，干燥也快。这种快干性使其具有凉爽的效果，适合于开发夏季服装衣料。棉纤维会使纺织品具有良好的手感和舒适性，几乎没有起毛、起球现象，而且耐用性强。但棉纤维的光泽和弹性差，棉织物的形态稳定性低，在服用和水洗时易起皱。为克服棉织物的起皱，提高棉纤维的弹性，常对棉织物进行防皱整理。（二）麻纤维的特性麻纤维主要包括苎麻、亚麻、黄麻、洋麻和大麻等。其中苎麻纤维品质较佳，单纤维长，可采用单纤维纺纱。其他麻纤维，单纤维较短。苎麻和亚麻作为服用纤维材料制作的纺织品，不仅光泽自然柔和，而且具有凉爽透气的特性，是优良的夏季服装面料。此外，苎麻和亚麻纤维还可以用来开发装饰用纺织品，如台布、餐巾、窗帘等绣制品以及床上用品。黄麻、洋麻和大麻等纤维较粗，适合于开发包装用布、绳索、地毯基布等。叶脉纤维是从单子叶植物的叶上获得的麻纤维，在纺织工业中较有实用价值的是剑麻和蕉麻。这种麻纤维较为粗硬、刚性强，被称为“硬质纤维”，它们的纤维长、强度高、耐腐蚀、不易霉变，适合于制作绳缆、包装用布和粗麻袋等，产品也可用来制造地毯基布。麻纤维与棉纤维相比，纤维刚性强，制成的纺织品虽挺爽，但舒适性较差，易使人感到刺痒，需经柔软整理。麻纤维也属纤维素纤维，故其对酸、碱及氧化剂的反应与棉纤维相似。此外，麻纤维与棉纤维一样，都可以采用直接染料、活性染料、不溶性偶氮染料以及还原染料进行染色。（三）羊毛纤维的特性羊毛是纺织工业的重要原料，不仅弹性好，吸湿性强，而且光泽柔和，保暖性好。不仅可以制织高级的薄型毛呢和中厚毛呢，而且能织制产业用呢、呢毡、毛毯及衬垫材料。羊毛的吸湿性很高，可以说居各种纤维材料之首。由于羊毛纤维的表层有鳞片，所以具有缩绒性。羊毛纤维还有高弹性，尤其是湿润状态下其弹性更高，这是羊毛织物经久耐用，不易产生折皱的重要原因。羊毛纤维制品以手感柔软和保暖性强而著称，近年来国外采用特别纤细及高捻度羊毛纺制的毛纱具有隔热、透气的特性，使皮肤凉爽舒畅，被称为凉爽羊毛。（四）其他动物毛纤维的特性1、马海毛马海毛为安哥拉山羊毛，其形态与长羊毛相似，纤维表面平滑，光泽较强，强度高，弹性好，卷曲少，不易收缩和毡缩，易于洗涤。马海毛可用于提花毛毯、长毛大衣呢以及高光泽的毛织物。2、山羊绒山羊绒是取自山羊身上的绒毛，其中绒山羊所产的绒毛质量最优。山羊绒纤维由鳞片层和皮质层组成，没有髓质层，虽也有不规则的卷曲，但卷曲数较细羊毛少，纤维平均直径多为15～16μm，长度大多为35～45mm。山羊绒的强度、弹性均比羊毛好，但对酸、碱和热更为敏感，即使在较弱的处理条件下，纤维的损伤也较明显。山羊绒具有纤细、柔软和保暖性好的特点，可以用作羊绒衫、精粗纺高级呢绒的原料。除品质优异的白绒外，还有青绒和紫绒，经特定条件漂白后，质量显著提高，便于加工。山羊绒的价格昂贵，有黄金纤维之称。3、骆驼毛骆驼毛主要指取自双峰驼身上的毛纤维，颜色从乳白色至棕褐色，其中色浅的、光泽好的骆驼毛品质优良。骆驼毛的重要特征是粗细毛纤维混杂，其中细短的绒毛纤维含量约为50％左右。骆驼毛纤维的表面鳞片不明显，且数量少。驼绒的组成和性能与山羊绒接近，但强度大，光泽好，经漂白后品质显著提高，接近山羊绒的品质和风格。驼绒的保暖和御寒性非常好，可以用来制织高级针织品、毛毯。驼毛可以制织工业用织物，强度大，经久耐用，驼毛经选择和变性处理可用作地毯、粗纺毛呢及服装辅料。4、兔毛兔毛由粗毛和绒毛纤维组成，粗毛含量是表示兔毛品质的重要指标之一。国产兔毛的粗毛含量大多在10％～13％。兔毛中的绒毛具有平波状卷曲，吸湿性很高，纤维细而蓬松。兔毛含油及杂质较少，不必洗毛即可直接纺纱，但抱合力差，强度低，单独纺纱较为困难，与其他纤维混纺，经化学处理及低温等离子体处理后可纺性明显提高。兔毛纤维也具有毡缩性，但毡缩程度较羊毛差。染色时，兔毛比羊毛吸收更多的染料，但染色深度却不如细羊毛深。在兔毛纤维中，安哥拉兔毛的品质最佳，纤维细软而有弹性，保暖性强，可纯纺或与羊毛混纺制成高档服饰品。5、其他羊驼毛又称阿尔派克羊毛，主要产于秘鲁。羊驼毛由粗细毛混合而成，颜色除白色外，还有黄、棕、黑等多种，比马海毛更柔软和富有光泽，手感滑糯，多用于制作夏季衣料及服装里衬，也是长毛绒制品的原料。牦牛毛由粗毛和绒毛构成。牦牛绒纤维很细，光泽柔和，弹性良好，手感柔软滑糯，经特殊漂白后品质大为提高，可与羊毛、合纤、绢丝等混纺作为毛纺原料。牦牛毛可用来开发服装衬布、毡、垫类织物及帐篷等。（五）蚕丝纤维的特性蚕丝分为家蚕丝和柞蚕丝，依产地可分为中国种、日本种和欧洲种等。家蚕丝又称桑蚕丝，是天然丝的主要原料。野蚕丝包括柞蚕丝、山蚕丝等多个品种，除柞蚕丝能够作为天然丝的原料之外，其他几种野蚕丝一般仅作绢纺原料，数量不多。蚕丝作为高档纤维材料，可以制成多种组织结构的纺织品，既可用作服装面料，也可用作铺饰品。蚕丝与羊毛同属蛋白质纤维，但蚕丝比羊毛更细更轻，其强度高于羊毛，断裂延伸度较低。随其吸湿量增加，强度下降，延伸度增加。蚕丝具有很好的回弹性和舒适性，光泽亮丽，并独具优美的丝鸣声。在各种纤维材料中，蚕丝的吸湿率比较高，仅次于羊毛和粘胶纤维，蚕丝极易吸收汗液和污物，是制作内衣的理想原料。由于蚕丝纤维具有高强度、光泽优美、吸湿透气、触感柔软等特性，故适合于开发多种服装面料，无论冬服夏装，都能保持冬暖夏凉的效果。蚕丝纤维还可制作航空用降落伞、网球拍的网线以及钓鱼线等，经特殊加工的蚕丝可用作可吸收手术缝合线和普通手术缝合线，另外，还可作人工皮肤和其他医用材料。（六）矿物纤维的特性在纺织工业中使用的天然矿物纤维主要是石棉纤维。包括蛇蚊石石棉、角闪石石棉、青石棉等多个品种。近年来全世界年产石棉约600万吨，蛇蚊占绝大多数。在石棉纤维的总产量中，仅有1％～2％供纺纱使用。石棉纤维可以分裂为原纤，供纺纱使用的蛇蚊石石棉原纤的直径在14～85μm，长度为0.6～4mm。石棉纤维的强度比一纤维材料高得多，耐高温和阻燃性是石棉的优良特性。蛇蚊石石棉在被加热到400℃时，其强度仍未降低，到600℃时度损失80％。此外，石棉还有强的耐酸碱性。角闪石石棉的强度高，耐弯曲性好，经纺织加工而广泛用作各类产业用品。第三节化学纤维材料与产品开发一、化学纤维的分类（一）再生纤维再生纤维是利用含有天然纤维素高分子的物质如棉短绒、木材、芦苇等制成的纤维。也可使用含有蛋白质的原料制造再生纤维。再生纤维素纤维，主要包括粘胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维。再生蛋白质纤维，主要包括酪朊纤维、丝朊纤维和大豆蛋白质纤维，其产量非常少。（二）合成纤维合成纤维的种类繁多，主要包括涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶，此外还有乙纶、氨纶等。除再生纤维和合成纤维之外，还有无机纤维，主要品种有金属纤维和碳纤维等。二、各种化学纤维的特性（一）粘胶纤维的特性粘胶纤维依其制造工艺和结构不同分为普通粘胶纤维、高湿模量纤维、强力粘胶纤维和改性粘胶纤维等多个品种。2、粘胶纤维的性能粘胶纤维的断裂强度较低，而断裂延伸度较高。另外，粘胶纤维湿强度仅为干强度的40％～50％左右。由于其模量低，弹性回复性能差，因此粘胶纤维的耐磨性和耐疲劳性均比棉纤维低，尤其是其湿态耐磨性更低，仅为干态耐磨性的20％～30％。粘胶纤维是高吸湿性纤维左右。粘胶纤维在水中润湿，在标准条件下的回潮率约为13％左右。粘胶纤维在水中的润湿后的膨化程度也较大，截面膨胀率可达50％～140％以上，粘胶纤维的湿态机械性能较差，耐洗性不高，尺寸稳定性差是其最大的缺点。由于粘胶纤维的高吸湿性，服用舒适性强，宜作内衣面料，也能与其他纤维尤其是合成纤维混纺，制成具有较高吸湿性和服用性的纺织品。（四）聚酯纤维的特性在合成纤维中，普通聚酯纤维是强度较高的一种纤维材料，而且因吸湿性低，其干态、湿态强度基本相同，干态、湿态延伸度也较为接近。此外，聚酯纤维属较高模量的纤维，弹性回复性好，在承受各种外力时均不易变形，因此聚酯纤维织物的尺寸稳定性好，耐洗涤，穿着挺括。聚酯纤维的耐磨性也较高，虽不及聚酰胺纤维，但远高于其他合成纤维，而且湿态、干态耐磨性大致相同。聚酯纤维与天然纤维或再生纤维混纺或交织，能够显著改善纺织品的物理机械性能。聚酯纤维吸水性差，在水中的膨化程度低，标准状态下的回潮率为0.4%～0.8%。这使得聚酯纤维服用舒适性差，易产生静电和吸灰。此外，由于聚酯纤维结构的特点，染料分子不易渗透而进入其内部，不能采用普通的染色法加工，仅能使用分散染料在高温高压条件下进行染色。普通聚酯纤维织物的表面易产生起毛起球现象，这主要与聚酯纤维表面光滑，抱合力差，而且与强度高、弹性好有关。聚酯纤维的导电性差，比电阻很高，易产生静电，不仅给生产加工带来麻烦，而且服用舒适性差。（五）聚酰胺纤维的特性聚酰胺纤维具有高强度、高弹性和高耐磨性等优点，作为纺织原料以长丝为主，可以制成多种纺织品，如采用低纤度长丝制造的女性内衣、弹力衣裤和装饰用布，高纤度长丝制成的铺饰用品和产业用布等。少量的聚酰胺短纤维主要用于与其他纤维混纺，作为毯、毡类产品的原料。高强力聚酰胺长丝适合于制作负荷较重的产业用品，如汽车和飞机轮胎的帘子线等。聚酰胺纤维的断裂延伸度较高，而且湿态断裂延伸度较干态高，但湿态强度却低于干态强度。聚酰胺纤维具有很高的回弹性，居各种纤维材料之首，因此其耐反复形变性好，能承受数万次，甚至百万次的折挠作用，耐疲劳性极佳。聚酰胺纤维的耐疲劳性是天然纤维材料的十倍或几十倍。由于具有高强度和高回弹性，特别适合于开发袜类产品，如与其他纤维混纺，可提高纺织品的耐磨性，然而聚酰胺纤维的初始模量低，抗皱性不高，不适合制作衣料。聚酰胺纤维的吸湿性比聚酯纤维高，在标准状态下的回潮率为4.5％，且吸湿后发生溶胀，染色性能好，多采用酸性染料染色。聚酰胺