纺织材料学

纺织材料学说到纺织我们在座的应感到自豪，因为纺织品的出现标志着人类从原始时代而进入文明社会，但纺织业的飞速发展也只是近半个世纪的事，这当然也和其他科学的发展是分不开的（举例说明）。除了吃饭，穿衣则是最重要事情，衣服除完成蔽体御寒之外，还起到美化人民生活、促进社会文化发展的作用。今天的纺织品不光是用于衣着，它还应用于工业、农业、军事、航天、航海、交通、医疗卫生等诸多方面。纺织工业所使用的纤维原料（纺织纤维）及其加工制造的半成品（条子、粗纱）、制品（纱线、织物包括机织物或梭织物、针织物、编织物、毡品、非织造布等）统称为纺织纤维材料，简称纺织材料。一、棉纤维1、棉纤维的分类1、1、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1、2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之一，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。是棉纤维中品质最好的，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0.12~0.14tex2、棉纤维的强度棉纤维的强度是指拉断一根纤维需要的力，以厘牛顿（cN）表示。细绒棉纤维的强度约为3.5~4.5cN。一般粗纤维的强度高，细纤维的强度低。但不同品种的棉花，纤维强度不单决定于纤维的粗细，而且与棉花类别，品种等有关。例如，长绒棉纤维细度细，而强度却不比细绒棉低，长绒棉的单纤维强度一般在4~6cN，比同等粗细的细绒棉高出很多。细绒棉的断裂长度为21~25km，长绒棉的断裂长度在30km以上。3、棉纤维的主要化学性质3、1酸对棉纤维的作用酸对纤维素大分子中苷键的水解起催化作用，使聚合度降低。酸对纤维素作用首先在无定形部分和晶区表面，随着反应的加深，也可使晶区发生从外至里的反应，最后纤维完全解体而水解为葡萄糖。经部分水解的纤维素称水解纤维素，它是一个不同聚合度的混合物。纤维素对酸的作用一般比较敏感，但不同酸或同一种酸在不同条件下的作用不完全相同，例如其他条件相同时，强的无机酸如硫酸、盐酸的作用最为剧烈，磷酸较弱，硼酸更弱，有机酸对棉纤维的作用比较缓和，酸的浓度越高，作用越剧烈。酸在与纤维素作用时，也会形成纤维素的酸根酯，常用于透明印花。3、2碱及液氨对棉纤维的作用当纤维上有碱存在时，碱将起纤维氧化的催化作用。纤维素在浓碱下的降解作用也是十分剧烈和迅速的，因此棉纤维加工时必须避免长时间带碱并与空气接触，以免纤维受损。但利用１８％-２５％的氢氧化钠对棉布进行丝光处理时，如控制恰当，可以达到改善纤维性能的目的，例如提高棉纤维强度、提高吸收染料、水分的能力，改善织物的光泽和尺寸稳定性。丝光处理提高分子的取向度、降低纤维的结晶度、天然转曲减少，光泽提高。4、棉纤维的成熟度纤维细胞壁的增厚程度，胞壁愈厚，成熟愈好，成熟度与棉花品种、生长条件有关，特别受生长条件的影响。正常成熟的棉纤维，截面粗，强度高，弹性好，有丝光，并有较多的天然转曲。通常讲的纤维成熟度，是指一批原棉的平均成熟度。⑴、成熟度高的纤维，不易产生棉结与索丝。⑵、成熟度高的纤维，吸湿较低，弹性较好，加捻效率高⑶、成熟度高的纤维，在加工过程中飞花和落棉少，成品制成率高。⑷、成熟度中等的纤维，由于纤维较细，因而成纱强度高；但成熟度高提棉纤维，耐磨性较好。⑸、成熟度高的棉纤维吸色性好，织物染色均匀。5、原棉纤维性能的综合检验原棉的纤维性能，是纤维各项性能的综合反映。原棉性能常规检验的各项指标，均在一定程度上反映了纤维品质的某些方面。目前在棉纺厂，普遍使用手感目测、仪器检验和单唛试纺的检验方法，切实掌握原棉性能，搞好混棉配棉、工艺设计与操作管理。5、1手感目测检验，可结合原棉品级检验与手扯长度进行。手感目测法的项目包括：纤维长度整齐度，原棉的卷曲弹性与压缩弹性，纤维强度，抱合力，柔软性，杂质疵点含量等。手感目测检验的优点为取样多，速度快，代表性强；但要求检验人员有丰富的经验，熟练的技术，以减少人为误差。5、2仪器检验：包括长度、细度、强度、成熟度、含水、含杂等的检验。所有仪器与试验条件必须严格统一，使试验数据有代表性，试验有重演性。仪器检验的数据比较可靠和稳定，但试验数量少，花费时间长。5、3单唛试纺：单唛试纺采用单一批量的原棉在小型纺纱机台或车间大机上进行纺纱试验，从纺纱细度，成纱强度、条干、结杂以及纺纱过程中产生的问题来最后评定该批原棉的纤维性能，作为原棉混配与工艺措施的参考。由于以上三种检验方法都有一定的优缺点，所以三者必须结合起来，进行综合评定，才能比较全面地掌握该批原棉的可纺性与成品质量。通常棉纺厂对每批原棉都进行手感目测和仪器检验。单唛试纺由于比较费时，在正常生产中就不一定对每批原棉都进行，得在新棉上市或棉花产地、品种改变时，则必须逐批进行试纺，对进厂原棉的品质做到心中有数。二、麻纤维麻纤维是从各种麻类植物取得的纤维的统称，分为韧皮纤维和叶纤维。韧皮纤维是从一年生或多生生草本植物的韧皮层中取得的纤维，这类纤维品种种繁多，纺织上采用较多，经济价值较大的有苎麻、亚麻、黄麻、洋麻（红麻、橙麻）、大麻、苘麻等。这类纤维质地柔软，适宜纺织加要，商业上称为“软质纤维”。苎麻纤维具有很高的模量，在天然纤维中居于首位，纤维硬挺，刚性大，因此苎麻纺纱时纤纺之间的抱合差，不易捻合，纱线毛羽较多。苎麻纤维强度虽高，由于伸长率低，断裂功小，加之苎麻纤维的弹性回复性能差，因此苎麻织物的折皱回复能力差，织物不耐磨，经过变性处理的苎麻性能有所改善。色泽特征：苎麻纤维具有很强的光泽，比其他麻类纤维都好。叶纤维是从单子叶植物的叶上获得的维管束纤维。经济上的实用价值的有剑麻和蕉麻，这类纤维比较粗硬，商业上称为“硬质纤维”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。三、毛纤维3、1羊毛的形态结构及其类型3、1、1羊毛的形态结构纺织用毛类纤维，最大量是绵羊毛，通称羊毛。（1）、毛纤维覆盖于绵羊皮肤的表面，并非均匀分布，而是呈簇状密集在一起。在每一小簇中，有一根直径较粗、毛囊较深的导向毛，其它较细毛纤维围绕着导向毛生长，形成毛丛。导向毛与其它较细的毛距离较近，而各个毛丛之间距离较远。同质毛羊种的导向毛较细，与周围毛细度、长度相差小；异质毛羊种的导向毛和它周围的毛，长短、粗细差异较大。毛丛的形态和质量，是羊毛品质好坏的重要标志。毛丛中纤维形态相同，长度、细度相近，生长密度大，又有较多的脂汗使纤维相互粘连，形成上下基本一致的形状，从外部看呈平顶状的，称平顶毛丛。具有这种毛丛的羊毛品质最好，同质细羊毛多属这一类型。（2）、羊毛是由许多细胞聚集构成。它可以分为三个组成部分：包覆在毛干外部的鳞片层；组成羊毛实体的皮质层；在毛干中心不透明毛髓组成的髓质层。髓质层只存在于较粗的纤维中，细毛无髓质层。（３）、鳞片在羊毛表面上覆盖的形态。基本上有三种：环状覆盖、瓦状覆盖、和龟裂状覆盖。细羊毛多呈环状覆盖。鳞片的表面，不是完全光滑的，多少存在一些平行于纤维轴的纵向辉纹。毛纤维越细，细度赵均匀，纱的截面中纤维平均根数越多，则纱的截面各不匀率C值越小，纱的条干越均匀。但是，毛纤维的细度细时，细纤维在纺纱过程中易纠缠成结，会影响纱的质量。过细的毛纤维，易使织物表面产生起毛起球现象。3、2羊毛的品质特征3、2、1化学性质在羊毛分子结构中含有大量的碱性侧基和酸性侧基，因此毛纤维具有既呈酸性又呈碱性的两性性质。（1）、酸的作用酸的作用主要使角蛋白分子的盐式键断开，并与游离氨基结合。此外，可使稳定性较弱的缩氨酸链水解和断裂，导致羧基和氨基的增加。这些变化的大小，依酸的类型、浓度高低、温度高低和处理时间长短而不同。有机酸的作用较无机酸的作用缓和。醋酸和蚁酸等有机酸是羊毛染色工艺的重要促染剂，在毛染整工艺中广泛应用。（２）、碱的作用碱对羊毛的作用比酸剧烈。碱的作用使盐式键断开，多缩氨酸链减短，胱氨酸发生水解。随着碱的浓度增加，温度升高，处理时间延长，羊毛受到严重损伤和明显地损坏。碱使羊毛变黄，含硫量降低以及部分溶解。在１５％氢氧化钠溶液中煮沸１０min，羊毛全部溶解。碳酸钠、磷酸钠、硅酸钠、氢氧化铵弱碱物质，对羊毛的作用较为缓和。在羊毛加工工艺中经常使用。不同类型的羊毛对碱的敏感程度刀不一样，经碱作用后，有髓毛的强力损失比无髓毛大。四、蚕丝的种类：蚕丝是天然蛋白质类纤维，是自然界唯一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：最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，也是最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1、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，丝的质量最好。2、蚕丝物理机械性能：2、1强伸度：强力比毛、棉高，但比麻低2、2吸湿性：比毛、麻低，比棉高。2、3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。2、4色泽：颜色与光泽，丝的颜色随蚕的品种而变。捻度与捻系数五、捻度纱线单位长度内的捻回数，称为捻度。棉纱线及棉型化纤纱线的特克斯（号数）制捻度Ttex，是以纱线10cm长度内的捻回数表示；英制支数制捻度Te，是以1英寸的捻回数表示。精纺毛纱线及化纤长丝的捻度Tm，是以每米的捻回数表示。粗纺毛纱的捻度，是以每米的捻回数Tm或10cm的捻回数Tm/10表示。Ttex，Te与Tm三者间的关系为：Ttex=3.937Te=Ta=0.254Ttex=0.0254TmTm=10Ttex=39.37Te六、纺织材料几个基本名词术语的介绍1、特克斯：纺织材料1000米长质量克数（即1米长质量毫克数）。单位符号tex，简称特。它的1000倍位千特克斯（千特）ktex;它的十分之一为分特克斯（分特）dtex;它的千分之一为毫特克斯（毫特）mtex。2、旦尼尔：纺织材料9000米长的质量克数，简称旦。它曾广泛而普遍应用于蚕丝、化纤纤维等的细度表示3、单位质量的长度指标称为支数“支数”，按计量制不同可分为公制支数、英制支数公制支数：纺织材料质量1克的长度米数。单位符号在数字前加“Nm”,如公制支数40公支可写为Nm40，简称支。英制支数是指在公定回潮率下，1磅重的纱线所含的840码长的长度数用Ne表示；公制支数是指在公定回潮率下，1克重的纱线所具有的长度米数，用Nm表示。4、之间换算Tex·Nm=1000Ne=0.583Nm(棉)