【正文】 料的比熱容是指單位質(zhì)量纖維材料在溫度變化l℃時(shí)吸收或放出的熱量。標(biāo)準(zhǔn)回潮率和公定回潮率紡織纖維材料回潮率的測(cè)定方法主要采用烘箱法，其測(cè)試結(jié)果又與纖維的取樣方法、大氣溫濕度、試樣平衡條件、烘燥溫度、稱量等測(cè)試條件有關(guān)。塑性變形塑性變形指當(dāng)引起變形的外力去除后，纖維不能夠回復(fù)的那一部分變形。在數(shù)值上，初始模量為纖維應(yīng)力──應(yīng)變曲線起始段(1%應(yīng)變處)直線部分切線的斜率，單位為cN／dtex。表征紡織纖維力學(xué)性能的指標(biāo)有斷裂強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、初始模量、斷裂功、斷裂比功等。 圖25 纖維的截面形態(tài)紡織纖維的表面形貌所謂纖維形態(tài)、表面和空間結(jié)構(gòu)的形貌是纖維材料重要的形貌特征。天然纖維的線密度與其纖維品種、品系、生長(zhǎng)條件等因素有關(guān)，即便是同一根纖維，其不同部位的線密度值依然存在差異，如棉纖維中段最粗、梢部最細(xì)、根部居中。⑶公制支數(shù)(Nm)公制支數(shù)指在公定回潮率條件下，質(zhì)量為1g的纖維所具有的長(zhǎng)度米數(shù)。在工程實(shí)踐中，線密度可以用一定長(zhǎng)度纖維所具有的重量表示，稱為定長(zhǎng)制；也可以用一定重量纖維所具有的長(zhǎng)度表示，稱為定重制。對(duì)于化學(xué)纖維來(lái)說(shuō)，用等長(zhǎng)切斷方法可以制造各種長(zhǎng)度規(guī)格的化學(xué)短纖維。如果是束纖維或纖維集合體，為了直觀易懂和方便測(cè)量，一般使用主體長(zhǎng)度、平均長(zhǎng)度、品質(zhì)長(zhǎng)度來(lái)表示纖維的長(zhǎng)度。不同的纖維，具有不同的纖維長(zhǎng)度和細(xì)度，而且其長(zhǎng)度和細(xì)度的分布也是不均勻的。經(jīng)歷層次較多的纖維，其結(jié)構(gòu)較為疏松。微原纖內(nèi)的基原纖之間存在一些縫隙和孔洞，也可能攙填一些其他分子的化合物。制造化學(xué)纖維的高分子材料，其聚合度可以人為地進(jìn)行設(shè)計(jì)與控制。如錦綸分子式為：?jiǎn)位幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的種類(lèi)決定了纖維的耐酸、耐堿、耐光以及染色等化學(xué)性能。天然纖維的取向度與纖維的品種、生長(zhǎng)條件有關(guān)。反之，紡織纖維中大分子排列呈雜亂無(wú)章的狀態(tài)稱為非結(jié)晶態(tài)，呈現(xiàn)非結(jié)晶態(tài)的區(qū)域叫做非結(jié)晶區(qū)。③鹽式鍵：部分纖維的側(cè)基在某些成對(duì)的基團(tuán)之間產(chǎn)生能級(jí)躍遷原子轉(zhuǎn)移，形成絡(luò)合物類(lèi)型的配價(jià)鍵。它是指高分子材料中大分子堆砌和排列的狀態(tài)，主要包括大分子間的作用、凝聚狀態(tài)和大分子的取向。中空纖維的保暖性較好。在紡織科學(xué)與工程中，可以從纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、纖維的超分子結(jié)構(gòu)、纖維的大分子結(jié)構(gòu)等層面來(lái)認(rèn)識(shí)纖維材料的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，為科學(xué)、理性地進(jìn)行紡織品的設(shè)計(jì)和加工，提供科學(xué)依據(jù)。第二節(jié) 纖維的形成及其基本結(jié)構(gòu)一、纖維的形成纖維是一種細(xì)長(zhǎng)且具有一定強(qiáng)度和柔韌性的材料，一般可從下列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)理解纖維的形成：⑴細(xì)長(zhǎng)而柔軟的纖維材料是一種高分子化合物，它是由成千上萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單體分子以化學(xué)健或極性分子間作用力結(jié)合形成的長(zhǎng)鏈狀分子組成。繭子是蠶寶寶由體內(nèi)絹絲腺分泌作成的，人們抽取其絲而獲得品質(zhì)極高、性能優(yōu)良的桑蠶絲。合成纖維是以石油化工的低聚物原料出發(fā)，經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)將低聚物合成為高聚物，然后將其加工成纖維材料，如滌綸、錦綸、腈綸、氨綸等。如果根據(jù)纖維的長(zhǎng)度來(lái)分類(lèi)，可以分為長(zhǎng)絲纖維和短纖維。根據(jù)上述分析，纖維可以簡(jiǎn)單地定義為細(xì)長(zhǎng)且具一定力學(xué)性能的柔性材料。例如，動(dòng)物身上的毛纖維、桑蠶吐出的蠶絲、蜘蛛編網(wǎng)的蜘蛛絲、棉花苞中的棉纖維等材料都具有這種特征。在生物體中也有大量的纖維存在，如蔬菜、木材中的纖維素，人體中的基因、神經(jīng)，光導(dǎo)纖維在構(gòu)筑Internet網(wǎng)絡(luò)世界中也發(fā)揮了重要的作用。在本書(shū)中，“纖維材料”的含義與“紡織纖維材料”“紡織材料”意義基本等同，主要是指可進(jìn)行紡織加工、用于制作紡織品的纖維材料，一般須滿足以下條件：①滿足紡織產(chǎn)品使用功能的要求；②具有某些特定的物理和化學(xué)性能，可以進(jìn)行物理和化學(xué)的加工；③生產(chǎn)成本較低，產(chǎn)量較大，能以較低的價(jià)格大量地供應(yīng)紡織工業(yè)生產(chǎn)。生物質(zhì)天然纖維可從自然界中的植物、動(dòng)物上獲取，如棉纖維、毛纖維、蠶絲纖維等。植物纖維：植物纖維是指從自然界生長(zhǎng)的植物中提取的纖維，其中有從種子殼內(nèi)采收的棉纖維，有從植物莖桿上剝?nèi)№g皮制得的韌皮纖維，也有用植物的葉制取的葉纖維。再生纖維：再生纖維是用天然原料經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理經(jīng)紡絲而得到的纖維，也稱之為人造纖維。(a) 網(wǎng)狀型 (b) 枝杈型 (c) 直線型圖21 纖維的長(zhǎng)鏈分子⑶高分子化合物中含有單基的數(shù)目稱為聚合度。目前觀察纖維材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法主要有光學(xué)顯微鏡法和電子顯微鏡法。不同品種的纖維，在縱向形態(tài)、橫截面形態(tài)、表面形態(tài)方面存在一定差異，尤其是各類(lèi)天然纖維都各自具有獨(dú)特的形貌特征。紡織纖維大分子之間是依靠范德華力和氫鍵結(jié)合的，此外還有鹽式鍵和化學(xué)鍵。④化學(xué)鍵：少數(shù)纖維大分子之間含有的橋側(cè)基，如羊毛纖維中的二硫鍵將兩個(gè)大分子主鏈用化學(xué)鍵連接起來(lái)。紡織纖維中結(jié)晶區(qū)部分的質(zhì)量占整個(gè)纖維質(zhì)量的百分比稱為纖維的結(jié)晶度。(a)取向度和結(jié)晶度 (b)取向度和結(jié)晶度 (c) 大分子折疊結(jié)較低纖維結(jié)構(gòu) 較高纖維結(jié)構(gòu) 晶纖維結(jié)構(gòu)圖23 纖維的超分子結(jié)構(gòu)(三)纖維的大分子結(jié)構(gòu)高聚物大分子都是由許多相同或相近的單基經(jīng)過(guò)化學(xué)健或極性分子間的作用力結(jié)合而形成的長(zhǎng)鏈分子。氯綸大分子中含有鹵素基，故有助于提高氯綸纖維的難燃性。為了充分研究纖維材料的各種性質(zhì)與性能，可以根據(jù)研究的需要對(duì)其結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行劃分。微原纖之間依靠相鄰分子的結(jié)合力和穿越的大分子主鏈來(lái)聯(lián)結(jié)，橫向尺寸10～30nm，在一根原纖上可能出現(xiàn)許多段由非結(jié)晶區(qū)間隔開(kāi)來(lái)的結(jié)晶區(qū)。為了對(duì)纖維材料的上述性能進(jìn)行表達(dá)、研究和比較，我們把與此相關(guān)的纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、纖維力學(xué)性能和纖維物理、化學(xué)性能統(tǒng)稱為纖維的性能。如果是長(zhǎng)絲或單纖維的長(zhǎng)度，則是指它在低張力(不產(chǎn)生彈性變形)條件下沿長(zhǎng)度方向的伸展長(zhǎng)度，即纖維伸直但不產(chǎn)生伸長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度。平均長(zhǎng)度：是指纖維長(zhǎng)度的平均值。用牽切法制造的不等長(zhǎng)化學(xué)短纖維，其纖維長(zhǎng)度分布與天然纖維類(lèi)似，纖維長(zhǎng)度差異比較明顯。一般棉纖維、化學(xué)纖維的短纖維習(xí)慣用號(hào)數(shù)(tex)來(lái)表示纖維的粗細(xì)。⑷英制支數(shù)(Ne)英制支數(shù)(Ne)是指在公定回潮率條件下，質(zhì)量為l磅的棉纖維所具有長(zhǎng)度（碼數(shù)）為840的倍數(shù)。為了改善化纖產(chǎn)品的服用性能和風(fēng)格，在化纖長(zhǎng)絲中出現(xiàn)了混纖絲、竹節(jié)絲等新型紡織原料，其纖維線密度變化呈現(xiàn)出多樣性。(一)纖維材料的拉伸性能紡織纖維的拉伸曲線是反映纖維在拉伸過(guò)程中承受負(fù)荷與伸長(zhǎng)關(guān)系的曲線，經(jīng)過(guò)一次拉伸斷裂試驗(yàn)可以測(cè)得紡織纖維的拉伸曲線，并求得有關(guān)力學(xué)指標(biāo)。斷裂伸長(zhǎng)率紡織纖維的斷裂伸長(zhǎng)率是指纖維由拉伸開(kāi)始至斷裂時(shí)的絕對(duì)伸長(zhǎng)值與試樣夾持距離之比的百分率。斷裂比功指拉斷單位線密度、單位長(zhǎng)度纖維所需的能量，在數(shù)值上為應(yīng)力—應(yīng)變曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積。吸濕會(huì)使紡織纖維的彈性降低，受到外力時(shí)容易產(chǎn)生不可回復(fù)的意外變形。其中，回潮率試驗(yàn)用一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大氣條件規(guī)定為：溫度20℃177?！?；棉纖維的比熱容較小，～(g外力去除后，被強(qiáng)迫伸直的分子在一定時(shí)間內(nèi)又能通過(guò)分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段運(yùn)動(dòng)回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，纖維變形也隨之回復(fù)。表23 常規(guī)紡織纖維的熱轉(zhuǎn)變溫度紡織纖維玻璃溫度(℃)軟化點(diǎn)(℃)熔點(diǎn)(℃)分解點(diǎn)(℃)棉———150羊毛———130蠶絲———235粘膠纖維———260300錦綸64570180215220—錦綸664580225255—腈綸Tg1=80100 Tg2=140150190240—280300滌綸6781240258264—維綸85干態(tài)：220230水中：110——丙綸18145150163175—氯綸708090100190210—纖維材料的熱定形纖維材料內(nèi)應(yīng)力的存在對(duì)紡織加工將產(chǎn)生不利影響，也影響最終產(chǎn)品的尺寸和形態(tài)穩(wěn)定性，因此在紡織加工中必須對(duì)纖維、紗線或織物進(jìn)行熱定形，即通過(guò)熱、濕、外加張力等綜合作用，使纖維材料在較短時(shí)間內(nèi)消除內(nèi)應(yīng)力的工藝加工過(guò)程。纖維材料長(zhǎng)時(shí)期經(jīng)受高溫?zé)崽幚恚淞W(xué)性能明顯下降，手感變硬，纖維變色或泛黃，這種現(xiàn)象被稱為熱老化。靜電對(duì)紡織加工將產(chǎn)生不利影響。并通過(guò)接地，使集聚的電荷能及時(shí)疏導(dǎo)。有色纖維在色紡或色織產(chǎn)品中使用，可以大大減輕紡織品印染加工對(duì)環(huán)境造成的不利影響。當(dāng)纖維的散射反射光比較強(qiáng)烈時(shí)，纖維光澤顯得明亮、柔和，尤其是來(lái)自纖維內(nèi)部的散射反射光線較多時(shí)，由于色散和衍射效應(yīng)，能夠形成絢麗、優(yōu)雅的光澤感。表24 長(zhǎng)絨棉和粗絨棉的主要品質(zhì)特性指標(biāo)品種纖維長(zhǎng)度(m)線密度(dtex)斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)斷裂伸長(zhǎng)(%)適紡線密度(tex)細(xì)絨棉23～33～～6～1110～100長(zhǎng)絨棉33～39～～6～1110以下粗絨棉15～23～～6～1128以下棉纖維的組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)棉纖維的橫截面呈扁平或腰圓形，內(nèi)有中腔，部分棉纖維是中腔閉合的中空纖維；面纖維的縱向有天然轉(zhuǎn)曲，轉(zhuǎn)曲的方向沿纖維軸有時(shí)左旋，有時(shí)右旋，這種天然轉(zhuǎn)曲是在棉纖維生長(zhǎng)過(guò)程中自然形成的（圖24）。棉纖維長(zhǎng)度檢驗(yàn)有手扯法和儀器檢測(cè)法兩種，業(yè)務(wù)檢驗(yàn)一般使用手扯法，工藝試驗(yàn)多采用儀器檢測(cè)法，也可以用排圖法測(cè)量棉釬維長(zhǎng)度。棉纖維的含水率原棉所含水分多少習(xí)慣上用含水率表示。檢驗(yàn)原棉雜質(zhì)時(shí)，首先用原棉雜質(zhì)分析機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行處理，將雜質(zhì)分出，然后通過(guò)稱重計(jì)算含雜率。二、毛纖維毛纖維是生產(chǎn)高檔紡織品的纖維原料，紡織上使用最多的是羊毛(綿羊毛)，山羊絨、綿羊絨、馬海毛、牦牛毛、兔毛、駱駝毛等用量較少。羊毛是由許多細(xì)胞聚集構(gòu)成，從徑向看，可分成三個(gè)組成部分：包覆在毛干外部的鱗片層；組成羊毛實(shí)體主要部分的皮質(zhì)層；由毛干中心不透明的毛髓組成的髓質(zhì)層。羊毛長(zhǎng)度與羊的品種、年齡、性別、飼養(yǎng)條件、纖維生長(zhǎng)部位、剪毛次數(shù)和季節(jié)等因素有關(guān)，羊毛纖維長(zhǎng)度范圍很廣。通常，細(xì)羊毛的卷曲比較明顯，有10～13個(gè)／cm卷曲數(shù)；粗羊毛的卷曲特性較差，／cm。腔毛是指連續(xù)空腔長(zhǎng)度在50μm以上，腔寬的一處等于或超過(guò)纖維直徑I／3的羊毛纖維。山羊絨很細(xì)，無(wú)毛髓，平均長(zhǎng)度較短，僅有3545 mm，纖維具有不規(guī)則的稀而深的卷曲，纖維的伸直長(zhǎng)度可達(dá)自然長(zhǎng)度的3倍左右，因此純羊絨紡紗的技術(shù)要求很高。兔毛紡織生產(chǎn)中使用的主要是安哥拉兔毛。牦牛毛和牦牛絨牦牛是產(chǎn)于我國(guó)青藏高原及毗鄰地區(qū)高寒草原的特有牛種，從牦牛身上可以獲取細(xì)而短的絨毛和粗而長(zhǎng)的粗毛。桑蠶絲和柞蠶絲作為長(zhǎng)絲紗，主要用于長(zhǎng)絲類(lèi)絲綢產(chǎn)品的生產(chǎn)。絲膠結(jié)構(gòu)比絲素疏松，因此抵抗酸、堿和酶的水解能力比絲素弱，且水解程度也較為劇烈。繭絲線密度及線密度變異系數(shù)對(duì)繅絲、絹紡工藝的影響很大。絲纖維相互摩擦?xí)a(chǎn)生一種悅耳的聲覺(jué)效應(yīng)，被稱為“絲鳴”。苧麻纖維較粗，～，因此在苧麻織物服用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)刺癢問(wèn)題。亞麻單纖維比苧麻細(xì)，所以亞麻織物服用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)刺癢問(wèn)題。～ cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)10～30%，～，～，～。與粘膠纖維相比，醋酯纖維強(qiáng)度低，吸濕性差，染色性也較差，但在手感、彈性、光澤和保暖性方面的性能優(yōu)于粘膠纖維，一定程度上有蠶絲的效應(yīng)。20世紀(jì)末終于開(kāi)發(fā)出了新的溶劑法纖維素纖維紡絲新技術(shù)，滿足生態(tài)環(huán)保的要求。在紡織纖維中是較輕的。表26 錦綸纖維的力學(xué)性能纖維名稱強(qiáng)度（cN/dtex）伸長(zhǎng)度（%）干濕強(qiáng)度比（%）初始模量（cN/dtex）錦綸6普通絲28428090錦綸6強(qiáng)力絲16258090錦綸66普通絲25408090錦綸66強(qiáng)力絲16258090錦綸66短纖維384280908,錦綸纖維的用途很廣，長(zhǎng)絲可以做襪子、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衫、滑雪衫、雨衣等，短纖維與棉、毛及粘膠混紡后，使混紡織物具有良好的耐磨性和強(qiáng)度。如表22所示，滌綸的強(qiáng)度較高、模量也高、彈性恢復(fù)率大。高強(qiáng)度滌綸可用作輪胎簾子線、運(yùn)輸帶、消防水管、纜繩、魚(yú)網(wǎng)等，也可作電絕緣材料、耐酸過(guò)濾布和造紙毛毯等。腈綸纖維僅少量為長(zhǎng)絲，絕大多數(shù)是短纖維。腈綸纖維主要用作毛線、針織物(純紡或羊毛緄紡)和機(jī)織物，特別適于室內(nèi)裝飾物。維綸纖維的吸濕性較好，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，%～5%，在常用的合成纖維中吸濕性占首位。一般情況，丙綸纖維的強(qiáng)度較高，～，～。主要用作地毯(地毯底布和絨面)、裝飾布、家具布、各種繩索、條帶、魚(yú)網(wǎng)、吸油氈、建筑增強(qiáng)材料、包裝材料和工業(yè)用布。氯綸纖維常用于制做防燃沙發(fā)布、床墊布和其他室內(nèi)裝飾用布、耐化學(xué)藥劑的工作服、過(guò)濾布、針織品以及保溫絮棉襯料等。在外力作用下，大分子的適應(yīng)性很強(qiáng)，長(zhǎng)度也有相當(dāng)大的伸展余地，使纖維具有很大伸長(zhǎng)和相當(dāng)高的彈性回復(fù)率，在硬鏈段中含有極性基團(tuán)，分子間因氫鍵作用而形成“區(qū)域”結(jié)構(gòu)或結(jié)晶，使纖維具有一定的強(qiáng)度。（一）陽(yáng)離子染料可染滌綸纖維（ECDP）在常規(guī)滌綸二元單體的基礎(chǔ)上增加少量5間苯二甲酸二甲酯磺酸鈉（SIPM）作為第三單體，再增加少量一定分子量的聚乙二醇作為第四單體，通過(guò)縮聚方式聚合，并經(jīng)熔融紡絲所制得的滌綸新品種，就是陽(yáng)離子染料可染滌綸纖維，也稱為ECDP纖維。二、高功能纖維高功能纖維可分為四類(lèi)：① 物理功能：如導(dǎo)電性、抗靜電性、高絕緣性、電磁屏蔽性、耐高溫性、絕熱性、防火阻燃性、耐光耐候性、防紫外性等。日本帝人公司在06年用海島纖維紡絲技術(shù)制備出截面直徑為85納米的滌綸長(zhǎng)絲納米纖維。（三）抗菌防臭纖維抗菌防臭纖維一般可通過(guò)把抗菌劑與成纖聚合物共混紡絲，或?qū)⒖咕鷦┙又Φ嚼w維上，或采用皮芯結(jié)構(gòu)將抗菌劑摻到芯層，或在并列型復(fù)合結(jié)構(gòu)中把抗菌劑摻到其中一個(gè)并列組分內(nèi)等方法制成。紫外線（UV）可導(dǎo)致皮膚老化變黑生斑，甚至誘發(fā)皮膚癌變，抗紫外纖維便應(yīng)運(yùn)而生。目前英國(guó)、美國(guó)、奧地利、德國(guó)都已實(shí)現(xiàn)工