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1、第一章 纤维的分类及发展 第一节第一节 纤维及其分类纤维及其分类 一、纤维定义与要求 1.纤维 指长宽比在103数量级以上、粗细为几微米到上百微米 的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。 传统纤维：直径为几微米到上百微米的纤维 纳米纤维：直径在纳米尺度（1-100纳米）的纤维 （纳米复合纤维：含有纳米颗粒的改性纤维） 2. 纺织纤维应具备的基本性能 l 一定的长度和长度整齐度； l 一定的细度和细度均匀度； l 一定的强度和模量； l 一定的延伸性和弹性； l 一定的抱合力和摩擦力； l 一定的吸湿性和染色性； l 一定的化学稳定性。 l对于特殊用途的纺织纤维还应具备一些特 殊的要求，如阻燃、抗
2、菌等。 二、纤维的分类与命名 1按来源分： 天然纤维(natural fiber) 化学纤维(manufactured fiber） 2其他分类 表1-1 主要天然纤维的来源分类与名称 分类类定义义组组成物质质纤维纤维 来源 植物 纤维纤维 取自于植物种 子、茎、韧韧皮、 叶或果实实上获获得 的纤维纤维 主要组组成物质为质为 纤纤 维维素，并含有少量 木质质素、半纤维纤维 素 等，含量比随纤维纤维 的不同而不同 种子纤维纤维 ：取自植物种子表面的单细单细 胞纤维纤维 ，如 棉及彩色棉和转转基因棉等纤维纤维 ；韧韧皮纤维纤维 ：取自 植物韧韧皮中的纤维纤维 ，如苎苎麻、亚亚麻、大麻、黄麻、 红红
3、麻、罗罗布麻、苘苘麻等；叶纤维纤维 ：取自植物叶子 的纤维纤维 ，如剑剑麻、蕉麻、菠萝萝叶纤维纤维 、香蕉茎纤维纤维 等；果实纤维实纤维 ：取自植物果实实的纤维纤维 ，如木棉、 椰子纤维纤维 ；竹纤维纤维 ：取自竹类类茎杆的纤维纤维 ，如竹 子纤维纤维 。 动动物 纤维纤维 取自于动动物的毛 发发或分泌液的纤纤 维维 主要组组成物质为质为 蛋 白质质，但蛋白质质的 化学组组成有较较大差 异 毛纤维纤维 ：取自动动物的毛发发，由角蛋白组组成的多细细 胞结结构的纤维纤维 ，如绵绵羊毛、山羊毛、骆驼骆驼 毛、驼驼羊 毛、兔毛、牦牦牛毛、马马海毛、羽绒绒、野生骆马骆马 毛、 变变性羊毛、细细化羊毛等；
4、丝纤维丝纤维 ：指由昆虫的丝丝 腺分泌物形成的纤维纤维 ，如桑蚕丝丝、柞蚕丝丝、蓖麻蚕 丝丝、木署蚕丝丝、天蚕丝丝、樗蚕丝丝、柳蚕丝丝、蜘蛛丝丝 等。 矿矿物 纤维纤维 从纤维纤维 状结结构的 矿矿物岩石获获得的 纤维纤维 二氧化硅、氧化铝铝 、氧化铁铁、氧化镁镁 等 各类类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹纹石棉等 表1-2 化学纤维的分类及名称 分类类 定义义纤维纤维 再生 纤纤 维维 以天然高聚物为为原 料制成浆浆液其化学 组组成基本不变变并高 纯净纯净 化后制成的纤纤 维维 再生纤维纤维 素纤纤推：指用木材、棉短绒绒、蔗渣、麻、竹类类、海藻等 天然纤维纤维 素物质质制成的纤维纤维 ，如粘胶纤
5、维纤维 、Modal纤维纤维 、铜铜氨纤维纤维 、竹浆纤维浆纤维 、醋酯纤维酯纤维 、Lyocell纤维纤维 、富强纤维纤维 等；再生蛋白 质纤维质纤维 ：指用酪素、大豆、花生、毛发类发类 、丝丝素、丝丝胶等天然蛋白 质质制成的，绝绝大部分组组成仍为为蛋白质质的纤维纤维 ，如酪素纤维纤维 、大豆纤纤 维维、花生纤维纤维 、再生角朊纤维朊纤维 、再生丝丝素纤维纤维 等；再生淀粉纤纤 维维：指用玉米、谷类类淀粉物质质制取的纤维纤维 ，如聚乳酸纤维纤维 （PLA） ；再生合成纤维纤维 ：指用废废弃的合成纤维纤维 原料熔融或溶解再加工成 的纤维纤维 。 合成 纤纤 维维 以石油、煤、天燃 气及一些农农
6、副产产品 为为原料制成单单体， 经经化学合成为为高聚 物，纺纺制的纤维纤维 涤纶涤纶 ：指大分子链链中的各链节链节 通过酯过酯 基相连连的成纤纤聚合物纺纺制的 合成纤维纤维 ；锦纶锦纶 ：指其分子主链链由酰酰胺键连键连 接起来的一类类合成纤纤 维维；腈纶腈纶 ：通常指含丙烯腈烯腈 在85%以上的丙烯腈烯腈 共聚物或均聚物 纤维纤维 ；丙纶纶：分子组组成为为聚丙烯烯的合成纤维纤维 ；维纶维纶 ：聚乙烯烯 醇在后加工中经缩经缩 甲醛处醛处 理所得的纤维纤维 ；氯纶氯纶 ：分子组组成为为聚 氯氯乙烯烯的合成纤维纤维 ；其他的还还有乙纶纶、氨纶纶、乙氯纶氯纶 及混合高聚 物纤维纤维 等。 无机 纤纤
7、维维 以天然无机物或含 碳高聚物纤维为纤维为 原 料，经经人工抽丝丝或 直接炭化制成的无 机纤维纤维 玻璃纤维纤维 ：以玻璃为为原料，拉丝丝成形的纤维纤维 ；金属纤维纤维 ：以金 属物质质制成的纤维纤维 ，包括外涂塑料的金属纤维纤维 、外涂金属的高聚物 纤维纤维 以及包覆金属的芯线线；陶瓷纤维纤维 ：以陶瓷类类物质质制得的纤维纤维 。如氧化铝纤维铝纤维 ，碳化硅纤维纤维 、多晶氧化物；碳纤维纤维 ：是指以高 聚物合成纤维为纤维为 原料经经碳化加工制取的，纤维纤维 化学组组成中碳元素占 总质总质 量90%以上的纤维纤维 ，是无机化的高聚物纤维纤维 。 2其他分类 （1）按纤维的外观形态分类 按长
8、度分：棉型、毛型、中长型、丝型； 按截面形态分：普通圆形、中空和异形纤维； 按组分分布分：环状或皮芯等复合纤维； 按卷曲状态分：高卷曲、低卷曲、异卷曲、无卷曲等； （2）按纤维的性能和功能分类 差别化纤维：在原来纤维组成的基础上，通过物或化学改性处 理，使纤维性状获得一定程度改善的纤维 高性能纤维：具有高强、高模量、耐高温或耐化学作用 功能或智能纤维：具有特殊功能，甚至具有智能或自适应作用 （3）按加工方式分 天然纤维：不同初加工和改性的纤维，如丝光棉、精干麻、 洗净毛、拉细羊毛和生丝等； 化学纤维：高速纺丝、牵伸丝（DTY）、预取向丝（POY）或 全取向丝（FOY)、变形丝等； （4）按纤维
9、资源状态（一般指天然纤维） 大宗纤维：棉花、绵羊毛、麻类纤维和桑蚕丝等； 特种纤维：产量稀少、经济和应用价值高的天然纤维，一般 为动物类纤维，如极细羊毛、山羊绒、牦牛绒、蜘蛛丝等。 第二节第二节 各类常用纤维简介各类常用纤维简介 一、天然纤维素纤维 1棉纤维 (1) 棉纤维的组成与特性 截面呈腰圆形，带中腔结构;纵向呈 扁平带状，有天然转曲。 棉纤维长于棉籽上，是由棉籽表皮 细胞先伸长后加厚而成的，一个细胞 长成一根纤维。 （a）棉纤维的组成 表皮初生层：果胶和蜡质，含量随纤维产地和品种而不同 ； 主体层（次生层）：基本成分为纤维素94-95和其他 物质5-6； 中腔内层：微量的色素、灰分和蛋
10、白质。 （b）棉纤维的特性 优点：细长柔软，吸湿性好，耐强碱，耐有机溶剂，耐 漂白剂以及隔热耐热； 缺点：弹性和弹性恢复性较差，不耐强无机酸、易发霉 、易燃。 按品种分：细绒棉 、长绒棉 、粗绒棉 (陆地棉) (海岛棉) (亚洲棉) (2) 棉纤维的分类 长绒棉细绒棉粗绒棉 图1-1 不同来源（品种）棉纤维的截面示意图 按棉纤维的成熟度分：成熟棉、未成熟棉、完全 未成熟棉、过成熟棉、完全成熟棉。 棉纤维的成熟度：即棉纤维胞壁的增厚程度。 （除纤维长度外，棉纤维的强度、模量、色泽、抗弯和弹 性、转曲程度都与成熟度有关） 未成熟 成熟 过成熟 实际形状 图1-2 棉纤维成熟度的理论几何图示 成熟度
11、系数： 纤维种类成熟度系数 细绒棉1.5-2.0 长绒棉1.7-2.5 一般纺纱用棉1.7-1.8 理想的纺纱用棉2.0左右 未成熟棉2.0 死纤维600）无机物 定义：主要是指高强、高模、耐高温和耐化学作 用的纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维 。 1对位芳纶（芳纶1414）和间位芳纶（芳纶1313） 芳纶1414强度高、模量高、密度小、柔性好，化 学稳定性好，除无机强酸、强碱外，能耐多种酸 、碱及有机溶剂的侵蚀； 芳纶1313耐热性能好，阻燃性好，能耐大多数酸 的作用，除不能与强碱长期接触外，对碱的稳定 性也很好；还具有良好的抗辐射性能。 表1-10 几种高性能纤维的物理指标 纤维纤维
12、 名称 密度 g/cm3 强度 cN/dtex 模量 cN/dtex GPa 伸长长率 Tm oC Tg oC Ts oC Td oC LOI 回潮率 Kevlar291.4420.34903.6-250550303.9 Kevlar491.4520.87802.4-250550304.5 Kevlar1291.4423.97003.3-250550303.9 Nomex1.464.857535-22041528-324.5 Twaron 10001.4419.84953.6-250550294.5 Twaron 20001.4423.06403.3-250550294.5 Technora1
13、.39225004.4-500253.9 Terlon1.4623.07732.8-35022047027-3023 PBO AS1.544213003.5-360650682.0 PBO HM1.564220002.5-650680.6 PBI1.42.42828.5-2505504115 Dyneema SK600.97289103.5144-80-200 Dyneema SK650.97319703.6-200 Dyneema SK750.973511003.8-200 Spectra 10000.973211003.3155-100-200 Spectra 20000.97341200
14、2.9-200 高模碳纤维纤维1.8312.325600.8-6003700- 高强碳纤维纤维1.7819.113401.4-5003700- E玻纤纤2.587.82804.8-350825- S玻纤纤2.518.53405.2-300800- 钢丝钢丝7.854.026511.2-1600- 图1- 8芳纶纤维的应用领域示意图 2PBO纤维 PBO是聚P亚苯丙二噁唑，简称聚苯丙噁唑。 耐燃性好；热稳定性比芳纶1313更高；抗蠕变、 耐化学和耐磨性能非常好；耐压缩破坏性能好； 耐光或耐光热复合作用的性能较差。 3PEEK纤维 PEEK统称为聚醚酮醚，是半结晶的芳香族热塑 性聚合物，属聚醚酮类
15、。 温度（） PEEK芳纶1313涤纶 10010010090 1501001000 200100900 2509500 30080降解降解 表1-11 PEEK纤维的强度保持率及比较 表1-12 不同物质对PEEK的化学作用 化合物 23100200 醋酸（10%） 碳酸 柠檬酸 甲酸 盐酸（10%） 硝酸 磷酸（50%） 硫酸（40%） 乙醇 乙二醇 丙酮 甲醛 氨水 氢氧化钠（50%） CO（气） 氯化铁 硫化氢（气） 碘 臭氧 二甲基甲酸胺 吡啶 二甲基亚砜（DMSO） 二苯砜（DPS） 4聚四氟乙烯纤维 表1-13 聚四氟乙烯纤维的基本特征值 纤维 TeflonPTFEPTFE 制造
16、商DupontLenzingAlbany 强度/cNdtex-11.40.81.31.3 断裂伸长率/%202550 熔融温度/347327375 软化温度/17720093 最高使用温度/290280260 极限氧指数/O2989898 是已知的最为稳定的耐化学作用和耐热的纤维材料 。 5碳纤维 图1-9 常用碳纤维的力学特征值范围 是指纤维化学组成中碳元素占总质量90以上的纤维 。 第三节第三节 纤维的加工纤维的加工 一、天然纤维的初加工 指有效提取纤维的加工/去除非纤维类物质的加工 1. 棉的初加工 将纤维与棉籽分离的加工，也称轧棉、轧花。所得纤维 称为皮棉或原棉。 锯齿轧棉皮辊轧棉 图1-10 皮辊
