纺织纤维知识
摘要
一、纺织纤维的分类 天然纤维：植物纤维、动物纤维、矿物纤维 化学纤维：人造纤维、合成纤维、无机纤维 二、纺织纤维内部结构的基本概念 1、分子结构：高聚物、基本链节、聚合度、柔曲性 2、超分子结构：结晶度、取向度 3、形态结构：纤维表面状态 三、纤维素纤维的结构和性能 棉、麻、粘胶等的结构和性能 四、蛋白质纤维的结构和性能 羊毛、蚕丝性能的异同，羊毛的特性所具有的性质 五、合成纤维的结构及性能 涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶的学名、特点 六、改性纤维： 化学改性：接枝、共聚、化学后处理 物理改性：异形纤维、复合纤维、变形纤维 第一节 纺织纤维的分类 制作服装原料的品种很多，但用量最多的是各种纤维原料。纤维的种类很多，但并不是所有的纤维都可以作为服装材料，只有符合下列条件的纤维，才能作为服装用原料。 1）必须有一定长度，一般长度须在几十毫米以上； 2）必须有一定的强度、可性，如物理机械性能（各种强度、延伸性、弹性、可塑性、吸湿性、导热性、导电性、耐磨性、耐光性等）； 3）必须有一定的化学稳定性，耐热、光、大气、化学品、微生物等； 4）纤维的粗细应该在一定的范围内； 5）必须具有一定的服用性及包缠性，如可加工性、染色性、表面摩擦性、可溶、熔融性等 纤维原料可直接做成添絮料，而更多的是通过纺纱、织布制成各种面料、辅料等。 纺织纤维种类繁多，可分为天然纤维和化学纤维两大类： 一、天然纤维 凡是自然界原有的或经人工培植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纺织纤维。 一）植物纤维：主要组成物质是纤维素，又称为天然纤维素纤维。根据在植物上成长的部位的不同，分为种子纤维、叶纤维和茎纤维。 1）种子纤维：棉、木棉等； 2）叶纤维：剑麻、蕉麻等； 3）茎纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄麻等。 二）动物纤维：主要组成物质是蛋白质，又称为天然蛋白质纤维，分为毛和腺分泌物两类。 1）毛发类：绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛等； 2）腺分泌物：桑蚕丝、柞蚕丝等。 三）矿物纤维：主要成分是无机物，又称为天然无机纤维，为无机金属硅酸盐类，如石棉纤维。 二化学纤维 用天然的或人工合成的高分子化合物为原料经化学纺丝而制成的纤维。可分为人造纤维、合成纤维、无机纤维。 一）人造纤维 用纤维素、蛋白质等天然高分子物质为原料，经化学加工、纺丝、后处理而制得的纺织纤维。 用失去纺织加工价值的纤维原料，经人工溶解或熔融再抽丝而制成，其原始的化学结构不变，纤维成分仍分别为纤维素和蛋白质，而形成的物理结构、化学结构变化的衍生物，组成成分为纤维素醋酸酯纤维。 1）再生纤维素纤维：粘胶纤维、富强纤维、铜氨纤维等；（其区别为用烧碱、二氧化硫不同的溶液溶解） 2）纤维素酯纤维：醋酯纤维； 3）再生蛋白质纤维：大豆纤维、花生纤维等。 二）合成纤维 用人工合成的高分子化合物为原料经纺丝加工制得的纤维。 1）普通合成纤维：涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶、氯纶等； 2）特种合成纤维：芳纶、氨纶、碳纤维等。 三）无机纤维：以矿物质为原料制成的纤维，如：玻璃纤维、金属纤维等。 第二节 纤维内部结构的基本概况 任何物质都是又分子堆砌而成，最简单的分子是单原子分子，如金属。纺织纤维除了上述的矿物纤维和无机纤维外，绝大多数都是高分子化合物，即高聚物。要了解防止纤维的化学性能、物理—机械性能，应从高聚物的内部结构取得依据。 高聚物是指有许多大分子（即长链分子、高分子）组成的物质。 与低分子物质相比，高聚物具有分子量高、并具有多分散性，只有固态和液态、没有气态，熔点不明显，难溶乃至不溶，熔液粘度大的特点。 纺织纤维的内部结构包括大分子结构、超分子结构和形态结构这三级结构。 一、纺织纤维的大分子结构 又称为纤维的链结构，为一级结构。 1、纺织纤维大分子的基本特点 高聚物大分子都是由许多相同或相似的原子团彼此以共价键多次反复连接而成，这些相同或相似的原子团称为大分子的基本链节。 如A’—A—A—…—A—A” 等，A即为该大分子的基本链节。 组成高聚物大分子的单基数目称为聚合度。 纺织纤维的聚合度是较大的，特别是天然纤维聚合度更高，如棉纤维近万个，化学纤维为了适应纺丝条件，聚合度较低，如再生纤维素纤维，约为300~500个，合成纤维则是数百个或上千个，因此大分子的分子量是很大的。而在同一根纤维内，各条长链分子的长短形状也都不会完全相同，每条分子中的链节数也不完全一样，通常讲的分子长度是指的平均值。 2、键的内旋转，大分子的柔曲性 大分子链的单键能绕着它相邻的键按照一定的角度旋转，这成为键的内旋转。由于键的内旋转，使大分子可以在空间行程各种不同的分布方式，成为构象，实际上并不存在完全自由的内旋转。 长链分子在一定条件下（外力或热运动）下发生内旋转的难易程度叫大分子的柔曲性。 大分子的内旋转容易则柔曲性好。当大分子住脸上的原子键弹性好，侧基较小且份不均匀、对称、侧基结合力较小时，大分子的柔曲性好。 柔曲性好，纤维易变形、柔软。 3、大分子结构对纤维性质的影响 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤维的耐酸、耐碱、耐光以及染色等化学性质；大分子上亲水基团的多少及强弱影响纤维的吸湿性；氰基的存在，有助于提高耐光性------大气稳定性；卤素侧基的存在，有助于提高难燃性；分子极性的强弱影响纤维的电学性质；大分子聚合度与纤维的力学性质，特别是拉伸性质关系密切。聚合度达到一定数量时，纤维开始具有强力，纤维的强力随着聚合度的增加而增加，这是由于聚合度增加时，大分子之间的结合力增加，当增加到一定的聚合度后，强力趋于不变。一般聚合度分布较均匀，对纤维的强度、耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。 二、纺织纤维的超分子结构 又称为为聚集态结构，为二级结构。 超分子结构，是指出于平衡状态室组成纤维的高聚物大分子相互之间的几何排列。 1、纺织纤维大分子之间的结合 大多数纺织纤维重大分子之间是依*分子引力（范得华力）和氢键结合的，有些纤维还有盐式键和共价键。高举五大分子及和度高，分子之间距离较小，大分子排列的整齐紧密时，大分子间的总的结合量就很大，所以他不可能是气态，只有固态和液态，分子之间作用力是构成各种聚集态的重要基础。 2、结晶度 防止纤维中大分子排列具有较为复杂的结构，纤维中某些区域由于大 分子的侧吸引力使大分子相互整齐稳定地排列具有高度的基和规则性，成为结晶区或有序区。 结晶区中大分子间由于侧吸引力行程许多固定连接点，能够承受较大的外力，受力时变形能力小，坚固稳定。无定形区中由于大分子侧吸引力而形成的固定连接点较少，受力时容易滑移，产生较大的变形。洁净区具有明显的熔点，比重比无定形区大，染色形比无定形区差，水分子容易进入结晶区。 防止纤维内部的结晶区和无定形区相互混杂配置着，结晶部分占整根 纤维的百分比称为结晶度。 棉花的结晶度为65-70%，粘胶纤维35-50%，锦纶30-40%，总之，结晶度细小而均匀为好，结晶度过高，结晶颗粒过大，纤维呈脆性。 3、取向度 又称定向度，为纤维内大分子链主轴与纤维轴的平行程度，大分子与 纤维轴夹角不回事一律的，因此所谓取向度，只具有平均意义，其本身成为一个分布。 三、纤维的形态结构 一般指在电子显微镜下和光学显微镜下直接观察到的部分结构形态。 向台结构对纤维的力学性质、光泽、手感、保暖形、吸湿性、染色形等都由影响。如中空三角纤维具有蚕丝光泽效应，多叶形化纤具有麻的手感，中空纤维的保暖形好等. 第三节 纤维素纤维的结构及性能 服装原料中常用的棉，麻，粘胶纤维的主要组成的物质都是纤维素。在人们日常服用纤维中，天然纤维占55%，棉类占50%，可见用量之大。 一、纤维素纤维的大分子结构 纤维素大分子的基本链节是葡萄糖基。相邻的葡萄糖剩基转过180度，彼此以甙键-O-相连而形成大分子，其链节结构为纤维素甙糖。 葡萄糖剩基的氧六环上有三个羟基—OH，羟基和甙键是纤维素大分子的官能团，他们决定纤维素纤维比较耐碱不耐酸（甙键对酸比较敏感）紫外线会使甙键变弱，发生氧化降解作用，使纤维强力下降。 棉纤维素大分子的平均聚合度为10000左右，麻在10000以上，粘胶纤维约为300左右，富纤大于400。 甙键的存在使大分子具有柔曲性，而氧六环的存在使大分子的柔曲性受到影响，大分子的构象一般认为是直链状，单可以有一定程度的弯曲与扭转，一般纤维素纤维的柔曲性较差，则回弹能力差，耐疲劳性能也差，尤其是低聚合度的粘胶纤维。 二、纤维素纤维的超分子结构和形态结构 1、棉COTTON 棉铃吐絮前，纤维内含有较多水分，经伸长并加厚以后，棉纤维成为不同厚薄的管状细胞。 由于纤维素是以螺旋状原纤形态一层层的淀积，螺旋方向有左旋也有右旋，在一根纤维的长度方向反复改变，因而当棉铃裂开，纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成所谓“天然扭曲”。 棉纤维的横断面有许多同心层组成，目前可区分成六个层次，主要有初生层，次生层和中腔三个部分。 除纤维素外，棉纤维还附着有5%左右的其他物质，称为棉纤维的伴生物，棉纤维的表面含有脂蜡质，俗称棉蜡，棉蜡对棉纤维具有保护作用，是棉纤维具有良好纺纱性能原因之一。但高温时，棉蜡熔融，以至影响纺纱工艺，棉布在染整加工前，必须经过煮练，以除去棉蜡，原棉经脱脂处理，吸湿性明显增加，脱脂棉浸水吸湿可达本身重量繁荣23~24倍（医用棉球棉纱）。 酸对棉的作用比较敏感，酸与纤维素作用时，会形成纤维素的酸根酯，它能溶于酸根溶液，洗脱硫酸，胶状脂凝结，使棉织物呈半透明状。（烂花布生产原理） 丝光整理 利用18~25%的浓碱（NAOH）对棉布进行丝光整理时，控制恰当，可以达到改善纤维性能的目的，可以提高棉纤维的强度，提高吸收染料水分的能力。改善织物的光泽及尺寸稳定性。 这些性能的变化与纤维超分子结构有密切关系，纤维素经碱处理后，碱液能深入到纤维的晶区，部分的克服晶体内的结合力，使晶格产生一定的变化，这种变化虽经水洗仍不能回到原来的状态，从而使超分子结构产生不可逆的变化。丝光处理能部分消除纤维弱点，提高纤维强度的均匀性，丝光处理后纤维的结晶度下降，无顶形区增加，因此吸湿及染色能力均提高。 水洗布 采用特种水洗整理，绳状松式染整，不经过热定型处理，上柔软剂，织物表面有类似棉布水洗后的自然皱纹，手感柔软。 棉花成熟后经收获，扎制去籽后即可使用，色乳白，通常夹带难以除去的棉籽，棉叶等细屑，黑点，手感柔软，即使是同一品种的棉花，每根纤维的长度也各不相同，约为10mm~40mm，因棉纤维很细（大约60~80根集在一起平行排列起来才达1mm），而且柔软，所以棉织物表面的毛羽，对人的皮肤无不舒适的感觉。 2、麻 苎麻（RAMIE，RAMEE），亚麻（INEN） 苎麻和亚麻植物可作夏季服装的面料和装饰用布，是抽绣工艺品台布，餐巾，窗帘等理想材料。 苎麻，洋麻，大麻等纤维较粗，适宜做包装用布，麻袋，麻绳。 1）苎麻 苎麻原产中国，有中国草之称，主要在长江流域一带，四川，湖南，湖北三省栽种最多。苎麻纤维呈圆筒状或扁平带状，没有明显转曲，纤维表面有时平滑，有时有明显条纹，横切片为椭圆形或扁平形。长度120~250mm。 麻皮自茎剥下后，先刮去青皮，经晒干成丝状或片状原麻，及商品苎麻。由于苎麻存在断裂伸长小，硬，脆，弹性差，织物不耐磨，易褶皱，吸色性等特点。这是因为其纤维大分子的聚合度，结晶度和取向度都很高，因而近年来对苎麻纤维进行改性处理，如用碱—尿素改性的苎麻，其结晶度，取向度减小，强度降低，伸长率提高，吸湿散湿性比改性前更强，从而改善了可纺性，提高了纤维的服用性能。 苎麻纤维具有很高的强度，在天然纤维中居于首位，是棉的8~9倍。 2）亚麻 我国种植亚麻主要是黑龙江和吉林省。亚麻纵向中端粗两头细，横截面呈多角形，一根单纤维为一个单细胞，平均长25~36mm。 从亚麻茎中获取纤维的方法称为脱胶，浸麻或沤麻，亚麻茎细，木质不甚发达，从韧皮部分取得纤维不能采用一般的剥制方法，亚麻脱胶的方法很多，主要是要破坏麻茎中的粘贴物质，如果胶等，使韧皮层中的纤维素物质与同围组织分开，以获得有用的纺织纤维。 一般方法有： 雨露浸渍法或冷水浸渍法，冷水浸渍法指放在池塘河泊中7~25天，采用细菌，水分解来完成。 麻纤维手感较硬，因而织物表面的毛羽较为粗糙，人的皮肤与之接触后有不适之感，放麻织物不宜作内衣类服装面料。 3、粘胶BONDEDFABRIC（人造棉artificiacotton） 粘胶纤维是以天然纤维为基本原料，经纤维素黄酸脂溶液仿制而成的再生纤维素纤维。 1891年（cross）克罗斯（Bevan）贝文和（Beade）比德等首先制成纤维素黄酸钠溶液，因沾性大，称为粘胶。 普通粘胶纤维的横截面，外缘具有不规则的锯齿形。粘胶纤维皮芯结构。生产工艺上控制可生产出具有全皮层的粘胶强力纤维及全芯层的富强纤维。 粘胶的微原纤和原纤排列没有棉整齐。缝隙空洞较多，取向度，结晶度低，因而吸湿性大于棉。 普通粘胶纤维织物的缺陷是牢度较差，特别是下水后膨胀发硬经不起剧烈揉搓，织物缩水率较高，弹性和耐磨性较差。服装穿着后易变形。近年来发展的高湿模量粘胶纤维具有高强度，低湿度，高湿模量和高耐碱性的特点，抗皱性和形态稳定性等方面更近与优质棉。 一般天然纤维素纤维的湿态强度都比干态时有所提高，这主要是因为天然纤维的聚合度高，其大分子间的缠结严重，使处于通常情况下的纤维具有一定的内应力，一旦吸湿膨胀，大分子获得了某种松弛，使应力趋于消失，纤维强度呈现增大，纤维素纤维的湿态断裂伸长也增加。而产生纤维素纤维（粘胶）的湿强仅为干强的40~50%，湿强比干强大幅度下降，是因为粘胶纤维聚合度降低（仅为300）。大分子链短，由于湿后的润帐效应，使取向度降低，而使湿强有明显下降。 粘胶纤维的发展，从下列因素考虑，具有长远的发展前途。 1）粘胶纤维的发展，有无限的原料基础，它的基本原料——纤维素贮备量很大，并有巨大恢复量，大自然每年同化着以兆亿吨计的碳。将其变成含有纤维素纤维的各种植物资源。而合成纤维主要是由不同地质时期形成的原料，石油，煤，天然气等来生产的，这些后料贮备量大，但消耗却难以回复。从原料上看，纤维素的资源是无限的。 2）粘胶纤维具有一系列可贵的物理——机械性能等符合卫生要求的性质。粘胶纤维最大的特点是与天然纤维——棉的某些性能相类似，如吸湿好，易染色，抗静电，较易纺织加工，制成织物花色鲜艳，穿着舒适，而它的纤度及长度，又可按照用途要求而调节，这一点又优于棉，很明显。粘胶纤维这些特点，正是合成纤维的不足。尤其是吸湿性及透气性方面。至今没有一种合成纤维能与之相比美。合成纤维与中长粘胶纤维相比，具有优良的仿毛特性。 |
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