第一章纤维的分类与发展(1)

1第一章纤维的分类及发展纤维是纺织材料的基本单元。第一节纤维及其分类一、纤维定义与要求纤维通常是指长宽比在103倍以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体。由于纤维大都用来制造纺织品，故又称纺织纤维。纤维不仅可以纺织加工，而且可以作为填充料、增强基体，或直接形成多孔材料，或组合构成刚性或柔性复合材料。作为纺织纤维必须具有一定的物理、化学和生理性质，以满足工艺加工和人类使用时的要求。二、纤维的分类与命名1．天然纤维表1-1主要天然纤维的来源分类与名称分类定义组成物质纤维来源植物纤维取自于植物种子、茎、韧皮、叶或果实上获得的纤维主要组成物质为纤维素①种子纤维：棉；②韧皮纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻、苘麻等；③叶纤维：剑麻、蕉麻、菠萝叶纤维、香蕉茎纤维等；④果实纤维：木棉、椰子纤维；⑤竹纤维：竹子纤维。动物纤维取自于动物的毛发或分泌液的纤维主要组成物质为蛋白质①毛纤维：绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、牦牛毛、马海毛、羽绒、野生骆马毛、变性羊毛、细化羊毛等；②丝纤维：桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署蚕丝、天蚕丝、樗蚕丝、柳蚕丝、蜘蛛丝等。矿物纤维从纤维状结构的矿物岩石获得的纤维二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁等各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等2．化学纤维凡用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体统称为化学纤维。其最为主要的特征是在人工条件下完成溶液或熔体→纺丝→纤维的过程。2表1-2化学纤维的分类及名称分类定义纤维再生纤维以天然高聚物为原料制成浆液其化学组成基本不变并高纯净化后制成的纤维①再生纤维素纤推：指用木材、棉短绒、蔗渣、麻、竹类、海藻等天然纤维素物质制成的纤维，如粘胶纤维、Modal纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、醋酯纤维、Lyocell纤维、富强纤维等；②再生蛋白质纤维：指用酪素、大豆、花生、毛发类、丝素、丝胶等天然蛋白质制成的，绝大部分组成仍为蛋白质的纤维，如酪素纤维、大豆纤维、花生纤维、再生角朊纤维、再生丝素纤维等；③再生淀粉纤维：指用玉米、谷类淀粉物质制取的纤维，如聚乳酸纤维（PLA）；④再生合成纤维：指用废弃的合成纤维原料熔融或溶解再加工成的纤维。合成纤维以石油、煤、天燃气及一些农副产品为原料制成单体，经化学合成为高聚物，纺制的纤维①涤纶：指大分子链中的各链节通过酯基相连的成纤聚合物纺制的合成纤维；②锦纶：指其分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维；③腈纶：通常指含丙烯腈在85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维；④丙纶：分子组成为聚丙烯的合成纤维；⑤维纶：聚乙烯醇在后加工中经缩甲醛处理所得的纤维；⑥氯纶：分子组成为聚氯乙烯的合成纤维；⑦其他的还有乙纶、氨纶、乙氯纶及混合高聚物纤维等。无机纤维以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接炭化制成的无机纤维①玻璃纤维：以玻璃为原料，拉丝成形的纤维；②金属纤维：以金属物质制成的纤维，包括外涂塑料的金属纤维、外涂金属的高聚物纤维以及包覆金属的芯线；③陶瓷纤维：以陶瓷类物质制得的纤维。如氧化铝纤维，碳化硅纤维、多晶氧化物；④碳纤维：是指以高聚物合成纤维为原料经碳化加工制取的，纤维化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维，是无机化的高聚物纤维。3．其他分类对长度与细度有棉型（38~51mm）、毛型（64~114mm）、丝型（长丝）、中长型（51~76mm）、超细型（0.9dtex）之分。对截面形态有普通圆形、中空和异形纤维以及环状或皮芯纤维。对卷曲有高卷曲、低卷曲、异卷曲、无卷曲之分。差别化纤维；高性能纤维；功能或智能纤维。按加工方式对天然纤维有不同初加工和改性的纤维。化学纤维有高速纺丝、牵伸丝（DTY）、预或全取向丝（POY或FOY）、变形丝等。按纤维资源状态可分为大宗纤维和特种纤维。第二节各类常用纤维简介一、天然纤维素纤维1．棉（1）棉纤维的组成与特征棉纤维长于棉籽上，先生长变长（增长期），后沉积变厚至成熟（加厚期）的单细胞物质。棉纤维为多层状带中腔结构，稍端尖而封闭，中段较粗，尾端稍细而敞口，呈扁平带状，有天然的扭转，称“转曲”。截面常态腰圆形，中腔呈干瘪状。（2）棉的分类陆地棉。海岛棉。粗绒棉。3长绒棉细绒棉粗绒棉图1-1不同来源棉种纤维的截面示意图按棉纤维的成熟度，即纤维胞壁的增厚的程度，可分为成熟棉、未成熟棉、完全未成熟纤维（死纤维）和过成熟棉及完全成熟棉。δDPPPP按棉花色泽可分为白棉、黄棉和灰棉。按初加工方法可分为锯齿棉和皮辊棉。棉纤维的其它变化品种和近亲有彩色棉、转基因棉、木棉。彩色棉是指天然生长的非白色棉花。天然彩色棉的培育和应用在发展。已培植出棕、绿、红、黄、兰、紫、灰等多个色泽品系，但色调偏深、暗。目前彩色棉一般采用与白棉的混纺加工，以增加色泽、鲜艳度和可纺织加工性。转基因棉是借助转基因技术得到的棉花新品种。将转基因、分子标记等生物技术应用在棉花育种和生产中，目的在于提高棉花的产量、质量和抗病虫害能力。（3）木棉木棉纤维是单细胞纤维，属果实纤维。纤维长8~32mm，直径约15~45μm，为表面光滑、无转曲，截面为大中腔、圆形的管状物。中腔的中空率达80~90％，见图1-3(b)。图1-3木棉纤维果实及纤维形态图2．麻麻的大类分类十分简单，以纤维所在的植物部位分类，如韧皮纤维和叶纤维等。（1）组成与性质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（a）开裂木棉果实（b）纤维表面4表1-3部分麻纤维的化学组成名称纤维素（%）半纤维素（%）果胶（%）木质素（%）其它（%）单纤维细度（µm）单纤维长度(mm)苎麻65~7514~164~50.8~1.56.5~1430~4020~250亚麻70~8012~151.4~5.72.5~55.5~912~1717~25黄麻57~6014~171.0~1.210~131.4~3.515~181.5~5红麻52~5815~181.1~1.311~191.5~318~272~6大麻67~785.5~16.10.8~2.52.9~3.35.415~1715~25罗布麻40.8215.4613.2812.1422.117~2320~25（2）苎麻苎麻为中国原产地麻纤维，称为“中国草”，也称白苎、绿苎、线麻和紫麻，为多年生宿根植物。苎麻单纤维较长，可单纤维纺纱。（3）亚麻亚麻也称鸦麻、胡麻，分纤用、油用、纤油两用三类，均为一年生草本植物，我国主要产地在黑龙江。“打成麻”，其截面中约有10~20根单纤维的工艺纤维。（4）黄麻与红麻黄麻为一年生草本植物，生长于亚热带和热带。黄麻纤维单根短，必须采用工艺纤维纺纱。黄麻纤维吸湿后表面仍保持干燥，但吸湿膨胀大并放热。红麻又称槿麻或洋麻，习性及生长与黄麻十分相近。红麻的单细胞纤维亦很短，截面为多角形或近椭圆形，中腔较大。黄麻和红麻纤维的种植与生长容易且高产，但纤维的柔软化和细化是其质量、经济价值提升的关键。否则只能是低档的包装、地毯底布，或混纺纤维制品的原料。（5）大麻大麻又称火麻、汉麻。生长和放置中极少虫害，十分奇特。大麻单纤维表面粗糙，有纵向缝隙和孔洞及横向枝节，无天然转曲。大麻横截面有多种形态，如三角形、长圆形、腰圆形等，且形状不规则。大麻单纤维的细度和长度与亚麻相当，需工艺纤维纺纱。（6）罗布麻罗布麻又称野麻、茶叶花，是一种野生植物纤维。由于它适宜在盐碱、沙漠等恶劣的环境中生长。因纤维较短粗，还是需工艺纤维纺纱，主要用于服用纺织品。3．叶纤维（1）剑麻剑麻纤维取自于剑麻叶，主要在热带地区种植。（2）焦麻焦麻也是多年生热带草本植物，主要为菲律宾的马尼拉麻。54．竹纤维竹纤维是利用机械方法来粉碎、分离，并配以物理化学方法剔除竹中的木质素、竹粉、果胶等物质，制取竹纤维，是原生纤维物质。竹纤维本身也主要为纤维素物质，因此可以制成竹浆粕，制造粘胶类纤维。这同棉浆、木浆粘胶是一样的，已不再具有原天然纤维的结构特征，甚至某些组成成分特征。二、天然蛋白质纤维毛是指主体支撑的毛发较长和粗硬，绒是簇生的纤维较短和细软。1．绵羊毛纺织用毛纤维最主要的是绵羊毛，通常称作羊毛，或者称毛纤维。（1）构成与特征羊毛为角蛋白物质，分为高硫角蛋白、存在于羊毛的无序和基质部分；低硫角蛋白，存在于原纤有序结构中，为典型的α螺旋角蛋白分子。羊毛截面为圆形或椭圆形，外向内分为鳞片层、皮质层和髓质层。（2）基本分类绵羊毛按细度和长度可分为超细毛、细毛（18~27μm，长12cm）、半细毛（25~37μm，长15cm）、粗毛（20~70μm，为异质毛）和长毛（36μm，长15~30cm）。按羊种品系可分为改良毛与土种毛两大类。按羊毛的分级可分为支数毛和级数毛。按羊毛质地均匀性分有同质毛和异质毛。按颜色分为本色毛和彩色羊毛。2．特种动物纤维（1）山羊绒山羊绒是山羊的绒毛，通过抓、梳获得，称抓毛。山羊绒又叫“开士米”或克什米尔（Cashmere）。山羊绒颜色有白、紫、青色，我国紫色较多。山羊绒无髓质，强伸性、弹性都优于相同细度的绵羊毛。（2）马海毛马海毛（Mohair）是土耳其安哥拉山羊毛的音译商品名称。南非、土耳其和美国为马海毛的三大产地。马海毛的世界年产量约3万吨。马海毛是异质毛。马海毛的细度约10μm~90μm，长度约12cm~26cm。马海毛的特点是直、长、有丝光。（3）兔毛用于纺织的兔毛主要为普通兔毛和安哥拉兔毛。安哥拉兔毛为长毛兔毛，有不同品系。兔毛有5~30μm的绒毛（约占90%）与30~100μm的粗毛（10%）两类纤维，绒毛的平均直径约11.5~15.9μm。绒毛与粗毛都有发达的髓腔，为多腔多节结构，所以比重轻、吸湿性好，但强度低。兔毛密度小，纤维细软、制品蓬松、轻质。兔毛表面光滑、少卷曲，所以光泽强，但鳞片厚度较低、纹路倾斜，且表面存在类滑石粉状物质，故摩擦系数小、抱合力差、易落毛，纺纱性能差。（4）骆驼绒骆驼绒是从骆驼身上自然脱落或梳绒采集获得。骆驼身上的外层毛粗而坚韧，称为骆驼毛，在外层粗毛之下有细短柔软的绒毛，称为骆驼绒。6（5）绵羊绒绵羊绒是土种粗绵羊毛（包括裘用绵羊）异质毛被中的底层绒毛。（6）牦牛绒与牦牛毛牦牛绒(毛)大多是黑色、褐色，少量白色。从牦牛剪下来的毛被中有粗毛和绒毛，绒毛有很高的纺用价值。牦牛绒由鳞片层与皮质层组成，髓质层极少。牦牛绒鳞片呈环状，边缘整齐，紧贴于毛干上。有无规则卷曲，缩绒性与抱合力较小。牦牛绒平均直径约20μm，平均长度30mm~40mm。牦牛绒的断裂强力在4.4cN左右，高于山羊绒、驼绒、兔毛。（7）羊驼毛羊驼毛强力较高，断裂伸长率大，加工中断头率低。与羊毛相比，羊驼毛长度较长，15~40cm，细度偏粗，20~30μm，不适合纺高支纱。羊驼毛表面的鳞片贴伏、鳞片边缘光滑，卷曲少、卷曲率低，顺、逆鳞片摩擦系数较羊毛小，所以，羊驼毛富有光泽、有丝光感，抱合力小、防毡缩性较羊毛好。羊驼毛的洗净率高达90％以上，不需洗毛直接应用。3．丝纤维命名即该植物名+蚕丝构成。有家蚕丝和野蚕丝之分。桑蚕为家养，是最大宗的丝纤维；野蚕丝的主要代表为柞蚕丝。（1）桑蚕丝桑蚕又称家蚕，由桑蚕茧缫得的丝称为桑蚕丝。桑蚕茧由外向内分为茧衣、茧层和蛹衬三部分。其中茧层可用来做丝织原料，茧衣与蛹衬因细而脆弱，只能用做绢纺原料。一根蚕丝由两根平行的单丝（丝素），外包丝胶构成。单丝截面呈三角形。表1-4桑蚕茧丝的工艺性质参数表指标春蚕茧秋蚕茧茧丝长(m)1000~1400850~950茧丝量(g)0.22~0.480.2~0.4茧层率(%)鲜：18~24；干：48~51缫丝率(%)71~85缫折(kg)220~280解舒长：500~900m；率：65~80%（2）柞蚕丝柞蚕在国外称中国柞蚕。由柞蚕茧所缫制的丝称柞蚕丝。柞蚕生长在野外的柞树(即栎树)上。柞蚕茧丝的平均细度为6.16dtex(5.6旦)，比桑蚕茧粗。柞蚕茧的春茧为淡黄褐色，秋茧为黄褐色，而且外层较内层颜色深。柞蚕丝的横截面形状为锐三角形，更为扁平呈楔状。图1-4两种蚕丝截面形态对比桑蚕丝柞蚕丝7表1-5柞蚕茧丝的工艺性质参数表指标春茧秋茧茧丝长(m)约600