紡織纖維知識
摘要
一、紡織纖維的分類 天然纖維：植物纖維、動物纖維、礦物纖維 化學纖維：人造纖維、合成纖維、無機纖維 二、紡織纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本概念 1、分子結(jié)構(gòu)：高聚物、基本鏈節(jié)、聚合度、柔曲性 2、超分子結(jié)構(gòu)：結(jié)晶度、取向度 3、形態(tài)結(jié)構(gòu)：纖維表面狀態(tài) 三、纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能 棉、麻、粘膠等的結(jié)構(gòu)和性能 四、蛋白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能 羊毛、蠶絲性能的異同，羊毛的特性所具有的性質(zhì) 五、合成纖維的結(jié)構(gòu)及性能 滌綸、錦綸、晴綸、丙綸、維綸的學名、特點 六、改性纖維： 化學改性：接枝、共聚、化學后處理 物理改性：異形纖維、復合纖維、變形纖維 第一節(jié) 紡織纖維的分類 制作服裝原料的品種很多，但用量最多的是各種纖維原料。纖維的種類很多，但并不是所有的纖維都可以作為服裝材料，只有符合下列條件的纖維，才能作為服裝用原料。 1）必須有一定長度，一般長度須在幾十毫米以上； 2）必須有一定的強度、可性，如物理機械性能（各種強度、延伸性、彈性、可塑性、吸濕性、導熱性、導電性、耐磨性、耐光性等）； 3）必須有一定的化學穩(wěn)定性，耐熱、光、大氣、化學品、微生物等； 4）纖維的粗細應該在一定的范圍內(nèi)； 5）必須具有一定的服用性及包纏性，如可加工性、染色性、表面摩擦性、可溶、熔融性等 纖維原料可直接做成添絮料，而更多的是通過紡紗、織布制成各種面料、輔料等。 紡織纖維種類繁多，可分為天然纖維和化學纖維兩大類： 一、天然纖維 凡是自然界原有的或經(jīng)人工培植的植物上、人工飼養(yǎng)的動物上直接取得的紡織纖維。 一）植物纖維：主要組成物質(zhì)是纖維素，又稱為天然纖維素纖維。根據(jù)在植物上成長的部位的不同，分為種子纖維、葉纖維和莖纖維。 1）種子纖維：棉、木棉等； 2）葉纖維：劍麻、蕉麻等； 3）莖纖維：苧麻、亞麻、大麻、黃麻等。 二）動物纖維：主要組成物質(zhì)是蛋白質(zhì)，又稱為天然蛋白質(zhì)纖維，分為毛和腺分泌物兩類。 1）毛發(fā)類：綿羊毛、山羊毛、駱駝毛、兔毛、牦牛毛等； 2）腺分泌物：桑蠶絲、柞蠶絲等。 三）礦物纖維：主要成分是無機物，又稱為天然無機纖維，為無機金屬硅酸鹽類，如石棉纖維。 二化學纖維 用天然的或人工合成的高分子化合物為原料經(jīng)化學紡絲而制成的纖維?？煞譃槿嗽炖w維、合成纖維、無機纖維。 一）人造纖維 用纖維素、蛋白質(zhì)等天然高分子物質(zhì)為原料，經(jīng)化學加工、紡絲、后處理而制得的紡織纖維。 用失去紡織加工價值的纖維原料，經(jīng)人工溶解或熔融再抽絲而制成，其原始的化學結(jié)構(gòu)不變，纖維成分仍分別為纖維素和蛋白質(zhì)，而形成的物理結(jié)構(gòu)、化學結(jié)構(gòu)變化的衍生物，組成成分為纖維素醋酸酯纖維。 1）再生纖維素纖維：粘膠纖維、富強纖維、銅氨纖維等；（其區(qū)別為用燒堿、二氧化硫不同的溶液溶解） 2）纖維素酯纖維：醋酯纖維； 3）再生蛋白質(zhì)纖維：大豆纖維、花生纖維等。 二）合成纖維 用人工合成的高分子化合物為原料經(jīng)紡絲加工制得的纖維。 1）普通合成纖維：滌綸、錦綸、晴綸、丙綸、維綸、氯綸等； 2）特種合成纖維：芳綸、氨綸、碳纖維等。 三）無機纖維：以礦物質(zhì)為原料制成的纖維，如：玻璃纖維、金屬纖維等。 第二節(jié) 纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本概況 任何物質(zhì)都是又分子堆砌而成，最簡單的分子是單原子分子，如金屬。紡織纖維除了上述的礦物纖維和無機纖維外，絕大多數(shù)都是高分子化合物，即高聚物。要了解防止纖維的化學性能、物理—機械性能，應從高聚物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)取得依據(jù)。 高聚物是指有許多大分子（即長鏈分子、高分子）組成的物質(zhì)。 與低分子物質(zhì)相比，高聚物具有分子量高、并具有多分散性，只有固態(tài)和液態(tài)、沒有氣態(tài)，熔點不明顯，難溶乃至不溶，熔液粘度大的特點。 紡織纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括大分子結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)這三級結(jié)構(gòu)。 一、紡織纖維的大分子結(jié)構(gòu) 又稱為纖維的鏈結(jié)構(gòu)，為一級結(jié)構(gòu)。 1、紡織纖維大分子的基本特點 高聚物大分子都是由許多相同或相似的原子團彼此以共價鍵多次反復連接而成，這些相同或相似的原子團稱為大分子的基本鏈節(jié)。 如A’—A—A—…—A—A” 等，A即為該大分子的基本鏈節(jié)。 組成高聚物大分子的單基數(shù)目稱為聚合度。 紡織纖維的聚合度是較大的，特別是天然纖維聚合度更高，如棉纖維近萬個，化學纖維為了適應紡絲條件，聚合度較低，如再生纖維素纖維，約為300~500個，合成纖維則是數(shù)百個或上千個，因此大分子的分子量是很大的。而在同一根纖維內(nèi)，各條長鏈分子的長短形狀也都不會完全相同，每條分子中的鏈節(jié)數(shù)也不完全一樣，通常講的分子長度是指的平均值。 2、鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，大分子的柔曲性 大分子鏈的單鍵能繞著它相鄰的鍵按照一定的角度旋轉(zhuǎn)，這成為鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由于鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使大分子可以在空間行程各種不同的分布方式，成為構(gòu)象，實際上并不存在完全自由的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。 長鏈分子在一定條件下（外力或熱運動）下發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度叫大分子的柔曲性。 大分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易則柔曲性好。當大分子住臉上的原子鍵彈性好，側(cè)基較小且份不均勻、對稱、側(cè)基結(jié)合力較小時，大分子的柔曲性好。 柔曲性好，纖維易變形、柔軟。 3、大分子結(jié)構(gòu)對纖維性質(zhì)的影響 單基的化學結(jié)構(gòu)、官能團的種類決定了纖維的耐酸、耐堿、耐光以及染色等化學性質(zhì)；大分子上親水基團的多少及強弱影響纖維的吸濕性；氰基的存在，有助于提高耐光性------大氣穩(wěn)定性；鹵素側(cè)基的存在，有助于提高難燃性；分子極性的強弱影響纖維的電學性質(zhì)；大分子聚合度與纖維的力學性質(zhì)，特別是拉伸性質(zhì)關(guān)系密切。聚合度達到一定數(shù)量時，纖維開始具有強力，纖維的強力隨著聚合度的增加而增加，這是由于聚合度增加時，大分子之間的結(jié)合力增加，當增加到一定的聚合度后，強力趨于不變。一般聚合度分布較均勻，對纖維的強度、耐磨性、耐疲勞性、彈性都有好處。 二、紡織纖維的超分子結(jié)構(gòu) 又稱為為聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，為二級結(jié)構(gòu)。 超分子結(jié)構(gòu)，是指出于平衡狀態(tài)室組成纖維的高聚物大分子相互之間的幾何排列。 1、紡織纖維大分子之間的結(jié)合 大多數(shù)紡織纖維重大分子之間是依*分子引力（范得華力）和氫鍵結(jié)合的，有些纖維還有鹽式鍵和共價鍵。高舉五大分子及和度高，分子之間距離較小，大分子排列的整齊緊密時，大分子間的總的結(jié)合量就很大，所以他不可能是氣態(tài)，只有固態(tài)和液態(tài)，分子之間作用力是構(gòu)成各種聚集態(tài)的重要基礎(chǔ)。 2、結(jié)晶度 防止纖維中大分子排列具有較為復雜的結(jié)構(gòu)，纖維中某些區(qū)域由于大 分子的側(cè)吸引力使大分子相互整齊穩(wěn)定地排列具有高度的基和規(guī)則性，成為結(jié)晶區(qū)或有序區(qū)。 結(jié)晶區(qū)中大分子間由于側(cè)吸引力行程許多固定連接點，能夠承受較大的外力，受力時變形能力小，堅固穩(wěn)定。無定形區(qū)中由于大分子側(cè)吸引力而形成的固定連接點較少，受力時容易滑移，產(chǎn)生較大的變形。潔凈區(qū)具有明顯的熔點，比重比無定形區(qū)大，染色形比無定形區(qū)差，水分子容易進入結(jié)晶區(qū)。 防止纖維內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)相互混雜配置著，結(jié)晶部分占整根 纖維的百分比稱為結(jié)晶度。 棉花的結(jié)晶度為65-70%，粘膠纖維35-50%，錦綸30-40%，總之，結(jié)晶度細小而均勻為好，結(jié)晶度過高，結(jié)晶顆粒過大，纖維呈脆性。 3、取向度 又稱定向度，為纖維內(nèi)大分子鏈主軸與纖維軸的平行程度，大分子與 纖維軸夾角不回事一律的，因此所謂取向度，只具有平均意義，其本身成為一個分布。 三、纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) 一般指在電子顯微鏡下和光學顯微鏡下直接觀察到的部分結(jié)構(gòu)形態(tài)。 向臺結(jié)構(gòu)對纖維的力學性質(zhì)、光澤、手感、保暖形、吸濕性、染色形等都由影響。如中空三角纖維具有蠶絲光澤效應，多葉形化纖具有麻的手感，中空纖維的保暖形好等. 第三節(jié) 纖維素纖維的結(jié)構(gòu)及性能 服裝原料中常用的棉，麻，粘膠纖維的主要組成的物質(zhì)都是纖維素。在人們?nèi)粘７美w維中，天然纖維占55%，棉類占50%，可見用量之大。 一、纖維素纖維的大分子結(jié)構(gòu) 纖維素大分子的基本鏈節(jié)是葡萄糖基。相鄰的葡萄糖剩基轉(zhuǎn)過180度，彼此以甙鍵-O-相連而形成大分子，其鏈節(jié)結(jié)構(gòu)為纖維素甙糖。 葡萄糖?；难趿h(huán)上有三個羥基—OH，羥基和甙鍵是纖維素大分子的官能團，他們決定纖維素纖維比較耐堿不耐酸（甙鍵對酸比較敏感）紫外線會使甙鍵變?nèi)?，發(fā)生氧化降解作用，使纖維強力下降。 棉纖維素大分子的平均聚合度為10000左右，麻在10000以上，粘膠纖維約為300左右，富纖大于400。 甙鍵的存在使大分子具有柔曲性，而氧六環(huán)的存在使大分子的柔曲性受到影響，大分子的構(gòu)象一般認為是直鏈狀，單可以有一定程度的彎曲與扭轉(zhuǎn)，一般纖維素纖維的柔曲性較差，則回彈能力差，耐疲勞性能也差，尤其是低聚合度的粘膠纖維。 二、纖維素纖維的超分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu) 1、棉COTTON 棉鈴吐絮前，纖維內(nèi)含有較多水分，經(jīng)伸長并加厚以后，棉纖維成為不同厚薄的管狀細胞。 由于纖維素是以螺旋狀原纖形態(tài)一層層的淀積，螺旋方向有左旋也有右旋，在一根纖維的長度方向反復改變，因而當棉鈴裂開，纖維干涸后，胞壁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，形成所謂“天然扭曲”。 棉纖維的橫斷面有許多同心層組成，目前可區(qū)分成六個層次，主要有初生層，次生層和中腔三個部分。 除纖維素外，棉纖維還附著有5%左右的其他物質(zhì)，稱為棉纖維的伴生物，棉纖維的表面含有脂蠟質(zhì)，俗稱棉蠟，棉蠟對棉纖維具有保護作用，是棉纖維具有良好紡紗性能原因之一。但高溫時，棉蠟熔融，以至影響紡紗工藝，棉布在染整加工前，必須經(jīng)過煮練，以除去棉蠟，原棉經(jīng)脫脂處理，吸濕性明顯增加，脫脂棉浸水吸濕可達本身重量繁榮23~24倍（醫(yī)用棉球棉紗）。 酸對棉的作用比較敏感，酸與纖維素作用時，會形成纖維素的酸根酯，它能溶于酸根溶液，洗脫硫酸，膠狀脂凝結(jié)，使棉織物呈半透明狀。（爛花布生產(chǎn)原理） 絲光整理 利用18~25%的濃堿（NAOH）對棉布進行絲光整理時，控制恰當，可以達到改善纖維性能的目的，可以提高棉纖維的強度，提高吸收染料水分的能力。改善織物的光澤及尺寸穩(wěn)定性。 這些性能的變化與纖維超分子結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，纖維素經(jīng)堿處理后，堿液能深入到纖維的晶區(qū)，部分的克服晶體內(nèi)的結(jié)合力，使晶格產(chǎn)生一定的變化，這種變化雖經(jīng)水洗仍不能回到原來的狀態(tài)，從而使超分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的變化。絲光處理能部分消除纖維弱點，提高纖維強度的均勻性，絲光處理后纖維的結(jié)晶度下降，無頂形區(qū)增加，因此吸濕及染色能力均提高。 水洗布 采用特種水洗整理，繩狀松式染整，不經(jīng)過熱定型處理，上柔軟劑，織物表面有類似棉布水洗后的自然皺紋，手感柔軟。 棉花成熟后經(jīng)收獲，扎制去籽后即可使用，色乳白，通常夾帶難以除去的棉籽，棉葉等細屑，黑點，手感柔軟，即使是同一品種的棉花，每根纖維的長度也各不相同，約為10mm~40mm，因棉纖維很細（大約60~80根集在一起平行排列起來才達1mm），而且柔軟，所以棉織物表面的毛羽，對人的皮膚無不舒適的感覺。 2、麻 苧麻（RAMIE，RAMEE），亞麻（INEN） 苧麻和亞麻植物可作夏季服裝的面料和裝飾用布，是抽繡工藝品臺布，餐巾，窗簾等理想材料。 苧麻，洋麻，大麻等纖維較粗，適宜做包裝用布，麻袋，麻繩。 1）苧麻 苧麻原產(chǎn)中國，有中國草之稱，主要在長江流域一帶，四川，湖南，湖北三省栽種最多。苧麻纖維呈圓筒狀或扁平帶狀，沒有明顯轉(zhuǎn)曲，纖維表面有時平滑，有時有明顯條紋，橫切片為橢圓形或扁平形。長度120~250mm。 麻皮自莖剝下后，先刮去青皮，經(jīng)曬干成絲狀或片狀原麻，及商品苧麻。由于苧麻存在斷裂伸長小，硬，脆，彈性差，織物不耐磨，易褶皺，吸色性等特點。這是因為其纖維大分子的聚合度，結(jié)晶度和取向度都很高，因而近年來對苧麻纖維進行改性處理，如用堿—尿素改性的苧麻，其結(jié)晶度，取向度減小，強度降低，伸長率提高，吸濕散濕性比改性前更強，從而改善了可紡性，提高了纖維的服用性能。 苧麻纖維具有很高的強度，在天然纖維中居于首位，是棉的8~9倍。 2）亞麻 我國種植亞麻主要是黑龍江和吉林省。亞麻縱向中端粗兩頭細，橫截面呈多角形，一根單纖維為一個單細胞，平均長25~36mm。 從亞麻莖中獲取纖維的方法稱為脫膠，浸麻或漚麻，亞麻莖細，木質(zhì)不甚發(fā)達，從韌皮部分取得纖維不能采用一般的剝制方法，亞麻脫膠的方法很多，主要是要破壞麻莖中的粘貼物質(zhì)，如果膠等，使韌皮層中的纖維素物質(zhì)與同圍組織分開，以獲得有用的紡織纖維。 一般方法有： 雨露浸漬法或冷水浸漬法，冷水浸漬法指放在池塘河泊中7~25天，采用細菌，水分解來完成。 麻纖維手感較硬，因而織物表面的毛羽較為粗糙，人的皮膚與之接觸后有不適之感，放麻織物不宜作內(nèi)衣類服裝面料。 3、粘膠BONDEDFABRIC（人造棉artificiacotton） 粘膠纖維是以天然纖維為基本原料，經(jīng)纖維素黃酸脂溶液仿制而成的再生纖維素纖維。 1891年（cross）克羅斯（Bevan）貝文和（Beade）比德等首先制成纖維素黃酸鈉溶液，因沾性大，稱為粘膠。 普通粘膠纖維的橫截面，外緣具有不規(guī)則的鋸齒形。粘膠纖維皮芯結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)工藝上控制可生產(chǎn)出具有全皮層的粘膠強力纖維及全芯層的富強纖維。 粘膠的微原纖和原纖排列沒有棉整齊。縫隙空洞較多，取向度，結(jié)晶度低，因而吸濕性大于棉。 普通粘膠纖維織物的缺陷是牢度較差，特別是下水后膨脹發(fā)硬經(jīng)不起劇烈揉搓，織物縮水率較高，彈性和耐磨性較差。服裝穿著后易變形。近年來發(fā)展的高濕模量粘膠纖維具有高強度，低濕度，高濕模量和高耐堿性的特點，抗皺性和形態(tài)穩(wěn)定性等方面更近與優(yōu)質(zhì)棉。 一般天然纖維素纖維的濕態(tài)強度都比干態(tài)時有所提高，這主要是因為天然纖維的聚合度高，其大分子間的纏結(jié)嚴重，使處于通常情況下的纖維具有一定的內(nèi)應力，一旦吸濕膨脹，大分子獲得了某種松弛，使應力趨于消失，纖維強度呈現(xiàn)增大，纖維素纖維的濕態(tài)斷裂伸長也增加。而產(chǎn)生纖維素纖維（粘膠）的濕強僅為干強的40~50%，濕強比干強大幅度下降，是因為粘膠纖維聚合度降低（僅為300）。大分子鏈短，由于濕后的潤帳效應，使取向度降低，而使?jié)駨娪忻黠@下降。 粘膠纖維的發(fā)展，從下列因素考慮，具有長遠的發(fā)展前途。 1）粘膠纖維的發(fā)展，有無限的原料基礎(chǔ)，它的基本原料——纖維素貯備量很大，并有巨大恢復量，大自然每年同化著以兆億噸計的碳。將其變成含有纖維素纖維的各種植物資源。而合成纖維主要是由不同地質(zhì)時期形成的原料，石油，煤，天然氣等來生產(chǎn)的，這些后料貯備量大，但消耗卻難以回復。從原料上看，纖維素的資源是無限的。 2）粘膠纖維具有一系列可貴的物理——機械性能等符合衛(wèi)生要求的性質(zhì)。粘膠纖維最大的特點是與天然纖維——棉的某些性能相類似，如吸濕好，易染色，抗靜電，較易紡織加工，制成織物花色鮮艷，穿著舒適，而它的纖度及長度，又可按照用途要求而調(diào)節(jié)，這一點又優(yōu)于棉，很明顯。粘膠纖維這些特點，正是合成纖維的不足。尤其是吸濕性及透氣性方面。至今沒有一種合成纖維能與之相比美。合成纖維與中長粘膠纖維相比，具有優(yōu)良的仿毛特性。 |
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