纤维的表面性质
鉴别纤维的实验报告
鉴别纤维的实验报告鉴别纤维的实验报告引言：纤维是我们日常生活中不可或缺的物质，它们广泛应用于纺织、建筑、医疗等各个领域。
然而，不同类型的纤维具有不同的性质和用途，因此鉴别纤维的能力对于我们正确使用和处理纤维材料至关重要。
本实验旨在通过一系列的测试方法，探究不同纤维材料的特性和鉴别方法。
实验材料和方法：1. 实验材料：- 棉纤维- 涤纶纤维- 尼龙纤维- 羊毛纤维- 丝绸纤维2. 实验方法：- 观察法：通过肉眼观察纤维的外观、颜色、光泽等特征。
- 燃烧法：将纤维置于火焰中观察其燃烧特性。
- 溶解法：将纤维放入不同溶剂中观察其溶解情况。
实验结果和讨论：1. 观察法：通过观察纤维的外观和光泽，我们可以初步判断其类型。
棉纤维通常呈白色或浅黄色，具有柔软的质地；涤纶纤维则呈现光滑、有光泽的表面；尼龙纤维则较为坚韧，具有较高的弹性；羊毛纤维则具有绒毛状的表面，触感柔软；丝绸纤维则呈现出光滑、亮丽的外观。
2. 燃烧法：将纤维置于火焰中进行燃烧测试，不同纤维的燃烧特性有所不同。
棉纤维燃烧时会发出明亮的火焰，燃烧后会生成灰烬；涤纶纤维燃烧时会融化，并且会有黑烟产生；尼龙纤维燃烧时会发出火花，并有融化的现象；羊毛纤维燃烧时会发出臭味，火焰较小；丝绸纤维燃烧时会发出臭味，火焰较小，燃烧后会有灰烬残留。
3. 溶解法：将纤维放入不同溶剂中进行溶解测试，不同纤维在不同溶剂中的溶解情况也有所不同。
棉纤维在水中几乎不溶解，而在浓硫酸中可以溶解；涤纶纤维在常见溶剂中均不溶解；尼龙纤维在酒精中溶解，而在水中不溶解；羊毛纤维在水中不溶解，但在浓硫酸中可以溶解；丝绸纤维在水中不溶解，但在浓硫酸中可以溶解。
结论：通过观察法、燃烧法和溶解法的实验测试，我们可以初步鉴别不同类型的纤维。
棉纤维具有柔软的质地，燃烧后会生成灰烬；涤纶纤维光滑有光泽，燃烧时会融化；尼龙纤维坚韧有弹性，燃烧时会发出火花；羊毛纤维具有绒毛状表面，燃烧时会发出臭味；丝绸纤维光滑亮丽，燃烧时会发出臭味。
纺织材料学 2 纺织纤维的形态及基本性质
第一节 纤维的细度 第四节 纤维的卷曲与转曲 第二节 纤维的截面形状 第五节 纤维的吸湿性 第三节 纤维的长度 第六节 纤维的拉伸强度
2021/5/4
第二章 纺织纤维的形态及基本性质
纤维形态结构可以分为纤维表明形态结构和纤维内 部形态结构。表面形态结构是基于宏观尺度的研究， 而内部形态结构是基于分子或原子尺度的微观研究。 本章主要介绍纤维表面形态结构。
维粗细程度。分直接指标和间接指标。 一、纤维的细度指标 （一）直接指标 当纤维的几面接近圆形时，纤维的细度可以用直
径、截面积和周长等指标表示。通过光学显微镜 或电子显微镜观测直径d和截面积A，常用于羊毛 及其他动物毛，圆形化学纤维的细度表达。 截面积计算可近似采用下式。
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第一节 纤维的细度பைடு நூலகம்
四、纤维细度对纤维、纱线及织物的影响
纤维细度及其离散程度不仅与纤维强度、伸长度、刚性、弹性和形变 的均一性有管，而且极大的影响织物的手感、风格以及纱线和织物 的加工过程
（一）对纤维本身的影响
纤维的粗细将以你轩昂纤维的比表面积，进而影响纤维的吸附及染色 性能，纤维越细，其比表面积越大，纤维的染色性也会提高，纤维 间的细度不匀会导致纤维力学性质的差异，最终导致纤维集合体的 不匀，此外，纤维内的细度差异，会直接导致纤维的力学弱节，不 但影响外观和品质，最终影响产品的使用。
合成革（特细） ＜0.11
＜ 0.4
透气、防水、细密、麂皮特征
极细纤维
0.0001-0.1 0.09-0.12 吸附、超滤
纳米纤维
10-8-10-4
0.001-0.1 特殊功能
纺织纤维的各种鉴别方法
纺织纤维的各种鉴别方法
第一，观察纤维特征。
通过肉眼观察纤维的断面形状、颜色和质地等
特征来鉴别纤维的材质。
比如，棉纤维横截面呈“U”字形，且断面有明
显的纵向条纹；而化纤纤维的横截面呈圆形或不规则形状。
第二，感受手感。
通过触摸纤维的表面质地、柔软度、弹性等特征来
鉴别纤维的材质。
例如，羊毛纤维柔软且有弹性，而亚麻纤维则较为粗糙。
第三，染色性质。
染色性质是鉴别纤维的一种重要方法。
不同纤维对
染料的吸附能力有所差异，从而产生不同的染色效果。
丝绸和醋酸纤维在
酸性染料中呈现鲜艳的颜色，而棉纤维则对染料的吸附力较弱。
第四，燃烧性质。
不同纤维在燃烧时产生不同的燃烧特征和燃烧效果。
比如，棉纤维在火焰附近燃烧，火焰呈明亮橙色，燃烧后呈纯灰色的灰烬；而聚酯纤维在火焰附近燃烧，火焰呈淡黄色，燃烧结束后是硬而固体的球
状残渣。
第五，显微镜观察。
通过显微镜观察纤维的细微特征，包括纤维的纵
向形状、表面纹理、纤维间的结合方式等来鉴别纤维的材质。
例如，丙纶
纤维具有独特的螺旋形状，而棉纤维的纤维表面有明显的鳞片状结构。
以上是一些常用的纺织纤维鉴别方法，但要注意的是，只有结合多种
鉴别方法进行综合分析，才能更准确地确定纺织品的材质和种类。
第七章 纤维的表面性质
• WSS=2γSV • WLL=2γLV
• 粘着功由两部分组成，一是液体本身性能γLV，另一 是液体与固体的相互作用γLVcosθ。
3.平衡浸润性的测量
（1）. 接触角θ测量 采用显微镜直接观测角度值，主要有插入转 动法；悬滴法仅适于θ≤900的测量，悬滴法 的计算为： H D
tan 2 L
如令真实接触面积为A，则变形点处的屈服应力： Py=N/A，即A=N/Py 式中Py为材料固有的屈服应力值，所以A正比于N， 正压力越大，接触面积越大。 当A、B两物体相对滑移时，焊接点必须被剪切力分开， 故两物质间的摩擦力为:
式中τmin为两种摩擦物中较弱材料的被剪切破 坏的剪应力。
由于τmin/Py为常数，与摩擦物质的本质特征有关，符合 Amontons定律。即µ min/Py =τ
第七章
纤维的表面性质
纤维的表面性质
表面摩擦、磨损及变形 表面光学特性，如色泽特征 表面传导特性，如对热、湿、声、电的传递 表面能及表面吸附与粘结
一、纤维的摩擦性质
纤维的摩擦抱合性质与可纺性、织物的手 感、起毛起球、耐磨和抗皱等有关。与纺纱工 艺的关系：摩擦现象贯穿于整个纺纱过程；与 纱、布关系：有了摩擦力，纱、布才具有一定 服用价值；与磨损的关系：纤维、机件被磨损， 降低了使用价值；与发热的关系：高速缝纫可 能达300℃，使缝针弯曲，缝线熔融；与静电 的关系：摩擦起静电，静电聚集，干扰纺纱工 艺正常进行，特别是化纤。
得
N Td
F dT
dT T d
若F=μN，代入式(6-15)，得 得典型的欧拉原理：
T1 ＝e T0
式子T1和T0分别为紧边张力和松边张力；θ为纤维的包围角。
二、纤维的浸润性质
衣服天然面料知识点总结
衣服天然面料知识点总结一、棉棉是一种常见的天然纤维，主要由植物棉花的果皮细胞构成。
棉有柔软、透气的特点，对皮肤友好，适合各种季节的穿着。
棉纤维吸湿性好，能够吸收皮肤的汗液，并迅速排出，保持皮肤干燥。
此外，棉纤维还具有良好的保暖性，能够在寒冷的冬季保持身体温暖。
在衣服制作中，棉纤维通常与其他纤维混纺使用，以增强其弹性和耐磨性。
二、羊毛羊毛是一种常见的动物纤维，主要来自绵羊、山羊等动物的毛绒。
羊毛具有柔软、保暖的特点，适合用于制作冬季服装。
羊毛纤维表面有许多弯曲的螺旋结构，具有良好的弹性，不易变形。
在潮湿环境下，羊毛纤维能够吸收空气中的水分，形成绝热层，保持身体温暖。
但羊毛纤维对阳光、湿热等环境不耐受，容易发霉或变硬。
因此，在存放羊毛衣物时，需要保持干燥通风。
三、丝绸丝绸是一种由蚕茧中抽出的蚕丝纤维制成的天然纤维。
丝绸具有柔软、光滑的特点，适合制作高档服装。
丝绸纤维表面有光滑的丝胶质层，不易粘附灰尘，保持清洁。
丝绸具有良好的自然吸湿性和抗菌性，具有良好的亲肤性，在穿着时舒适度较高。
但丝绸纤维也有一些缺点，比如易破损、易变形等。
四、亚麻亚麻是一种由亚麻植物的茎韧皮细胞构成的纤维。
亚麻纤维柔软、透气，具有优良的保暖性和吸湿性。
亚麻纤维还具有良好的透气性和抗菌性，适合夏季穿着。
但亚麻纤维易皱、易断裂，需要特殊的保养和熨烫方式。
总结天然面料在服装材质中具有重要地位，各类面料因其特点的不同，适用于不同的季节和场合。
在选购衣服时，消费者需要根据自己的需求和对面料的了解，选择合适的衣服面料。
同时，在日常保养时，也需要根据不同的面料特点，选择适当的清洗和保养方式，延长服装的使用寿命。
芳纶纤维表面改性研究
芳纶纤维表面改性研究芳纶纤维是一种高性能合成纤维，具有优异的热稳定性、阻燃性、力学性能和耐化学性能。
然而，芳纶纤维的表面性质对其应用性能起着重要作用。
因此，进行芳纶纤维表面改性研究，对其进一步提高应用性能具有重要意义。
芳纶纤维的表面改性研究可以从两个角度进行：一是通过表面涂覆或改性剂处理，二是通过化学修饰或活化处理。
首先，表面涂覆或改性剂处理是一种常见的芳纶纤维表面改性方法。
例如，可以利用溶胶-凝胶技术，在芳纶纤维表面形成薄膜。
这种方法可以改善芳纶纤维的亲水性，提高其与其他材料的界面粘结强度，并增强纤维的摩擦性能。
此外，还可以使用改性剂进行表面处理，如硅烷偶联剂和阻燃剂。
这些改性剂可以在芳纶纤维表面形成一层保护膜，提高纤维的耐热性和阻燃性能。
其次，化学修饰或活化处理也是芳纶纤维表面改性的重要方法之一、例如，利用等离子体处理可以在芳纶纤维表面引入官能团，改善其与其他材料的黏附性能。
此外，可以使用化学活化剂，如亚硝酸钠和活性氧气体，对芳纶纤维表面进行活化处理，增强其表面活性，提高纤维的亲水性和粘附性。
需要注意的是，芳纶纤维表面改性研究还需要考虑改性后的纤维性能稳定性和使用寿命。
改性剂和表面处理措施可能会影响芳纶纤维的力学性能、热稳定性和耐化学性能。
因此，在进行表面改性研究时，需要综合考虑改性效果和纤维性能的平衡。
总结起来，芳纶纤维表面改性研究可以通过表面涂覆或改性剂处理，以及化学修饰或活化处理两种方法来实现。
这些方法可以改善芳纶纤维的表面性质，提高其应用性能。
但需注意改性后的纤维性能稳定性和使用寿命。
深入研究芳纶纤维表面改性机理，对于进一步提高芳纶纤维的应用性能具有重要意义。
常规化学纤维的基本特性
二、常规化学纤维的基本特性(Conventional Fiber) （一）再生纤维1、粘胶纤维纤维来源：粘胶纤维以木材、棉短绒、甘蔗渣、芦苇等为原料，经物理化学反应制成纺丝溶液，然后经喷丝孔喷射出来，凝固成纤维。
粘胶纤维的主要成分是纤维素大分子，因此很多性能与棉相似。
1905年在美国实现工业化。
纤维形态：普通粘胶纤维纵向为平直的柱状体，表面有凹槽，截面为锯齿状，皮芯结构，皮厚无中腔。
富强纤维纵向光滑，截面近似圆形。
粘胶纤维有长丝、短纤维两种形式。
长丝又称粘胶丝（Rayon）性能特点：吸湿能力好，在一般大气条件下回潮率可达13%，吸湿后显著膨胀，制成的织物下水收缩大、发硬；干态强度不高，吸湿后强度明显下降，湿强只及干强的50%，不耐水洗；耐磨性较差；小负荷下容易变形，尺寸稳定性差；耐热性较好。
2、醋酯纤维纤维来源：醋酯纤维（简称醋纤）是用含纤维素的天然材料，经过一定的化学加工制得。
其主要成分是纤维素醋酸酯，因此不属于纤维素纤维，性质上与纤维素纤维相差较大，与合成纤维有些相似。
常见的醋酯纤维分为二醋酯纤维和三醋酯纤维两种。
纤维形态：醋酯纤维纵向平直光滑，横截面一般为花朵状。
传统的二醋酯纤维为长丝，三醋酯纤维为短纤维形式，常与锦纶混纺，用于经编起绒织物。
性能特点：（二）合成纤维1、涤纶纤维纤维来源：涤纶学名聚酯纤维（Polyester），1946年涤纶首先在英国开发成功，商品名特丽纶（Terylene）。
目前涤纶应用广泛，是世界上用量最大的纤维。
纤维形态：涤纶纤维纵向平滑光洁，横截面一般为圆形。
涤纶有短纤维和长丝两种形式。
最初涤纶以短纤维为主，包括棉型、毛型、中长型；后来涤纶长丝发展很快，有涤纶低弹丝、涤纶仿真丝。
性能特点：强伸度较好，弹性优良；耐磨性能好，但其织物易起毛起球；小负荷下不易变形，尺寸稳定性好，易洗快干，洗后保形性好，具有优良的免烫性；耐热性好，耐晒性也好，但遇火容易熔融；染色性能较差。
玻璃纤维表面特性及物理
玻璃纤维表面特性及物理、化学性能玻璃纤维表面比内部结构的活性大得多，因此其表面上就容易吸附各种气体、水蒸气、尘埃等，容易发生表面化学反应。
一般玻璃纤维表面上往往有弱酸性的基团存在，这就会影响其表面张力，引起与粘结剂基体间的粘结力的改变。
以高倍的电子显微镜观察，就会发现其表面具有很多的凹穴和微裂纹，这会影响其复合材料性能的下降。
因此，应该防止玻璃纤维表面的水分及羟基离子浓度的增加，以避免该复合材料受水浸蚀后强度的下降，所以一般玻璃纤维增强塑料的耐酸性好而耐碱性差。
玻璃纤维比玻璃的强度高是因为玻璃纤维经高温拉丝成型时减少了玻璃融液的不均一性，使其具有危害性的微裂纹大大少于玻璃。
从而减少了应力集中，使纤维具有较高的强度。
玻璃纤维的单丝直径一般为3~10μm，密度为2.4~2.7g／cm3。
玻璃纤维的横断面几乎是完整的圆形，由于其表面光滑，故纤维间的抱合力小，不利于与树脂的粘合。
玻璃纤维力学性能的最大特点是拉伸强度高，影响玻璃纤维拉伸强度的因素很多，主要有：1、纤维直径和长度对拉伸强度的关系。
一般说来，玻璃纤维直径减小，其拉伸强度会迅速增加。
玻璃纤维的拉伸强度也和纤维的长度有关，随着长度增加，其拉伸强度也会显著地下降。
2、纤维强度与玻璃化学成分的关系。
一般来说，含K2O和PbO成分多的玻璃纤维强度较低。
3、存放时间对纤维强度的影响。
玻璃纤维存放一定时间后，会出现强度下降的现象，这主要是由于空气中水分的作用。
有碱玻璃纤维比无碱玻璃纤维对大气中水分的化学稳定性差，前者拉伸强度在开始时下降迅速，以后逐渐慢，而后者基本不变。
4、负荷时间对强度的影响。
玻璃纤维的强度随着施加负荷时间的增长而降低，且环境湿度较高时，这种现象更为明显。
此外玻璃纤维拉制时所用玻璃原料本身的缺陷和成型工艺条件也会对拉伸强度有显著影响。
玻璃纤维的弹性模量约为70000MPa，约与金属铝的弹性模量相当，是普通钢弹性模量的三分之一。
玻璃纤维的耐摩和耐扭折性很差，这是玻璃纤维的一个很大的缺点。
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因在于兔毛表面存在着一种粉状物质，为兔毛提供了优良的 使用性质，但也造成加工成网、成条、牵伸不良等困难。可 以采用浸酸腐蚀法、上纺纱油剂法和等离子体刻蚀法等，改 性纤维的可纺性。
(a) 羊毛
图6-2 A/B物质的界面层示意图
2. 表面能（表面自由能） 形成单位面积表面所消耗的功。
E ? ?G ? W ? ? ?l ? A
F
?A 肥皂液膜 (W=F ? l)
L
?l
图6-3 液体表面增大所作的功
二、纤维表面涉及的内容
纤维表面主要涉及表面结构、表面性质和表面表征 方法： ?表面结构是表面的基础与本质，决定表面性质； ?表面性质是表面结构的外在行为表现； ?表面表征方法是认识表面结构、性质及其相互关系 的手段。
二、化学纤维的表面特征 1. 再生纤维
? 普通粘胶纤维有皮芯结构 ? Lyocell 纤维由于溶剂析出和拉伸取向的作用，表面具有
较多的原纤化结构，且原纤间的作用力弱，容易形成劈 裂而产生原纤化的毛茸，使纤维表面变得毛绒化。
2. 普通合成纤维
图6-12 不同纺丝速度涤纶的表面结构（SEM ）
? 合成纤维中熔体纺丝纤维：通常被认为是表面光滑、结 构均匀的圆柱体或异形截面杆状物；
第一节 纤维表面的内涵
一、表面的基本概念 1. 纤维表面的定义
纤维表面，是指纤维表层 0.5-5nm 内的组成、结 构和其亚微米尺度及其以下的表观形态。
?纤维表面结构与组成是非对称和不均匀的 ?表面的结构和形态是不稳定的
表层厚度 表面轮廓
粒子
图6-1 表面结构、形态及相互作用
LA
界
面 层
LAB
LB
表6-2 常用表面分析方法名称及用途
探针 电子
表面分析方法
低能电子衍射 LEED 反射高能电子衍射 RHEED 俄歇电子谱 AES 扫描电子显微镜 SEM 透射电子显微镜 TEM 扫描隧道显微镜 STM
用途
激发粒子能量或分析深度
表面及吸附层结构 表面结构 表面组分，结合能 表面形貌 表面形貌 表面轮廓、结构与成分
(b)
(c)
图6-6 纤维表面缺陷导致的断裂
3. 纤维表面结构与性质的一般分析方法
电子束
电子
中性 粒子
离子
二次电子 发射区
光子
背散射 电子区
特征 X射
电子 线产生区 吸收
图6-7 电子束激发的各类信息示意图
（1）表面组成分析 俄歇电子能谱（AES），二次离子质谱（SIMS），X射线光 电子能谱（XPS），分析深度在表面2nm左右。 （2）表面结构分析 低能电子衍射（LEED),反射型高能电子衍射（RHEED），扫 描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）等等，其中 首推LEED，AFM（适合于高聚物材料）和STM（适合于金 属和无机材料） （3）表面形态分析 SEM，TEM ，AFM，STM等，主要是SEM和AFM （4）表面电子能态分析 XPS,UPS。 （5）表面性质分析
(b) 兔毛 图6-5 羊毛和兔毛的鳞片像（SEM）
（3）羽绒纤维
羽绒纤维表层结构是排列规整的原纤，相互紧挨着绕纤维 外层一圈，表面存在依稀可见的明亮的“膜层”，这种结 构可能是很细的羽绒仍能挺直的原因。
图6-11 羽绒表面的原纤排列及“膜层”(TEM)
（4）蚕丝纤维
蚕丝的表层结构和羽绒纤维相似，也是表层一排原纤紧密 排列一周。但蚕丝在表层呈层状结构，因此提供了很好的 光反射、折射和投射效果。蚕丝的表面还有丝胶及微细沟 槽，以及一些毛丝，使纤维具有纵向滑爽、横向略糙的特 性，纤维在交叉移动时，有丝鸣现象。
1. 纤维表面结构内涵 (1) 表面厚度
（2）表面形态 （3）表面组成 （4）表面结构（聚集态结构）
图6-4 AFM 的表面原子像
2. 纤维表面所涉及的基本物理性质
（1）摩擦性能 （2）浸润性能 （3）热学性能 （4）光学性能 （5）电学性能 （6）力学性能劣化
纤维 孔
表
洞
面 BA
缺裂ຫໍສະໝຸດ 陷口裂隙(a)
表面元素分析
E0>500eV
表面结构、轮廓和成分 <10nm
4. 纤维表面改性
纤维表面改性是纤维表面分析研究的主要目的， 是期望通过有效、方便的表面处理获得理想、实 用、新型纤维的主要方法。
第二节 纤维的表面特征
一、天然纤维的表面特征 1. 棉纤维
棉纤维表面分布着微小的突起条纹（棱脊状条纹），是棉纤 维交叉移动时轻微跳动和铮铮做响的主要原因，影响纤维的 可纺性，特别是在动态滑移过程中，其作用尤为重要。微条 纹产生的起皱表面结构，有利于纤维的点接触，而且是柔性 点接触，使纤维耐疲劳和磨损，并不涩不沾。
图6-8 棉纤维的表面形态
2. 麻纤维
苎麻纤维表面有许多微细沟槽和残余果胶，使苎麻表面变得 粗糙，这是苎麻刺痒的另一原因。
3. 毛发类纤维
(1) 羊毛纤维 ? 伪棱脊 ? 鳞纹
鳞片外形轮廓以及鳞片的伪鳞脊是构成羊毛表面鳞片花纹的 主要原因。通常羊毛的细度越细，其表面的鳞片度越高，鳞 片重叠数越多、厚度越厚，鳞片的环状完整性也越高。
第六章 纤维的表面性质
纤维的表面性状与纤维集合体的加工和性能密切相关
表6-1 不同尺度材料表面结构所占体积比
材料
1m直径的圆柱体 1mm 直径的圆柱体 纤维(1～100? m) 纳米材料 (10～100nm)
体积比
(4～6)×10-9 (4～6)×10-6 (4～6)×10-4 0.36 ～0.52
图6-9 羊毛纤维表面的鳞纹
外表皮层 （鳞片膜）
次表皮层 a 次表皮 层b
内表皮层
细胞间质 CMC
图6-10 羊毛纤维表面的鳞片结构
（2）兔毛纤维
? 兔毛纤维鳞片花纹与纤维轴夹角一般小于45o，而羊毛一般 为80 －90 o。
? 鳞片条纹平行排列且伸直程度高，呈直线条纹。且有表层粉 状物质的介入，因而兔毛表面的差微摩擦效应极不明显。
能量E0 50-500eV E0 10-100 keV E0 2-5 keV
全膜覆盖表面 表面复制膜形态 表面轮廓 <10nm
光子
紫外光电子能谱 UPS 电子束缚能，吸附态 X射线光电子能谱 XPS 电子能态表面吸附
深度 1.0-5.0nm 深度 1.0-5.0nm
离子
二次离子质谱 SIMS
“探针” 原子力显微镜 AFM