纤维表征
纤维细度、成熟度、异形度的表征指标与测试
纤维细度(fiber fineness)、 成熟度(maturity)和异形度(degree of profiled cross section)测试
摘要：1、纤维细度的基本指标及细度的测试方法、原理 2、棉纤维成熟度的基本指标及测试方法 3、重点掌握纤维成熟度测试仪器的纱的公称支数除以股数来表示，如 26/2,50/2 等。 如果组成股线的单纱的支数不同，如股线中各根单纱的公制支数 N1，N2……Nn 不同时，股线的公制支数 Nm(不计捻缩)按下式计算：
3、英制支数 Ne（English yarn count） 定义：在英制公定回潮率时，一磅重的纱线所具有的长度的 840 码的 倍数。 英制支数属定重制，纱线越细，支数越高。 计算式为 N = 股线英制支数的表示方法与计算方法，和公制支数相同。 4、线密度指标的关系 （1）特数 Ntex 与英制支数 Ne N =590.5
一、纤维细度与纱线质量之间的关系 1、成纱强力（yarn strength）:其它条件相同，纤维愈细，成纱强力 高 2、纺纱支数（yarn count） ：其它条件相同，纤维愈细，可纺纱支高 3、纱条干均匀度（yarn evenness） ：纤维愈细，可纺纱条干均匀度好 二、细度表达指标 1、特克斯（tex） 定义：公定回潮率时，1000m 长的纱线的重量克数。对于棉纱线俗称 为号数。 特克斯属定长制，纱线越粗，特数越大。 设纱线试样的长度为 L(m)，在公定回潮率时的重量为 Gk(g)， 则特克斯 Ntex 的基本公式为：
股线特数=单纱特数×股数，如 14×2。 当单纱特数不同时，股线特数=单纱特数之和，如 l6+18。数。 2、公制支数 Nm（metric count）
定义：公定回潮率时，一克重的纱线(或纤维)所具有的长度的米数。 公制支数属定重型，纱线越细，支数越高。 设纱线(或纤维)的长度为 L(m)， 公定回潮率时的标准重量为 Gk(g)， 则公制支数 Nm 的基本公式为： N = 100%
醋酸纤维短纤的纤维结构表征
醋酸纤维短纤的纤维结构表征摘要：醋酸纤维短纤是一种常用的合成纤维，在纺织行业广泛应用。
了解其纤维结构特征对于优化纤维的性能具有重要意义。
本文通过综合分析纤维的化学组成、形貌特征以及纤维结晶性等方面，对醋酸纤维短纤的纤维结构进行了详细的表征，以期为纤维材料的研发和应用提供理论基础。
1. 引言醋酸纤维短纤是一种由纯纤维素醋酸酯合成的合成纤维，具有良好的抗拉强度、耐磨损和低收缩性能。
其广泛应用于纺织、造纸、非织造布等领域。
了解纤维的结构特征有助于理解其性能来源和性能优化。
2. 纤维化学组成表征醋酸纤维短纤的化学组成是了解其结构特征的第一步。
醋酸纤维短纤主要由纤维素醋酸酯组成，具有高度合成度、晶状结构和无定形结构。
通过红外光谱分析，可以确定纤维中酯基和醛基的存在，其特征吸收峰分别在1730 cm^-1和2850 cm^-1处。
同时，通过核磁共振波谱（NMR）可以得到纤维中醛基和酯基的相对含量，进一步确定纤维的化学组成。
3. 纤维形貌特征表征纤维的形貌特征对于了解纤维的微观结构有重要意义。
通过扫描电子显微镜（SEM）观察，可以得到醋酸纤维短纤的表面形貌。
一般而言，醋酸纤维短纤表面平整，没有明显的凹凸不平和纤维疙瘩。
其纤维直径均匀，纤维断面呈圆形或近似圆形。
4. 纤维结晶性表征纤维结晶性是纤维材料的重要性能之一。
X射线衍射（XRD）是一种常用的纤维结晶性表征方法。
通过XRD分析，可以获得纤维的结晶度以及晶面间距。
对于醋酸纤维短纤而言，其结晶度较高，晶面间距约为3.7-3.8Å。
此外，热差示扫描（DSC）也能够对纤维的熔点进行测定，醋酸纤维短纤的熔点一般在220-230℃之间。
5. 纤维分子链结构表征纤维分子链结构是纤维性能的重要因素之一。
拉曼光谱是一种能够对纤维分子链进行非破坏性分析的方法。
通过拉曼光谱分析，可以得到醋酸纤维短纤的分子链取向以及结构特征。
醋酸纤维短纤的链取向主要是沿纤维的轴向排列，呈现高度有序性。
纤维大分子取向度、结晶度与分子结构的表征方法
度变化是一一对应的。双折射率绝对值大的，原丝的强度也大，断裂伸长率小。
2.1结晶度的定义
纤维中结晶部分占纤维整体的百分比例，它只反应结晶成分的均值，不讨 论晶区的形式与分布，可分为体积结晶度Xv和质量结晶度Xw。取结晶度介于0~1 之间，纤维全结晶时为1，反之，全无序时，结晶度为0。
以 PAN 纺 丝 过 程 为 例 ， 纺丝过程中原丝始终受到
外力作用，故取向结构也
在整个过程中不断的变化。 纺丝过程中纤维的双折射
率的总趋势是变大的。也
就意昧着 PAN 大分子主链 上极性基团排列的有序程
度增加，大分子链段沿纤
维轴平行排列的程度增加， 又因为纤维极性基团的排
列和大分子构象本身也能
反映分子的取向，所以得 出纤维的取向增大。
1.2双折射法测纤维大分子取向度原理
如上图所示
纤维
1.2双折射法测纤维大分子取向度原理
在纤维大分子中，纤维双折射率的增加意味着大分子主链上极性基 团排列的有序程度增加，大分子链段沿纤维轴平行排列的程度增加，又 因为纤维极性基团的排列和大分子构象本身也能反映分子的取向，所以 得出纤维的取向增大。
1.3原丝拉伸过程中取向的变化规律
3.3NMR谱实例展示
（1）样品制备
测试时，样品必须配成溶液，才能得到高分辨率的NMR谱。若直接用固体测定， 所得的共振峰往往非常宽，没有精细结构，被称为宽线NMR，主要用于研究分子 运动，对鉴定未知物用处不大。 选用溶剂时要避免试样的吸收峰与溶剂峰相重合。常用聚合物溶剂如四氢呋喃、 二甲苯、二氧杂环已烷、环己烷、石油醚等均不能用于NMR的溶液制备，因为均 含有1H。而CCL4 ,CS2 等对高分子的溶液能力又很有限。因此，常需要用氘代溶剂， 如氘代氯仿、氘代丙酮、氘代二甲亚砜等。
纺织材料学 第三章 纤维形态的表征-细度
d 11.28 Ndt
d 1128
Nm
纤维细度值相同，其直径可能不同，其换算关系为：
d1 2
d2
1
直径细度指标（直径）与间接细度指 标的换算：
式中：d----纤维直径（mm）
δ----纤维密度（g/cm3)
二、纤维细度不匀指标
纤维的细度不匀主要包括两层含义：
➢ 纤维之间的粗细不匀； ➢ 纤维本身沿长度方向上的粗细不匀。
为显微镜法和气流仪法； ➢ 麻纤维：主要采用切断称重法，其次为显微镜法或
OFDA法； ➢ 丝纤维：主要采用绞丝称重法其次为显微镜法； ➢ 化纤短纤：根据毛型、棉型分别采用相应的测试方
法； ➢ 化纤长丝：一般采用绞丝称重法或显微镜法，其次
为振动法。
2．细度及其不匀对纤维集合体性质的影响
（1）对纤维本身的影响
ε——空隙率，未被纤维占据的体积的比率 S0——纤维的比表面积（单位体积纤维的表面积）
μ：空气粘滞系数粘滞系数（与环境温湿度有关可通过 温湿度修正使其保持一致） ε：样筒内纤维的空隙率（即纤维集合体内的空间体积与纤维集合体总体积之比）；
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在纤维塞质量M和测量参数（A,L,u）不变的情况下：
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2．细度不匀指标及分布
（1）不匀率指标
直径不匀是纤维细度不匀的最主要和最有效 的指标，包括：
➢ 直径均方差和变异系数 ➢ 直径平均差和平均差系数
偏差是衡量测量精密度的尺度， 它表示一组平行测量数据之间相 互接近的程度。在实际测量中， 偏差的大小比误差的大小更重要
(极差，平均差，标准差）。
➢ 细纤维(比表面积增大）：吸湿性好，染色性好， 纤维柔软，色泽乳白化，纤维成形后结构均匀、力 学性能提高；
纤维的表征-王安怡
优：细度评定Hale Waihona Puke 起源，是其他间接纤 称重法
指标测量的校验基础。
维
缺：耗时长，易出错。
细
度
的
表 征
直径测量法
传统显微镜观测法：是其他测量的基 础但速度慢人工干预较多。
OFDA法：快速、大样本、准确、干 扰因素少、适合几乎所有 纤维。
激光纤维直径测量法：是羊毛的标准
测量法但不适用于化学纤维。
谢谢！
纤维的外观形态与表征
---王安怡
纤维的外观形态
一、概念：纤维的外观形态包括纤维长短、粗细、截面形 态和卷曲及转曲。 二、显微镜下各种纤维的纵、横向形态特征：
图1-1棉纤维纵横向照片
图1-2丝光棉纤维纵横向照片
图2-1黄麻纤维纵横向照片
图2-2 大麻纤维纵横向照片
图2-3 苎麻纤维纵横向照片
图2-4 亚麻纤维纵横向照片
度及其分布特征的长度。 缺：纤维的逐跟点数和测量相当
困难复杂，且受纤维自然状
长
态的长度和拽直状态下的影响。
度
的 表
质量加权长度
优：对应各长度组纤维的称重较容易。 缺：会受纤维形态、密度不匀的影响。
征
截面加权长度
优：最接近根数加权长度。 缺：会受纤维形态、密度不匀的影响。
纤维外观形态的表征方法及优缺点
图3-1 绵羊毛纤维纵横向照片
图3-2 兔毛
图3-3 山羊绒纤维纵横向照片
图3-4 骆驼毛纤维纵横向照片
图4-1桑蚕丝纤维纵横向照片
图4-2 柞蚕丝纤维纵横向照片
图5-1涤纶纤维纵横向照片
图5-2 粘胶纤维纤维纵横向照片
纤维外观形态的表征方法及优缺点
优：最为直接准确的表达纤维长
聚丙烯腈碳纤维性能表征规范
聚丙烯腈碳纤维性能表征规范聚丙烯腈碳纤维的性能主要有力学性能、热物理性能和电学性能。
对于碳纤维材料来说，拉伸力学性能，包括拉伸强度、拉伸模量以及断裂伸长率是其主要力学性能指标。
由于纤维材料本身的特点，很难对其压缩力学性能进行有效的表征，因此基本不考虑纤维本身的压缩性能。
碳纤维的热物理性能包括热容、导热系数、线膨胀系数等，也是材料应用的重要指标。
电性能主要为体积电阻率以及电磁屏蔽方面的性能。
对于碳纤维的拉伸力学性能测试，各国都已经基本形成了相应的测试标准系列，这些标准系列同时包括了在力学性能测试时需要的线密度、体密度、上浆量等相关的测试。
对于热物理性能，相关的测试标准较少。
5.5.1 碳纤维性能测试标准序号标准号标准名称1 JIS R7601-1986 碳纤维试验方法2 JIS R7602-1995 碳纤维织物试验方法3 JIS R7603-1999 碳纤维-密度的试验方法4 JIS R7604-1999 碳纤维-上浆剂附着率的试验方法5 JIS R7605-1999 碳纤维-线密度的试验方法6 JIS R7606-2000 碳纤维单纤维拉伸性能试验方法7 JIS R7607-2000 碳纤维单纤维直径及断面面积试验方法8 JIS R7608-2007 碳纤维-树脂浸渍丝拉伸性能测试方法9 JIS R7609-2007 碳纤维体积电阻率测试方法10 JIS R7601-2006 碳纤维试验方法（修正1）日本东丽公司作为世界聚丙烯腈基碳纤维生产能力和水平最高的企业，也有自己的碳纤维力学性能测试内部规范，测试规范号和名称为TY-030B-01《碳纤维拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂延伸率测试方法》。
序号标准号中文标准名称1 ASTM D4018-2011 连续碳纤维和石墨纤维束性能的测试方法2 ASTM D1505-2010 采用密度梯度法测试塑料密度的测试方法3 ASTM D1577-2007 纺织纤维线密度的测试方法4 ASTM D7633-2013 炭黑碳含量的测试方法5 ASTM D482-2007 石油产品灰分的测试方法6 ASTM D2257-1998 纺织品中可萃取物的测试方法7 ASTMD4102-1982 碳纤维的耐热氧化性的试验方法序号标准号中文标准名称1 ISO10618-2004 碳纤维.树脂浸渍纱线拉伸特性测定2 ISO10548-2003 碳纤维.尺寸的测定3 ISO10119-1992 碳纤维.密度测定4 ISO10120-1991 碳纤维.线性密度的测定5 ISO10548-2003 碳纤维.胶料含量的测定6 ISO11567-1996 碳纤维.长丝直经和横截面积的测定7 ISO11566-1996 碳纤维.单丝样品抗拉性能的测定8 ISO 碳纤维长丝纱.试验方法和通用规范序号标准号标准名称1 GB/T3362-1982 碳纤维复丝拉伸性能试验方法2 GB/T3362-2005 碳纤维复丝拉伸性能试验方法3 GB/T3364-2008 碳纤维直径和根数试验方法4 GB/T3366-1996 碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法5 GB/T3855-2005 碳纤维增强塑料树脂含量试验方法6 GB/T26749-2011 碳纤维浸胶纱拉伸性能的测定7 GB/T30019-2013 碳纤维密度的测定8 GB/T29762-2013 碳纤维纤维直径和横截面积的测定9 GB/T29761-2013 碳纤维浸润剂含量的测定10 GB/T23442-2009 聚丙烯腈基碳纤维原丝结构和形态的测定11 GB/T26752-2011 聚丙烯腈基碳纤维12 QJ3074-1998 碳纤维及其复合材料电阻率测试方法13 GB18530-2001 车间空气中碳纤维粉尘职业接触限值碳纤维单丝力学性能测试单丝力学性能测试可以较为简单快速的得到碳纤维拉伸力学性能，需要样品量少，通常十厘米左右的纤维样品就可以完成对碳纤维的力学性能表征，因此在早期应用较为普遍。
纱线结构中纤维形态的数学表征
摘
要
根 据 空 间几 何 学 基 本 原 理 ， 用 曲率 、 率 以及 相 对 转 角 对纤 维 的形 态 结 构 进 行 表 征 ， 于 衡 量 纤 维 的 弯 采 挠 用
曲 变 形 和扭 转 变 形 ， 变 了 以往 纤 维 形 态 研 究 只 考 虑 其 空 间 曲线 特 性 的局 限 ， 而建 立 了纤 维 的 空 问 弹 性 曲 杆 模 改 从
文献标志码： Ａ
中图 分 类 号 ： Ｓ １ １ ２ Ｔ ０ ．
Ｍ ａ ｈｅ ａ ｉ ａ ｈａ ａ ｔ ｒ ｚ ｔｏ ｆ ｆｂｅ ｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｉ ａ ｎ ａ ｓ ｍ ｂｌ ｔ ｍ ｔｃ ｌｃ ｒ ｃ ｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｒ ｍ ｒ ｈ ｌ ｇ ｎ ｙ ｒ ｓ ｅ ｙ
纱 线 结 构 中纤 维 形 态 的数 学 表 征
薛 文 良 ，魏 孟媛 ，陈 革 ，程 隆棣
（ ． 华 大 学 纺 织 面 料 技术 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 海 １东 上 ２ 上 海 出人 境 检 验 检 疫局 ， 海 ． 上 ２０３） ０ １５ ２ １２ ； ０ ６ ０
型 。 分 别对 纱 线 捻 回角 与 纤 维 扭 转 数 进 行数 学 推 导 ， 分析 了二 者 之 间的 统 一 关 系 。 指 出纱 线 捻 回角 是纤 维 弯 曲 变 形 和 扭 转 变形 的综 合 反 映 ， 而纤 维 扭 转 数 则 可 以将 纤 维 的 弯 曲 变 形 和 扭 转 变 形 加 以 区 别 ， 而 能 够 突 出纤 维 本 身 从 扭 转 性 能 的 重要 性 。 关键词 纱 线结 构 ；纤 维 形态 ； 捻 ； 转 变 形 ； 曲变 形 加 扭 弯
Ｃ ｉａ；２ Ｓ ａ ｇ ａ ｔ — ｘｔ ｎｐ ｃｉｎａ ｄ Ｑ ａａ ｔ ｅＢ ｒａ ｈｎ ． ｈ ｎ ｈ ｉ ｒ Ｅ ｉＩｓｅｔ ｎ ｕ ｒｎｉ ｕｅ ｕ，Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ５，Ｃ ｉａ Ｅｎ ｙ ｏ ｎ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ３ １ ｈｎ ）
第三章 纤维的形态尺寸及表征
2.化学纤维 2.化学纤维 化学短纤维为了改善其可纺性和织物性能，一 般都要人为赋予卷曲，化学长丝（大部分）也不 例外。赋予化纤卷曲的方法有机械卷曲法、复合 纺丝法、三维卷曲纺丝法以及各种变形加工方法 等。 （1）复合纺丝法（是永久卷曲）： 利用纤维的内部结构的不对称而在热空气、 热水等处理后产生的。 （2）机械卷曲法（是暂时卷曲）： 利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而成。
第三章 纤维的形态尺寸及表征
第一节 纤维的长度 纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距 离 。 （伸直长度） 天然纤维：长度随动物、植物的种类、品系与生 天然纤维：长度随动物、植物的种类、品系与生 长条件等而不同; 长条件等而不同;品种不同，差异很大；同品种 的天然纤维，长度离散也很大。 棉、麻、毛 —— 短纤维，长度一般为 25~250mm
二 表示纤维卷曲性能的指标
1.卷曲数：指每厘米长纤维内的卷曲个数。是反映卷曲多少的指标。 1.卷曲数：指每厘米长纤维内的卷曲个数。是反映卷曲多少的指标。 一般化学短纤维的卷曲数的卷曲数为12～14个/25cm， 一般化学短纤维的卷曲数的卷曲数为12～14个/25cm， 羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。 2.卷曲率：指纤维单位伸直长度内，卷曲伸直长度所占的百分率。或 2.卷曲率：指纤维单位伸直长度内，卷曲伸直长度所占的百分率。或 表示卷曲后纤维的缩短程度。 卷曲率的大小与卷曲数及卷曲波幅形态有关。 一般短化纤的卷曲率在10～15%为宜。 一般短化纤的卷曲率在10～15%为宜。 3.卷曲回复率： 指纤维经加载卸载后卷曲的残留长度对卷曲伸直长度 3.卷曲回复率： 的百分率。 反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示回缩后剩余的波纹越深， 即波纹不易消失，卷曲耐久。 一般短化纤的该值约为70～80%。 一般短化纤的该值约为70～80%。 4.卷曲弹性率：指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对伸直长度的 4.卷曲弹性率：指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对伸直长度的 百分率。 反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示卷曲容易恢复，卷曲弹性 越好，卷曲耐久牢度越好。 一般短化纤的该值约为10%。 一般短化纤的该值约为10%。
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纤维表征
一、纤维的细度
1、 纤维细度是指纤维粗细的程度。
2、 纤维的细度指标有直接和间接两种。
1) 直接指标是纤维粗细的指标，一般用纤维的直径和截面积表示，适于圆形纤维。
2) 间接指标是以纤维质量或长度确定，即所具有的质量（定长制）或长度（定重制）表示，无截面形态限制。
定长制有纤度或称旦数(Den)和线密度或称特数(tex)、分特数(dtex)；定重制有公制支数。
3、 细度表征
1) 分特数Ndt (dtex)
我国法定的线密度单位为特克斯（tex ），简称特，表示一千米长的纤维或纱线在公定回潮率时的质量克数。
而为规范应用于纤维，采用更细的分特（dtex ）表达，即一万米长的纤维所具有的质量克数，为1/10特。
特的计算为：
2) 旦数ND 旦数即旦尼尔数（Denier ），较多地用于丝和化纤长丝中，又称纤度。
是指9000米长的纤维在公定回潮率时的质量克数，即：
公制支数简称支数，是指在公定回潮率时1g 纤维或纱线所具有的长度米(m)数，即：
4) 直径与截面积
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。
由于纤维很细，以微米为单位，近似圆形的计算为纤维直径d 可用于长丝线密度的计算。
设纤维的密度为（g/cm 3），则
5)
1旦ASPI TM 聚酰亚胺纤维单丝的直径为 10.01 微米
2旦ASPI TM 聚酰亚胺纤维单丝的直径为 14.16 微米
3旦ASPI TM 聚酰亚胺纤维单丝的直径为 17.34 微米
二、纤维的断裂强度
1、 指纤维拉伸到断裂时产生在纤维单位截面积上的破坏力。
2、 单位转化
1) g 与厘牛的转化：
F=mg=0.001×9.8=0.0098N=0.98cN ，即1g=0.98cN
2) D 与tex
、dtex 的转化
1tex=10dtex=9D
3) g/D 与cN/dtex 之间的转化
三、ASPI TM聚酰亚胺长丝规格
480D/240f——斜线上方的数据表示长丝的纤度，一束长丝为480D；线下方的数据表示一束丝有多少根单丝。
240f即表示一束长丝中有240根单丝。
四、ASPI TM聚酰亚胺短纤规格
1、棉型——38mm
2、毛型——76mm
3、中长型——51mm。