纤维的物理性能
化学纤维主要性能指标.
29
2.卷曲度：由于化学纤维的表面比较光滑，不象棉纤维那样有天然扭曲，也不象羊
毛那样表面有鳞片，因此纤维之间的抱合力比较小，不利于纺织加工，为了改善这 一性能，增加化学纤维与棉、毛混纺时的抱合力，改善纤维的柔软性，必须将纤维 进行卷曲加工。化学纤维卷曲性能检验在卷曲弹性仪上进行。 通常采用单位长度纤维上的卷曲数来表示卷曲度。一般供棉纺用的化学纤维要 求高卷曲度（4～5.5个/cm），供精梳毛纺的化学纤维及制膨体毛条的长纤维要求中 卷曲度（3.5～5个/cm），为了全面地表征化学纤维的卷曲度，可采用下列指标：
三、化学纤维主要性能指标
1
长度
高温和低温的稳定性
细度 比重 对光－大气的稳定性
物理性能指标
光泽
稳定性能指标
化学试剂的稳定性 微生物作用的稳定性 抱合性
吸湿性
热性能 电性能 断裂强度 断裂伸长
加工性能指标
起静电性 染色性 纤维长度
机械性能指标
（力学性能指标）
初始模量 回弹性 耐多次变 形性
短纤维的附加 品质指标
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1.断裂强度：断裂强度是表征纤维品质的主要指标，提高纤维的断裂强度可改善
制品的使用性质。纤维的断裂强度，通常有以下几种表示方法：
（1）断裂强力
亦称绝对强力或断裂负荷，简称强力。即纤维材料受外界直接拉伸到断裂 时所需的力，单位为牛顿（N），衍生单位有厘牛顿(cN)、毫牛顿(mN)、千牛顿 (kN)等。各种强力机上测得的读数都是强力。强力与纤维的粗细有关，所以对 不同粗细的纤维，强力没有可比性。
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（4）断裂长度：以自身重量拉断纤维所具有的长度，单位为千米（km）。
电子纤维强力机
纤维强力仪
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世界三大高性能纤维简介
世界三⼤⾼性能纤维简介中国⾼性能纤维复合材料需求将⽇渐强劲，尤其是航天航空、汽车、风电等领域。
根据JEC集团研报显⽰，最近⼏年全球复合材料需求增长⼀半都在亚洲，亚洲尤其中国市场增长较快，预计到2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额；⽬前国内复合材料⽤于交通运输的⽐例相对⽐较⼩，只占5%，低于全球24%平均⽔平；在⼯业设备领域⽐例为10%，也低于全球26%的平均⽔平。
⽬前⾼性能纤维在飞机上的⽐例为50%-80%，波⾳公司预计到2025年中国运输飞机数量将是原有的3倍；国内风电和汽车领域需求旺盛，⾼性能纤维复合材料作为⼀种先进的轻质⾼强材料，符合风⼒发电机组⼤容量发展趋势，迎合汽车安全、轻型化发展⽅向。
世界三⼤⾼性能纤维：（1）芳纶纤维：⽬前全球芳纶纤维整体已出现供过于求局⾯，但其中芳纶1414的供求形势依旧偏紧。
国内芳纶纤维消费旺盛，年复合增长率约为30%。
我们认为，随着供给增加，国内⾼温滤料⽤芳纶1313或将出现产能过剩，芳纶1313在需有⼀定技术含量的防护领域、芳纶纸⾼端产品应⽤领域市场潜⼒⼤；国内芳纶1414主要依靠进⼝，供给是关键。
芳纶简介 芳纶全称为"聚对苯⼆甲酰对苯⼆胺",英⽂为Aramid fiber（杜邦公司的商品名为Kevlar），是⼀种新型⾼科技合成纤维，具有超⾼强度、⾼模量和耐⾼温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，⽽重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。
它具有良好的绝缘性和抗⽼化性能，具有很长的⽣命周期。
芳纶的发现，被认为是材料界⼀个⾮常重要的历史进程。
芳纶纤维是重要的国防军⼯材料，为了适应现代战争的需要，⽬前，美、英等发达国家的防弹⾐均为芳纶材质，芳纶防弹⾐、头盔的轻量化，有效提⾼了军队的快速反应能⼒和杀伤⼒。
在海湾战争中，美、法飞机⼤量使⽤了芳纶复合材料。
4080纤维 国标
4080纤维国标4080纤维是一种高性能纤维材料，具有出色的力学性能和耐热性能。
它是由聚酯树脂和玻璃纤维组成的复合材料，经过特殊工艺加工而成。
4080纤维广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程和体育器材等领域。
4080纤维的国标是指该纤维在国家标准化组织制定的标准下进行生产和使用。
国标规定了4080纤维的物理性能、化学性能、加工工艺和质量要求等方面的标准，以确保产品的质量和安全性。
根据国标，4080纤维的物理性能包括拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率等。
拉伸强度是指在拉伸力作用下，纤维材料能承受的最大应力，通常以兆帕（MPa）为单位。
弹性模量是指纤维材料在拉伸过程中的刚度，反映了材料的抗弯挠性能。
断裂伸长率是指纤维材料在断裂前的拉伸变形程度，反映了材料的延展性能。
化学性能方面，国标规定了4080纤维的耐热性能、耐化学物质腐蚀性能等。
耐热性能是指纤维材料在高温环境下的稳定性和不变形能力。
耐化学物质腐蚀性能是指纤维材料在接触酸、碱等化学物质时的稳定性和不受腐蚀的能力。
加工工艺方面，国标规定了4080纤维的成型工艺、固化工艺等。
成型工艺是指将4080纤维制成所需形状的工艺过程，可以采用注塑、挤出等方法。
固化工艺是指将4080纤维加热固化，使其形成坚固的结构。
质量要求方面，国标规定了4080纤维的外观质量、尺寸精度、表面平整度等要求。
外观质量包括纤维表面的光洁度、无杂质等。
尺寸精度是指纤维的尺寸大小和形状的精确度。
表面平整度是指纤维表面的平整程度，要求光滑无凹凸。
4080纤维的国标是保证产品质量和安全性的重要依据，生产和使用4080纤维的企业和个人应遵守国标要求，确保产品符合标准，并且在使用过程中注意安全操作，以充分发挥4080纤维的优异性能，提高产品的质量和可靠性。
纺织物理第六章纤维的热学性质
定义
热容是描述物质在加热或冷却过程中吸收或释放热量能力的物理量。
分类
根据热容与温度的关系，可分为定容热容和定压热容。在等温过程中，定容热容表示单位 质量的物质温度升高或降低1K时所吸收或释放的热量；定压热容表示在等压过程中，单 位质量的物质温度升高或降低1K时所吸收或释放的热量。
影响因素
物质的种类、温度和物态。
重要性及应用
重要性
热学性质是纤维的基本物理性能之一，对于纺织品的加工、性能优化以及穿着 舒适性等方面具有重要影响。
应用
纤维的热学性质在纺织品的加工过程中，如热定型、染色、印花等环节中有着 广泛的应用。同时，纤维的热学性质也直接影响着纺织品的保暖性、透气性、 舒适性等性能。
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纤维的热学性质
热容
学习纺织材料的热防护 技术，如阻燃、隔热等 技术在纺织品中的应用。
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热氧化
纤维在高温下与氧气发生反应， 产生氧化产物，如二氧化碳、水 蒸气等。热氧化会导致纤维质量 减轻，性能下降。
热色效应
• 热色效应是指纤维在受热时颜色发生变化的现象。不同纤维的 热色效应不同，有些纤维在受热时会变色，而有些则不会。热 色效应在纺织品加工中具有重要应用，如染色、印花等。
热防护与阻燃
热分解温度
热分解温度是指纤维材料开始发生分解反应的温度。通过测定热重曲线，可以得 到纤维材料的热分解温度和分解速率等数据。
热处理与加工性能测试
熔融温度与黏度
熔融温度是指纤维材料开始熔化的温度，黏度则表示纤维材料在熔融状态下的流动性能。这些数据对于纤维的加 工工艺和产品质量具有重要意义。
热加工温度范围
热防护
纤维的热稳定性与其热防护性能密切 相关。热防护性能好的纤维能够在高 温下保持较好的机械性能和化学稳定 性，不易燃烧或分解。
蚕丝纤维的性质和应用
蚕丝纤维的性质和应用蚕丝纤维是从蚕茧中提取的纤维，是人类的珍贵天然纤维之一，与棉、麻、毛、丝等具有相比无差别的良好性能，但在某些方面表现出独特的特点。
一方面，蚕丝纤维具有良好的抗菌性、透气性、吸湿性和保温性等特点；另一方面，它还富有光泽、柔软度高、手感好等等特点，极具价值和广泛应用。
接下来，我们将逐步介绍蚕丝纤维的性质和应用。
第一、蚕丝纤维的物理性能1、柔软性和手感：蚕丝纤维具有良好的柔软性，可以灵活弯曲，穿着舒适，而且手感非常好，富有光泽度。
2、强度：蚕丝纤维具有一个很高的抗拉强度，一条细小的蚕丝线就可以支撑一个巨大的重量，具有极高的耐磨性，不易损坏。
3、吸湿性：蚕丝纤维可以吸收空气中的水分，可以吸收到50%左右的水分，保持干燥；同时还可以透气，吸湿后空气可以渗透进去，不增加穿着潮湿的感觉。
4、保暖性：蚕丝纤维具有良好的保温性能和保暖性能，可以很好地阻挡寒冷的外界空气，使身体保持温暖。
第二、蚕丝纤维的化学性能1、抗菌性：蚕丝纤维中具有天然的蚕丝胶蛋白，它会释放出一些抑菌物质，因此蚕丝纤维具有很好的抗菌性，不会引起皮肤过敏。
2、不易褪色：由于蚕丝纤维中的色素分子与纤维分子结合得非常牢固，不容易褪色，因此蚕丝衣物不需要过于频繁的清洗，也不会出现褪色现象。
3、化妆品的生产：蚕丝纤维还可以被用作化妆品的原材料，它具有良好的渗透性和吸附能力，可以在皮肤上形成一层保护膜，有保养美容、防晒的美容功效。
第三、蚕丝纤维的应用1、服装：蚕丝纤维是非常好的纺织原材料，常被用于做轻柔、垂软和流畅的服饰；同时，蚕丝衣物可以很好地保护皮肤，轻柔的手感不会损伤皮肤，更是被称为健康绿色材料。
2、家居装饰：蚕丝纤维还可以用来做家居装饰品，如桌布、抱枕等，这些产品不仅精美绝伦、生动有趣，同时也具有抑菌、防潮、防蚊和美容等多种功效。
3、医疗用品：蚕丝纤维还可以用来做医疗用品，比如制作面罩、手套、外科缝合线等，具有很好的医疗性能和耐用性，是一种非常重要的材料。
纺织物理 第三章 纤维的力学性质
亚麻 苎麻 棉 涤纶 锦纶 锦纶 蚕丝 腈纶 粘胶 醋酯 羊毛 应变 醋酯
以纤维的断裂强力和断裂伸长率的对比关系来分，拉伸曲线可分为三类： 1. 强力高、伸长率很小的拉伸曲线，如棉、麻等天然纤维。 2. 强力不高、伸长率很大的拉伸曲线，如羊毛、醋酯等。 3. 强力与伸长率介于一、二类之间的拉伸曲线，如蚕丝、锦纶、涤纶等。
• 断裂功指标 a． 断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，即负荷-伸长曲线下 的面积，表示材料抵抗外力破坏所具有的能量 。 b．断裂比功：是指拉断单位体积纤维或单位重量纤维所需作的功。实际应 用中，断裂比功用拉断单位线密度，1cm长纤维所需的功（N· cm）表示， 即断裂比功=断裂功/(线密度×夹持长度)，其中断裂比功单位： N/tex； 断裂功单位： N· cm；线密度单位：tex；夹持长度单位：cm
聚乙烯(Polyethylene,PE)结晶度和性能的关系
结晶度% 密度kg· -3 软化点k 断伸率% m 65 75 85 95 0.92 0.94 0.96 0.97 373 383 393 403 500 300 100 20 冲击强度J· -1 抗张强度MPa m 854 427 214 160 137 157 245 392
五、纤维的结构不匀对拉伸性能的影响
• 纺织纤维存在不均匀性，如纤维与纤维之间，以及在同一纤维的 长度方向上，其大分子链排列的聚集态结构和横截面面积的变异 很大，纤维内部的结晶和无定形区的尺寸大小，结晶的完整程度 千差万别。 • 单纤维的断裂强力是由这根纤维的最弱截面处的强力决定的，试 样长度越长，最弱截面（弱环）出现的概率越大，纤维的强力也 越低。 • 1926年皮尔斯提出“弱环定律”：试样长度与断裂强力的理论关 系。
(3)分子链堆砌的紧密程度、结晶度
纺织纤维的性质和特征
纺织纤维的性质和特征1、纤维的吸湿性能吸湿性能纺织纤维放在空气中，会不断地和空气进行水汽的交换，即纺织纤维不断地吸收空气中的水汽，同时也不断地向空气中放出水汽。
纺织纤维在中吸收或放出水汽的性能称为纤维的吸湿性。
纺织纤维的吸湿性是纺织纤维的重要物理性能之一。
纺织纤维吸湿性的大小对纺织纤维的形态尺寸、重量、物理机械性能都有一定的影响，从而也影响其加工和使用性能。
纺织纤维吸湿能力的大小还直接影响服用织物的穿着舒适程度。
吸湿能力大的纤维易吸收人体排出的汗液，调节体温，解除湿闷感，从而使人感到舒适。
所以在商业贸易、纤维性能测试、纺织加工及纺织品的选择中都要注意纤维的吸湿性能。
在常见的纺织纤维中，羊毛、麻、粘胶纤维、蚕丝、棉花等吸湿能力较强，合成纤维的吸湿能力普遍较差，其中维纶和锦纶的吸湿能力稍好，腈纶差些，涤纶更差，丙纶和氯纶则几乎不吸湿。
目前，常将吸湿能力差的合成纤维与吸湿能力较强的天然纤维或粘胶纤维混纺，以改善织品的吸湿能力。
在纤维的吸湿性能中，除吸湿性外，纤维材料的吸水性也与服用织物的穿着舒适性密切相关。
纤维的吸水性是指纤维吸着液体水的性能。
人们在活动时所产生的水汽和汗水，主要领先材料的吸湿和吸水性能，进行吸收并向外发散，从而使人感到舒适。
一般来说，外衣主要是受雨水的浸湿，所以可选择吸水性小的纤维作外衣材料；内衣主要是受身体的不显性蒸发和出汗浸湿，因此要选择吸湿和吸水性大的纤维作内衣材料。
2、纤维的机械性能机械性能纺织纤维在各种外力的作用下，和种变形的性能称为纺织纤维的机械性能。
外力作用包括拉伸、压缩、弯曲、扭转、磨擦等各种形式。
纺织纤维的机械性能应包括纤维的强度、伸长、弹性、耐磨性、弹性模量等。
纤维的强度：纤维的强度是指纤维抵抗外力破坏的能力，它在很大程度上决定了纺织商品的耐用程度。
纤维的强度可用纤维的绝对强力来表示，它是指纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂时所能承受的最大负荷。
其法定讲师单位为牛顿（N）或厘牛顿（cN）。
各种纤维的性能
棉纤维素1、分子结构：2、分子式：C21H20O133、分子量：480.384、密度：1.883 g/cm35、沸点：886 °C at 760 mmHg6、熔点：229-230°C7、闪点：310.8 °C8、折射率：1.7999、带棉籽的棉称籽棉，除去棉籽的棉纤维称皮棉或原棉，是纺织工业的主要原料。
可分对其有破坏作用，使其分解为葡萄糖，碱无破坏作用，氢氧化钠可使其产生“丝光”效应。
纤维分子上有亲水性的极性基团（如羟基、羧基、氨基、酰胺基等），故有较强的吸水性能。
常用于纯纺或与其他天然纤维或化学纤维混纺。
用于制各种线、绳、带、针织物、机织物、编织物，并可加工成各种服装、装饰和产业用纺织品。
纤维与其概念介绍--棉(2010-06-14 11:05:34)▼分类：纺织原料标签：有机棉太空棉中空棉彩棉丝光棉双丝光七孔棉玻璃棉呼吸棉再生棉教·概论棉花是世界上最主要的农作物之一，棉花重要性堪比粮食，是很多国家的战略储备物资之一，在2010年中国XX由于天气恶劣导致棉花减产严重时，印度则为了保护本国市场下令禁止棉花和棉纱出口中国。
棉纤维能制成多种规格的织物，从轻盈透明的巴里纱到厚实的帆布和厚平绒，适於制作各类衣服、家具布和工业用布。
棉织物坚牢耐磨，能够洗涤和在高温下熨烫。
棉布由於吸湿和脱湿快速而使穿著舒服。
如果要求保暖好，可通过拉绒整理使织物表面起绒。
通过其他整理工序，还能使棉织物防污、防水、防黴；提高织物抗皱性能，使棉织物少烫甚至不需要熨烫。
主要产棉地棉花产量最高的国家是中国、美国、印度、巴西、墨西哥、埃与、巴基斯坦、土耳其、阿根廷和苏丹。
·棉产品物理和化学性能棉纤维的强度高、抗皱性差、拉伸性则较差；耐热性较好，仅次于麻；耐酸性差，在常温下耐稀碱；对染料具有良好的亲和力，染色容易，色谱齐全，色泽也比较鲜艳。
1．吸湿性强。
2．耐碱不耐酸。
棉布对无机酸极不稳定，即使很稀的硫酸也会使其受到破坏，但有机酸作用微弱，几乎不起破坏作用。
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对含有水份的纤维、比热值会有很大变化，纺织加工是一个水加工 工艺，干燥含水的纤维是常规的工艺过程，所以，含湿纤维的比热 比干纤维的更重要。这时温度变化1℃时所吸收或放出的热量，除 纤维外，还应有纤维中的水份。P73 图4-1 羊毛的比热容、温度和回潮率的关系p74
• 二、纤维的导热性p74 • 纤维内部及其集合体纤维间孔隙内充满空气，在有温差的 情况下，热量总是从高温向低温传递——导热性，抵抗这 种传递的能力则称为保暖性。 • 导热性用导热系数λ表示，单位是kJ／（m· k· h）。是指当 纤维材料的厚度为1m且两侧表面之间的温度差为1℃时， 1h内从1平米的纤维面积中通过的热量（KJ）。λ值越小， 表示该纤维的导热性越低，其绝热性或保暖性越高。
表4-1 干燥纤维的比热p73
纤维 蚕丝纤维 羊毛纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 醋酯纤维 粘胶纤维 比热（J/g· K） （室温） 1.386 1.361 1.340 1.507 1.464 1.26～1.35 纤维 锦纶纤维 锦纶6纤维 棉纤维 粘胶纤维 亚麻纤维 玻璃纤维 比热（J/g· K） （室温） 2.052 1.840 1.21～1.34 1.357 1.344 0.670
• 三态转变温度p78
• 1.玻璃化温度Tg ——非晶态高聚物大分子链段开始运动的最低温度，或由玻璃态向 高弹态转变的温度。 影响Tg的因素：化学组成的影响；分子量和交键作用；混合、接枝及 共聚的影响；增塑剂的作用。凡是使链的柔性增加，使分子间作用力 下降的结构因素都会使Tg • 2.流动温度(Tf ) ——非晶态高聚物大分子链相互滑动的温度，或由高弹态向粘流态转 变的温度。 熔点温度Tm ——高聚物结晶全部熔化时的温度，或晶态高聚物大分子链相互滑动 的温度。 • 3. 分解点温度Td ——高聚物大分子主链产生断裂的温度。
高分子的链结构与形态
旋转图每逆时针旋转60o的构象分解
60o 反式
U
60o 旁式 重式
60o
顺式
60o
重式
Hale Waihona Puke 60o旁式60o反式
C C C C
0o
60o 120o 180o 240o 300o 360o θ
旋转过程中的位能变化
高分子链的内旋转
旋转过程中构象不断变化，位能（U）也不断变化。旋转的难易取决于旋转位能的的 高低，位能越低越容易旋转。分子结构不同，位能不同，一般电负性大、取代基多或大， 位能越大。
静止空气是最好的热绝缘体。纤维材料的保暖性主要取决于纤维 层中夹持的空气数量和状态。但一旦空气发生流动，保暖性就大大 降低。 P75 水的导热系数较大，随着纤维回潮率的增高，纤维的导热系数会 增大，而保暖性下降。
影响纤维导热性能的因素 （1）分子量的大小 在同一温度下，分子量越高→λ↑。 （2）温度与回潮率的影响 T↑→λ↑ 水分越多，λ越大，保暖性越差 （3）纤维集合体的体积重量 保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量。 纤维层中夹持的空气越多，则纤维层的绝热性越好. 一旦 夹持的空气流动，保暖性将大大降低。 • 纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3，λ最小，保暖性最 好。
λ 纤维 棉纤维 粘胶纤维 涤纶纤维 氯纶纤维 0.255～ 0.264 0.197～ 0.255 0.301 0.151 羊毛纤维 醋脂纤维 腈纶纤维 空气 0.188～ 0.197 0.180 0.184 0.092 蚕丝纤维 锦纶纤维 丙纶纤维 水 0.180～ 0.197 0.75～ 1.21 0.79～ 1.09 2.15 纤维 λ 纤维 λ
三、纤维的热裂解与纤维的三态转变p75-78 （一）加热过程中的物相变化 两种类型： （1）一种是先随温度升高脱去水份，然后氧化降解，直接由固态裂解为 气体和碳素残渣。许多天然纤维素纤维、天然蛋白质纤维、再生纤维均属 这一种类型。 （2）一种也是先随温度升高脱去水分，随后纤维开始由固态（玻璃态） 转变为有高形变能力的高弹态，或者从近似于玻璃态的低高弹态转变为高 弹态，再继续升高温度，纤维成为流动态的熔体（粘流态），再升高温度 便开始热裂解。像涤纶、锦纶这样一 些合成纤维，日常使用温度下为玻璃态， 丙纶纤维日常使用的是近似玻璃态的低 高弹态。 （二）热塑性纤维的三态转变 纤维物理状态有加热后发生“三态转变” 的特点称为热塑性纤维。p75
Qa F T t
在纤维材料的厚度为a的时候，通过该材料厚度的热量称为热传导率
Q k a F T t
式中：Q——通过制品的热量（KJ），a——制品的厚度（m），F——制 品的面积（m2），ΔT——温差（℃），t——时间（h）。
表4-2 纤维、空气和水的导热系数（室温20℃）[KJ／（m· k· h）] P75
共轭双键
由于分子链整个形成共轭体系，造成旋转困难，故只有刚性而无柔性。如 聚乙炔 ～CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH～ 聚 苯 ～ ～
（二）热塑性纤维的三态转变p76-77
• 玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。
在温度比较低时，表现出有类似于刚体的性能。 • 高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性。 表现为类似于橡胶的性能。 • 粘流态：大分子开始变形，表现出液体流动的特性。
表4-3 一些纤维的热特性温度 p78 纤维 棉纤维 羊毛纤维 蚕丝纤维 锦纶6纤维 锦纶66纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 维纶纤维 丙纶纤维 氯纶纤维 醋酯纤维 软化点（℃） — — 180 160～180 235～240 238～240 190～240 干：220～230 水中：110 121～176 90～100 200～230 熔点（℃） 热分解温 玻璃化温度（℃） 度（℃） — — — 215～220 250～260 255～260 327 225～239 163～186 180～200 260～300 341 243 287 416 — 410 312 — — 287 336 — — — 47～50 47～50 67、81、125 80～100、140～150 85 －15 82 186