01-纺材绪论

木棉的微细结构与层次
1 0
(a)
(b)
分叉羽绒和竹节多髓腔兔毛的形态
三、纺织材料的发展－纱线
纱线：短纤维，加捻，连续；长丝，抱合，稳定的形态； 多根细长的纱、丝，集合，满足使用要求。 其基本的发展进程：
简单加捻组合或直接合并到复杂多轴系的组合；
加捻（短纤）和粘合（生丝）方式到引入编织和纠缠机 制（空气变形或气流混乱化纠缠）； 从纺纱、纺丝、合股成线的分离进行到纱、丝成“线” 一步完成。
三、纺织材料的发展－表征方法
纤维材料的结构、性能及其相互关系的表征： 棉：美国的HVI和相关的ASTM标准； 毛：澳洲人基本解决了羊毛的系统评价和实用表征方法 （如ATLAS、SiroLan-LaserScan、OFDA等）以及IWTO采纳的 标准及测量方法。
三、纺织材料的发展－表征方法 纱线的结构和功能的表征： 纱线品质评价： Uster仪器几乎包揽（除显微观察和图像 处理技术的应用）。 织物的表征： 较为客观和具有理论指导意义的是织物手感（hand）与热 湿舒适性（comfort）的评价方法与仪器 如川端的KES，澳大利亚联邦科学院（CSIRO）的FAST， 动态悬垂表征和有限元算法模拟织物造形，以及多种暖体假人 模型测量装置。
E h m 2 2 m m0 ； 而 c c 爱因斯坦相对论的质量－能量关系
CH2OH
v2 1 2 c
OH
甲壳素纤维 的分子式
OH
O
O
HNCOCH3
O
HNCOCH3
CH2OH
O
n 2
S l S nl 4.2(1 n
1 / 5
) l
Peirce的弱环（Weak-link）定律
三、纺织材料的发展－表征方法
由科学表征、抽象思维产生的理论，绝大多数是国外学者的贡献。 Hearle教授的缨状原纤理论、纤维转移理论和纱线力学分析； Peirce博士的吸湿、弱环、弯曲、织物结构的理论； Binns、Peirce、川端季雄、Postle等织物手感风格的观点与理论； Woodcock的织物舒适性的透湿指数等， 以及高分子材料科学中的许多经典理论和方法。
ENL =B
E0
E0 ( ) k[1 exp( )] B 2 k
10 20 30 伸长率 (%) 40


50
图３
数字图形、物理模型及数学表达
二、纺织材料的研究内容
1 0
“式”即数字的关系，可以将很长而又费解的文字、很大 而又复杂的图形，甚至无法表达的内容，简明地表达出来。
三、纺织材料的发展－纱线 纱线不仅是由短变长（短→长）的过程，且是长→匀、单→ 复、匀一→复杂的过程，涉及纱、丝、线及其组合复合体。
单 轴 系
短纤纱 （纱）
长丝束 （丝）
股线（线） 复合结构纱 花式线 编织线 复合结构丝 多 轴 系
单、双、多的复合与组合
纱线的发展流程及可能的提示
三、纺织材料的发展－纱线 Selftwist spun 自捻 纺
三、纺织材料的发展－织物
非织造布：
是人类进步中循环往复、螺旋上升规律的写照。
最典型的非织造材料：人类文明起初使用皮革、草垫、纤 维絮垫、造纸等。 非织造加工在近50年中快速发展，成为简化工艺、节省时 间、降低能耗的典范。
三、纺织材料的发展－织物
织物作为可直接应用产品，正较多较快地转向产业用纺织 品；转向非织造、复合与组合、多轴与三维；转向机织、针织、 编织、非织、粘结、涂层加工体系的组合与复合，使织物结构 变得更合理、轻巧和功能化。
– “纤维、纱线、织物及其复合物”
• 形成过程可以பைடு நூலகம்序进行，也可以跳跃完成
一、纺织材料的定义 • 以材料的组成属性命名的学科
–高分子材料、金属材料、有机、无机材料、生物材 料等。 “纤维材料” –将材料作为一整体去实现材料结构、形态、性质及 其变化。是宏观调控微观，多为均匀结构的讨论
• 以材料的应用属性命名的学科
纺织材料学
绪论
• 一、纺织材料的定义 • 二、研究内容 • 三、纺织材料的发展
– 纤维 – 纱线 – 织物
• 四、应关注的知识和理论
一、纺织材料的定义
• 纺织材料是指纤维及纤维制品，具体表 现为纤维、纱线、织物及其复合物。
– “纤维与纤维制品”
• 原料，用于纺织加工的对象 • 产品，通过纺织加工而成的纤维集合体。
表达还可以虚拟地进行，即通过已有的结果，进行建模、 替代实际的测量，来预见性地表达、或模拟性地表达。
流程方向
加工、设计过程 SK (K= 1,2,, N)
纤维性质 fi (i=1,2,, m)
f1i S1
1
F1 j

1
f Ki
SK
K
FKj

K
f Ni
SN
N
FNj
成品特征 Fj (j =1,2,, n)
纤维的初加工与成形加工 异形、复合、异组合 表面改性、差别化加工 成 网 固 着 环 纤维的结构与组成 纤维性能 境 的 影 响 纱线的结构与组成 织物的成形与多轴、 立体加 工，以及染整加工 粘 结 复 合 纱线性能 和 对 环 境 织物的结构与组成 各种改型、 复合、 缝制、 粘 贴及成形加工 织物性能 的 影 响 最终产品结构与组成 使用 使用性能
三、纺织材料的发展
1 0
古远天然纤维的采摘、绑扎、悬挂、编结 种植、饲养、采矿、再生、合成等方法获取初级纤维 复杂、智慧的人工机械，甚至物理、化学方法加工成的可用 于产业用、家用、服装用的纤维、纱线、织物及其复合体。
三、纺织材料的发展－纤维
天然纤维
化学纤维
世界人口
50年前
约1000万吨 约330万吨
纤维形、性、能的可控与可变， 纤维高性能化和纤维自适应行为的实现 人类应该承认自然界 天然纤维的作用就如 同母亲孕育了儿女 人类有能力、但还 稚嫩，会犯错误， 应该自律
？
三、纺织材料的发展－纤维 人类至今不及天然纤维的地方：
1 0
如纤维的强度和弹性伸长始终不及蜘蛛丝，即实际强度无法 进入其分子强度的同一个数量级。 如纤维的原纤结构无法像棉、毛那样可以发生多级螺旋。 如纤维的中空度只能达到60%，而木棉纤维达到近90%的连 续中腔。 如纤维的表观形态无法产生像毛发类纤维的鳞片状条纹或粗 糙起伏； 羽绒纤维可形成小枝杈和奇妙的分形现象； 兔毛：中腔的“竹节”结构。
• 长丝束：
– 从简单的变形加工，延伸到多组份、异粗细、 异长度、异截面、异收缩、异卷曲的一步成形 纺丝（异组合加工）。
• 长丝、短纤维纱的共性问题
– 如何能人为地控制纤维的形状，加工中的状态， 成形后的形态，使其能扬长避短、优势互补
三、纺织材料的发展－织物
机织物： （1）起源与发展： 藤类、竹类材料的手工编织→线、绳的手工编织→手工 织机的织造→机械化织造→多维，多轴系的织机和机织物 （2）特征：交叉、刚硬和稳定
二、纺织材料的研究内容
1 0
表达还可以借助其他手段与方法来实现，称为测量。这是 实际的、直接的表达。
棉结测试 (可选) UV 测试 (可选) 长度/强度、 颜色/杂质、 天平 马克隆值 测试 含水率测试 条码读数器 (可选)
附加的长/强、颜色/杂质、含水率测试模块(可选)
二、纺织材料的研究内容
1 0
三、纺织材料的发展－织物
针织物： （1）起源与发展： 柔软的草茎或线状物的绑扎、打结→柔软的纱、线、绳 的手工圈套、编结→简单的手工器具，弯曲的勾针或直挺的 细棒的圈套与编织→手摇机械针织机及自动针织机。 （2）特征：柔软易变形、三维圈套
三、纺织材料的发展－织物
编织物： 直到近50年，其没有多大发展的单轴系的编织溶入于纱线制 造技术； 多轴系的编织成为当今机械自动化三维、多轴向、连续一次 复合成形的最杰出的方法，是高层次结构、复合材料的基本要 素和象征。
棉纤维的形态结构模型
二、纺织材料的研究内容
1 0
如今的图形、图像技术使其变得既直观又简便，甚至复杂的 数学物理模型和材料行为过程都可以动态地表达出来。
30
单纤维比应力 T ( ) /cN/tex
25 20 15 10 5 0 0
单纤维典型拉伸曲线 Vangheluwe模型
屈服区有差异， 其他段拟合较好
• 纺织材料的内容包括纤维及纤维集合体。
• 纺织材料学：是纤维和纤维集合体的结 构、性能及其间相互关系的学问，包括 认知、表征（文、形、式）和发展。
二、纺织材料的研究内容
1 0
“文”即文字，是人类文明的产物，原本为简化表达和记载， 而今变得越来越复杂和冗长。
二、纺织材料的研究内容
1 0
“形”是物质或对象的直接表达，包括形状（照片与图像） 和行为（关系和规律曲线或形态模型） 。
纱线的成形与结构、复合、 连续、断续、渐变加工
废弃用物
纤维制品
研究对象及其间关系 纺织材料可以通过纤维的结合：
1 0
使刚性的材料变得柔软，使柔性的材料变得刚硬； 使性质均匀的材料变得各向异性，使各向异性的纤维组合成 各向同性物质； 使部分物质（液、汽、气）能够出入自然，而使其它物质 （颗粒、水、微生物、汽）无法通过； 可使材料在多孔状态下达到隔热、保暖； 可使材料在很大的变形下保持弹性； 可让其他材料无法实现的三维曲面造型，通过二维平面的纺 织材料，柔性、自然地贴服于人体上。
27亿左右
50年后的今 约2500万吨 近4000万吨 65亿多 天
三、纺织材料的发展－纤维
1 0
截面 外观 分子 天然 组成 再生纤维 形态 仿棉仿毛 形态 异性纤维 纤维 模仿 合成纤维 模仿 中长纤维 模仿 复合纤维
人类模仿天然纤维的发展过程