影响各种纤维的外观特征、性能以及品质的因素,主要是纤维的形态结构和化学结构。
(一)纤维的构成特征
服用纤维多由高聚物(高分子化合物)组成,不同的高聚物成分及排列形成了不同纤维,即纤维具有不同的结构特征,它是影响纤维的物理性质和化学性质的主要因素。
服用纤维的高聚物一般是线型长链大分子,其链节可以是完全相同的(如纤维素、聚乙烯等),也可以是基本相同的(如蛋白质等)。这种链节称为“单基”。纤维素的单基是葡萄糖剩基;蛋白质的单基是α-氨基酸剩基;涤纶的单基是对苯二甲酸乙二酯。分子中含有单基的数目称为聚合度。纤维分子的聚合度越大,纤维的强度也越大。天然生长的纤维的聚合度,决定于纤维的生长条件和纤维的品种;化学纤维的聚合度,可以通过生产工艺进行调节。
服用纤维中大分子的排列,在某些部位排列较为整齐,形成结晶结构(晶区);另一些排列不整齐的部位称为非晶区(无定形区),如图1-1所示。结晶结构部分的体积占纤维体积的百分比称为结晶度。纤维中大分子按纤维轴向排列的一致程度称为取向度。纤维的结晶度和取向度对纤维性能影响较大,结晶度高,取向度好的纤维强度也较大,但变形能力较差。化学纤维在加工成型过程中,原来排列不整齐的纤维分子在拉伸作用下,可使趋向于拉伸力的方向整齐地排列起来,提高了纤维的结晶度和取向度。
图1-1 纤维分子中的结晶区与非结晶区
常用纺织纤维结构上的共同特征为:分子链具有一定的长度,即具有一定的聚合度,使纤维具有必要的强度;分子为线型长链分子,支链短,侧基小,保证分子具有一定的柔性和运动自由度,使纤维柔软;液晶高分子有刚性链段,以保证液态有序和成型;分子间具有相互作用,使纤维形态稳定并具有吸附性;分子排列有一定取向度和结晶度,但又有一定空隙或空间使纤维保持基本的物理性能,又具有吸湿、可染的特性。一些特殊功能要求的纤维,如阻燃、耐高温、导电、抗菌、高强等纤维,同时具备其他特征。
(二)纤维的形态特征
影响纤维服用性能的形态结构特征,主要指纤维的长度、细度和在显微镜下可观察到的横断面和纵向形状、外观以及纤维内部存在的各种缝隙和孔洞等。
1.纤维的长度
纤维的长度对纱线和织物的外观、强度和手感等都有影响。长丝纤维组成的织物表面光滑、轻薄和光洁;短纤维织物的外观比较丰满和有毛羽,有温暖感。
棉花、羊毛和亚麻等天然纤维,在同样纤维细度下,纤维长度越长,长度均匀度越好,品质也越好。纤维长度过短,会导致纺纱困难。棉纤维长度一般在40mm以下;毛纤维平均长度为50~75mm,最长不超过300mm;苎麻纤维较长,为120~250mm;亚麻纤维的长度较短,在25~30mm。化学纤维的长度因用途而定,可加工成长度接近天然短纤维的三种短纤维类型:棉型纤维的长度在51mm以下,接近于棉纤维长度,制成的织物外观特征接近于棉织物;毛型纤维长度在64~114mm,类似于羊毛纤维长度,制成的织物外观特征类似毛织物;中长纤维的长度介于51~76mm,在棉纤维和毛纤维的长度之间,用来织制仿毛织物。
2.纤维的细度
纤维细度是衡量纤维品质的重要指标,也是影响贴身衣物触感舒适性的重要因素。纤维越细,手感越柔软。在同等纱线粗细的情况下,纤维越细纱线断面内的纤维根数就越多,纱线强力等品质越好。外观粗犷的织物所用的纤维通常长而粗,精细轻薄的织物中所用的纤维就比较细长。
羊毛纤维的粗细可用直径d来衡量,常以微米(1μm=1/1000mm)为单位。羊毛纤维的粗细也可以用品质支数来表示,品质支数的高低代表纤维的粗细。我国规定,70支羊毛的直径为18.1~20.5μm,66支羊毛的直径为20.6~21.5μm等。羊毛的品质支数越高,羊毛越细,质量越好,价格越高。这种纤维用于高档精纺织物。(www.daowen.com)
常见纤维的细度和长度如表1-2所示。
表1-2 常见纤维的细度和长度
注 1tex=10dtex。
3.纤维断面形态
在显微镜下观察纤维的纵向和横向断面可以发现,不同的纤维差异明显,如图1-2和表1-3所示。纤维的表面结构主要有如下几种类型:
图1-2 各类纤维的纵横向形态
表1-3 常见纤维的纵横向形态
(1)转曲或横节结构:表面粗细不匀,有转曲,或有横节,或有各类细小突起,如天然纤维素纤维。这种结构使纤维互相啮合,利于纺纱加工。
(2)鳞片状结构:出现在大部分的动物毛发中,如羊毛纤维。这种结构有利于纺纱加工,纤维易在加工中毡合而形成特有的毛呢表面风格。
(3)沟槽结构:纤维的表面呈现纵向的细沟槽,使纤维具有较好的可纺性,最典型的是普通黏胶纤维的表面细沟槽。
(4)平滑结构:熔融纺丝制成的合成纤维(如锦纶),表面平滑,织成的织物手感不够丰满。
(5)表面多孔结构:多见于涤纶和腈纶织物经改性处理后的纤维表面,有利于改善吸水、吸湿、染色性能和手感。
纤维的表面状态与其可加工性、光泽以及手感都有较密切的关系。改变纤维表面结构是材料改性的有效途径,可改善吸水性、吸湿性和外观风格等。例如,化学纤维尤其是合成纤维表面较光滑、常有蜡状感或挺而不柔等,进行卷曲加工就可在纤维纵向产生明显的卷曲,改善手感、弹性和蓬松性等。异形截面形状的合成纤维,在光泽、耐污性、蓬松性、透气性和抗起球等方面均有所改善。对涤纶等合成纤维进行化学处理以改变表面状态可模仿真丝。羊毛的凉爽或防缩免烫整理也是通过破坏或改变表面的鳞片而实现。
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