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1、第三章 纤维形态的表征 7/15/2023 1第一节 纤维的长度及其分布一、纤维长度指标的基本表达1纤维长度图3-1 纤维长度分布示意图7/15/2023 2（1）根数加权长度 N为纤维的总根数；Ni为纤维频数分布函数；lmax为最长纤维长度 n(l)Ni/N，表示纤维长度的频率密度函数根数加权长度的变异系数 7/15/2023 3（2）质量(重量)加权长度 Lm=Lw=巴布（Barbe）长度B为纤维密度；S为单根纤维的平均截面积 7/15/2023 4（3）截面加权长度Ls Ls理论上是由质量加权长度引出,典型的表达为豪特（Hauteur）长度H，Ls=H，截面的频数函数；s(l)，频率密度
2、函数若假设各单纤维的截面积Si 是一致的，则截面加权长度直接等于根数加权长度。Si=S，S(l)=N(l)s，或s(l)=n(l)s，7/15/2023 52纤维长度界限及含量值 纤维长度界限（mm）：或称界限长度，某特定纤维含量值C（）条件下的纤维长度LC，如C=2.5，则长度界限为L2.5。短纤维含量SFC，通过设定最大短纤维长度界限LSF确定，基本表达形式是 SFC（LSF mm）7/15/2023 6二、纤维长度分布的基本测量1一端整齐法q 按纤维长短顺序伸直均匀地排列，如拜氏图；q 纤维只一端对齐的伸直平行，长短混合排列，如人工手排（罗拉法）或梳片排（梳片法）和机械自动排（Almet
3、er法）7/15/2023 7图3-2 拜氏图的意义及长度求法最大长度OC，交叉长度OL，有效长度L4B4短纤维含量Rn 纤维长度的整齐度K（）OB4=OB3/4 B5B3=OB3/47/15/2023 8图3-3 Almeter 长度测量仪工作原理示意图原理：电容值与极板间的纤维质量（m=S(l)l(l)）成正比，假设纤维密度(l)不随纤维丛长度而变，极板宽度l为常数，则长度l处的纤维含量只与纤维丛的截面积S(l)有关。7/15/2023 9图3-4 累计分布和频率密度函数为须从长度分布7/15/2023 10图3-5 罗拉法测量原理图我国棉纤维长度检验标准中使用的方法，采用的长度指标有主体
4、长度、品质长度、短纤维率、重量平均长度、长度均匀度和基数，多被纤维须丛测量法（HVI系统）所替代。7/15/2023 11图3-6 梳片式长度测量原理图多用于毛、麻或仿毛类纤维长度的测量。将置于多排、等距（10mm）梳片内的纤维条，从头端以3mm的间距夹持取下，并转移至另一相同的梳片架上，排成一端整齐的纤维丛。然后将排齐的纤维从头端每10mm分组取下，称重，得纤维各长度组的重量数据和长度分布直方图。7/15/2023 122逐根测量图3-7 Wira 单纤维长度仪机构及原理示意图Wira(英国羊毛工业研究协会)单纤维长度仪是早期用以加速测量精梳毛条中各根纤维长度的一种半自动仪器，可以手工快速测
5、量单纤维的伸直长度。7/15/2023 13图3-8 AFIS 纤维长度测量原理 图AFIS(Advanced Fiber Information System)，Uster公司，用红外光束快速检测单根棉纤维的长度，以及直径、棉结和杂质的尺寸及数目的单纤维测试仪 7/15/2023 143纤维须丛法n 光照影法(HVI，High Volume Instruments)图3-9 纤维长度照影机测量原理解析图7/15/2023 15l)(M(l)Lm x O Lmax 3.18mm(或100%)100 50 C)(%)(x r x QL 2/1L2/1L1/2 为上半部平均长度 LQ 为品质长度
6、Lmax L2.5 Lm L50 图3-10 纤维长度累积分布与透光曲线的关系图整齐度指数（IU）:IU=（Lm/L1/2）100 整齐度（RU）RU RU=（L50/L2.5）100 Lm为质量加权平均长度，L1/2为上半部平均长度7/15/2023 16图3-11 跨距长度对罗拉距离的意 义2.5跨距长度：指离纤维梳子即钳口线3.18mm处纤维相对根数为100时，从钳口线到纤维根数为2.5处的距离；50跨距长度是指钳口线到纤维根数为50的距离7/15/2023 17 普通夹 微夹 理想的图3-12 普通夹与微夹持的区别及理想夹取7/15/2023 18三、纤维长度分布及其相互关系1、纤维的
7、长度分布2各种分布间的相互关系图3-13 各实测长度分布的转换计算示意图7/15/2023 19四、典型纤维的长度表达1棉纤维(1)手扯长度(2)主体长度:指纤维试样中含量最多的纤维的长度;(3)品质长度:右半部平均长度,是指比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度;(4)基数S:以主体长度为中心，前后5mm范围内的质量百分数之和；(5)均匀度C=SLM(6)短绒率R:短于20mm（LM31mm）或16mm（LM31mm）纤维的质量百分比。7/15/2023 20图3-14 ATLAS 结构及毛丛长度测量原理2毛、麻纤维(1)加权主体长度ML:即分组称重时连续最重四组的加权平均长度；(2)
8、质量加权平均长度Lm和变异系数CVLm(3)主体基数SM:连续最重四组重量的总和占全部试样重量的百分数(4)短毛率:30mm以下长度的重量占总重量的百分数7/15/2023 213等长切断化纤图3-15 切断称重法求等长纤维平均长度超长纤维：指实际长度7mm+LN（名义长度LN50mm）或10mm+LN（LN50mm）的纤维，但长度必须1.9LN。倍长纤维：指未切断的纤维其长度是LN的倍数（2）。Lcw为平均长度，Lc为中段纤维长度(mm)；Lss为最短纤维长度(mm)7/15/2023 22第二节 纤维的细度及其分布一、纤维的细度表征1特数Nt(tex)、分特数Ndt(dtex)2旦数ND
9、7/15/2023 23 3公制支数Nm4直径与截面积d纤维直径（m），纤维密度（g/cm3）7/15/2023 24二、纤维细度不匀指标1细度不匀的概念2细度不匀指标及分布图3-16 纤维直径分布直方图 及分布曲线直径不匀：均方差、变异系数CV、平均差、平均差系数 ni为第i组中纤维根数含量比 n(d)为纤维根数概率密度函数 7/15/2023 25三、纤维细度及分布的测量方法1称重法图3-17 中段切断称重法示意图一般棉LC=10或20mm，毛麻一般LC为20或30mm n为中段纤维根数，G（g）、g（mg）为所称重量7/15/2023 262直径测量法图3-18 OFDA（Optical
10、 Fiber Diameter Analyser）100测量仪基本原理与光学显微镜测量同，试样可自动分离散落、试样台可自动x，y方向顺序移动和快速复位，快速（min）、大样本（2000根）7/15/2023 27图3-19 激光扫描纤维直径测量原理图7/15/2023 283气流仪法图3-20 气流仪测量纤维细度原理示意图7/15/2023 29苛仁纳公式 或 K系数，与纤维在管道中的排列状态有关，并受空隙率的影响；P管道两端的压力差空隙率，未被纤维占据的体积的比率S0纤维的比表面积A管道截面L管道长度气体粘滞系数Hs、H分别为每厘米纤维的理论重量和实际重量（g）M H/Hs（成熟度比，可认为
11、是棉纤维的成熟度）7/15/2023 30图3-21 振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图4振动测量法7/15/2023 31四、纤维细度及其不匀对纤维集合体性质的影响（1）对纤维本身 圆形（）粗细将影响其比表面积SS，纤维的吸附性能和染色性质 纤维间的细度不同，会引起纤维力学性质的差异 纤维变粗，使纤维的弯曲刚度增大，点接触面积增大，纤维变得刚硬和触感粘涩、偏冷。7/15/2023 32（2）对纱线 S为可纺性，L为纤维长度，英吋（1in=25.4mm）；nc为纺纱加工中纱截面中临界纤维根数；Cvd纤维自身的细度不匀纤维细，纱截面中的纤维根数增加，有利于纤维间的相互接触和纱条均匀性的增加，使纤
12、维的可纺性提高，但纱的结构膨松，有序性下降 7/15/2023 33纤维细度种类 线密度（dtex）直径（mm）性能特征细旦 0.892.2 8.4117.7 柔软、均匀、高支轻薄化棉、丝型纤维 0.891.33 8.4113.7 柔软、均匀、高支轻薄化毛、麻型纤维 1.12.2 13.717.7 柔软、均匀、高支轻薄化超细 0.0110.89 3.011.2 吸湿、导湿、细腻、仿皮革皮革（特细）0.0110.11 0.94.0 透汽、防水、细密、麂皮特征极细 0.00010.01 0.090.12 吸附、超滤、功能纳米尺度 10-810-40.0010.1 特殊功能表3-4 纤维细度与功能的
13、关系（3）对织物 7/15/2023 34第三节 纤维的卷曲或转曲一、纤维的卷曲形式及表征1卷曲现象图3-22 羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达 无或弱卷曲，浅平波形，半细和土种羊毛；锯齿波形，人工；和正常卷曲波形，常波卷曲，美利奴羊毛和中国良种羊毛；、属高卷曲纤维，粗羊毛和新西兰羊毛；和为三维螺旋卷曲，部分粗羊毛和土种毛7/15/2023 35表3-5 澳大利亚羊毛的卷曲性与细度的关系羊毛的品质支数纤维直径um平均纤维长度mm卷曲数个/25mm80 18.119.5 55 222470 19.621.0 57 222464 21.122.5 67 202262 22.624.0 70 162
14、060 24.125.5 77 162058 25.627.0 78 162056 27.128.5 92 131650 30.131.7 96 131648 31.833.4 100 101346 33.535.1 108 101344 35.237.0 127 10137/15/2023 36填塞箱法 复合纤维法加捻变形工艺 编织解脱法图3-23 变形纱中的卷曲形态7/15/2023 372纤维卷曲的测量图3-24 单纤维卷曲测量法原理示意图（a）单纤维拉伸曲线T0：卷曲张力；GL：T=0时的夹持隔距；L0：纤维的自然长度；=L0-L17/15/2023 38图3-24 单纤维卷曲测量法原
15、理示意图（b）纤维卷曲弹性测量仪测量卷曲数（个/cm）一个波长中纤维的长度卷曲率（%）卷曲回复率（%）卷曲弹性率（%）7/15/2023 39 图3-25 切断纤维段的卷曲度计算原理图曲率 卷曲度 卷曲数 r为纤维段弯曲半径；为纤维段两弯曲拐点的切线夹角；为弯曲段的长度；0为两拐点间的直线距离；L0取25mm。7/15/2023 40图3-26 羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图清晰度Cd：对毛丛的纹理作图像分析得出条纹的频率及其均匀性，以及条纹的主频率或规则条纹面积占所有频率或面积的百分数来描述纤维卷曲的规整度7/15/2023 41图3-27 纤维束拉伸曲线起始卷曲段求CdW0完全不均匀卷曲
16、所做的功；W为实际卷曲不匀所做的功 7/15/2023 42二、纤维的转曲（Convolution）及表征1.纤维转曲和扭转的表达图3-28 纤维转曲及其理论表达示意图转曲高度n 转曲数为单位长度上的纤维扭转个数（个/cm）7/15/2023 43图3-29 纤维扭转的表面条纹与扭转角差异纤维扭转角；D直径7/15/2023 44第四节 纤维的截面形状及表征一、异形纤维的基本概念图 3-30 纤维截面变化的过程、类型及相互关系7/15/2023 45二、截面异形的表征1截面的轮廓波动异形2截面的直径变异异形图3-31 截面异形几何特征参数示意图7/15/2023 46径向异形度 截面异形度 造
17、形系数 表面系数 周长系数 7/15/2023 47纤维异形的保持率 椭圆比（可直接表达异形度）内凹度 ts，跑道形的截面厚度S0，Sf分别为纤维和喷丝板孔的形态特征值（或异形度）7/15/2023 48三、截面空心与复合的表征1截面的空心图3-32 中空和复合纤维几何特征参数示意7/15/2023 49中空度 Av，纤维截面中孔洞横截面积；Af，纤维表观横截面积单孔圆形 多孔（n孔）圆形 7/15/2023 50空隙率 VV是孔隙的体积；Vf是纤维表观体积；Vh为中腔的体积 中腔率 偏心度 多孔区域面积系数 a=(r/R)2 7/15/2023 512复合截面特征皮芯结构的复合纤维相当于中空的表达；双边分布相当于偏心度e=1；海岛基质型相当于多孔的孔隙率表达 7/15/2023 52