第三章 纤维形态的表征 纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态和卷曲及转曲的表达与测量。 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 （1）根数加权长度  （3-1）  图3-1 纤维长度分布示意图 （2）质量加权长度  （3-2） （3）截面加权长度  （3-3） 2．纤维长度界限及含量值 （1）长度界限 纤维长度界限或称界限长度（mm）是在某特定纤维含量值C（％）条件下的纤维长度LC，即超出此长度LC纤维的含量只有C。如C=2.5％，则长度界限为L2.5。 （2）短纤维含量 纤维长度表达中纤维含量值一般是指短纤维的含量值SFC。通过设定最大短纤维长度界限LSF确定，  （3-4） SFCn≥SFCs≥SFCw 二、纤维长度分布的基本测量 1．一端整齐法 （1）拜氏图  图3-2 拜氏图的意义及长度求法 （a）直接量取特征长度值 （b）作图及计算的长度特征值 （2）Almeter测量  图3-3 Almeter长度测量仪工作原理示意图  （3-5）  图3-4 累计分布和频率密度函数 （3）罗拉法  图3-5 累计分布和频率密度 该测量可得到重量加权的长度分布数列或直方图，可计算前述所有指标。 （4）梳片法  图3-6 梳片式长度测量原理图 2．逐根测量 （1）Wira法  图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图 （2）AFIS测量  图3-8 AFIS纤维长度测量原理图 3．纤维须丛法 （1）光照影法(HVI) HVI900 (High Volume Instruments)是在上世纪80年代初研制出的一种大容量棉纤维测试仪，可以测量原棉品质的多个指标，如长度和长度均匀度、跨距长度、短纤维指数、强力和伸长率、细度和成熟度、色泽、杂质和棉结以及含水率等。  图3-9 纤维长度照影机测量原理解析图  图3-10 纤维长度累积分布与透光曲线的关系  图3-11 跨距长度对罗拉距离的意义 （2）微夹取法   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 三、纤维长度分布及其相互关系 1、纤维的长度分布 2．各种分布间的相互关系 （1）关系图 （2）基本转换方法 四、典型纤维的长度表达 1．棉纤维  图3-13 各实测长度分布的转换计算示意图 2．毛、麻纤维 （1）毛纤维  图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理 （2）麻纤维 3．等长切断化纤  图3-15 切断称重法求等长纤维平均长度 第二节 纤维的细度及其分布 纤维细度是指纤维粗细的程度。 一、纤维的细度表征 1．分特数Ndt (dtex) 我国法定的线密度单位为特克斯（tex），简称特，表示千米长的纤维或纱线在公定回潮率时的质量克数。  （3-6） 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9000m长的纤维在公定回潮率时的质量克数，即  　　（3-7） 3．公制支数Nm 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  （3-8） 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。 二、纤维细度不匀指标 纤维的细度不匀主要包括二层含义，一是纤维之间的粗细不匀，一是纤维本身沿长度方向上的粗细不匀。 1．细度不匀的概念 （1）对天然纤维 同一棉包的棉纤维，因胞壁厚度、生长部位的不同而粗细不同；同一根棉纤维还两端细、中段粗并截面形态变化。 同一毛包的毛纤维，不仅纤维间因在羊体上的生长部位不同而粗细不同（变异系数达20~35%），而且单纤维因生长季节和营养的影响也会有明显的粗细差异（粗细差异可达3~10），并且有截面形态的变化。 蚕丝本身粗细差异在总长度上较为明显，茧外层和内层的丝较细，中间主茧层的丝相比较粗，由于缫丝的合并，均匀性较好。 麻纤维的粗细差异更大，不仅单纤维的粗细差异大（变异系数达30~40%），而且工艺纤维因分离的随机性粗细差异更大。 （2）对化学纤维 2．细度不匀指标及分布 （1）不匀率指标 （2）纤维间细度不匀的分布 可以参照纤维长度分布的原理，表达纤维的细度（直径）不匀，其典型分布曲线为图3-10。纤维的平均直径，变异系数CVd均可求得。  图3-16 纤维直径分布直方图及分布曲线 三、纤维细度及分布的测量方法 1．称重与长度的测量 称重与长度结合的测量，简称称重法，主要解决纤维的线密度指标测量。  图3-17 中段切断称重法示意图 2．直径测量法 （1）传统的显微镜观测法 此方法又称为显微镜投影测量法，多用于圆形或近圆形纤维直径的测量，源于近圆形羊毛纤维的测量。 （2）OFDA法  图3-18 OFDA100测量仪 （3）激光纤维直径测量法 2  图3-19 激光扫描纤维直径测量原理图 3．气流仪法  图3-20 气流仪测量纤维细度原理示意图 4．振动测量法  图3-21 振动（拨弦）法测纤维细度原理示意图 四、纤维细度及其不匀表征的意义 1．基本现状 棉纤维较多地采用气流仪法，其次为切断称重法； 毛纤维几乎采用OFDA和LaserScan方法，其次为显微镜法和气流仪法； 麻纤维为切断称重法，其次套用显微镜法或OFDA法； 丝纤维大多为绞丝称重法（类切断称重），其次显微镜法； 化纤短纤根据毛型、棉型分别采用各自纤维在纺织加工工艺体系中的测量方法； 化纤长丝一般用绞丝称重，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 （2）对纱线 从纱线可纺性的经验可知，纤维长度L越长、纤维细度ND越细、纱线截面中纤维根数n越多，纤维自身的细度不匀CVd越小，可纺性S越好。即  （3-37） 式中，L为英吋（1in=25.4mm）；nC为纺纱加工中纱截面中临界纤维根数。显然S>1时，纺纱容易，S<1时纺纱困难，且成纱质量会下降。 （3）对织物 不同细度尺度纤维会极大地影响织物的手感、透通性和舒适性，影响见表3-4所列。 表3-4 纤维细度与功能的关系 纤维细度种类 线密度（dtex） 直径（?m） 性能特征  细旦 0.89~2.2 8.41~17.7 柔软、均匀、高支轻薄化  棉、丝型纤维 0.89~1.33 8.41~13.7 柔软、均匀、高支轻薄化  毛、麻型纤维 1.1~2.2 13.7～17.7 柔软、均匀、高支轻薄化  超细 0.011~0.89 3.0~11.2 吸湿、导湿、细腻、仿皮革  皮革（特细） 0.011~0.11 0.9~4.0 透汽、防水、细密、麂皮特征  极细 0.0001~0.01 0.09~0.12 吸附、超滤、功能  纳米尺度 10-8~10-4 0.001~0.1 特殊功能   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 （1）基本形式 ①~③是无或弱卷曲，其卷曲弧度小于半圆形，属浅平波形，且卷曲数少，半细和土种羊毛多属此类；④为锯齿波形，是人工所为，非羊毛的自然卷曲；⑤和⑥为正常卷曲波形，波形的弧度接近或等于半圆形，卷曲对称于中心线，属常波卷曲，只是⑥的卷曲数大于⑤，轴向投影基本为直线，美利奴羊毛和中国良种羊毛都属此类，品质优良，多用于精纺，纺制表面光洁的毛纱；⑦为深波，⑧为大屈曲波，属高卷曲（curl）纤维，每个卷曲的弧度都超过半圆，且有非平面的波动，多发生在粗羊毛和新西兰羊毛上，该羊毛不适于精纺，而适于粗纺系统，呢绒丰满有弹性；⑨和⑩为典型的三维螺旋卷曲，存在于部分粗羊毛和土种毛中，是副皮质偏心分布的结果，有长螺距螺旋⑨和短螺距⑩，这种卷曲人工变形纱中较常见。  图3-22 羊毛及毛发类纤维的各种卷曲及表达 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  平均纤维 长度mm 卷曲数 个/25mm       80 18.1～19.5 55 22～24  70 19.6～21.0 57 22～24  64 21.1～22.5 67 20～22  62 22.6～24.0 70 16～20  60 24.1～25.5 77 16～20  58 25.6～27.0 78 16～20  56 27.1～28.5 92 13～16  50 30.1～31.7 96 13～16  48 31.8～33.4 100 10～13  46 33.5～35.1 108 10～13  44 35.2～37.0 127 10～13   （2）卷曲的不均匀及变化    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 2．纤维卷曲的测量 （1）单纤维卷曲的测量及指标  图3-24 单纤维卷曲测量法原理示意图 （2）纤维段弯曲曲率测量法  图3-25 切断纤维段的卷曲度计算原理图 （3）纤维丛（束）卷曲整齐度的测量  图3-26 羊毛毛丛的卷曲清晰性实物及示意图  图3-27 纤维束拉伸曲线起始卷曲段求Cd （4）纤维集合体膨松性的测量 3．纤维卷曲评价的意义 应该对纤维的卷曲特征进行实用、快速、标准的评价；以控制、调节纤维集合体的性状，以改善和提高纤维的可加工性及提高纤维的使用效果；以回避和知晓测量中引起误差的因素。 二、纤维的转曲及表征 纤维转曲和扭转的表达 扁平带状的纤维的扭转，如棉纤维的转曲（Convolution）可用显微镜观察方法进行表征。  图3-28 纤维转曲及其理论表达示意图  图3-29 纤维扭转的表面条纹与扭转角差异 2．纤维转曲和扭转表达的意义 第四节 纤维的截面形状及表征 一、异形纤维的基本概念 纤维的截面变化或称异形化，主要以两类形式，一是截面形状的非圆形化，下又分为轮廓波动的异形化和直径不对称的异形化；一是截面的中空和复合化。  图 3-30 纤维截面变化的过程、类型及相互关系 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 三、截面空心与复合的表征 1．截面的空心 （1）中空度 （2）空隙率 （3）中腔率 （4）中空偏心  图3-32 中空和复合纤维几何特征参数示意 2．复合截面特征