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天然纖維是自然界存在的,可以直接取得纖維,根據(jù)其來源分成植物纖維、動物纖維和礦物纖維三類。

植物纖維

植物纖維是由植物的種籽、果實、莖、葉等處得到的纖維,是天然纖維素纖維。從植物韌皮得到的纖維如亞麻、黃麻、羅布麻等;從植物葉上得到的纖維如劍麻、蕉麻等。植物纖維的主要化學成分是纖維素,故也稱纖維素纖維。

植物纖維包括:種子纖維、韌皮纖維、葉纖維、果實纖維。

種子纖維:是指一些植物種子表皮細胞生長成的單細胞纖維。如棉、木棉。

韌皮纖維:是從一些植物韌皮部取得的單纖維或工藝纖維。如:亞麻、苧麻、黃麻、竹纖維。

葉纖維:是從一些植物的葉子或葉鞘取得的工藝纖維。如:劍麻、蕉麻。

果實纖維:是從一些植物的果實取得的纖維。如:椰子纖維。

動物纖維

動物纖維是由動物的毛或昆蟲的腺分泌物中得到的纖維。從動物毛發(fā)得到的纖維有羊毛、兔毛、駱駝毛、山羊毛、牦牛絨等;從動物腺分泌物得到的纖維有蠶絲等。動物纖維的主要化學成分是蛋白質(zhì),故也稱蛋白質(zhì)纖維。

動物纖維 (天然蛋白質(zhì)纖維) 包括:毛發(fā)纖維和腺體纖維。

毛發(fā)纖維:動物毛囊生長具有多細胞結(jié)構(gòu)由角蛋白組成的纖維。 如:綿羊毛、山羊絨、駱駝毛、兔毛、馬海毛。

絲纖維:由一些昆蟲絲腺所分泌的,特別是由鱗翅目幼蟲所分泌的物質(zhì)形成的纖維,此外還有由一些軟體動物的分泌物形成的纖維。如:蠶絲。

礦物纖維

礦物纖維是從纖維狀結(jié)構(gòu)的礦物巖石中獲得的纖維,主要組成物質(zhì)為各種氧化物,如二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂等,其主要來源為各類石棉,如溫石棉,青石棉等。

化學纖維

化學纖維是經(jīng)過化學處理加工而制成的纖維。可分為人造纖維(再生纖維),合成纖維和無機纖維。

人造纖維

人造纖維也稱再生纖維。

人造纖維是用含有天然纖維或蛋白纖維的物質(zhì),如木材、甘蔗、蘆葦、大豆蛋白質(zhì)纖維等及其他失去紡織加工價值的纖維原料,經(jīng)過化學加工后制成的紡織纖維。主要用于紡織的人造纖維有:黏膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維。

再生纖維是指將天然高聚物制成的漿液高度純凈化后制成的纖維,如再生纖維素纖維、再生蛋白質(zhì)纖維、再生淀粉纖維以及再生合成纖維。

合成纖維

合成纖維的化學組成和天然纖維完全不同,是從一些本身并不含有纖維素或蛋白質(zhì)的物質(zhì)如石油、煤、天然氣、石灰石或農(nóng)副產(chǎn)品,先合成單位,再用化學合成與機械加工的方法制成纖維。如聚酯纖維(滌綸)、聚酰胺纖維(錦綸或尼龍)、聚乙烯醇纖維(維綸)、聚丙烯腈纖維(腈綸)、聚丙烯纖維(丙綸)、聚氯乙烯纖維(氯綸)等。

無機纖維

無機纖維是以天然無機物或含碳高聚物纖維為原料,經(jīng)人工抽絲或直接碳化制成。包括玻璃纖維,金屬纖維和碳纖維。

其他分類

按長度與細度有棉型(38 ~ 51mm)、毛型(64 ~ 114mm)、絲型(長絲)、中長型(51 ~ 76mm)、超細型(<0.9dtex)之分。

按截面形態(tài)有普通圓形、中空和異形纖維以及環(huán)狀或皮芯纖維。

按卷曲有高卷曲、低卷曲、異卷曲、無卷曲之分。

差別化纖維;高性能纖維;功能或智能纖維。

按加工方式對天然纖維有不同初加工和改性的纖維。

按紡織方式有高速紡絲、牽伸絲(DTY)、預或全取向絲(POY或FOY)、變形絲等。

按資源儲備狀態(tài)可分為大種纖維和特種纖維。

纖維增強塑料主要有兩個組分。基體是熱固性塑料或熱塑性塑料,用纖維材料充填。通常基體的強度較低,而纖維填料具有較高的剛性但呈脆性。

兩者復合得到的增強塑料中,纖維承受很大的載荷應力,基體樹脂通過與纖維界面上的剪切應力,支撐了纖維傳遞了外載荷。

熱固性塑料纖維增強塑料略寫成FRP(fiber reinforced plastics),熱塑性纖維增強塑料略寫成FRTP(fiber reinforced thermoplastics).若用玻璃纖維增強則前綴G,如GFRP、GFRTP;如用碳纖維增強前綴C;用硼纖維則前綴B;用芳綸聚酰胺纖維(Kevlar)增強則前綴K。

增強塑料以玻璃纖維使用占優(yōu)勢,其品種很多,無堿玻璃(E-glass)為常用普通纖維,堿金屬氧化物含量很低,漢密哈頓具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和電絕緣性。

高強度玻璃纖維(S-glass)含有鎂鋁硅酸鹽等成分,具有比E-glass纖維高10%-50%的強度。由于化學成分和生產(chǎn)工藝的不同,還有高模量、中堿和高堿等各種玻璃纖維。碳纖維具有較大的剛性和優(yōu)良的耐腐性,常用于增強熱固性塑料。

硼纖維本身是鎢絲和硼的復合材料,具有較高的彈性模量,但纖維較粗且制造成本高。常用環(huán)氧樹脂作基體。低密度的芳綸纖維國內(nèi)已經(jīng)躬行并使用,它用于承受拉應力的纜繩和承力構(gòu)件。

表面處理是在纖維表面涂覆表面處理劑,表面處理劑包括浸潤劑及一系列偶聯(lián)劑和助劑。偶聯(lián)劑能在纖維與基體樹脂間形成一個良好黏合界面,從而有效提高兩者的黏結(jié)強度,也提高了增強塑料的防水、絕緣和耐磨等性能。

注記:在數(shù)學里也有類似的"纖維"的概念,詳見詞條"曲面纖維化"。實際上,這一概念與日常生活中的"纖維"概念完全一致。

纖維是天然或人工合成的細絲狀物質(zhì).在現(xiàn)代生活中,纖維的應用無處不在,而且其中蘊含的高科技還不少呢。導彈需要防高溫,江堤需要防垮塌,水泥需要防開裂,血管和神經(jīng)需要修補,這些都離不開纖維這個小身材的"神奇小子"。

穿得舒服, 御寒防曬,是我們對衣服的最初要求,如今這個要求已很容易達到。海藻碳纖維做成衣服后,穿著時能長期使人體分子摩擦產(chǎn)生熱反應,促進身體血液循環(huán),因此能蓄熱保溫,而防紫外線輻射的纖維制成衣服便可減少我們夏日撐傘的麻煩。

不過人們不僅要求穿得暖和,還增加了許多新要求,纖維都能一一滿足:過去的年代曾經(jīng)流行過 "滌蓋棉"、"丙蓋棉",面料外滌里棉,是因為棉和肌膚的親和性好,而滌與丙綸結(jié)實耐磨,方便洗滌。新材料有了顛覆性的轉(zhuǎn)變,可以"棉蓋滌"、"棉蓋丙",新型的抗菌導濕纖維,織成的面料可以使汗液透過,卻不附著,這樣汗液便被排到外層的棉布層,衣服貼身面便可隨時保持干爽……千變?nèi)f化,只為了幫我們穿著更舒適。

阻燃纖維是在國家"863"計劃研究成果基礎(chǔ)上開發(fā)的一種具有阻燃抗熔滴性能的高技術(shù)纖維新材料。該產(chǎn)品采用新一代纖維阻燃技術(shù)——溶膠凝膠技術(shù),使無機高分子阻燃劑在粘膠纖維有機大分子中以納米狀態(tài)或以互穿網(wǎng)絡狀態(tài)存在,既保證了纖維優(yōu)良的物理性能,又實現(xiàn)了低煙、無毒、無異味、不熔融滴落等特性。該纖維及紡織品同時具有阻燃、隔熱和抗熔滴的效果,其應用性能、安全性能和附加值大大提高,可廣泛應用于民用、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域。

軍事

而纖維更大的作用早已不僅停留在日常穿著了,粘膠基碳纖維幫導彈穿上"防熱衣",可以耐幾萬度的高溫;無機陶瓷纖維耐氧化性好,且化學穩(wěn)定性高,還有耐腐蝕性和電絕緣性,航空航天、軍工領(lǐng)域都用得著;聚酰亞胺纖維可以做高溫防火保護服、賽車防燃服、裝甲部隊的防護服和飛行服;碳納米管可用作電磁波吸收材料,用于制作隱形材料、電磁屏蔽材料、電磁波輻射污染防護材料和"暗室"(吸波)材料。

環(huán)保

聚乳酸作為可完全生物降解性塑料,越來越受到人們重視。可將聚乳酸制成農(nóng)用薄膜、紙代用品、紙張塑膜、包裝薄膜、食品容器、生活垃圾袋、農(nóng)藥化肥緩釋材料、化妝品的添加成分等。

醫(yī)藥

方面的應用

已非常廣泛。甲殼素纖維做成醫(yī)用紡織品,具有抑菌除臭、消炎止癢、保濕防燥、護理肌膚等功能,因此可以制成各種止血棉、繃帶和紗布,廢棄后還會自然降解,不污染環(huán)境;聚丙烯酰胺類水凝膠可能控制藥物釋放;聚乳酸或者脫乙酰甲殼素纖維制成的外科縫合線,在傷口愈合后自動降解并吸收,病人就不用再動手術(shù)拆線了。

建筑

防滲防裂纖維可以增強混凝土的強度和防滲性能,纖維技術(shù)與混凝土技術(shù)相結(jié)合,可研制出能改善混凝土性能,提高土建工程質(zhì)量的鋼纖維以及合成纖維,前者對于大壩、機場、高速公路等工程可起到防裂、抗?jié)B、抗沖擊和抗折性能,后者可以起到預防混凝土早期開裂,在混凝土材料制造初期起到表面保護。在公路、水電、橋梁、國家大劇院、上海市公安局指揮中心屋頂停機坪、上海虹口足球場等大型工程中已露了一手。

生物

隨著生物科技的發(fā)展,一些纖維的特性可以派上用場。類似肌肉的纖維可制成"人工肌肉"、"人體器官"。聚丙烯酰胺具有生物相容性,一直是人體組織良好的替代材料,聚丙烯酰胺水凝膠能夠有規(guī)律地收縮和溶脹,這些特性正可以模擬人體肌肉的運動。

膠原是人體中最多的蛋白質(zhì),人體心臟、眼球、血管、皮膚、軟骨及骨路中都有它的存在,并為這些人體組織提供強度支撐。合成納米纖維能在骨折處形成一種類似膠質(zhì)的凝膠,引導骨骼礦質(zhì)在膠原纖維周圍生成一個類似于天然骨骼的結(jié)構(gòu)排列,修補骨骼于無形之中。

蜘蛛絲一直是人類想要模仿制造的,天然蜘蛛絲的直徑為4微米左右,而它的牽引強度相當于鋼的5倍,還具有卓越的防水和伸縮功能。如果制造出一種具有天然蜘蛛絲特點的人造蜘蛛絲,將會具有廣泛的用途。它不僅可以成為降落傘和汽車安全帶的理想材料,而且可以用作易于被人體吸收的外科手術(shù)縫合線。

1、概述

紡織纖維的拉伸性能測試是纖維品質(zhì)檢驗的重要內(nèi)容,紡織纖維在加工和使用過程中會受到各種外力的拉伸作用而產(chǎn)生變形,甚至被破壞,拉伸性能與纖維的紡織加工性能和紡織品的服用性能有密切的關(guān)系。

2、目的與要求

掌握單纖維拉伸性能的測試方法,了解電子單纖維強力儀的結(jié)構(gòu)和原理,并對試樣的測試結(jié)果進行處理和分析。

3、采用標準

3.1 采用標準:GB 9997《化學纖維單纖維斷裂強力和斷裂伸長的測定》、GB/T 14337《合成短纖維斷裂強力及斷裂伸長試驗方法》

3.2 相關(guān)標準:GB/T 14334《合成短纖維取樣方法》、GB/T 14335《合成短纖維線密度測試方法》、GB 6529《紡織品的調(diào)試和試驗用標準大氣》等

4、 儀器與用具

4.1 LLY-06型電子單纖維強力儀,見圖1。

4.2 黑絨板、鑷子、天平。

5、原理

被測單纖維的一端由上夾持器夾持住,另一端施加標準規(guī)定的預張力后由下夾持器夾緊。測試時下夾持器以恒定的速度拉伸試樣,下夾持器下降的位移即為纖維的伸長。試樣受到的拉伸力通過和上夾持器相連的傳感器轉(zhuǎn)變成電信號,經(jīng)放大器放大及A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后,由單片機計算出纖維在拉伸過程中的受力情況。原理框圖見圖2。

6、取樣

按GB/T 14334取出實驗室樣品。

7、環(huán)境及修正

7.1 預調(diào)濕用標準大氣,溫度不超過50℃,相對濕度10%~25%。

7.2 調(diào)濕和測試用標準大氣按GB 6529執(zhí)行:溫度(20±2)℃,相對濕度(65±3)%。

8、試樣及制備

從實驗室樣品中隨機均勻取出10g作為測試樣品,進行預調(diào)濕和調(diào)濕,使試樣達到吸濕平衡(每隔30min連續(xù)稱量的質(zhì)量遞變量不超過0.1%)。從已達平衡的樣品中隨機取出約500根纖維,均勻鋪放于絨板上以備測定。

9、程序與操作

9.1 確定測試參數(shù)

9.1.1 名義隔距長度

纖維名義長度大于或等于35mm時名義隔距長度為20mm;纖維名義長度小于35mm時為10mm。

9.1.2 拉伸速度按表1設(shè)定。

表1 纖維拉伸速度設(shè)定

纖維平均斷裂伸長率,%

<8

≥8,<50

≥50

拉伸速度,mm/min

50%名義隔距長度

100%名義隔距長度

200%名義隔距長度

9.1.3 預張力

腈綸、滌綸:0.075cN/dtex;丙綸、氯綸、錦綸:0.05cN/dtex。

注:預張力按纖維的名義線密度計算,濕態(tài)試驗時,預張力為干態(tài)時的一半,某些纖維如不適合上述預張力,經(jīng)有關(guān)部門協(xié)商可另行確定。

9.1.4 計算線密度

按GB/T 14335《合成短纖維線密度試驗方法》測定該試樣的平均線密度。

9.2 儀器調(diào)整

9.2.1 打開電源開關(guān),預熱10min。

9.2.2 調(diào)節(jié)夾持器距離,使上下夾持器的隔距等于纖維的名義隔距長度。

9.2.3 用力值砝碼校驗儀器測力系統(tǒng)準確度。

9.3 測試

9.3.1 一次拉伸斷裂測試

9.3.1.1 設(shè)置測試參數(shù)

將儀器功能設(shè)定為一次拉伸斷裂測試,同時設(shè)定預加張力、初始長度、試樣線密度、拉伸速度、測試次數(shù)等參數(shù)。

9.3.1.2 取下上夾持器, 用張力夾隨機地從絨板上夾取一根纖維一端,另一端用上夾持器夾緊,然后將上夾持器掛在掛鉤上,試樣在規(guī)定的張力下懸垂并穿過下夾持器,夾緊下夾持器。應保證纖維放在上、下夾持器的中間位置。

9.3.1.3 按"拉伸"鍵,儀器開始拉伸,拉伸斷裂后,下夾持器返回,顯示屏顯示斷裂強力、斷裂伸長、斷裂時間、斷裂功、初始模量及三個不同伸長時的應力值。

9.3.1.4 重復測試,每個試樣測試50次,直到本組測試完畢。儀器可顯示和打印一組的平均值(X),標準差(S)、不勻率(CV值)及每一根試樣的測試結(jié)果。

9.3.2 定伸長彈性測試

纖維被拉伸至設(shè)定伸長值L1(即纖維總伸長)后,儀器自動停止拉伸,讓纖維即處于應力松弛狀態(tài),并維持設(shè)定時間T1(即定時1)下夾持器回升,纖維內(nèi)應力逐漸減小,至設(shè)定的預張力值時的伸長回復值即纖維的急彈性變形L2 。夾持器停止,讓纖維繼續(xù)松弛設(shè)定時間T2(即定時2)后,下夾持器繼續(xù)回升到達上限位置后,再次拉伸纖維,當纖維內(nèi)應力等于設(shè)定的預加張力時,對應的拉伸值為纖維的塑性變形L3,下夾持器則回升到上限位后自停,結(jié)束測試。

9.3.2.1 設(shè)置測試參數(shù)

選定定彈性拉伸功能,并設(shè)定預加張力、初始長度、定伸長百分率、拉伸速度、定時1(T1)、定時2(T2)、測試次數(shù)等。

注:定伸長百分率是相對于初始長度而言的。

9.3.2.2 按標準要求夾好纖維,同9.3.1.2。按"拉伸"鍵,儀器自動測試并顯示和打印L1、L2、L3、L4(總彈性L4=L1-L3)以及彈性功回復率W2/W1(其中W2為纖維回復時所做的功,W1為纖維拉伸到定伸長值時所做的功)。當?shù)竭_設(shè)定的測試根數(shù)時,儀器顯示或打印出L1、L2、L3、L4及W2/W1的統(tǒng)計值(X、S及CV)。

9.3.3 其他拉伸性能測試

根據(jù)不同的測試要求,按上述方法在儀器上設(shè)定不同的拉伸功能和相應的參數(shù)進行測試,可得到反映纖維拉伸性能的其它指標,具體操作詳見單纖維強力儀的說明書。

10、結(jié)果計算

10.1 平均斷裂強力

(14-1)

式中: -斷裂強力測得值,cN;

―測試根數(shù);

-平均斷裂強力,cN。

10.2 平均斷裂強度

(14-2)

式中: -平均斷裂強力,cN;

-實測線密度,dtex;

-平均斷裂強度, cN/dtex。

10.3 平均斷裂伸長率

(14-3)

式中: -斷裂伸長率測得值,%;

―測試根數(shù);

-平均斷裂伸長率,%。

10.4 斷裂強力和斷裂伸長率的標準差及變異系數(shù)

(14-4)

(14-5)

式中: -標準差;

-斷裂強力、斷裂伸長率的各次測得值;

——斷裂強力、斷裂伸長率的平均值;

―測試根數(shù);

-變異系數(shù),%。

注:強力、斷裂強度、變異系數(shù)均計算到小數(shù)點后三位,按GB 8170修約到小數(shù)點后二位。伸長率計算到小數(shù)點后二位,修約到小數(shù)點后一位。

11測試報告

11.1 說明: 執(zhí)行標準,儀器型號,試樣名稱,夾持的長度,溫濕度等。

11.2 結(jié)果計算:平均斷裂強力,平均斷裂強度,平均斷裂伸長率,斷裂強力和斷裂伸長的變異系數(shù)等。

纖維:21或22號切片

膠原纖維被伊紅染成粉紅色,為粗細不等的束狀結(jié)構(gòu),交叉排列,有的較直或呈波浪形,其中的原纖維大多看不清。

彈性纖維染成藍紫色,單條分布而不成束,纖維粗細不等,有分支,并交織成網(wǎng)。

高倍鏡下繪圖,顯示部分疏松結(jié)締組織。

注解:膠原纖維、彈性纖維、成纖維細胞、巨噬細胞、肥大細胞和漿細胞。

1、棉、麻、竹等植物纖維和粘膠纖維(主要成分是纖維素):容易燃燒,產(chǎn)生黃色及藍色火焰,有燒紙或草的氣味。灰燼呈灰色,易飛揚。

2、羊毛、蠶絲(蛋白質(zhì)):燃燒緩慢,徐徐冒煙;燃燒時縮成一團,有特殊的焦臭味;灰燼呈小球狀,一壓即碎。

3、合成纖維:

⑴尼龍:邊燃燒邊熔化,無煙或略有白煙。火焰小,呈藍色。有燒焦的芹菜味,灰燼為淺褐色小硬珠,不易捻碎。

⑵滌綸:燃燒時邊卷縮邊熔化邊冒煙,火焰為黃白色,有芳香味,灰燼為褐色小珠,可以用手捻碎。

⑶腈綸:一邊緩慢燃燒,一邊熔化,火焰為亮白色,有時略有黑煙,有魚腥味,灰燼為黑色小珠,脆而易碎。

⑷維尼綸:緩慢燃燒并迅速收縮,火焰小,呈紅色,有黑煙和特殊氣味,灰燼為褐色小珠,可用手捻碎。

⑸氯綸:難于燃燒,當接近火焰時邊收縮邊燃燒,離火即滅,有氯氣的氣味,灰燼為黑色硬塊。

⑹丙綸:燃燒時邊卷縮邊熔化,火焰明亮,呈藍色,有燃燒蠟質(zhì)的氣味,灰燼為硬塊,但可以捻碎。

4、無機纖維

玻璃纖維:不燃燒,熔融不變色,灰燼為本色,小玻璃珠狀。

5、特點對比

纖維特點對比

褪色:棉>混紡>化纖;

易變形:針織>梭織;

起毛、起球:棉織物<混紡織物(滌棉)<毛腈織物;

起靜電:化纖>棉;

縮水:棉>混紡>化纖;

抗皺:棉<混紡<化纖。

一些常見的纖維的中英文名稱。 棉 Cotton; 腈綸 Acrylic; 麻 Linen ;氨綸 Polyurethanes ;羊毛 Wool ;丙綸 Polypropylene ;絲 Silk; 氯綸 Polyvinyl Chloride ;粘膠、人造棉、Rayon ;銅氨纖維 Cuprammonuium(Cupro) ;滌綸 Polyester ;醋酸纖維 Acetate ;錦綸 Polyamide ;尼龍 Nylon ;彈性纖維 Polythane(Elastan) ;維綸 Vinal ;人造絲 Nitrocellulose Silk 。