资源简介

(共23张PPT)
第一章
纤维的分类及发展
弹性。
Textile Materials and Technology & Fibrous Soft-Matter Center
1、毛发类纤维
毛发类纤维（简称毛）的分类是依据动物的名称进行的。其大宗类羊毛即绵羊毛的次级或其他分类较复杂，但
一般以“动物名+毛(或纤维)”命名的。
（1）绵羊毛
纺织用毛纤维的主体是绵羊毛，简称羊毛或毛或毛纤维。构成与特征：羊毛为角蛋白物质，截面为圆形或椭圆
形，由外向内分为鳞片层、皮质层和髓质层。
鳞片层由片状细胞连续叠合构成，不仅鳞片对羊毛毛干形成保护，而且会影响羊毛的光泽、手感、天然卷曲和缩绒性等。
皮质层即毛干是羊毛的主体部分，一般由正皮质和偏皮质两种皮质细胞组成，通常为双边分布，是羊毛卷曲的本质原因。
髓质层又称髓腔，结构松散，含有色素和较大的气孔，几乎无强度、
一、动物类纤维
TMT-FSM
山羊绒
山羊绒简称羊绒为山羊的绒毛，通过抓、梳与山羊毛分开获得。山羊绒又叫“开司米”或克什米尔（Cashmere）。
山羊绒颜色有白、紫、青色，我国紫(棕褐) 色较多。
山羊绒无髓质，强伸性、弹性都优于相同细度的绵羊毛。鳞片的环状与完整性特征明显、紧贴于毛干，且鳞片高度大、有光泽，手感柔软、滑糯。平均细度为14~16 μm，是纺用毛发中最细的，长度35mm~45mm，短绒率18%~20%。山羊绒易损伤、纯纺难度较高、价格昂贵，会起球、缩绒，故通常与80S ~ 100 S（支）细羊毛混纺使用。
马海毛
马海毛（Mohair）是土耳其安哥拉山羊毛的音译商品名称。
马海毛是异质毛，净毛率达75%~ 85%。马海毛的截面近圆形，直径约10~90μm、偏粗，长度约12~ 26cm。马海毛的特点是直、长、有丝光。马海毛主要用来制作提花毛毯，马海毛提花毛毯极有特色，以坚牢耐
磨、丝样光泽和美丽图案著称。马海毛也与绵羊毛、棉、化纤混纺制作衣料，如顺毛大衣呢、银枪大衣呢等。
（2）特种动物毛
兔毛
纺织用的兔毛主要为安哥拉兔毛和白兔毛。兔毛有5～30 μm的绒毛
（约占90%）与30～100 μm的粗毛（约10%），这两类纤维。绒毛的平 均直径约11.5～15.9 μm。绒毛与粗毛都有发达的髓腔，为多腔多节结构，故比重轻、吸湿性好，但强度低。兔毛细软、制品蓬松、轻质。
兔毛表面光滑、少卷曲、光泽强，所以光泽强，但鳞片厚度较薄、纹路倾斜，且表面存在类滑石粉状物质，故摩擦系数小、抱合力差、易落毛，可纺性差。兔毛含油脂较低，约0.6%～0.7%，通常不需洗毛。
兔毛纯纺必须添加特殊和毛油，或经等离子体、或酸处理获得有效的抱合力来实现。此外，可与羊毛或其他纤维混纺加工，回避抱合力差的缺陷，制成毛线、针织品、高级大衣呢、花呢等。
骆驼绒
骆驼绒是从骆驼身上自然脱落或梳绒采集获得。骆驼皮上的外层毛粗而柔韧，称为骆驼毛，外层粗毛下的细短柔软绒毛，称驼绒。驼绒的平均直径为14~23 μm，平均长度为40~135mm。骆驼绒带有的杏黄、棕褐等颜色，鳞片边缘较光滑，不易毡缩。骆驼毛可做衣服和衬絮，具有优良的保暖性，骆驼绒可织制高级服用织物和毛毯。
14~16 μm的驼绒极为高档，可织制高级服用织物和巾、毯。
绵羊绒
绵羊绒是土种绵羊（或裘用绵羊）的异质毛被底层的绒毛。
绵羊绒粗细不匀、粗节、弱节较多，鳞片倾角大、鳞片边缘较薄、容易缺损而不光滑，品质和价值远低于羊绒。绵羊绒比山羊绒抗酸、碱等化学作用，着色深度及色差大于山羊绒。
牦牛绒与牦牛毛
牦牛是高原特有耐寒畜种。牦牛绒(毛)多为黑、褐色，少量白色。
牦牛绒由鳞片层与皮质层组成，髓质层极少。其鳞片呈环状，边缘整齐，紧贴于毛干上。有无规则卷曲，缩绒性与抱合力较小。牦牛绒平均直径约20 μm，平均长度30～40mm。断裂强度2.8~3.5 cN/dtex，高于山羊绒、驼绒、兔毛。牦牛绒织物不易掉毛、有身骨、膨松、丰满，手感滑软、光泽柔和，是毛纺行业的高档珍惜原料。
牦牛毛有毛髓，细度在30~100 μm，平均约70 μm；长度10 ~ 40cm；外形平直、有波纹状鳞片，如人发。白牦牛毛的质量与光泽相对其他颜色最优，有纺用价值。
羊驼毛
羊驼属于骆驼科，主要产于秘鲁。羊驼毛强度较高、伸长大，加工断头率低，但羊驼毛髓腔随羊驼毛细度不同差异较大。因羊驼毛细度较大，故纤维间力学性能差异较大。与羊毛相比，细度偏粗，20～30 μm，长度较长，15～40cm，可纺支数较低，多为中低纱。
羊驼毛表面的鳞片贴伏、边缘光滑，顺、逆鳞片摩擦系数较羊毛小，纤维卷曲少、卷曲率低，故羊驼毛富有光泽、有丝光感，抱合力小、防毡缩性较羊毛好。羊驼毛的洗净率高达90％以上，不需洗毛，可直接应用。
结论
由上述毛发类纤维的介绍和应用来看，人们关注两类问题：一是毛发纤维直径变细；一是开发或升级利用特种毛发纤维。
前者相对研究较多，因毛发类纤维越细，品质越高、经济和使用价值也越高。仅以羊毛为例：细度越细，髓质发生率和量越低；纤维同质、强伸性高；纤维细密卷曲、弹性则优；纤维表面鳞片越完整和覆盖均匀，纤维的光泽也越柔等综合优势越明显；纤维的抗弯曲刚度越低，越不易发生刺痒，穿着舒适。故羊毛的分类和价格都按羊毛的细度来定。由此出现了人工细化羊毛（OptimTM fine）和人工饲养的极细羊毛羊种，极细羊毛的细度已达12 μm。后者较多的是纺纱问题，在后面纱线章节介绍。
腺分泌类纤维（简称丝）的分类是依据蚕食用植物的名称或昆虫的名称进行，其命名为“植物名+蚕丝”或“昆虫名+丝”。
由于蚕有人工家养和野生，故有家蚕丝和野蚕丝之分。
（1）桑蚕丝
桑蚕又称家蚕，由桑蚕茧缫得的丝称为桑蚕丝。可以在天然彩色桑 蚕丝的制取上，采用基因工程、色素引入、蚕种遗传三类方法获得彩色茧丝，但多为浅色。桑蚕茧由外向内分为茧衣、茧层和蛹衬三部分。其中茧层可用来做丝织原料，茧衣与蛹衬因细而脆弱，只能用做绢纺原料。桑蚕丝主要用于织制各类丝织面料。
一根蚕丝由两根平行的单丝（丝素），外包丝胶构成。单丝截面呈三角形。蚕丝主要为丝素蛋白，其次是丝胶，还含有色素、蜡质、无机物等少量杂质。桑蚕茧丝细度随茧丝的吐出先后有所差异，以茧的中层即茧丝的中段为最细和均匀，并且三角形特征明显。
2、腺分泌类纤维
指标 春蚕茧 秋蚕茧
茧丝长(m) 1000 ～1400 850 ～ 950 茧丝量(g) 0.22 ～ 0.48 0.2 ～ 0.4 鲜茧层率(%) 18 ～ 24 干茧层率(%) 48 ～ 51 缫丝率(%) 71 ～ 85 缫折(kg) 220 ～ 280 解舒丝长(m) 500 ～ 900 Text 解舒丝率(%) 65 ～ 80
桑蚕茧丝的工艺性质参数表
茧的品质评价
茧丝量是指一粒茧所能缫得的丝量；
茧层率为茧层占全茧的重量百分比；
缫丝率为缫丝量占茧层的重量百分率；
缫折为100公斤的生丝所需的干茧重量；
解舒长为一粒茧平均缫得的丝长；
解舒率为解舒长与茧丝长的百分比；
缫丝质量评价指标
茧圆整
大小均一
茧无穿孔
颜色鲜亮
无污染茧 等
柞(Zuò)蚕又称中国柞蚕。由柞蚕茧所缫丝制的丝称柞蚕丝。柞蚕有中国种、印度种和日本种3个品系。柞蚕生长在野外的柞树(即栎树)上。
柞蚕茧丝的平均细度为 6.0~6.5dtex，比桑蚕茧粗。柞蚕茧的春茧为淡黄褐色，秋茧为黄褐色，而且外层较内层颜色深。
柞蚕丝的横截面形状为锐三角形，更为扁平呈楔状。其与桑蚕丝的截面比较见下图。
(a)桑蚕丝
(b)柞蚕丝
两种蚕丝截面形态对比
（2）柞蚕丝丝胶丝素
柞蚕茧丝的基本特征见表。柞蚕丝是织造柞蚕茧绸、装饰绸和一些工业、国防用中厚型丝织品的原料。实际纺织用野蚕丝还包括：呈天然绿色、光泽华丽、手感柔软的天蚕丝；水中透明无影、坚韧耐水、可
做钓鱼线和渔网的樟蚕丝；带琥珀金色光泽、丝质坚韧、用于高贵服饰、食楠木叶蚕的琥珀蚕丝；由14~20根单丝交缠粘结成网目状茧丝栗蚕丝；以及蓖麻蚕、木薯蚕、樗蚕、乌桕大蚕（大山蚕）等大蚕蛾科蚕丝。只 是产量和资源量的限制。
纤维 密度 (g/cm3) 模量 (GPa) 强度 (GPa) 韧度 (MJ/m3) 断裂伸长率 (%)
蜘蛛丝 1.3 10 1.1 160 27
锦纶66 1.1 5 0.95 80 18
Kevlar49 1.4 130 3.6 50 3
蚕丝 1.3 7 0.6 70 18
羊毛 1.3 0.5 0.2 60 50
钢丝 7.8 200 1.5 6 1
蜘蛛与蚕一样，属于节肢动物，而蚕是六条腿昆虫的幼体，蜘蛛是八条腿的昆虫。蜘蛛不同腺吐出的丝，平均直径为 5~10μm，比蚕丝细一半；且都为原纤化皮芯结构，是典型的超细、高性能天然纤维。蜘蛛丝与其它纤维的性能对比见表。
蜘蛛丝的耐紫外线和耐热性好、强度高、韧性大、断裂能高、质地轻，是制造防弹衣、降落伞、外科手术缝合线的理想材料。目前，无法大量获得而实用，而人工研制多有结果，但始终不理想。
蜘蛛丝与部分纤维的性能对比
（3）蜘蛛丝
1．再生纤维素纤维
（1）普通粘胶纤维
普通粘胶纤维是再生纤维素纤维的主要品种。是由不可纺但富含纤 维素或其衍生物的植物，如棉短绒、芦苇、木材、甘蔗渣、麻、竹、海藻、稻草等的浆粕或浆液，提纯制得粘胶液后纺丝而成。粘胶纤维的命名应按植物来源命名，即“植物名＋浆＋纤维”，或“植物名＋粘胶”。尤其是植物本身有纤维体，则必须补上“粘胶”或“浆”，或称“再生
＋植物名＋纤维”，以防混淆和命名混乱。
其实，一旦植物或纤维被溶解和过滤，原物质的形（结构、形态、表面）都将消失，甚至质（组成及含量比）也将变化。由形决定的性质将荡然无存，而由质决定的依然存在但有变化。
普通粘胶纤维的化学组成与棉纤维相同，但聚合度( DP= 300~500)比棉低得多；结晶度（40~50％）和取向度也低。截面呈不规则的锯齿形，有明显的皮芯结构。
二、再生纤维
粘胶纤维的结晶度低，即无序区含量大，这使得粘胶纤维的吸湿性比棉纤维更优，故易染色，色谱全、色泽艳、染色牢度好、对酸与氧化剂比棉更为敏感，及可及性优于棉纤维。但粘胶纤维对碱及化学品的稳定性则不及棉。
粘胶纤维的缺点是强度和模量低、弹性恢复性差，织物易变形、易起皱，尤其是湿态时因水分子作用，湿强和湿模量更低、易于塑变；洗涤时纤维膨胀、干燥时又易收缩；使用中还会塑变伸长，织物尺寸稳定性差。
这些优缺点都体现在其它粘胶纤维上：如竹浆纤维、海藻酸钠纤维等。
因为它们都是普通粘胶纤维的结构，只是植物来源不同。而且，竹浆纤维因木质素难以去除；海藻酸纤维因分子量偏低及离散，故其强伸性均略低于粘胶纤维，见各种粘胶纤维的拉伸图。
高湿强粘胶纤维，以提高粘胶纤维的结晶度增强的方式，形成全芯层结构的粘胶纤维，其主要代表纤维有中国早期的富强纤维，日本的虎木棉或Polynosic（波里诺西克）。高湿模量粘胶纤维，以加强溶剂缓冲析出和凝固速率来增加纤维的皮层结构和分子间的微晶物理交联作用，如Modal等。
强力粘胶，以提高大分子的取向度和改善结晶颗粒尺寸与分布的方式，形成全皮层结构的粘胶纤维。如强力帘子线等。
其间拉伸性能的比较见图。
（2）高湿模量和强力粘胶纤维
为克服粘胶纤维的缺点，国外在再生纤维素纤维上并不关注植物的选择，因为组成相同。而是致力于纤维结构的调整。在上世纪50年代研制出了高湿强度、高湿模量（HWM）和强力粘胶纤维。
富强纤维
强力粘胶
HWM纤维
普通粘胶
干态湿态
0
10
30
1
2
3
4
5
20
伸长率（％）
比强度（N/tex）
各种粘胶纤维的拉伸特征比较
Lyocell 纤维是以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂，用干湿法纺制的再生纤维素纤维。国内商品名 “天丝”，值得商榷。
Lyocell纤维最主要的特点是加工过程所用“溶剂”可99.9％以上回收，基本无污染，但国内存在差距。德国的Newcell ；英国的Tencel 。
Lyocell纤维最主要的结构特征是：原纤化结构，取向度较普通粘胶纤维优。与现有的各种纤维素纤维相比，其比现有再生纤维素纤维，具有强度高(38~42 cN/tex)，湿强损失率低（＜15%），手感柔软、悬垂性好。
（4）铜氨纤维
将纤维素浆粕（主要是棉浆粕）溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓铜氨溶液内，制成铜氨纤维素纺丝溶液，在水或稀碱溶液的凝固浴中（湿法）纺丝成形。铜氨纤维截面呈圆形，均匀结构。因为可塑性好，可制成较细和超细（0.44~1.44dtex）单丝。纤维表面光滑、光泽柔和、有真丝感；吸湿性与粘胶相似，回潮率为12％~13％，上染性优于粘胶；干强与粘胶相近，湿强高于粘胶，但加工中残余酸、碱易损伤纤维。
铜氨纤维成形工艺复杂、产量较低，一般用于高档丝织和针织原料。
（3）Lyocell纤维
醋酯纤维又名醋酸纤维，有二醋酯和三醋酯之分。
纺织用纤维基本为三醋酯纤维素纤维。二醋酯纤维素纤维一般作为滤材，尤其是香烟滤嘴材料，对烟焦油和尼古丁有很好的吸附性。
醋酯纤维以纤维素浆粕为原料，利用醋酸酐对羟基的作用使羟基被醋酸酐的乙酰基置换生成纤维素酯，经干法或湿法纺丝制成。
醋酯纤维的截面为不规则的多瓣形，无皮芯结构。模量较低，易变形、低伸长下的弹性回复性极好（1.5%伸长时回复为100％），密度小于粘胶，故织物手感柔软，有弹性、不易起绉、悬垂性好。
主要为女用内衣和绸类面料的原料。
（5）醋酯纤维
再生蛋白质纤维按来源分为再生+动物和植物+蛋白纤维两类。
甲壳质非蛋白质但来源于动物的甲壳而得名，由其溶解纺丝制得的纤维称再生甲壳质纤维，与再生动物蛋白纤维同属再生动物纤维。
因三者均以分子组成得名，故可省去“再生”，得物质命名通式：分子名(物质组成) + 纤维 = 人工纤维名（即纤维学名）
而根据动物名和植物名命名的再生纤维，则必须保留“再生”二字。
再生蛋白质纤维与再生纤维素纤维均在19世纪末研究。20世纪初再生纤维素纤维因大分子较好的刚性与伸直度，获得成功并生产与应用。再生蛋白质纤维却因氨基酸大分子侧基的复杂与多样性和分子在溶液状态下的蜷缩成球而难以伸直，而纤维强度偏低＜1cN/dtex，无纺用价值而搁浅。
目前所谓再生蛋白纤维几乎都是与其它高聚物掺混或共混的纤维。虽混合比无严格限制，但：
蛋白质含量＞80％可称再生蛋白纤维。而在20% ~ 80％为混合纤维；
＜20％只能称蛋白改性纤维。且其组成生态性和性质上与合成纤维相似。
2．再生蛋白质纤维及甲壳质纤维
TMT-FSM
（再生）动物蛋白纤维，按组成和来源的命名为：
组成或来源名+蛋白纤维；或再生+动物名毛或丝。
如角蛋白纤维或再生羊毛，丝蛋白纤维或再生蚕丝，酪蛋白或酪素纤维，胶原或明胶纤维。若原料有纤维体的，最好加上“再生”。
a．角蛋白（角朊）纤维：
来源于各类不可纺用和废弃动物的毛发，以及蹄、角、翎、爪、喙、鳞甲、皮等角质物的溶解纺丝、析出固化、再生成纤维。纤维的性质与 动物名称无关而只与角朊含量及组成有关。而且角朊含量及组成对毛发和角质物来说，极为相近、均为复杂侧基的α-氨基酸大分子。若再生方法与条件一致，则再生纤维的质量、结构和性能相同。所以，不同以动物命名的再生蛋白质纤维，并不代表其再生纤维的优劣，而仅表达其原料的来源。
（1）再生动物蛋白纤维
b．再生丝蛋白纤维：
其再生对象是废茧废丝和用弃真丝制品，以及各种蚕丝等，从中溶解提取丝素。丝素是β-氨基酸大分子，其侧基单一且较小，无交联、易溶解，分子解纠缠和伸直性均较好，故能纺成强度达2.2~3.0cN/dtex的再生丝蛋白纤维。此强度虽不及桑蚕丝强度3.4~4.0cN/dtex的75%，但已是再生蛋白纤维中成功的范例。
c．酪蛋白纤维：
是以奶酪、蚕蛹等的酪蛋白制成的再生纤维，即早期的酪蛋白纤维和现在俗称的牛奶纤维和蛹蛋白纤维。
20世纪初生产的酪蛋白纤维及随后的蛹蛋白纤维，由于组成为相互纠缠、难以伸直的α-氨基酸球蛋白，强度＜1cN/dtex而不能纺纱织布。
60年代日本东丽的酪素-丙烯腈(PAN)共聚纤维，国人称牛奶纤维，虽强度提升、但已变为合成纤维或掺混酪蛋白腈纶。
d．胶原和明胶纤维：
是19世纪60年代溶解纺丝制得的再生蛋白质纤维。
胶原 (collagen) 为各种动物皮、骨、筋腱、鱼皮鳞等中的蛋白，而皮和筋腱有纤维，故须称再生胶原或胶原蛋白纤维。
胶原为相对分子品质约为30万道尔顿(Da)的三股螺旋结构，目前已发现 27 种，可酶水解至2~4kDa，为生物营养胶原蛋白。
明胶 （Gelatin） 是胶原蛋白局部水解蛋白，氨基酸组成相近，仅分子量不同。
明胶为1~20万分布宽化、均值约8万Da的三股螺旋已破坏的蛋白质，但可溶于热水作为食品添加剂。
纯再生胶原或明胶纤维的强度较低、约1cN/dtex，而食品价值更高，故纤维发展缓慢。
如果胶原或明胶与其他载体相混 (如PVA、PAN)，那它的生物质特征
（生物相容性和可降解性）就将消失殆尽。
TMT-FSM
植物种类 小球藻 花生 大豆 蚕豆 玉米
蛋白质含量(%) 63.60 44.70 35.50 28.2 19.30
食物、植物 鱼粉 肉粉 牛肉 鸡蛋 苜蓿草
蛋白质含量(%) 62.50 54.00 20.30 14.70 19.10
植物蛋白富含于植物果实即植物种籽和水果中，按果实的来源，(再生)植物蛋白纤维的命名为：
果实名 + 蛋白纤维 = 植物蛋白纤维
如常见的大豆、花生、玉米蛋白纤维等。通常因果实的组成差异及蛋白质含量的不同，命名中不能省略蛋白。其实，含蛋白质高的植物，并非上述三种果实，如下表所示的小球藻（绿藻） 、蚕豆、苜蓿草。
几种植物和食物蛋白质含量排序表
（2）再生植物蛋白纤维
甲壳质( Chitin几丁质 )又名甲壳素、壳多糖、壳蛋白、蟹壳素、聚乙酰氨基葡萄糖，因富含于甲壳纲昆虫和水产动物的甲壳中而得名，其实也存在于菌类、藻类等细胞壁中。
又因简称乙酰氨基葡聚糖，则与纤维素分子相似，易于纺丝，但既非纤维素、又非蛋白质，仅是纤维素大分子C2上的羟基被乙酰氨基、氨基等含氮基团取代的化合物，如甲壳素、壳聚糖、壳聚糖酐，分子结构式如下所示：
甲壳质的分子结构式(n为聚合度)
甲壳素 壳聚糖 壳聚糖酐
因此，不仅纤维的干(湿)态断裂强度高，2.0~2.4 (1.2~1.7)cN/dtex，断裂伸长率4.3~5.0(2.4~ 2.8)%偏低、纤维偏硬，而且可由含氮基的作用影响溶解、絮凝、离子交换、抗氧化、抑菌性能。
（3）再生甲壳质纤维

展开更多......

收起↑