化学纤维及主要品质指标及其检测方法.doc

第四节 化学纤维的主要品质指标及其检测方法纤维的品质是指对纤维制品的使用价值有决定意义的许多指标的总体而言反映纤维品质的主要指标有物理性能指标，包括纤维的长度、细度、比重、光泽、吸湿性、热性能、电性能等；机械性能指标，包括断裂强度、断裂伸长、初始模量、回弹性、耐多次变形性等；稳定性能指标，包括对高温和低温的稳定性、对光－大气的稳定性、对化学试剂的稳定性及对微生物作用的稳定性等；加工性能指标包括纤维的抱合性，起静电性和染色性等；短纤维的附加品质指标包括纤维长度、卷曲度、纤维疵点等[1]一、细度细度是纤维粗细的程度分直接指标和间接指标两种直接指标一般用纤维的直径和截面积表示，由于纤维截面积不规则，且不易测量，通常用直接指标表示其粗细的时候并不多，故常采用间接指标表示间接指标是以纤维质量或长度确定，即定长或定重时纤维所具有的质量（定长制）或长度（定重制），在化学纤维工业中通常以单位长度的纤维质量，即线密度（Linear density）（旧称纤度）表示，常用的有以下三种表示方法一）表示方法1．特（tex）或分特（dtex）特或分特是国际单位制（法定计量单位） 1000 米长的纤维的重量克数称为特；其十分之一为分特。

由于纤维细度较细，用特数表示细度时数值较小，故通常以分特表示纤维的细度对同一种纤维来讲（即纤维的比重一定时），特数越小，单纤维越细，手感越柔软，光泽柔和且易变形加工[2] 2．旦（denier）9000 米长的纤维的重量克数称为旦，对同一种纤维来讲（即纤维的比重一定时），旦数越小，单纤维越细旦为线密度的非法定计量单位1 旦=9 特3．公制支数公制支数简称公支，指单位质量（g）的纤维所具有的长度（m）对同一种纤维而言，支数越高，表示纤维越细公制支数为线密度的非法定计量单位特或分特、旦数和支数的数值可相互换算，关系如下：旦数×支数=9000特数×支数=1000旦数=9×特数分特数=10×特数（二）测定方法化学纤维细度的测定方法有直接和间接法两种直接法用得最广的是中段切取称重法间接法利用振动仪或气流仪测定纤维的细度[3]国际上推荐采用振动法来测量单根化学纤维的线密度由于振动法是在单根纤维上施加规定张力使其伸直的情况下测量其线密度的，故测量结果比较准确，特别是卷曲较大的纤维以及需要测试单纤维相对强度时，采用振动法更具优越性在化纤生产中，因原材料、设备运转状态和工艺条件的波动都会使未拉伸丝、拉伸丝的条干不均匀。

因此，测定纤维沿长度方向的条干均匀度是衡量纤维质量变化的重要指标，它影响纤维的物理－机械性能与染色性能，还影响纤维的纺织加工性能及织物外观[4]一般采用乌斯特（Uster）条干均匀度仪进行测定，测定结果以平均差系数 U%、均方差系数CV%、极差系数 R 表示二、吸湿性吸湿性（moisture absorption）是纤维的物理性能指标之一，通常把纤维材料从气态环境中吸收水分的能力称为吸湿性一）吸湿性指标1．回潮率与含水率纤维材料中的水分含量，即吸附水的含量，通常用回潮率（Moisture regain）或含水率（Moisture content）表达前者是指纤维所　　含水分的质量与干燥纤维质量的百分比，后者是指纤维所含水分质量与纤维实际质量的百分比化纤行业一般用回潮率来表示纤维吸湿性的强弱2．标准状态下的回潮率与公定回潮率各种纤维的实际回潮率随环境温湿度而变，为了比较各种纤维材料的吸湿能力，将其放在统一的标准大气条件下（　　20℃、65 ％相对湿度）一定时间后，使它们的回潮率在“吸湿过程” 中达到一个稳态值，这时的回潮率为标准状态下的回潮率在贸易和成本计算中，纤维材料往往并不处于标准状态，为了方便计重和核价的需要，必须对各种纤维材料的回潮率做出人为统一规定，称之为公定回潮率。

各种纤维在标准状态下的回潮率和我国所规定的公定回潮率（Fficial regain）如表 1-4：表 1-4 纤维在 20℃、65 ％相对湿度下的回潮率和我国所规定的公定回潮率纤维 标准状态下的回潮率/％ 公定回潮率/％ 纤维 标准状态下的回潮率/％公定回潮率/％蚕丝 9 11.0 维纶 3.0～5.0 5.0棉 7 8.5 锦纶 3.0～5.0 4.5羊毛 16 16.0 腈纶 1.2～2.0 2.0亚麻 7～10 12.0 涤纶 0.4～0.5 0.1苎麻 7～10 12.0 氯纶 0 0粘胶纤维 12～14 13.0 丙纶 0 0醋酯纤维 6～7 7.0 乙纶 0 0从表中可见，天然纤维和再生纤维的回潮率较高，合成纤维的回潮率较低二）吸湿性的检测方法按照吸湿性的测试特点，大致可分为两类：直接测定法和间接测定法直接测定法是直接获取纤维中水分重量的测定方法，从而计算出含水率或回潮率如烘箱法、红外线辐射法、吸湿剂干燥法、真空干燥法等其中烘箱法应用最广间接法测定法是利用纤维材料中含水多少与某些物理性质（如电阻、电容、水分子振动吸收性能等）密切相关的原理，通过测量这些性质来推测含水率或回潮率，如电阻测试法、电容测试法。

这类方法测量迅速、不损伤纤维、可测量，但干扰因素较多，结果的稳定性和准确性受到影响三、密度纤维的密度（densities），是指单位体积纤维的质（重）量，常用单位为 g/cm3 由于物质组成、大分子排列堆砌以及纤维形态结构不同，各种纤维的密度是不同的，主要化学纤维品种中，丙纶的密度最小，粘胶纤维的密度最大，主要纺织纤维的密度见表 2-2表 1-5 主要纺织纤维的密度纤维密度 /g/cm3 纤维 密度 /g/cm3粘胶纤维 1.50～1.52 氨纶 1.54涤纶 1.38 棉 1.32锦纶 1.14 羊毛 1.32腈纶 1.14～1.17 蚕丝 1.33～1.45维纶 1.26～1.30 麻 1.5丙纶 0.91测定纤维密度的方法很多，有液体浮力法、比重瓶法、气体容积法、液体温升悬浮法和密度梯度法等其中密度梯度法精确度较高，也较简单四、拉伸性能纤维材料在使用中会受到拉伸、弯曲、压缩、摩擦和扭转作用，产生不同的变形化学纤维在使用过程中主要受到的外力是张力，纤维的弯曲性能也与其拉伸性能有关，因此拉伸性能是纤维最重要的机械性能它包括强力和伸长两个方面，因此又称强伸性能表示材料拉伸过程受力与变形的关系曲线，称为拉伸曲线。

它可以用负荷－伸长曲线表示，也可用应力－应变曲线（Stress- strain curve）表示图 1-3 为几种常见纤维的应力－应变曲线应力－应变曲线初始阶段为弹性区域，在这区域中纤维分子链产生弹性形变，相互间没有大的变位超过这一范围后为延性区域，外力克服分子间引力，使分子链间产生滑移，纤维应力较小的增加会产生较大的延伸，应力去除后发生不可回复的剩余应变，图 1-4 中所示，（一）断裂强度断裂强度是表征纤维品质的主要指标，提高纤维的断裂强度可改善制品的使用性质纤维的断裂强度，通常有以下几种表示方法：1．断裂强力亦称绝对强力或断裂负荷，简称强力即纤维材料受外界直接拉伸到断裂时所需的力，单位为牛顿（N），衍生单位有厘牛顿 (cN)、毫牛顿(mN)、千牛顿(kN) 等各种强力机上测得的读数都是强力强力与纤维的粗细有关，所以对不同粗细的纤维，强力没有可比性2．相对强度拉断单位细度纤维所需要的强力称为相对强度，即纤维的断裂强力与线密度之比，用以比较不同粗细的纤维拉伸断裂性质的指标，单位为 N/tex3．强度极限纤维单位截面积上能承受的最大强力，单位为帕斯卡（Pa ）4．断裂长度以自身重量拉断纤维所具有的长度，单位为千米（km）。

纤维的断裂强度通常用强力试验机测定断裂强度高，纤维在加工过程中不易断头、绕辊，最终制成的纱线和织物的牢度也高；但断裂强度太高，纤维的刚性增加，手感变硬二）断裂伸长纤维拉伸时产生的伸长占原来长度的百分率称为伸长率纤维拉伸至断裂时的伸长率称为断裂伸长率（Elongation at break），它表示纤维承受拉伸变形的能力断裂伸长率大的纤维手感比较柔软，在纺织加工时，可以缓冲所受到的力，毛丝、断头较少；但断裂伸长率也不宜过大，否则织物容易变形普通纺织纤维的断裂伸长率在 10% ～30%范围内比较合适但对于工业用强力丝，则一般要求断裂强度高、断裂伸长率低，使其产品不易变形三）初始模量初始模量（Initial modulus）亦称弹性模量或杨氏（Young s）模量，为纤维受拉伸而当伸长为原长的 1%时所受的应力，即应力－应变曲线（或称负荷—伸长曲线）起始一段直线部分的斜率，单位为 N/tex，如图 1-5 中直线 OY 的斜率初始模量表示试样在小负荷下变形的难易程度，反映了材料的刚性纤维的初始模量取决于高聚物的化学结构以及分子间相互作用力的大小大分子柔性越强，纤维的初始模量就越小，也就容易发生形变。

对于由同一种高聚物制得的纤维，若分子间的作用力愈大，取向度或结晶度越高，则纤维的初始模量就越大在主要的化学纤维品种中，以涤纶的初始模量最大，锦纶则较小，因而涤纶织物挺括，不易起皱；而锦纶则易起皱，保形性差四）屈服应力与屈服应变在拉伸曲线上，图线的坡度由较大转向较小时，表示材料对于变形的抵抗能力逐渐减弱，这一转折点称为屈服点（Yield point），如图 1-5 种的 P 点屈服点处所对应的应力和伸长就是它的屈服应力和屈服应变屈服点是纤维开始明显产生塑性变形的转变点一般而言，屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸弹性较好，其制品的抗皱性较好五）断裂功、断裂比功和功系数断裂功（Work of rupture）是指拉断纤维时外力所作的功，也就是纤维受拉伸到断裂时所吸收的能量如图 1-6 可知，断裂功就是曲线下所包含的面积（阴影部分）目前的电子强力仪已经根据上述积分原理计算出了断裂功断裂功的大小与试样的粗细和长度有关，所以对不同粗细和长度的纤维，没有可比性为了能相互比较，常采用断裂比功断裂比功（Specific work of rupture）是指拉断单位线密度、单位长度纤维材料所需的能量，单位常用 N/tex 来表示。

负荷－伸长曲线下面积与断裂强力和断裂伸长乘积之比称为功系数功系数越大，外力拉伸纤维所做的功越多，表明这种材料抵抗拉伸断裂的能力越强，其制品的使用寿命也就越长各种纤维的功系数大致在 0.36～0.65 之间断裂功、断裂比功和功系数反映纤维的韧性，可用来表征纤维及其制品耐冲击和耐磨的能力其他条件不变时，断裂功或断裂比功愈大，纤维的韧性及其制品的耐磨和耐冲击的能力愈好当断裂强力、断裂伸长相同时，功系数大表示拉断时外力做功大，纤维坚韧几种常见化学纤维的拉伸指标见表 1-6表 1-6? 几种常见化学纤维的拉伸指标断裂强度/N/tex 断裂伸长率/%纤维品种干态 湿态钩接强度/N/tex干态 湿态初始模量/N/tex定伸长回弹率/%（伸长3%）高强低伸型 0.53～0.62 0.53～0.62 0.35～0.4418～2818～286.17～7.94涤纶普通型 0.42～0.52 0.42～0.52 0.35～0.4430～4530～454.41～6.1797锦纶 6 0.32～0.62 0.33～0.53 0.31～0.4925～5527～580.71～2.65100腈纶 0.25～0.40 0.22～0.35 0.16～0.2225～5025～602.65～5.2989～95维纶 0.44～0.51 0.35～0.43 0.28～0.3515～2017～232.21～4.4170～80丙纶 0.40～0.62 0.40～0.62 0.35～0.6230～6030～601.76～4.8596～100氯纶 0.22～0.35 0.22～0.35 0.16～0.2220～4020～401.32～2.2170～85粘胶纤维 0.18～0.26 0.11～0.16 0.06～0.1316～222。