🧶 纺织材料
探索纤维的奥秘,掌握材料科学
纺织材料是纺织工业的基础。从天然纤维到高性能化学纤维,从传统棉麻丝毛到现代智能材料, 了解各种纤维的结构、性能与应用,是纺织学习的第一步。
天然纤维
来自大自然的馈赠 - 植物纤维与动物纤维
💡 知识点
天然纤维是人类最早使用的纺织材料,具有吸湿透气、舒适亲肤的特点。主要分为植物纤维(纤维素纤维)和动物纤维(蛋白质纤维)两大类。
结构特点:棉纤维呈扁平带状,有天然扭曲(转曲),纵向有条纹,横截面呈腰圆形。纤维由外层的角质层、中层的初生层和次生层组成。
主要产地:中国、印度、美国、巴基斯坦、巴西等。中国主产区为新疆、黄河流域和长江流域。
主要性能:吸湿透气性好(公定回潮率8.5%),保暖适中,耐热性好,耐碱不耐酸,染色性能优良。
主要品种:苎麻(中国草)、亚麻、黄麻、大麻、剑麻等。苎麻品质最优,有"中国草"之称。
结构特点:纵向有横节竖纹,横截面呈不规则多边形。纤维粗硬,有独特的凉爽感。
主要性能:吸湿放湿快(公定回潮率12%),导热性好,穿着凉爽,强度高(高于棉),抗菌防霉,耐晒。
结构特点:蚕丝是由丝胶包裹的两根丝素单丝组成。纵向平直光滑,横截面呈不规则三角形。丝素蛋白含量70-80%。
主要产地:中国(占世界产量70%以上)、印度、乌兹别克斯坦、泰国等。中国以浙江、江苏、四川为主。
主要性能:光泽柔和亮丽(丝鸣现象),手感柔软滑爽,强度高(与钢丝相当),吸湿透气,保暖性好,耐热性优良。
主要品种:绵羊毛(美利奴羊毛最优)、山羊绒(开司米)、马海毛、羊驼毛、兔毛等。
结构特点:羊毛纤维表面有鳞片层,呈鳞片状覆盖。鳞片层使羊毛具有毡缩性。横截面呈圆形或椭圆形。
主要性能:保暖性极佳(卷曲结构储存空气),吸湿性好(公定回潮率16%),弹性回复性优良,耐酸不耐碱,易虫蛀。
🎯 天然纤维典型应用
内衣与T恤
采用精梳棉或长绒棉,柔软亲肤,吸汗透气,适合贴身穿着。高档内衣使用埃及长绒棉或皮马棉。
夏季西装
亚麻或苎麻面料,凉爽透气,吸湿排汗快,是夏季西装、衬衫的首选面料。
高档礼服
桑蚕丝面料,光泽优雅,垂感好,常用于旗袍、晚礼服、高档围巾等。
冬季大衣
美利奴羊毛或羊绒面料,保暖性极佳,手感柔软,是高档大衣的首选材料。
化学纤维
现代工业的智慧结晶 - 再生纤维与合成纤维
📊 化学纤维分类
化学纤维分为再生纤维(以天然高分子为原料,如粘胶、天丝)和合成纤维(以石油为原料,如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶)两大类。
🔄 再生纤维素纤维
生产工艺:以天然纤维素(木浆、棉短绒)为原料,经碱化、老化、黄化等工序制成粘胶溶液,再经纺丝凝固而成。
主要性能:吸湿性最好(公定回潮率13%),手感柔软光滑,染色鲜艳,穿着舒适。但湿强度低(干强50%),易皱,缩水率大。
生产工艺:采用NMMO溶剂直接溶解纤维素,干喷湿纺而成。溶剂回收率高达99%,被称为"21世纪绿色纤维"。
主要性能:兼具棉的舒适性、粘胶的悬垂性、涤纶的强度、真丝的手感。强度高(干湿强接近),吸湿透气,光泽柔和。
🧪 合成纤维
市场地位:世界产量最大的合成纤维,占化学纤维产量的80%以上。以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为原料。
主要性能:强度高、耐磨、弹性好、抗皱免烫、耐热性好、耐光性优良。缺点是吸湿性差(回潮率0.4%)、易起静电、透气性差。
改性品种:吸湿排汗涤纶、抗起球涤纶、阳离子可染涤纶、细旦涤纶等。
历史意义:世界上第一种合成纤维(1935年杜邦公司发明),被称为" synthetic silk "。
主要性能:强度最高、耐磨性最好(棉的10倍)、弹性回复性优良、质轻。缺点是耐光性差、易变形、耐热性一般。
主要品种:锦纶6(聚己内酰胺)、锦纶66(聚己二酰己二胺)、锦纶610等。
产品定位:被称为"合成羊毛",外观和手感类似羊毛,保暖性优良。
主要性能:蓬松柔软、保暖性好、耐日光性最佳(优于羊毛)、耐化学腐蚀。缺点是耐磨性差、易起球、吸湿性差。
主要应用:毛衫、毛毯、人造毛皮、户外遮阳织物等。
独特优势:密度最小(0.91g/cm³,唯一比水轻的纤维),耐酸碱、耐化学腐蚀性能极佳。
主要性能:强度高、耐磨、弹性好、电绝缘性好。缺点是耐热性差(熔点165°C)、耐光性差、染色困难。
主要应用:地毯、渔网、绳索、土工布、医用卫生材料、运动服装(芯吸排汗)等。
新型高性能纤维
尖端科技材料 - 航空航天与特殊领域应用
⚠️ 注意
高性能纤维通常用于特殊领域,价格昂贵,加工困难,不适合普通服装使用。主要包括碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等。
制备工艺:以聚丙烯腈(PAN)或沥青为原料,经预氧化、碳化(1000-1500°C)和石墨化(2000-3000°C)制成。
性能特点:强度和模量极高(比强度是钢的5倍),密度小(1.75-2.0g/cm³),耐高温(2000°C以上),导电导热,化学稳定性好。
主要应用:航空航天(飞机、卫星)、汽车(赛车、新能源汽车)、体育器材(自行车、高尔夫球杆)、建筑加固等。
主要品种:对位芳纶(PPTA,如Kevlar、Twaron)和间位芳纶(PMIA,如Nomex)。
性能特点:强度极高(钢丝的5-6倍),耐高温(分解温度约400°C),阻燃自熄,绝缘性好。对位芳纶强度高,间位芳纶耐热阻燃。
主要应用:防弹衣、航空航天、轮胎增强、消防服、绝缘材料、高温过滤材料等。
材料特性:分子量超过100万的聚乙烯,通过凝胶纺丝制成。商品名Dyneema(帝斯曼)和Spectra(霍尼韦尔)。
性能特点:比强度最高(比碳纤维高,比钢高15倍),密度最小(0.97g/cm³,可浮于水),耐磨、耐化学腐蚀、耐低温。
主要应用:防弹装甲、深海缆绳、帆船绳索、医疗器械、运动防护等。
功能纤维
智能与特种功能 - 满足特殊使用需求
抗菌纤维
添加银离子、铜离子或天然抗菌剂,抑制细菌生长。用于内衣、袜子、医用纺织品。
阻燃纤维
通过共聚或后整理赋予阻燃性能。极限氧指数(LOI)大于28。用于消防服、军用服装、航空内饰。
防水透湿纤维
微孔膜或亲水基团实现防水同时排出水蒸气。用于冲锋衣、户外运动服。
相变调温纤维
含有相变材料(PCM),在特定温度吸热或放热。用于户外服装、床上用品。
导电纤维
添加导电炭黑、金属纤维或导电聚合物。用于抗静电服、电磁屏蔽、智能服装。
防紫外线纤维
添加紫外线吸收剂或反射剂,UPF值大于40。用于夏季服装、遮阳用品。
纱线结构与性能
从纤维到纱线的转变 - 纺纱工艺基础
单纱
由纤维直接纺成的纱线,结构较松散,强力较低。常用于织造粗支织物或作为股线的原料。
股线
两根或以上单纱并合加捻而成,结构紧密,强力高,耐磨性好,光泽柔和。高档织物多用股线。
花式纱
通过特殊工艺形成结节、圈圈、辫子等特殊外观效果。用于装饰织物、手工艺品。
包芯纱
以长丝为芯,外包短纤维,兼具两者优点。如氨纶包芯纱(弹力牛仔布)、涤棉包芯纱。
📐 纱线细度表示方法
| 表示方法 | 定义 | 单位 | 适用纤维 | 数值特点 |
|---|---|---|---|---|
| 特克斯 (tex) | 1000米纱线的克重 | tex / dtex | 化学纤维 | 数值越大纱越粗 |
| 公支 (Nm) | 1克纱线的长度米数 | 公支 | 毛纺、麻纺 | 数值越大纱越细 |
| 英支 (Ne) | 1磅纱线的840码倍数 | 英支 | 棉纺 | 数值越大纱越细 |
| 旦尼尔 (D) | 9000米长丝的克重 | 旦 | 长丝、化纤 | 数值越大丝越粗 |
织物结构
从纱线到织物 - 织造与编织
机织物(梭织物)
经纱和纬纱交织而成。结构稳定,布面平整。包括平纹、斜纹、缎纹三大基础组织。
针织物
纱线弯曲成线圈相互串套而成。弹性好,柔软透气。分为纬编和经编两大类。
非织造布
纤维直接通过机械、化学或热粘合方式成布。生产速度快,成本低。用于医疗、卫生、过滤等。
📊 织物组织对比
| 织物类型 | 特点 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 平纹 | 经纬纱一上一下交织 | 结构紧密、耐磨、挺括 | 手感较硬、光泽一般 | 衬衫、床单、帆布 |
| 斜纹 | 形成斜向纹路 | 手感柔软、光泽好、弹性 | 耐磨性次于平纹 | 牛仔布、卡其布 |
| 缎纹 | 浮长线长,交织点少 | 光泽优雅、手感柔滑 | 易勾丝、不耐磨 | 礼服、被面、领带 |
| 纬编针织 | 线圈横向串套 | 弹性好、柔软透气 | 易变形、卷边 | T恤、毛衫、内衣 |
| 经编针织 | 线圈纵向串套 | 尺寸稳定、不易卷边 | 弹性较小 | 泳衣、窗帘、蕾丝 |
纤维鉴别方法
感官识别与科学检测 - 准确判断纤维种类
👁️感官鉴别法
- 目测:观察纤维形态、光泽、颜色
- 手感:触摸柔软度、光滑度、冷暖感
- 耳听:撕裂或摩擦时的声音
- 鼻嗅:特殊气味(如羊毛的油脂味)
- 适用于有经验者的快速初步判断
🔥燃烧鉴别法
- 观察纤维接近火焰、在火焰中、离开火焰的状态
- 闻燃烧气味
- 观察灰烬形态和颜色
- 快速、简便,破坏性检测
- 适用于纯纺面料,混纺面料难以准确判断
🔬显微镜观察法
- 纵向观察:纤维表面形态特征
- 横截面观察:切片后观察截面形状
- 可准确鉴别天然纤维和异形化纤
- 需要显微镜设备和制样技术
- 非破坏性检测,可重复验证
⚗️化学溶解法
- 使用特定化学试剂溶解纤维
- 根据溶解情况判断纤维种类
- 可定量分析混纺比例
- 准确度高,但操作复杂
- 常用于实验室精确分析
🔥 常见纤维燃烧特征表
纤维性能综合对比
数据化分析 - 科学选材依据
| 纤维名称 | 类型 | 公定回潮率(%) | 强度 | 耐磨性 | 抗皱性 | 保暖性 | 主要用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 棉 | 天然 | 8.5 | 内衣、衬衫、牛仔 | ||||
| 羊毛 | 天然 | 16.0 | 大衣、毛衫、西装 | ||||
| 蚕丝 | 天然 | 11.0 | 礼服、丝巾、床品 | ||||
| 涤纶 | 化学 | 0.4 | 运动服、外套、家纺 | ||||
| 锦纶 | 化学 | 4.5 | 袜子、运动服、绳缆 | ||||
| 腈纶 | 化学 | 2.0 | 毛衫、毛毯、人造毛皮 | ||||
| 粘胶 | 再生 | 13.0 | 连衣裙、里料、家纺 |
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提示:答案在本页面"化学纤维 - 合成纤维"部分可以找到!