纤维的细度及其影响因素

纺织纤维的细度是指以纤维的直径或截面面积的大小来表达的纤维粗细程度。在更多情况下,常因纤维截面形状不规则及中腔、缝隙、孔洞的存在而无法用直径、截面面积等指标准确表达,习惯上使用单位长度的质量(线密度)或单位质量的长度(线密度的倒数)来表示纤维细度。

天然纤维的细度与长度一样,是不均匀的,表现在品种、生长条件和生长部位的不均匀,且同一根纤维其各处的细度亦不相同。

化学纤维的细度比较均匀,根据需要采用不同的喷丝孔直径和拉伸倍数进行人为控制。

(一)纺织纤维的细度指标

纤维的细度指标分为直接指标和间接指标两种。

1.直接指标

当纤维的截面接近圆形时,纤维的细度可以用直径、截面积和周长等直接指标表示。在直接指标中最常用的是直径,单位为微米(μm),常用于截面接近圆形的纤维,如绵羊毛及其他动物毛等。对于近似圆形的纤维,其截面积(A)计算可近似采用下式:

2.间接指标

(1)线密度。我国法定计量制的线密度单位为特克斯(tex),简称特,表示1000m长的纺织材料在公定回潮率时的重量(g)。一段纤维的长度为L(m),公定回潮率时的重量为Gk(g),则该纤维的线密度Tt为:

由于纤维细度较细,用特数表示时数值过小,故常用分特(dtex)表示纤维的细度, 1dtex=0.1tex。

特克斯为定长制单位,同一种纤维的特数越大,则表示纤维越粗。

(2)纤度。纤度单位为丹尼尔(denier),简称旦,又称纤度Nd,表示9000m长的纺织材料在公定回潮率时的重量(g),它曾广泛应用于蚕丝和化纤长丝的细度表示中。一段纤维的长度为L(m),公定回潮率时的重量为Gk(g),则该纤维的纤度Nd为:

由于纤度为定长制单位,同一种纤维的旦数越大,则表示纤维越粗。

(3)支数。单位质量纤维的长度指标称为支数,按计量制不同可分为公制支数和英制支数。公制支数Nm是指在公定回潮率时重量为1g的纺织材料所具有的长度(m),简称公支。英制支数Ne是指单位重量(1磅)的纺织材料在公定回潮率时的长度为840码的倍数,简称英支。一段纤维的公定重量为Gk(g),长度为L(m),则该纤维的公制支数为:

由于支数为定重制单位,同一种纤维的支数越大,则表示纤维越细。

(二)纺织纤维细度的测量方法

1.称重法

纤维细度(线密度、纤度、支数)的测量方法基本上采用测长称重法。

短纤维一般将其整理成束,一端排齐,切取中段一定长度(一般棉纤维10cm,毛纤维20cm)后称重、数根数,最后计算细度值。

长纤维传统采用周长1m(或其他标准尺寸)在一定张力下绕取一定圈数(如50圈或100圈,即50m或100m),达到吸湿平衡后称重计算细度值。

2.气流仪法(www.xing528.com)

气流仪法是根据不同细度的纤维比表面积不同,测量试样在一定压缩比条件下的气流阻力,间接测量纤维的线密度或实心圆截面纤维的直径。

气流仪法可以测试棉纤维、羊毛纤维的细度。由于压力差与纤维粗细的相关关系是与纤维截面、纤维密度、试样筒中的试样空隙率及温湿度等因素有关的,因此不同种类的纤维的流量计压力与纤维细度指标间的对应关系不同,一种仪器只适合一种纤维的测试。在不同的温湿度条件下获得的测试值还需要进行修正。

利用气流仪原理,还可测试棉纤维的马克隆值。棉纤维的成熟度有变化时,纤维的密度与纤维的空隙率均有变化。因此,马克隆值是棉纤维线密度和成熟度的综合指标。马克隆值越大,表示纤维越成熟,线密度越大。国际标准采用马克隆气流仪来测定棉纤维的马克隆值。

3.显微投影仪法

将显微投影仪法一般是将纤维切成0.2～0.4mm小段,放在显微镜下放大,通过显微镜目镜中的目镜测微尺测量纤维直径;或者经投影仪放大并投影在屏幕上,用楔形尺测量纤维的直径。此法多用于测定羊毛细度,亦适用于截面接近圆形的纤维。

4.振动测量法

振动测量法是根据纤维在一定模量及一定应力下的共振频率与线密度的关系,获得单根纤维线密度的方法。振动式细度仪采用弦振动原理,纤维受力激振,并限定在上刀口和下刀口之间的长度内振动。根据振动纤维弦振动的固有频率推算出纤维的线密度。

(三)纤维细度对纤维、纱线及织物的影响

纤维细度及其离散程度不仅与纤维强度、伸长度、刚性、弹性和形变的均一性有关,而且极大地影响织物的手感、风格以及纱线的和织物的加工过程。细度不匀比长度不匀和纤维种类的不同更容易导致纱线不匀及纱疵。另外,具有一定程度的异线密度,对纱的某些品质(如丰满、柔软等毛型感)的形成是有利的。

1.对纤维本身的影响

纤维的粗细将影响纤维的比表面积,进而影响纤维的吸附及染色性能,纤维越细,其比表面积越大,纤维的染色性也有所提高;纤维较细,纱线成形后的结构较均匀,有利于其力学性能的提高。

但是纤维间的细度不匀会导致纤维力学性质的差异,最终导致纤维集合体的不匀,甚至加工过程控制的困难;此外,纤维内的细度差异,会直接导致纤维的力学弱节,不但影响外观和品质,而且最终会将影响产品的使用。

2.对纱线质量及纺纱工艺的影响

一般纤维细,纺纱加工中容易拉断,在开松、梳理中要求作用缓和,否则易产生大量短绒,在并条高速牵伸时也易形成棉结。另外,细纤维纺纱时,由于纤维间接触面积大,牵伸中纤维间的摩擦力较高,会使纱线中纤维伸直度较高。

其他条件不变时,纤维越细,相同线密度纱线断面内纤维根数越多,摩擦越大,成纱强力越高,因为成纱断面内纤维根数较多时纤维间接触面积大,滑脱概率低,可使成纱强度提高。

纤维的细度对成纱的条干不匀率有显著影响。纤维越细,成纱条干变异系数CV越低,条干均匀度越好。

细纤维可纺较细的纱。一定细度的纤维,可纺纱线的细度是有极限的。纤维细,纱截面中纤维根数增加,纺纱断头率低,因此在纱线品质要求一定时,细纤维可纺线密度低的纱线。

3.对织物的影响

不同细度的纤维会极大地影响织物的手感及性能,如内衣织物要求柔软、舒适,可采用较细纤维;外衣织物要求硬挺,一般可用较粗纤维;当纤维细度适当时,织物耐磨性较好。