武汉科技学院：《纺织材料学》绪论

绪论 三个的问题:何谓纺织材料?为何纺织材料学发展较慢?如何丰富该知识体系? 纺织材料的定义与内容 、定义 纺织材料是指纤维及纤维制品,具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。 纤维与纤维制品”表明了纺织材料既是一种原料,用于纺织加工的对象,又是一种产品,是 通过纺织加工而成的纤维集合体。告知我们纺织材料存在多种变体,存在从对象到产品的多级转换, 纤维、纱线、织物及其复合物”描述了纺织材料的形成过程,可以顺序进行,也可以跳跃完 纺织材料带了加工的色彩。 纺织材料—“纤维材料” “纺织工程材料” 2、内容 纺织材料的内容包括纤维及纤维集合体。 纺织材料学则是纤维和纤维集合体的结构、性能及其间相互关系的学问,包括认知、表征和发 展。 所谓认知,就是对纺织材料和前人经验知识的认识和了解,即感知与学习,是直接体会和阅读 接受的过程 所谓表征,简义是表达特征。 所谓发展,就是在原有基础上的新发现、新认知、新问题以及知识的深化与创新。 3、对象及相互关系 表征方法与技术 千维特征 纤维集合体特征 结构、特征结构←—特征 阶子组成 力号 色泽 微细结构 易护理 手感风格 空隙率 舒适性 图1纺织材料的研究对象及其间关系

1 绪 论 三个的问题：何谓纺织材料？为何纺织材料学发展较慢？如何丰富该知识体系？ 一、纺织材料的定义与内容 1、定义 纺织材料是指纤维及纤维制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。 “纤维与纤维制品”表明了纺织材料既是一种原料，用于纺织加工的对象，又是一种产品，是 通过纺织加工而成的纤维集合体。告知我们纺织材料存在多种变体，存在从对象到产品的多级转换。 “纤维、纱线、织物及其复合物”描述了纺织材料的形成过程，可以顺序进行，也可以跳跃完 成。 纺织材料带了加工的色彩。 纺织材料——“纤维材料” ——“纺织工程材料” 2、内容 纺织材料的内容包括纤维及纤维集合体。 纺织材料学则是纤维和纤维集合体的结构、性能及其间相互关系的学问，包括认知、表征和发 展。 所谓认知，就是对纺织材料和前人经验知识的认识和了解，即感知与学习，是直接体会和阅读 接受的过程。 所谓表征，简义是表达特征。 所谓发展，就是在原有基础上的新发现、新认知、新问题以及知识的深化与创新。 3、对象及相互关系 表征方法与技术 纤维特征 纤维集合体特征 结构 特征 结构 特征 分子组成 分子结构 微细结构 几何形态 表面结构 力学 光学 热学 电学 表面 吸湿 纤维 排列 加捻 纠缠 粘结 组织 形态 密度 空隙率 力学 色泽 均匀性 耐久性 易护理 形态稳定 手感风格 舒适性 安全可靠 防护功能 图 1 纺织材料的研究对象及其间关系

原料选择的 维的初加工与成形加工 异形、复合、异组合 表面改性、差别化加工 固纤维的结构与组成 纱线的成形与结构、复合 连续、断续、渐变加工 纱线的结构与组成 纱线性能 织物的成形与多轴、立体加 工,以及染整加工 粘结复 种改型、复合、缝制、粘 贴及成形加工 最终产品结构与组成 使用性能 物 使用朵 图2纤维、纤维制品的各层和相互关系图 纺织材料发展中的问题 l、纤维发展及引出问题 难到从50年前的人均消费量4kg,真的有必要用极其宝贵的石油资源去发展到今天的人均消 费10kg吗? 分子 外观 截面 组成再生纤维形态仿棉仿毛形态「异性纤维 模仿合成纤维模仿[中长纤模仿[复合纤维 图3人类模仿天然纤维的发展过程 2

2 纤维原料 纤维的初加工与成形加工 异形、复合、异组合 表面改性、差别化加工 纤维的结构与组成 纤维性能 纱线的成形与结构、复合、 连续、断续、渐变加工 纱线的结构与组成 纱线性能 织物的成形与多轴、立体加 工，以及染整加工 织物的结构与组成 织物性能 各种改型、复合、缝制、粘 贴及成形加工 最终产品结构与组成 使用性能 废弃用物 纤维制品 使用 原料选择的 基本概念与生态意识 环 境 的 影 响 和 对 环 境 的 影 响 粘 结 复 合 成 网 固 着 图 2 纤维、纤维制品的各层和相互关系图 二、纺织材料发展中的问题 1、纤维发展及引出问题 难到从 50 年前的人均消费量 4kg，真的有必要用极其宝贵的石油资源去发展到今天的人均消 费 10kg 吗？ 截面 形态 模仿 外观 形态 模仿 仿棉仿毛 中长纤维 分子 组成 模仿 再生纤维 合成纤维 异性纤维 复合纤维 天然 纤维 图 3 人类模仿天然纤维的发展过程

天然纤 矿物(岩石类) →再生纤维素、再生蛋白质 龙、涤纶等6大类 开发 差别化 异形、复合、超细 千维 可染色、可吸湿 购蛛丝湿模多 熔解:镪力粘 仿生1〔表面改性多孔 聚共混改性 因技术ence 芳纶、碳纤维 改性类乳酸操形复 高性能U玻璃纤维 纤维高强涤、锦 组合 北学纤维涅微细 智能化 色字色谱角 异粗细"IMPE _陶瓷合功能 智能化 纤维形、性、能的可控与可变 纤维高性能化和纤维自适应行为的实现 人类应该承认自然界 天然纤维的作用就如 稚嫩,会犯错误, 母亲孕育了儿女 图4纤维的发展及天然纤维的作用 尽管人类可以或正在进行纤维的改变与创造,甚至在改变天然纤维,但人类至今还在许多方面 不及天然纤维 无法像木棉纤维那样达到近90%的连续中腔和均匀的薄壁,更无法想象在这仅l~-2μm的胞壁 厚度中存在5+2层不同取向和排列密度的原纤结构层,见图5 图5木棉纤维的微细结构与层次 如纤维的表观形态无法产生像毛发类纤维的鳞片状条纹或粗糙起伏:无法像羽绒纤维形成小的 枝杈和奇妙的分形现象,如图6(a):无法象兔毛那样形成中强的“竹节”结构,图6(b)

3 50 多年 100 多年 天然纤维 榜样 动物（毛发、分泌液） 矿物（岩石类） 植物（种籽、韧皮、茎、叶、果壳） 再生 合成纤维 再生纤维素、再生蛋白质 尼龙、涤纶等 6 大类 开发利用 升级利用 麻、竹类 蜘蛛丝 溶解 粉末化 基因技术 改性类 拉伸细化 劈裂分离 高湿模量 强力粘胶 Lyocell (Tencel® ) 甲壳素 聚乳酸 (玉米) 其它组成 化学纤维 如 PTT PBT 氨纶 再生化学 纤维等 差别化 纤维 高收缩、弹性 可染色、可吸湿 异形、复合、超细 异形复合 与组合 更微细至 纳米 收缩组合 高吸湿 常温可染 多色谱 色彩艳 异粗细 异截面 仿生 改性 表面改性多孔 共聚共混改性 芳纶、碳纤维、 玻璃纤维、 高强涤、锦、 维纶 高性能 纤维 牛奶 大豆蛋白 角蛋白 UHMPE PBO PEEK 陶瓷 功能化 智能化 导光 导电 吸水 过滤 分离 相变 记忆 变色 等 高性能 复合功能 智能化 纤维形、性、能的可控与可变， 纤维高性能化和纤维自适应行为的实现 人类应该承认自然界 天然纤维的作用就如 同母亲孕育了儿女 人类有能力、但还 稚嫩，会犯错误， 应该自律 5000 年 ？ 50 年 图 4 纤维的发展及天然纤维的作用 尽管人类可以或正在进行纤维的改变与创造，甚至在改变天然纤维，但人类至今还在许多方面 不及天然纤维。 无法像木棉纤维那样达到近 90%的连续中腔和均匀的薄壁，更无法想象在这仅 1~2m 的胞壁 厚度中存在 5+2 层不同取向和排列密度的原纤结构层，见图 5。 图 5 木棉纤维的微细结构与层次 如纤维的表观形态无法产生像毛发类纤维的鳞片状条纹或粗糙起伏；无法像羽绒纤维形成小的 枝杈和奇妙的分形现象，如图 6(a)；无法象兔毛那样形成中强的“竹节”结构，图 6(b)

图6形态及分叉的羽绒和有竹节多髓腔的兔毛 人工纤维成形技术,除了速度和均匀性外,都不及生物界温文尔雅、形式多样、一次完成的成 纤行为 这可能就是纤维更深层次发展与表征的主要问题了 纱线发展及引出问题 纱线,即通过加捻将短纤维连续起来,具有强度和弹性伸长特性:将长丝抱合起来,具有稳定 的形态:将多根细长的纱、丝集合起来,满足使用要求,这是人类的强项 纱线不仅仅是一个由短变长(短→长)的过程,而且是长→匀、单→复、匀一→复杂的过程 涉及纱、丝、线及其组合复合体 纤纱(纱 丝束(丝 度合结构纱 复合结构丝 花式线][鳊织线 图7纱线的发展流程及可能的提示 人们开始将两根须条分得很开,进行纺纱,见图8(a),创造了“自捻纺”:又将两根须条靠 的很近,在一个皮辊宽度上纺纱,见图8(b),创造了S/S(短/短)纺,俗称“ Sirospun(赛络纺)”; 进而干脆对一根须条实施切分,见图8(c),创造了单须条分束纺( Solospun);还有引入长丝束F 形成了S/F(短长)纺纱,国人大多称为“ Sirofil(赛络菲尔)”纺纱 (动)QS (b) 图8纺纱中的分合之道引出的技术进展

4 (a) (b) 图 6 形态及分叉的羽绒和有竹节多髓腔的兔毛 人工纤维成形技术，除了速度和均匀性外，都不及生物界温文尔雅、形式多样、一次完成的成 纤行为。 这可能就是纤维更深层次发展与表征的主要问题了。 2、纱线发展及引出问题 纱线，即通过加捻将短纤维连续起来，具有强度和弹性伸长特性；将长丝抱合起来，具有稳定 的形态；将多根细长的纱、丝集合起来，满足使用要求，这是人类的强项。 纱线不仅仅是一个由短变长（短→长）的过程，而且是长→匀、单→复、匀一→复杂的过程， 涉及纱、丝、线及其组合复合体。 短纤纱（纱） 长丝束（丝） 复合结构丝 股线（线） 单、双、多的复合与组合 花式线 编织线 单 轴 系 多 轴 系 复合结构纱 图 7 纱线的发展流程及可能的提示 人们开始将两根须条分得很开，进行纺纱，见图 8（a），创造了“自捻纺”；又将两根须条靠 的很近，在一个皮辊宽度上纺纱，见图 8（b），创造了 S/S（短/短）纺，俗称“Sirospun（赛络纺）”； 进而干脆对一根须条实施切分，见图 8（c）,创造了单须条分束纺（Solospun）；还有引入长丝束 F， 形成了 S/F（短/长）纺纱，国人大多称为“Sirofil（赛络菲尔）”纺纱。 “分” 环锭 直接卷取 或加捻 双短纤须条(远) 罗拉 (动) 导纱钩 S 不动 S 罗拉 (不动) 双短纤 须条(近) 罗拉 (不动) 加捻 长丝束 S F 短纤 须条 加捻 加捻 S S (a) (b) (d) (c) 分束 小须 条 图 8 纺纱中的分合之道引出的技术进展

工程体系就不仅仅是让纱线的结构变得更加合理,纤维的控制变得更加自如,产品的品种变得 更为繁多,还应该是纺纱加工变得更为简洁、低耗和快速 如今的纱线也可能不仅仅是一个加捻的问题,编结、复合、包缠可能使纱线本身就从一维、 轴体变得多维、多轴体,成为导管、输送线、人工肌腱、光导纤维等的直接产品,可能人们甚至无 法再守着加捻的纺纱体系,而转向组合、多维的轴向成形加工系统 3、织物发展及引出问题 织物基本上是平面、二轴系的,为通常说的经、纬交织物。 常用的机织物发展至今天基本上还是原来的两个特征,一是交叉,另一是硬挺,以织物中的“刚 硬和稳定”特征为本。 针织物采用柔软的纱、线、绳进行低张力的手工圈套、编结。 基本上是单轴系、平面的,但结构是典型三维的。有两大特征:一是柔软易变形:一是三维圈 套,以织物中的“柔性和可变”特征为本。 非织造加工在近50年中得到了快速地发展,成为人们简化工艺、节省时间、降低能耗的典范。 这种省去纺纱、织造的“懒汉”做法,是明智之举,它提出两个概念,一是“度”,二是“省”。 织物作为可直接应用产品,正较多较快地转向产业用纺织品;转向非织造、复合与组合、多轴 与三维;转向机织、针织、编织、非织、粘结、涂层加工体系的组合与复合,使织物结构变得更合 理、轻巧和功能化 我国产业用纺织品的比例2004年约为13.3%。这与服装用、装饰用、产业用纺织品的三分天 下平均值都相去甚远。这是从纤维到最终成品的系统工程,不仅仅是科学与工程技术问题,还涉及 综合国力、研究投入、标准体系、政策法规等问题,但需要纺织材料学科首先突破 4、表征方法的发展及引出问题 纺织材料的发展,纺织材料的物尽其用,纺织材料的品质及其度,纺织材料加工或处理的效果 纺织材料的功效和持久性,依赖于我们对纺织材料的认识与了解。而此又依赖于对材料本身和其成 形过程的表征 纺织材料的科学与理论虽然在发展,在突破,但相对较慢、较小,而且中国在其中的贡献还很 不起眼。 产业用、特殊防护用,以及纺织材料的安全与可靠的表征:纺织材料感觉与舒适的物理、生理 和心理作用的分离或联系的表征,仍是较为单薄和欠缺的内容。 应关注的知识及思考 需要有良好的专业基础知识,需要关注各相关学科的基本理论及对本学科的作用 l、关注工业体系及工程知识 应该多关注纺织工程、化纤工程、服装工程、纺织品设计,以及计算机技术、测量与仪器、标 准体系方面的知识、技术及其进展,特别是纤维工程(包括纤维初加工和化学纤维工程),纺织工 程和标准体系的相关进展、技术与基础理论。为理解纺织材料的变化和特征,为发展纺织材料提供 良好的参考。 2、关注材料科学的知识 纺织材料本身就是一个专门化的材料学科,前面已提及其本身的特点及立身之本。但材料学具 有极大的相通性

5 工程体系就不仅仅是让纱线的结构变得更加合理，纤维的控制变得更加自如，产品的品种变得 更为繁多，还应该是纺纱加工变得更为简洁、低耗和快速。 如今的纱线也可能不仅仅是一个加捻的问题，编结、复合、包缠可能使纱线本身就从一维、一 轴体变得多维、多轴体，成为导管、输送线、人工肌腱、光导纤维等的直接产品，可能人们甚至无 法再守着加捻的纺纱体系，而转向组合、多维的轴向成形加工系统。 3、织物发展及引出问题 织物基本上是平面、二轴系的，为通常说的经、纬交织物。 常用的机织物发展至今天基本上还是原来的两个特征，一是交叉，另一是硬挺，以织物中的“刚 硬和稳定”特征为本。 针织物采用柔软的纱、线、绳进行低张力的手工圈套、编结。 基本上是单轴系、平面的，但结构是典型三维的。有两大特征：一是柔软易变形；一是三维圈 套，以织物中的“柔性和可变”特征为本。 非织造加工在近 50 年中得到了快速地发展，成为人们简化工艺、节省时间、降低能耗的典范。 这种省去纺纱、织造的“懒汉”做法，是明智之举，它提出两个概念，一是“度”，二是“省”。 织物作为可直接应用产品，正较多较快地转向产业用纺织品；转向非织造、复合与组合、多轴 与三维；转向机织、针织、编织、非织、粘结、涂层加工体系的组合与复合，使织物结构变得更合 理、轻巧和功能化。 我国产业用纺织品的比例 2004 年约为 13.3%。这与服装用、装饰用、产业用纺织品的三分天 下平均值都相去甚远。这是从纤维到最终成品的系统工程，不仅仅是科学与工程技术问题，还涉及 综合国力、研究投入、标准体系、政策法规等问题，但需要纺织材料学科首先突破。 4、表征方法的发展及引出问题 纺织材料的发展，纺织材料的物尽其用，纺织材料的品质及其度，纺织材料加工或处理的效果， 纺织材料的功效和持久性，依赖于我们对纺织材料的认识与了解。而此又依赖于对材料本身和其成 形过程的表征。 纺织材料的科学与理论虽然在发展，在突破，但相对较慢、较小，而且中国在其中的贡献还很 不起眼。 产业用、特殊防护用，以及纺织材料的安全与可靠的表征；纺织材料感觉与舒适的物理、生理 和心理作用的分离或联系的表征，仍是较为单薄和欠缺的内容。 三、应关注的知识及思考 需要有良好的专业基础知识，需要关注各相关学科的基本理论及对本学科的作用。 1、关注工业体系及工程知识 应该多关注纺织工程、化纤工程、服装工程、纺织品设计，以及计算机技术、测量与仪器、标 准体系方面的知识、技术及其进展，特别是纤维工程（包括纤维初加工和化学纤维工程），纺织工 程和标准体系的相关进展、技术与基础理论。为理解纺织材料的变化和特征，为发展纺织材料提供 良好的参考。 2、关注材料科学的知识 纺织材料本身就是一个专门化的材料学科，前面已提及其本身的特点及立身之本。但材料学具 有极大的相通性

金属和无机材料。 有机和高分子材料 生物材料和生物学。 近代应用数学、统计学、测量仪器学、计算机技术和信息技术 多看些工程和材料学方面的书,多以促进纺织材料学理解为本地,关注这些领域中的发展

6 金属和无机材料。 有机和高分子材料。 生物材料和生物学。 近代应用数学、统计学、测量仪器学、计算机技术和信息技术。 多看些工程和材料学方面的书，多以促进纺织材料学理解为本地，关注这些领域中的发展