第三章纤维形态的表征 纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态和卷曲及转曲的表达与测量 第一节纤维的长度及其分布 、纤维长度指标的基本表达 1.纤维长度 (1)根数加权长度 Ne N I N: n 连续函数 n(),(D,s( ();w(D;s(D 分组直方图 Wa S 图3-1纤维长度分布示意图 (2)质量加权长度 B= 3wy W·/·dl(3-2) (3)截面加权长度 H=∑Ss-s1.d1(3) 2.纤维长度界限及含量值 (1)长度界限 纤维长度界限或称界限长度(mm)是在某特定纤维含量值C(%)条件下的纤维长度Le,即 超出此长度Lc纤维的含量只有C。如C=2.5%,则长度界限为L25 (2)短纤维含量 纤维长度表达中纤维含量值一般是指短纤维的含量值SFC。通过设定最大短纤维长度界限LsF 确定
第三章 纤维形态的表征 纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态和卷曲及转曲的表达与测量。 第一节 纤维的长度及其分布 一、纤维长度指标的基本表达 1．纤维长度 （1）根数加权长度 N l l N N N L l d 1 max 0 n = = （3-1） N ; W ; S n(l); w(l); s(l) 分组直方图 N ;W ; S 连续函数 n(l); w(l); s(l) dl l 图 3-1 纤维长度分布示意图 （2）质量加权长度 = = max 0 d 1 l W l l W W W l B （3-2） （3）截面加权长度 = = max 0 d 1 l S l l S S S l H （3-3） 2．纤维长度界限及含量值 （1）长度界限 纤维长度界限或称界限长度（mm）是在某特定纤维含量值 C（％）条件下的纤维长度 LC，即 超出此长度 LC纤维的含量只有 C。如 C=2.5％，则长度界限为 L2.5。 （2）短纤维含量 纤维长度表达中纤维含量值一般是指短纤维的含量值 SFC。通过设定最大短纤维长度界限 LSF 确定
纤维形态特征 SFCn=∑N/N=m()d SFC=∑W/=。w(0)d}(3-4) SFC=∑S/S=。s(1)d SFCn≥SFC3≥SFC 二、纤维长度分布的基本测量 1.一端整齐法 (1)拜氏图 大长度点 叉点 上4分位长下4分位长 图3-2拜氏图的意义及长度求法 (a)直接量取特征长度值 (b)作图及计算的长度特征值 (2) Almeter测量 计算机 打印 检测 控制 端齐试样 电容器 导杆 移动 电动 图3-3A| meter长度测量仪工作原理示意图
第三章 纤维形态特征 1 = = = = = = SF SF SF SF SF SF 0 s w 0 0 n ( ) d ( ) d ( ) d L l L L l L L l L SFC S S s l l SFC W W w l l SFC N N n l l （3-4） SFCn≥SFCs≥SFCw 二、纤维长度分布的基本测量 1．一端整齐法 （1）拜氏图 O L C B2 B L5 B4 B3 L2 L4 L1 L3 B5 B1 交叉点 最大长度点 上 4 分位长 下 4 分位长 A 图 3-2 拜氏图的意义及长度求法 （a）直接量取特征长度值 （b）作图及计算的长度特征值 （2）Almeter 测量 导杆 一端齐试样 显示 打印 检测 电容器 电动 机 A/D 控制 计算机 移动 图 3-3 Almeter 长度测量仪工作原理示意图
纤维形态特征 累积分布函数 「S(O F()→{W(O或M(O 频率密度函数 0 rD f(D)→{v(D或m(O 图3-4累计分布和频率密度函数 (3)罗拉法 9.51 70N 皮辊、 上 罗拉 厚度 蜗轮 下长 手柄 蜗杆 俯视 图3-5累计分布和频率密度 该测量可得到重量加权的长度分布数列或直方图,可计算前述所有指标。 (4)梳片法 毛条(纤维条)梳片∵第2次第1次第i次 3mm <smm 图3-6梳片式长度测量原理图
第三章 纤维形态特征 2 = max ( ) ( ) d l l F l f l l （3-5） 累积分布函数 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) M N W S F l 或 O 50 100 lmax l F(l) e 频率密度函数 % ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) m n l w l s l f l 或 r(l) 图 3-4 累计分布和频率密度函数 （3）罗拉法 9.5mm 手柄 蜗轮 70N 皮辊 罗拉 俯视 厚度 上短 蜗杆 下长 图 3-5 累计分布和频率密度 该测量可得到重量加权的长度分布数列或直方图，可计算前述所有指标。 （4）梳片法 10mm 3mm 毛条（纤维条）梳片 10mm <5mm ···第 2 次 第 1 次 第 i 次 图 3-6 梳片式长度测量原理图
纤维形态特征 2.逐根测量 (1)Wira法 频数计数器 镊子 摩擦块 (琴键) 纤维 张力杆 沟槽辊 图3-7Wira单纤维长度仪机构及原理示意图 (2)AFIS测量 单根纤维 透镜检测器 光源YZ 平光束 V(0°) 气流 图3-8AFIS纤维长度测量原理图 3.纤维须丛法 (1)光照影法(HVI) HVI900( High volume instruments)是在上世纪80年代初研制出的一种大容量棉纤维测试仪,可 以测量原棉品质的多个指标,如长度和长度均匀度、跨距长度、短纤维指数、强力和伸长率、细度 和成熟度、色泽、杂质和棉结以及含水率等。 钳口线 3.iMm ′输出扇形上透镜 光强光电管光强透镜 光纤维 3.iMm 光源集光镜平面型透镜下透镜 须从 曲线 Q∞D 图3-9纤维长度照影机测量原理解析图
第三章 纤维形态特征 3 2．逐根测量 （1）Wira 法 图 3-7 Wira 单纤维长度仪机构及原理示意图 （2）AFIS 测量 单根纤维 光束 透镜 检测器 V(40O ) V(0O ) 光源 气流 气流 图 3-8 AFIS 纤维长度测量原理图 3．纤维须丛法 （1）光照影法(HVI) HVI900 (High Volume Instruments)是在上世纪 80 年代初研制出的一种大容量棉纤维测试仪，可 以测量原棉品质的多个指标，如长度和长度均匀度、跨距长度、短纤维指数、强力和伸长率、细度 和成熟度、色泽、杂质和棉结以及含水率等。 集光镜 平面型透镜 扇形 透镜 I 输出 光强 I0 输入 光强 导光纤维 光电管 上透镜 下透镜 试样 钳口线 x 0 0 I I − I O x 3.81mm 3.81mm 3.81mm 须丛 曲线 v 光源 钳口线 图 3-9 纤维长度照影机测量原理解析图
纤维形态特征 M((或100% L为上半部平均长度 QL为品质长度 图3-10纤维长度累积分布与透光曲线r(O)的关系 后罗拉 前罗拉 罗拉隔距 罗拉 ≌握持纤维公 同时握持 早游纤维 同时握持 前罗拉引 图3-11跨距长度对罗拉距离的意义 (2)微夹取法 普通夹 微夹 理想的 图3-12普通夹与微夹持的区别及理想夹取
第三章 纤维形态特征 4 M () Lm x O Lmax 100 50 C r(x)(%) x 3.81mm (或 100%) L1/ 2 QL L1/ 2 为上半部平均长度 QL 为品质长度 Lmax L2.5 L50 Lm 图 3-10 纤维长度累积分布与透光曲线 r() 的关系 前罗拉 罗拉隔距 后罗拉 握持纤维 后罗拉 浮游纤维 同时握持 同时握持 前罗拉 握持纤维 图 3-11 跨距长度对罗拉距离的意义 （2）微夹取法 普通夹 微夹 理想的 图 3-12 普通夹与微夹持的区别及理想夹取
纤维形态特征 三、纤维长度分布及其相互关系 1、纤维的长度分布 2.各种分布间的相互关系 (1)关系图 (2)基本转换方法 四、典型纤维的长度表达 1.棉纤维 根数加权、重量加权、截面加权7 厚度与截面加权 厚度、质量、直径加权 长度累积图) 多因素复合加权 纤维长度分布图(连续或直方图) 元最小|纤维长度累积图(连续或直方图) 直接0 直接 根数加权长度分布图 (Wna法毛型纤维) 手排纤维丛 根数与直径加权dX 纤维长度 (拜氏图) (频率密度 微分 直接 分布图 重量加权长度分布图 (梳片法毛型纤维) 电容法测量 截面与根数加权dQ 微分 直接 根数加权长度分布图l (AFS法棉型纤维) rOA 微分 光电法测量长度偏 质虽厚度与透光老修正 须丛曲线微分 近似质量与厚度 (须人曲线棉型)微分 长度累积图) 重量加权长度分布图 (罗拉法-棉型纤维) 图3-13各实测长度分布的转换计算示意图 2.毛、麻纤维 (1)毛纤维
第三章 纤维形态特征 5 三、纤维长度分布及其相互关系 1、纤维的长度分布 2．各种分布间的相互关系 （1）关系图 （2）基本转换方法 四、典型纤维的长度表达 1．棉纤维 图 3-13 各实测长度分布的转换计算示意图 2．毛、麻纤维 （1）毛纤维
纤维形态特征 毛丛长度SL 光 口源 传送带 长度测量传送带A 毛丛长度光测量系统 喂入带 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头 1控制箱 断裂毛丛称量 图3-14 ATLAS结构及毛丛长度测量原理 (2)麻纤维 等长切断化纤 Lss 图3-15切断称重法求等长纤维平均长度
第三章 纤维形态特征 6 断裂毛丛称量 控制箱 喂入带 长度测量传送带 A 毛丛长度光测量系统 毛丛强度测 量固定夹头 移动夹头 毛丛长度 SL 毛丛 传送带 A v0 探 测 器 光 源 图 3-14 ATLAS 结构及毛丛长度测量原理 （2）麻纤维 3．等长切断化纤 纤维长度 LC LS LSS 图 3-15 切断称重法求等长纤维平均长度
纤维形态特征 第二节纤维的细度及其分布 纤维细度是指纤维粗细的程度。 、纤维的细度表征 1.分特数Na(dtex) 我国法定的线密度单位为特克斯(tex),简称特,表示千米长的纤维或纱线在公定回潮率时 的质量克数 1000G1 (3-6) L 旦数ND 旦数即旦尼尔数( Denier),较多地用于丝和化纤长丝中,又称纤度N。是指9000m长的纤 维在公定回潮率时的质量克数,即 00G19 3.公制支数Nm 公制支数Nn简称支数,是指在公定回潮率时1g纤维或纱线所具有的长度米(m)数,即 L10000 4.直径与截面积 通过光学显微镜或电子显微镜观测直径d和截面积A,常用于羊毛及其他动物毛,圆形化学纤 维的细度表达。由于纤维很细,以微米(pm)为单位,近似圆形的计算为A=md2/4 纤维细度不匀指标 纤维的细度不匀主要包括二层含义,一是纤维之间的粗细不匀,一是纤维本身沿长度方向上的 粗细不匀。 1.细度不匀的概念 (1)对天然纤维 同一棉包的棉纤维,因胞壁厚度、生长部位的不同而粗细不同:同一根棉纤维还两端细、中段 粗并截面形态变化 同一毛包的毛纤维,不仅纤维间因在羊体上的生长部位不同而粗细不同(变异系数达20~35%), 而且单纤维因生长季节和营养的影响也会有明显的粗细差异(粗细差异可达3~10um),并且有截 面形态的变化。 蚕丝本身粗细差异在总长度上较为明显,茧外层和内层的丝较细,中间主茧层的丝相比较粗 由于缫丝的合并,均匀性较好。 麻纤维的粗细差异更大,不仅单纤维的粗细差异大(变异系数达30~40%),而且工艺纤维因 分离的随机性粗细差异更大 (2)对化学纤维
第三章 纤维形态特征 7 第二节 纤维的细度及其分布 纤维细度是指纤维粗细的程度。 一、纤维的细度表征 1．分特数 Ndt (dtex) 我国法定的线密度单位为特克斯（tex），简称特，表示千米长的纤维或纱线在公定回潮率时 的质量克数。 L 1000 k t G N = （3-6） 2．旦数 ND 旦数即旦尼尔数（Denier），较多地用于丝和化纤长丝中，又称纤度 N D 。是指 9000m 长的纤 维在公定回潮率时的质量克数，即 dt k D 10 9 L 9000G N = = N （3-7） 3．公制支数 Nm 公制支数 N m 简称支数，是指在公定回潮率时 1g 纤维或纱线所具有的长度米(m)数，即 k dt m L 10000 G N N = = （3-8） 4．直径与截面积 通过光学显微镜或电子显微镜观测直径 d 和截面积 A，常用于羊毛及其他动物毛，圆形化学纤 维的细度表达。由于纤维很细，以微米（ μm ）为单位，近似圆形的计算为 4 2 A = d 。 二、纤维细度不匀指标 纤维的细度不匀主要包括二层含义，一是纤维之间的粗细不匀，一是纤维本身沿长度方向上的 粗细不匀。 1．细度不匀的概念 （1）对天然纤维 同一棉包的棉纤维，因胞壁厚度、生长部位的不同而粗细不同；同一根棉纤维还两端细、中段 粗并截面形态变化。 同一毛包的毛纤维，不仅纤维间因在羊体上的生长部位不同而粗细不同（变异系数达 20~35%）， 而且单纤维因生长季节和营养的影响也会有明显的粗细差异（粗细差异可达 3~10 μm ），并且有截 面形态的变化。 蚕丝本身粗细差异在总长度上较为明显，茧外层和内层的丝较细，中间主茧层的丝相比较粗， 由于缫丝的合并，均匀性较好。 麻纤维的粗细差异更大，不仅单纤维的粗细差异大（变异系数达 30~40%），而且工艺纤维因 分离的随机性粗细差异更大。 （2）对化学纤维
2.细度不匀指标及分布 (1)不匀率指标 (2)纤维间细度不匀的分布 可以参照纤维长度分布的原理,表达纤维的细度(直径)不匀,其典型分布曲线为图3-10。纤 维的平均直径d,变异系数CV均可求得 续曲线 分组测量 直方图 图3-16纤维直径分布直方图及分布曲线 、纤维细度及分布的测量方法 称重与长度的测量 称重与长度结合的测量,简称称重法,主要解决纤维的线密度指标测量。 Lc 图3-17中段切断称重法示意图 2.直径测量法 (1)传统的显微镜观测法 此方法又称为显微镜投影测量法,多用于圆形或近圆形纤维直径的测量,源于近圆形羊毛纤维 的测量 (2)OFDA法
第三章 纤维形态特征 8 2．细度不匀指标及分布 （1）不匀率指标 （2）纤维间细度不匀的分布 可以参照纤维长度分布的原理，表达纤维的细度（直径）不匀，其典型分布曲线为图 3-10。纤 维的平均直径 d ，变异系数 CVd 均可求得。 n(d) 分组测量 直方图 N(d) 连续曲线 d O 图 3-16 纤维直径分布直方图及分布曲线 三、纤维细度及分布的测量方法 1．称重与长度的测量 称重与长度结合的测量，简称称重法，主要解决纤维的线密度指标测量。 A LC LC B 图 3-17 中段切断称重法示意图 2．直径测量法 （1）传统的显微镜观测法 此方法又称为显微镜投影测量法，多用于圆形或近圆形纤维直径的测量，源于近圆形羊毛纤维 的测量。 （2）OFDA 法
纤维形态特征 藏 图3-180FDA100测量仪 (3)激光纤维直径测量法 2 纤维样品 SIROLAN-LASERSCA 纤维 异丙醇 分散 容器 测量 单元分软 激光装置 微孔 过过滤器 处理计算机 滤器 电路 传感器 纤维 光电识别器 图3-19激光扫描纤维直径测量原理图 3.气流仪法 打 △P 图3-20气流仪测量纤维细度原理示意图
第三章 纤维形态特征 9 图 3-18 OFDA100 测量仪 （3）激光纤维直径测量法 2 纤维样品 激光 泵 二级过 滤器 纤维 分散 容器 测量 传感器 纤维 光电识别器 透镜 异丙醇 测量 单元 过滤器 信号 处理 电路 计算机 参考 传感器 微孔 分光 装置 分束 器 图 3-19 激光扫描纤维直径测量原理图 3．气流仪法 L Q P0 Q P R = M, SS, K (μ) Q P１ 图 3-20 气流仪测量纤维细度原理示意图