纖維的卷曲形態結構和技術指標

纖維的卷曲形態結構和技術指標

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纖維的卷曲是指在規定的初始負荷作用下，能較好保持的具有一定程度規則性的皺縮形態結構。卷曲與纖維單純地由于其形態細長而引起的糾纏彎曲是截然不同的，它是一個相對較為復雜的形態。

一、卷曲纖維的形態結構

纖維的卷曲有自然卷曲和人工機械卷曲兩種，自然卷曲如毛纖維，是由于結構形成的，人工形成的卷曲則是利用高分子聚合物的可塑性而施以機械卷曲形成的。

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1.毛纖維的卷曲

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天然毛纖維自然狀態下的卷曲形態，取決于毛纖維正、偏皮質細胞的分布情況。美利奴綿羊細毛纖維由于正、偏皮質細胞沿截面雙側分布，干縮中收縮率呈現較規則的卷曲波形。這種波形的弧度接近或等于半圓形，卷曲對稱于中心線，稱為常波卷曲；波幅更大時形成深波、密波、拆線波，山羊絨等常呈三維螺旋卷曲；粗毛綿羊毛其卷曲弧度小于半圓形，屬淺波、弱波、平波，且卷曲數少；羊毛髓腔過大、皮質層含量過少時，毛纖維的卷曲會消失。

2.其他纖維的卷曲

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為了滿足紡織加工的要求，提高化學纖維的可紡性，改善其他短纖維織物的服用性與風格、身骨，在其他天然纖維和化學纖維的后加工時，要用機械、化學或物理方法使纖維具有一定卷曲。

化學纖維的卷曲，有的利用纖維內部結構的不對稱而在熱空氣、熱水等處理后產生卷曲；也有利用纖維的熱塑性采用機械方法擠壓而成卷曲。如維綸、黏膠纖維在加工中不經機械方法卷曲，而只通過熱空氣和熱水處理產生卷曲，稱為熱風卷曲和熱水卷曲。這是因為維綸與黏膠纖維具有皮芯結構，斷面是不對稱的，在成形時經受拉伸，纖維內部存在不均等的內應力，當內應力松弛時，纖維收縮而產生卷曲，這種卷曲的數量較少，但卷曲呈立體型，卷曲牢度好；復合纖維內部不對稱性更為明顯，即由兩種原液或聚合物形成一根纖維的兩側，它們的收縮性能不同，經成形或熱處理后兩側應力不同而形成卷曲，這種卷曲可表現為三維空間的立體卷曲，卷曲數多，而且卷曲牢度好。

合成纖維的卷曲通常是利用其熱可塑性進行機械卷曲。機械卷曲早期用齒輪熱軋卷曲法，但由于波紋太大，纖維卷曲效果不好，現已少用。目前機械加卷曲的主要方法為填塞箱卷曲法，將絲束從兩個羅拉間送入一個金屬的密閉小填塞箱中折疊填滿，強迫纖維彎折，形成鋸齒狀二維空間的平面卷曲后，再通入蒸汽熱定形，這種卷曲數量多（４～６個／ｃｍ），但卷曲牢度差，容易在紡織加工中逐漸消失；另外卷曲在遇到其定形溫度以上的溫度時候會被消除，其卷曲結構本質上是由于屈曲的纖維外側和內側的組織不同或不對稱而形成的。

蠶絲、麻纖維、化學纖維長絲經拉伸、熱處理、加捻退捻、熱刀邊刮燙、空氣流翻折、網絡變形或絲圈絲弧變形等也是卷曲加工。纖維卷曲形態多樣，如有的具有周期性正、反螺旋等。卷曲加工可改變紡織品的風格，使之具有特殊的手感和外觀，同時還可改善纖維的使用性能。

一般情況下，纖維越細，由于抗彎剛度低，應力不平衡程度高，因而卷曲更細密。

二、卷曲的表達指標

關于一般纖維卷曲性能系統測量除卷曲形態及卷曲數之外，還要注意模量、伸長率、彈性恢復率和穩定性等。用目前已在實施的方法，且在標準溫濕度條件下，將纖維（或纖維束或長絲）上端夾持懸掛，下端加各種負載測其長度變化。負載按被測線密度分三種，輕負荷為０．００１ｃＮ／ｄｔｅｘ，中負荷為０．１２５ｃＮ／ｄｔｅｘ，重負荷為１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ。測試過程為：掛上輕負荷測纖維長度Ｌ０（ｍｍ），數取卷曲數ｎ；加掛中負荷１０ｓ后，測長度Ｌ１（ｍｍ）；卸中負荷（保留輕負荷）２ｍｉｎ后測長度Ｌ２（ｍｍ）；加掛重負荷，保持３ｍｉｎ后，測長度Ｌ３（ｍｍ）；卸除重負荷（保留輕負荷）２ｍｉｎ后，測長度Ｌ４（ｍｍ）；再加掛中負荷１０ｓ后，測長度Ｌ５（ｍｍ）；卸除中負荷（保留輕負荷）２ｍｉｎ后，測長度Ｌ６（ｍｍ）

（１）卷曲數Ｊ

（２）卷曲模量Ｅ（ｃＮ／ｄｔｅｘ）：

（３）定負荷伸長率ε（％）：

（４）第一次卷曲彈性回復率Ｒ

（５）卷曲穩定度Ｂ（％）：

（６）第二次卷曲彈性回復率

這些指標在系統考核評值中還要注意其變異系數。一般優良的纖維卷曲模量可達１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上；卷曲彈性恢復率第一次可達１２０％，第二次可達７５％；卷曲穩定度可達６０％。

對特殊的化學纖維空氣變形長絲則更應注意其絲圈數、絲弧數及卷曲穩定度。絲圈、絲弧測量在８０～１００倍光學顯微鏡下，定長２ｍｍ數取視野內絲圈數和絲弧數（準確到０．５個）不少于１００處，然后分別計算１００ｍｍ長度中的絲圈數和絲弧數。

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羊毛纖維的卷曲形狀