纤维的卷曲形态结构和技术指标

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纤维的卷曲形态结构和技术指标

纤维的卷曲是指在规定的初始负荷作用下，能较好保持的具有一定程度规则性的皱缩形态结构。卷曲与纤维单纯地由于其形态细长而引起的纠缠弯曲是截然不同的，它是一个相对较为复杂的形态。

一、卷曲纤维的形态结构

纤维的卷曲有自然卷曲和人工机械卷曲两种，自然卷曲如毛纤维，是由于结构形成的，人工形成的卷曲则是利用高分子聚合物的可塑性而施以机械卷曲形成的。

1.毛纤维的卷曲

天然毛纤维自然状态下的卷曲形态，取决于毛纤维正、偏皮质细胞的分布情况。美利奴绵羊细毛纤维由于正、偏皮质细胞沿截面双侧分布，干缩中收缩率呈现较规则的卷曲波形。这种波形的弧度接近或等于半圆形，卷曲对称于中心线，称为常波卷曲；波幅更大时形成深波、密波、拆线波，山羊绒等常呈三维螺旋卷曲；粗毛绵羊毛其卷曲弧度小于半圆形，属浅波、弱波、平波，且卷曲数少；羊毛髓腔过大、皮质层含量过少时，毛纤维的卷曲会消失。

2.其他纤维的卷曲

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为了满足纺织加工的要求，提高化学纤维的可纺性，改善其他短纤维织物的服用性与风格、身骨，在其他天然纤维和化学纤维的后加工时，要用机械、化学或物理方法使纤维具有一定卷曲。

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化学纤维的卷曲，有的利用纤维内部结构的不对称而在热空气、热水等处理后产生卷曲；也有利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而成卷曲。如维纶、黏胶纤维在加工中不经机械方法卷曲，而只通过热空气和热水处理产生卷曲，称为热风卷曲和热水卷曲。这是因为维纶与黏胶纤维具有皮芯结构，断面是不对称的，在成形时经受拉伸，纤维内部存在不均等的内应力，当内应力松弛时，纤维收缩而产生卷曲，这种卷曲的数量较少，但卷曲呈立体型，卷曲牢度好；复合纤维内部不对称性更为明显，即由两种原液或聚合物形成一根纤维的两侧，它们的收缩性能不同，经成形或热处理后两侧应力不同而形成卷曲，这种卷曲可表现为三维空间的立体卷曲，卷曲数多，而且卷曲牢度好。

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合成纤维的卷曲通常是利用其热可塑性进行机械卷曲。机械卷曲早期用齿轮热轧卷曲法，但由于波纹太大，纤维卷曲效果不好，现已少用。目前机械加卷曲的主要方法为填塞箱卷曲法，将丝束从两个罗拉间送入一个金属的密闭小填塞箱中折叠填满，强迫纤维弯折，形成锯齿状二维空间的平面卷曲后，再通入蒸汽热定形，这种卷曲数量多（４～６个／ｃｍ），但卷曲牢度差，容易在纺织加工中逐渐消失；另外卷曲在遇到其定形温度以上的温度时候会被消除，其卷曲结构本质上是由于屈曲的纤维外侧和内侧的组织不同或不对称而形成的。

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蚕丝、麻纤维、化学纤维长丝经拉伸、热处理、加捻退捻、热刀边刮烫、空气流翻折、网络变形或丝圈丝弧变形等也是卷曲加工。纤维卷曲形态多样，如有的具有周期性正、反螺旋等。卷曲加工可改变纺织品的风格，使之具有特殊的手感和外观，同时还可改善纤维的使用性能。

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一般情况下，纤维越细，由于抗弯刚度低，应力不平衡程度高，因而卷曲更细密。

二、卷曲的表达指标

关于一般纤维卷曲性能系统测量除卷曲形态及卷曲数之外，还要注意模量、伸长率、弹性恢复率和稳定性等。用目前已在实施的方法，且在标准温湿度条件下，将纤维（或纤维束或长丝）上端夹持悬挂，下端加各种负载测其长度变化。负载按被测线密度分三种，轻负荷为０．００１ｃＮ／ｄｔｅｘ，中负荷为０．１２５ｃＮ／ｄｔｅｘ，重负荷为１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ。测试过程为：挂上轻负荷测纤维长度Ｌ０（ｍｍ），数取卷曲数ｎ；加挂中负荷１０ｓ后，测长度Ｌ１（ｍｍ）；卸中负荷（保留轻负荷）２ｍｉｎ后测长度Ｌ２（ｍｍ）；加挂重负荷，保持３ｍｉｎ后，测长度Ｌ３（ｍｍ）；卸除重负荷（保留轻负荷）２ｍｉｎ后，测长度Ｌ４（ｍｍ）；再加挂中负荷１０ｓ后，测长度Ｌ５（ｍｍ）；卸除中负荷（保留轻负荷）２ｍｉｎ后，测长度Ｌ６（ｍｍ）

（１）卷曲数Ｊ

（２）卷曲模量Ｅ（ｃＮ／ｄｔｅｘ）：

（３）定负荷伸长率ε（％）：

（４）第一次卷曲弹性回复率Ｒ

（５）卷曲稳定度Ｂ（％）：

（６）第二次卷曲弹性回复率

这些指标在系统考核评值中还要注意其变异系数。一般优良的纤维卷曲模量可达１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上；卷曲弹性恢复率第一次可达１２０％，第二次可达７５％；卷曲稳定度可达６０％。

对特殊的化学纤维空气变形长丝则更应注意其丝圈数、丝弧数及卷曲稳定度。丝圈、丝弧测量在８０～１００倍光学显微镜下，定长２ｍｍ数取视野内丝圈数和丝弧数（准确到０．５个）不少于１００处，然后分别计算１００ｍｍ长度中的丝圈数和丝弧数。

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羊毛纤维的卷曲形状