一、纖維細(xì)度的表征

所謂纖維，是指一種細(xì)長而柔韌的物質(zhì)。紡織用纖維的長度與直徑之比應(yīng)大于1000，典型的紡織用纖維的宜徑為數(shù)微米至數(shù)十微米，長度一般大于25mm；通常其斷裂強(qiáng)度在2 cN／dtex以上，斷裂伸長率不低于10%。

過去，纖維的細(xì)度用物理量纖度表征；現(xiàn)在，表征纖維細(xì)度的法 定物理量為線密度，用符號pt表示。線密度的定義為“質(zhì)量除以長 度” ， 其計量單位是特[克斯]， 用符號tex表示。

特[克斯](tex)的定義為1km長纖維的質(zhì)量為1g時，稱該纖維 的線密度為1特[克斯]，即1tex=1g/km。由此可知，1km長的纖維 質(zhì)量為3g時，纖維的線密度即為3 tex。由于纖維很細(xì)，為表示方 便，常以特[克斯]的1/10作為線密度的度量單位，即分特[克斯] ( dtex) ,1tex=10dtex。

也曾使用過其他計量單位度量纖維細(xì)度，如旦（den或d），當(dāng) 9000m長纖維的質(zhì)量為1g時，稱其細(xì)度為1旦；公支(Nm)，當(dāng)質(zhì)量 為1g的纖維長1m時，稱其細(xì)度為1公支。這些方法已逐步被法定 計量單位特[克斯]所取代。

顯然，用線密度表征纖維的細(xì)度只具有相對性，即對同種纖維 而言，可用線密度進(jìn)行纖維細(xì)度的比較；而對不同種類的纖維，因纖 維密度不同，嚴(yán)格講就不能用它進(jìn)行纖維之間細(xì)度的比較。應(yīng)該 說，纖維直徑才是衡量纖維細(xì)度最具可比性的物理量。但是，在實(shí) 際應(yīng)用中纖維直徑的測量較為困難，因此多用線密度來相對表示纖 維的細(xì)度。

纖維直徑與其線密度之間的關(guān)系可根據(jù)線密度的定義[式 （1一1）]和纖維質(zhì)量的計算公式[式(1—2)]，經(jīng)過簡單推導(dǎo)得出：
p_t= m/L （1一1）
m = p.πD²L/4 （1一2）
將兩式聯(lián)立， 可知纖維直徑與其線密度之間有以下關(guān)系：
D = 1.128(p_t/p)^1/2
式中：D——纖維直徑
p_t——纖維線密度
p——纖維密度
通常以um作為纖維直徑D的單位，以dtex作為纖維線密度p_t 的單位，以g/cm³作為纖維密度p的單位。 設(shè){p_t}_dtex表示以dtex為單位的線密度數(shù)值，{p}g.m^-3表示以g/cm³為單位的密度數(shù)值，于是，式（1-3）即為：
D = 1.128[{p_t}_dtexdtex/{p}g.cm^-3g.cm^-3]^1/2
= 1.128({p_t}_dtex/{p}g.cm^-3)^1/2[dtex/(g.cm^-3)]^1/2
因?yàn)椋?
dtex=tex/10,而tex=g/km,所以dtex=g/10km=g/10¹⁰um
并且：
g/cm³=g/10¹²um³
于是：
D= 1.128（{p_t}_dtex/{p}g.cm^-3）^1/2[g(10¹⁰um)^-1/g(10¹²um³)^-1]^1/2
= 1.128({p_t}_dtex/{p}g.cm^-3)^1/2[10um]
=11.28({p_t}_dtex/{p}g.cm^-3)^1/2um
即：
D=11.28（{p_t}_dtex/{p}g.cm^-3）^1/2um (1-4)

顯然，當(dāng)已知以dtex為單位的纖維線密度數(shù)值和以g/cm³為單位的纖維密度數(shù)值后， 即可由式(1 -4)直接得到以um為單位的纖維直徑。

部分纖維材料的密度見表1。

 

表1 部分纖維材料的密度

纖維	p/g．cm-3	纖維	p/g．cm-3
粘膠纖維	1.51	ＰE纖維	0. 91
PA6纖維，PA66纖維	1.14	玻璃纖維	2. 62
PET纖維	1.38	芳綸1313	1. 38
PAN纖維	1.16	芳綸1414	１.44
PP纖維	0.91	碳纖維	１.77

注PA6為聚酰胺6，PA66為聚酰胺66，PET為聚對苯二甲酸乙二酯，PAN為聚丙烯 腈，PP為聚丙烯，PE為聚乙烯。

單纖維的線密度（俗稱dpf）對纖維及纖維制品的品質(zhì)影響很 大，將在下面討論。超細(xì)纖維最顯著的特征就是它具有比普通纖維 小得多的線密度。目前，世界上可實(shí)現(xiàn)人工制造的最細(xì)的超細(xì)纖維‘ 的線密度是0.00011dtex（0.000099旦），其直徑僅有0.095um，達(dá) 到了納米級水平。

二、超細(xì)纖維的定義

迄今為止，國際上及我國并沒有對超細(xì)纖維的概念的公認(rèn)定 義。美國PET委員會將單纖維線密度為0.3~1.0dtex的纖維定義 為超細(xì)纖維，日本則將單纖維線密度為0. 55dtex以下的纖維定義為 超細(xì)纖維， 荷蘭AKZO公司則認(rèn)為超細(xì)纖維的上限應(yīng)為0.3dtex。 但大多數(shù)人接受的概念是單纖維線密度為0.1~1.0dtex的纖維屬 于超細(xì)纖維；而單纖維線密度小于0. 1dtex的纖維被稱為超極細(xì)纖 維。從纖維細(xì)度出發(fā)，目前對纖維的稱謂有粗旦纖維、細(xì)旦纖維、微 細(xì)旦纖維、超細(xì)纖維以及超極細(xì)纖維之分。

三、超細(xì)天然纖維

人類對化學(xué)纖維細(xì)度的追求是受天然纖維的啟迪，超細(xì)纖維是 仿生學(xué)在化學(xué)纖維領(lǐng)域的拓展。自然界中存在的天然纖維呈現(xiàn)出 這一事實(shí)：纖維愈細(xì)愈能表現(xiàn)出優(yōu)異的性能與功能。部分天然纖維 的線密度列于表2。

 

表2 部分天然纖維的密度及線密度

纖維名稱		密度p/g.cm-3	線密度pt/dtex	直徑D/um
棉	細(xì)絨棉	1.51	1. 50～2.0	11.2一13.0
	長絨棉	1.51	1. 11～1.43	9.7～11.0
	粗絨棉	1.51	2. 80～3.45	15.4～17.0
羊毛	細(xì)羊毛	1.32	<5.84	<25.0
	中細(xì)羊毛	1.32	2.10～12.7	15.0～37.0
麻	苧麻	1.52	17.20	40.0
	亞麻	1.46	1. 49～2.98	12.0～17.0
	大麻	1.49	2.39 - 9.49	15. 0～30.0
絲	桑蠶繭絲	1. 33～1.4	2. 11～2.9	13. 90～ 16. 54
	桑蠶熟絲	——	0. 79～1.12	8. 50～10. 13
	柞蠶繭絲	1. 58～1.65	4.93	19.45
	柞蠶熟絲	——	1.85	12.09
蜘蛛絲		——	——	.50～1.00

注:表中數(shù)據(jù)系依據(jù)中國大百科全書出版社（1984.6第1版）出版、陳維稷先生主 編的《中國大百科全書》（紡織卷）的第16、172、188、300頁中相關(guān)詞條數(shù)據(jù)折算 而得。

1． 蜘蛛絲

蜘蛛網(wǎng)中， 由中心向外呈放射狀的絲較粗， 是蜘蛛網(wǎng)的支撐骨 架； 蛛網(wǎng)中環(huán)狀排列的絲很細(xì)， 直徑在0.5~1.0um， 可用作天體望 遠(yuǎn)鏡的基線。美國馬薩諸塞州研究中心的軍事科學(xué)家和分子生物 學(xué)家發(fā)現(xiàn)， 蜘蛛絲是承受重物和抵抗外力沖擊的最佳材料， 它具有 極高的強(qiáng)度和模量， 可用作核放射研究的試樣吊線。Kevlar（ 聚對苯 二甲酰對苯二胺） 纖維雖可用作防彈服， 抵御“ 常彈” 沖擊， 但其斷 裂伸長率只有4%， 韌性不足； 而蜘蛛絲的斷裂伸長率可達(dá)1.4%， 韌 性極佳， 不僅是防彈服的優(yōu)良材料， 甚至有報道說將它用在坦克裝 甲上， 可“ 刀槍不入” 。

2． 蠶絲

蠶絲是由絲膠包覆了2根三角形絲素蛋白纖維組成的“ 復(fù)合纖維”。在繅絲過程中，用熱水溶去繭絲外層的絲膠，便可得到2根由絲素蛋白構(gòu)成的熟絲（即絹絲）o絹絲纖維的線密度大約在1.0dtex。

3．皮革

所有天然皮革均由多種具有復(fù)雜化學(xué)結(jié)構(gòu)的氨基酸組成。天 然皮革的形態(tài)結(jié)構(gòu)雖很復(fù)雜，但都是由各種不同細(xì)度的纖維集合體 所構(gòu)成。掃描電子顯微鏡( SEM)對天然皮革形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究表明， 原纖維（直徑為0. 1um數(shù)量級，即A數(shù)量級）大多集中在一起；細(xì)纖 維（直徑在0.1um左右）則成束狀集合、交絡(luò)；而纖維整體(直徑在 1~4um)也是成束狀相互集合、交絡(luò)，彼此纏結(jié)形成纖維束。天然 皮革由各種不同粗細(xì)的纖維構(gòu)成，靠近皮革表層的纖維最細(xì)，內(nèi)部 的纖維則呈束狀立體纏結(jié)，形成交絡(luò)結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)正是形成天然 皮革優(yōu)異性能的根本原因。天然皮革中最細(xì)膩的為麂皮。但是麂 子是珍貴的野生動物，是人類的朋友。近年來，人們制造的“人造麂 皮”正是對天然麂皮的模仿，而人造麂皮制造的最關(guān)鍵技術(shù)是它的 基材——超細(xì)纖維的制作。

4．動物的絨毛

例如生活在南美洲安第斯山脈的珍貴動物——駱馬，它的皮毛 很貴重， 絨毛雖纖細(xì)卻有筋骨， 細(xì)度不足1.ldtex（1旦） 。 水貂毛皮的高級感不在于毛的粗硬，而在于它從1個毛孔中可 以生出12 ~13根絨毛。這些絨毛非常細(xì)，大多不足1.1dtex(1 旦)， 具有尖端并呈根部細(xì)、中間粗的形態(tài)結(jié)構(gòu)。 雞、鴨軀體下方長出的絨毛不但非常纖細(xì)，而且具有中空結(jié)構(gòu)， 既輕又保暖。

5．其他超細(xì)天然纖維

木材經(jīng)過提取木質(zhì)素后得到的纖維素纖維、天然竹筒內(nèi)壁的“膜”、附著于雞蛋殼內(nèi)壁的“膜”等也都是由天然超細(xì)纖維構(gòu)成的。 大米放置時間較長后會生蟲， 小蟲吐出的絲的直徑也僅有0.5um。

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