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5緒論

一、紡織材料的概念與范疇

紡織材料學(xué)是紡織工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。重點(diǎn)介紹紡織加工的原料、半成品和其各階段產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、主要性能、設(shè)計及評價依據(jù)。各種性能具體的測試方法和檢測儀器的知識在紡織材料檢測技術(shù)課程中介紹。

紡織材料隸屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，包括紡織加工用的各種纖維原料和以紡織纖維加工成的各種產(chǎn)品，如一維形態(tài)為主的紗、線、纜繩等；二維形態(tài)為主的網(wǎng)層、織物、絮片等；三維形態(tài)為主的服裝、編結(jié)物、器具及其增強(qiáng)復(fù)合體等。這些產(chǎn)品可以作為最終產(chǎn)品由消費(fèi)者直接使用，如內(nèi)外衣、紗巾、鞋、帽等服用紡織品；被、帳、床單和椅罩、桌布等家用紡織品；繩索、牽引用纜繩、露天篷蓋、武器中的炮衣等產(chǎn)業(yè)用紡織品。同時，這些產(chǎn)品也可以與其他材料復(fù)合制造最終產(chǎn)品，如簾子布與橡膠結(jié)合制造各種車輛的輪胎、作為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)體與基質(zhì)結(jié)合制造各種機(jī)械設(shè)備和機(jī)械零件，從火車車廂、飛機(jī)殼體、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的槳葉、公路和鐵路路基增強(qiáng)和反滲透的土工布、防彈車的防彈裝甲、火箭頭端的整流罩及噴火喉管、飛機(jī)的剎車盤、海水淡化的濾材、煙囪煙氣過濾的濾材等。紡織材料是工程材料的一個重要分支。

二、紡織材料的分類

紡織材料按形態(tài)分為紡織纖維、紗線及其半成品、織物等。

(一)紡織纖維(textilefibers)

紡織纖維是截面呈圓形或各種異形的、橫向尺寸較細(xì)、長度比細(xì)度大許多倍的、具有一定強(qiáng)度和韌性的(可撓曲的)細(xì)長物體。

紡織纖維按材料類別分為有機(jī)纖維和無機(jī)纖維。紡織纖維按材料來源分為天然纖維和化學(xué)纖維。天然纖維按原料來源分為植物纖維、動物纖維、礦物纖維，其中植物纖維，又按取得部位分為種子纖維(棉、木棉、椰殼等)、韌皮纖維(苧麻、亞麻、黃麻、漢麻即無毒大麻、苘麻、羅布麻等)、葉纖維(蕉麻、劍麻等)、維管束纖維(竹纖維等)；動物纖維分為毛纖維(綿羊毛、山羊絨、駱駝毛絨、兔毛絨、羊駝毛、駱馬毛、貉毛絨、狐毛、貂毛、藏羚羊毛絨等)、分泌腺纖維(桑蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲、天蠶絲、蜘蛛拖絲等)；礦物纖維是天然無機(jī)化合物纖維，主要有石棉(溫石棉、角閃石石棉、青石棉等)；此外還有細(xì)菌纖維等。化學(xué)纖維按聚合物來源分為有機(jī)再生纖維、有機(jī)合成纖維和無機(jī)纖維。再生纖維可由天然高聚物溶解后紡絲制得，如纖維素纖維(黏膠纖維)、蛋白質(zhì)纖維、甲殼素纖維等；天然高聚物化學(xué)改性后溶解紡絲制得的纖維，有人稱為半合成纖維，如銅氨纖維、硝酯纖維(纖維素硝酸酯)、醋酯纖維(纖維素醋酸酯)等。有機(jī)合成纖維是以石油、天然氣、煤、農(nóng)副產(chǎn)品為原料人工合成高聚物紡絲制得的纖維，按縱向形態(tài)分為長絲(filaments,連續(xù)長度數(shù)千米甚至更長)、短纖維(staplefibres,又區(qū)分為棉型、中長型、毛型等)；按聚合物類型分為碳鏈纖維(聚烯烴、聚乙烯醇、含氯纖維、含氟纖維等)和雜鏈纖維(如聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚醚酯、聚氨酯、聚脲、聚甲醛、聚酰亞胺等)。無機(jī)纖維有玻璃纖維、碳纖維(由黏膠纖維、聚丙烯腈纖維、瀝青纖維等碳化而成)及石墨纖維、金屬纖維(銅、鎳、不銹鋼、鈦、鎢、銀等)、碳化硅纖維、玄武巖纖維等。化學(xué)纖維按加工過程分為初生絲、未拉伸絲、預(yù)取向絲、拉伸絲、全取向絲等；按纖維粗細(xì)分為粗線密度、中線密度、細(xì)線密度、超細(xì)線密度和納米纖維(靜電紡絲的有機(jī)纖維和無機(jī)的碳納米管等)等；按纖維截面形態(tài)分為圓形、異形(三角、三葉、四葉、五葉、中空、偏心中空、多中空、橋形、H形、王字形等)；按纖維成分分為單一成分纖維、多種成分纖維，其中多種成分纖維又可按特征分為混抽纖維、復(fù)合纖維(皮芯、海島、多層等)等。

紡織材料學(xué)緒論紡織纖維中具有某些特殊功能(如超高強(qiáng)度、超高模量、耐高溫、耐燒蝕等)或某些應(yīng)用性能(如防紫外、防電磁輻射、抑菌、抗菌、防臭、防蚊蟲等)，有時也稱高性能纖維和功能纖維。

(二)紗線及其半成品

紗線是由紡織纖維平行伸直(或基本平行伸直)排列利用加捻或其他方法使纖維抱合纏結(jié)形成連續(xù)的具有一定強(qiáng)度、韌性和可撓曲性的細(xì)長體。它們中較細(xì)的單股體稱為紗(yarns)，多股捻合體稱為線(threads)，很多股較粗的捻合體或編結(jié)體稱為繩(cord,rope)或纜(cable，rope,hawser)。紗的半成品有粗紗、條(棉條、毛條、麻條等)、卷(棉卷等)。

單一品種的紡織纖維制成紗線稱為純紡紗線；兩種或多種紡織纖維利用紡紗混合方法制成的紗線稱為混紡紗線；兩種或多種純紡紗線加捻并合的紗、線、纜稱為混并紗線或復(fù)合紗線。

紗線按紡織纖維長度分為短纖維紗線、長絲紗線及兩者組成的復(fù)合紗線。

短纖維紗線按不同加工形成方法分為環(huán)錠紡紗線、轉(zhuǎn)杯紡紗線、噴氣紡紗線、賽絡(luò)紡紗線、平行紡紗線、花式紗線等。

長絲紗線按不同變形加工方法分為加彈長絲紗(又分為低彈長絲紗、中彈長絲紗、高彈長絲紗等)、空氣變形長絲紗、網(wǎng)絡(luò)長絲紗和復(fù)合長絲紗(不同纖維品種、不同加工方法、不同特性長絲的復(fù)合紗)等。

(三)紡織品

由紡織纖維和紗線用一定方法穿插、交編、糾纏形成的厚度較薄、長及寬度很大、基本以二維為主的物體稱為紡織品(textiles)。其中有織物(fabrics)和非織造織物(nonwovens)。

織物按結(jié)構(gòu)及其形成方式不同分為機(jī)織物(weavingfabrics，也可稱為梭織物，它是由兩組或兩組以上紗線用有梭織機(jī)或無梭織機(jī)編織成的織物)、針織物(knittingfabrics，它是由一組或多組紗線用針織機(jī)鉤結(jié)成圈形互相串套編織成的織物，按織造方式的不同又可分為經(jīng)編針織物和緯編針織物兩大類)、編結(jié)物(braidingfabrics，它是由多組紗線用傾斜交編方法形成的織物)、非織造織物(nonwovenfabrics，它是開松鋪層的紡織纖維層片利用各種方式包括針刺、水刺、黏合劑黏結(jié)、熱壓黏結(jié)、紗線縫合等使層片穩(wěn)定所形成的織物；或是由平行均勻排列長絲用膜片黏托的片層形成的織物，也可稱為“無緯織物”或“無緯布”)和復(fù)合織物(compositedfabrics，它是用上述四類織物和膜片等之中的兩類或多類織物疊層復(fù)合而成的織物，包括機(jī)織物與針織物并聯(lián)交織而成的織物，機(jī)織物、針織物或非織造織物與有機(jī)高聚物薄膜復(fù)合的織物等)。

織物按不同紡織纖維原料的種類分為棉織物、麻織物、毛織物、絲織物(絲綢)、化纖織物等純紡織物和兩種、兩種以上纖維混紡紗線織制的混紡織物及兩種或兩種以上純紡紗線織制的交織織物。

織物也可按織紋組織分為許多種，如機(jī)織物中的平紋組織、斜紋組織、緞紋組織等織物；緯編針織物中的平針組織、羅紋組織、雙反面組織、雙羅紋組織等織物；經(jīng)編針織物中的經(jīng)平組織、經(jīng)緞組織等織物；編結(jié)物中的各種編結(jié)組織的織物等。

紡織品按用途區(qū)分為服裝用紡織品、家用紡織品和產(chǎn)業(yè)用紡織品三大類。

三、紡織產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

紡織纖維作為原始的紡織材料，人類種植、畜養(yǎng)、采集、利用至少已有上萬年歷史。近200年來，紡織工業(yè)隨人口增長而迅速擴(kuò)展，其總加工量增長了近45倍(圖1)。各種主要紡織纖維(不計麻類纖維、礦物纖維等)占世界紡織纖維總產(chǎn)量的比例也發(fā)生了明顯變化，天然纖維由降到37.81%，化學(xué)纖維從零增加到57.59%(圖2)，2010年全球及中國紡織纖維生產(chǎn)形勢見表1。

紡織工業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)中的重要產(chǎn)業(yè)之一，它支撐著人民生活、國民經(jīng)濟(jì)、人民就業(yè)、國際貿(mào)易等。1949年以來中國各種紡織材料的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展見表2。

圖1世界紡織纖維總產(chǎn)量的發(fā)展圖2世界紡織纖維總產(chǎn)量中各類纖維(不計麻纖維)的比例

表12010年全球及中國紡織纖維生產(chǎn)形勢單位：萬噸纖維品種全球產(chǎn)量中國產(chǎn)量中國進(jìn)口中國出口中國加工天然纖維總計2826.97710.584343.94886.6921074.8408棉纖維2487.5665.00293.690.16958.53毛纖維小計119.9510.30320.65585.511325.4475綿羊毛(折洗凈毛)111.98.5320.615.10024.04山羊絨(折無毛絨)1.450.940.04080.26460.7162兔毛(凈毛)0.350.170.0010.14370.0273其他動物毛(凈毛)①6.250.6630.0040.0030.664蠶絲纖維小計15.4212.9050.46950.131413.2431桑蠶絲(生絲、絹絲)15.1412.730.46950.131413.0681柞蠶絲(生絲、絹絲)0.180.17——0.17其他蠶絲(生絲、絹絲)②0.100.005——0.005麻纖維小計204.1022.37629.13350.889350.6202苧麻(精干麻)6.155.650.00010.07015.5800亞麻(打成麻)51.82.2414.21620.683615.5726黃麻(熟黃麻)62.50.0062.40630.00102.4113無毒大麻(漢麻)(精干麻)7.04.360.00020.09544.2648槿麻(熟洋麻)22.46.50劍麻(麻纖維)38.13.46蕉麻(麻纖維)14.10.15其他麻(麻纖維)③2.050.0112.51070.039222.5915續(xù)表纖維品種全球產(chǎn)量中國產(chǎn)量中國進(jìn)口中國出口中國加工再生纖維總計864.4181.6491.8919.29254.24黏膠纖維357.8169.5710.2419.29160.52醋酯纖維④482.311.7281.65—93.37其他再生纖維⑤24.30.35——0.35合成纖維總計4984.262800.6773.682160.0912714.261聚酯纖維3729.62525.8030.81140.412416.20聚酰胺纖維402.41145.2020.0112.94152.27聚丙烯腈纖維197.8067.1319.640.4486.33聚乙烯醇纖維5.935.660.035—5.695聚丙烯纖維⑥599.8029.691.1672.39128.466聚氨酯纖維35.6326.691.883.8824.69其他有機(jī)合成纖維⑦13.090.500.140.030.61人工無機(jī)纖維212.3978.660.8660.00466.116碳纖維3.630.120.860.000.980玻璃纖維⑧20275——65金屬纖維⑨0.150.050.006—0.05其他無機(jī)纖維⑩6.613.49—0.0040.086紡織纖維總計8888.023771.554510.3868186.0774109.4578附：其他有機(jī)合成纖維全球產(chǎn)量中國產(chǎn)量芳香聚酰胺纖維8.620.34聚酰亞胺纖維0.720.007聚苯硫醚纖維0.330.016聚氟乙烯纖維2.040.022超高分子量聚乙烯1.380.08小計13.090.465注①包括駱駝絨、牦牛絨、羊駝絨、狐絨、貂絨、烏蘇里貉絨。

②包括蓖麻蠶絲、栗蠶絲、槲蠶絲。

③包括蓖麻、羅布麻、竹纖維(竹原纖維)。

④國產(chǎn)中大部分及進(jìn)口主要用于香煙過濾嘴。

⑤包括海藻酸鈣纖維、甲殼素纖維、殼聚糖纖維、聚乳酸纖維、細(xì)菌纖維素纖維。

⑥包括膜裂纖維紗。

⑦聚對苯二甲酰對苯二胺纖維、聚間苯二甲酰間苯二胺纖維、聚全對位苯砜酰胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚四氟乙烯膜裂纖維紗、聚四氟乙烯長絲、聚偏氟乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、超高分子量高強(qiáng)度高模量聚乙烯纖維、聚對亞苯基苯并二唑纖維。

⑧玻璃纖維相當(dāng)部分不經(jīng)紡織加工直接使用。

⑨包括銅纖維、鎳?yán)w維、不銹鋼纖維、金纖維、銀纖維。

⑩包括碳化硅纖維、玄武巖纖維、活性炭纖維。

表2中國紡織工業(yè)發(fā)展情況一覽

指標(biāo)1949年1952年1957年1965年1978年1980年1985年1990年1995年2000年2005年2006年2011年原棉產(chǎn)量(萬噸)44.44130.35164.00209.75216.70170.7424.51442.5476.8432.0571.4664.6639.9凈毛產(chǎn)量(萬噸)0.651.822.163.756.917.959.2011.9513.8514.6016.708.309.98生絲產(chǎn)量(萬噸)0.180.560.990.912.473.544.225.6611.347.3313.2514.1510.80苧麻、槿麻、

亞麻產(chǎn)量(萬噸)—34.635.430.9111.4113.6159.491.4449.845.520.521.6512.50化纖產(chǎn)量(萬噸)0.00.00.025.0128.4645.0394.78165.42341.17694.001664.792025.493361.36棉型紗產(chǎn)量(萬噸)32.765.784.4130.0238.2292.6353.5462.6542.3657.01450.51722.242894.47毛線產(chǎn)量(萬噸)0.180.200.571.103.785.7312.5923.8061.3842.3638.7040.2030.59棉布產(chǎn)量(億米)18.933.850.562.8110.3134.7146.7188.8260.2277.0484.4235.49619.82呢絨產(chǎn)量(億米)0.0540.0420.1820.4240.8891.0102.1822.9516.5392.7833.2964.4485.184絲織品產(chǎn)量(億米)0.500.651.453.426.117.5914.4917.1265.9137.4377.7482.176.18苧麻、亞麻布產(chǎn)量

(萬米)18682542271125514062619898521779612907375003209769731工業(yè)生產(chǎn)服裝

(億件)———3.856.739.4512.6731.7596.8595.4147.98170.02254.20紡織工業(yè)總產(chǎn)值

(億元)—94.3143.6220.7529.1735.5710.32312.07035.07071.9620470.625016.8954786.50紡織工業(yè)總產(chǎn)值占

工業(yè)總產(chǎn)值(%)—27.520.415.511.213.411.89.6614.559.568.1411.9511.62紡織工業(yè)利稅占

全國財政收入(%)—3.85.79.89.814.56.893.115.276.274.06紡織服裝占全國

消費(fèi)品零售總值(%)—19.318.719.122.023.117.216.317.024.2紡織品出口總額占

全國出口總額(%)—5.217.720.322.117.713.3823.925.5020.9015.4215.1813.38紡織服裝業(yè)職工

總數(shù)(萬人)74.599.89200.17155.04311.21386.05585.0746.151243.411235.76978.9477.741026.38

為保障環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在紡織工業(yè)正由大量依賴石油化工資源，轉(zhuǎn)向利用可再生、可降解、可循環(huán)的物質(zhì)資源，其原材料更是擴(kuò)及農(nóng)、林、牧、漁、廢棄的許多領(lǐng)域。它的產(chǎn)品既滿足了服裝和家用紡織品的消費(fèi)，也向機(jī)械、電工材料、電子、土建、水利、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、公路、水運(yùn)、航空、航天等產(chǎn)業(yè)提供原材料及其增強(qiáng)體。因此，新型紡織原料包括高性能纖維、新功能纖維的開發(fā)和應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，紡織材料在今后將會以更快的速度發(fā)展和提高。

思考題

1.紡織材料的范疇、纖維原料和產(chǎn)品分別包括哪些？

2.紡織纖維在天然纖維、再生纖維和合成纖維中有哪些最常見的種類？

3.紗線及半成品有哪些種類？

4.紡織品的種類按結(jié)構(gòu)和形成方法分為哪幾類？

5.紡織工業(yè)近半個世紀(jì)以來，其總加工量增長了多少倍？今后發(fā)展趨勢如何？

6.紡織產(chǎn)品除用作服裝外還在哪些方面有廣泛應(yīng)用？

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