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你所不知的超细纤维

文章出处:永利皇宫官网责任编辑:人气:-发表时间:2017-08-24 16:42【

所谓纤维,是指一种细长而柔韧的物质。纺织用纤维的长度与直径之比应大于1000,典型的纺织用纤维的直径为数微米至数十微米,长度一般大于25mm通常其断裂强度在2cN/dtex以上,断裂伸长率不低于10%。


过去,纤维的细度用物理量纤度表征现在,表征纤维细度的法定物理量为线密度,用符号pl表示。线密度的定义为“质量除以长度”,其计量单位是特[克斯],用符号tex表示。

特[克斯](tex)的定义为1km长纤维的质量为1g时,称该纤维的线密度为1特[克斯],即1tex =1g/km。由此可知,1km长的纤维质量为3g时,纤维的线密度即为3tex。由于纤维很细,为表示方便,常以特克斯的1/10作为线密度的度量单位,即分特[克斯](dtex), 1tex=10dtex。

也曾使用过其他计量单位度量纤维细度,如旦(den或d),当9000m长纤维的质量为1g时,称其细度为1旦;公支(Nm),当质量为lg的纤维长lm时,称其细度为1公支。这些方法已逐步被法定计量单位特【克斯】所取代。

显然,用线密度表征纤维的细度只具有相对性,即对同种纤维而言,可用线密度进行纤维细度的比较而对不同种类的纤维,因纤维密度不同,严格讲就不能用它进行纤维之间细度的比较。

应该说,纤维直径才是衡量纤维细度最具可比性的物理量。但是,在实际应用中纤维直径的测量较为困难,因此多用线密度来相对表示纤维的细度。

纤维直径与其线密度之间的关系可根据线密度的定义和纤维质量的计算公式经过简单推导得出


ρl =m/L

m=ρ*πD2L/4


将两式联立,可知纤维直径与其线密度之间有以下关系


D=1.128(ρl/ρ)1/2


式中:D——纤维直径

          ρl——纤维线密度

          ρ——纤维密度。


通常以μm作为纤维直径D的单位,以dtex作纤维线密度ρl的单位,以g/cm3作为纤维密度ρ的单位。

设ρldtex表示以dtex为单位的线密度数值,ρg*cm-3表示以g/cm3 为单位的密度数值,即为:

你所不知的超细纤维

显然,当已知以dtex为单位的纤维线密度数值和以g/cm3为单位的纤维密度数值后,即可自由式直接得到以μm为单位的纤维直径。

部分纤维材料的密度见表1-1

你所不知的超细纤维

单纤维的线密度(俗称dpf)对纤维及纤维制品的品质影响很大,将在下面讨论。超细纤维最显著的特征就是它具有比普通纤维小得多的线密度。目前,世界上可实现人工制造的最细的超细纤维的线密度是0.00011dtex(0.000099旦),其直径仅有0.095μm,达到了纳米级水平。


超细纤维的定义


迄今为止,国际上及我国并没有对超细纤维的概念的公认定义。美国PFT委员会将单纤维线密度为0.3~1.0dtex的纤维定义为超细纤维,日本则将单纤维线密度为0.55dtex以下的纤维定义为超细纤维,荷兰AKZO公司则认为超细纤维的上限应为0.3dtex。但大多数人接受的概念是单纤维线密度为0.1~1.0dtex的纤维属于超细纤维;而单纤维线密度小于0.1dtex的纤维被称为超极细纤维。从纤维细度出发,目前对纤维的称谓有粗旦纤维、细旦纤维、微细旦纤维、超细纤维以及超极细纤维之分。


超细天然纤维


人类对化学纤维细度的追求是受天然纤维的启迪,超细纤维是仿生学在化学纤维领域的拓展。自然界中存在的天然纤维呈现出这一事实纤维愈细愈能表现出优异的性能与功能。部分天然纤维的线密度列于表1-2.

你所不知的超细纤维

1.蜘蛛丝


蜘蛛网中,由中心向外呈放射状的丝较粗,是蜘蛛网的支撑骨架蛛网中环状排列的丝很细,直径在0.5~l.0μm,可用作天体望远镜的基线。美国马萨诸塞州研究中心的军事科学家和分子生物学家发现,蜘蛛丝是承受重物和抵抗外力冲击的最佳材料,它具有极高的强度和模量,可用作核放射研究的试样吊线。

Kevlar(聚对苯二甲酰对苯二胺)纤维虽可用作防弹服,抵御“常弹”冲击,但其断裂伸长率只有4%,韧性不足;而蜘蛛丝的断裂伸长率可达14%,韧性极佳,不仅是防弹服的优良材料,甚至有报道,说将它用在坦克装甲上,可“刀枪不入”。



2.蚕丝


蚕丝是由丝胶包覆了2根三角形丝素蛋白纤维组成的 “复合纤维”。在缫丝过程中,用热水溶去茧丝外层的丝胶,便可得到2根由丝素蛋白构成的熟丝(即绢丝)。绢丝纤维线密度大约在1.0dtex。



3.皮革


所有天然皮革均由多种具有复杂化学结构的氨基酸组成。天然皮革的形态结构虽很复杂,但都是由各种不同细度的纤维集合体所构成。扫描电子显微镜(SEM)对天然皮革形态结构的研究表明,原纤维(直径为0.lnm数量级,即A数量级)大多集中在一起;

细纤维(直径在0.lμm左右)则成束状集合、交络;而纤维整体(直径在1~4μm)也是成束状相互集合、交络,彼此缠结形成纤维束。天然皮革由各种不同粗细的纤维构成,靠近皮革表层的纤维最细,内部的纤维则呈束状立体缠结,形成交络结构。

这一结构正是形成天然皮革优异性能的根本原因,天然皮革中最细腻的为麂皮。但是麂严是珍贵的野生动物,是人类的朋友。近年来,人们制造的“人造麂皮”。正是对天然麂皮的模仿,而人造麂皮制造的最关键技术是它的基材——超细纤维的制作。



4.动物的绒毛


例如生活在南美洲安第斯山脉的珍贵动物——骆马,它的皮毛很贵重,绒毛虽纤细却有筋骨,细度不足1.1dtex(1旦)。水貂毛皮的高级感不在于毛的粗硬,而在于它从1个毛孔中可以生出12~13根绒毛。这些绒毛非常细,大多不足1.1dtex(1旦),具有尖端并呈根部细、中司粗的形态结构。鸡、鸭躯体下方长出的绒毛不但非常纤细,而且具有中空结构,既轻又保暖。



5.其他超细天然纤维


木材经过提取木质素后得到的纤维素纤维、天然竹筒内壁的“膜”、附着于鸡蛋壳内壁的“膜”等也都是由天然超细纤维构成的。大米放置时间较长后会生虫,小虫吐出的丝的直径也仅有0.5μm。


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