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生物及化学观点)

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  纤维(美:Fiber;英:Fibre)是指由连续或不连续的细丝组成的物质。在动植物体内,纤维在维系组织方面起到重要作用。纤维用途广泛,可织成细线、线头和麻绳,造纸或织毡时还可以织成纤维层;同时也常用来制造其他物料,及与其他物料共同组成复合材料。

  天然纤维是自然界存在的,可以直接取得纤维,根据其来源分成植物纤维、动物纤维矿物纤维三类。

  纤维素纤维。从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等;从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。植物纤维的主要化学成分是纤维素,故也称纤维素纤维。

  韧皮纤维:是从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。如:亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维。

  发得到的纤维有羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等;从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。动物纤维的主要化学成分是蛋白质,故也称蛋白质纤维。

  毛发纤维:动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。 如:绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。

  丝纤维:由一些昆虫丝腺所分泌的,特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维,此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。如:蚕丝。

  是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维,主要组成物质为各种氧化物,如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等,其主要来源为各类石棉,如温石棉,青石棉等。

  化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。可分为人造纤维(再生纤维),合成纤维和无机纤维。

  人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质,如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料,经过化学加工后制成的纺织纤维。主要用于纺织的人造纤维有:黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维。

  再生纤维是指将天然高聚物制成的浆液高度纯净化后制成的纤维,如再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、再生淀粉纤维以及再生合成纤维。

  合成纤维的化学组成和天然纤维完全不同,是从一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质如石油、煤、天然气、石灰石或农副产品,先合成单位,再用化学合成与机械加工的方法制成纤维。如聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶或尼龙)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚氯乙烯纤维(氯纶)等。

  无机纤维是以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料,经人工抽丝或直接碳化制成。包括玻璃纤维,金属纤维和碳纤维。

  按长度与细度有棉型(38 ~ 51mm)、毛型(64 ~ 114mm)、丝型(长丝)、中长型(51 ~ 76mm)、超细型(0.9dtex)之分。

  按纺织方式有高速纺丝、牵伸丝(DTY)、预或全取向丝(POY或FDY)、变形丝(DTY)等。

  纤维增强塑料主要有两个组分。基体是热固性塑料或热塑性塑料,用纤维材料充填。通

  两者复合得到的增强塑料中,纤维承受很大的载荷应力,基体树脂通过与纤维界面上的剪切应力,支撑了纤维传递了外载荷。

  热固性塑料纤维增强塑料略写成FRP(fiber reinforced plastics),热塑性纤维增强塑料略写成FRTP(fiber reinforced thermoplastics).若用玻璃纤维增强则前缀G,如GFRP、GFRTP;如用碳纤维增强前缀C;用硼纤维则前缀B;用芳纶聚酰胺纤维(Kevlar)增强则前缀K。

  增强塑料以玻璃纤维使用占优势,其品种很多,无碱玻璃(E-glass)为常用普通纤维,碱金属氧化物含量很低,汉密哈顿具有优良的化学稳定性和电绝缘性。

  高强度玻璃纤维(S-glass)含有镁铝硅酸盐等成分,具有比E-glass纤维高10%-50%的强度。由于化学成分和生产工艺的不同,还有高模量、中碱和高碱等各种玻璃纤维。碳纤维具有较大的刚性和优良的耐腐性

  硼纤维本身是钨丝和硼的复合材料,具有较高的弹性模量,但纤维较粗且制造成本高。常用环氧树脂作基体。低密度的芳纶纤维国内已经躬行并使用,它用于承受拉应力的缆绳和承力构件。

  表面处理是在纤维表面涂覆表面处理剂,表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂。偶联剂能在纤维与基体树脂间形成一个良好黏合界面,从而有效提高两者的黏结强度,也提高了增强塑料的防水、绝缘和耐磨等性能。

  注记:在数学里也有类似的“纤维”的概念,详见词条“曲面纤维化”。实际上,这一概念与日常生活中的“纤维”概念完全一致。

  纤维是天然或人工合成的细丝状物质.在现代生活中,纤维的应用无处不在,而且其中蕴含的高科技还不少呢。导弹需要防高温,江堤需要防垮塌,水泥需要防开裂,血管和神经需要修补,这些都离不开纤维这个小身材的“神奇小子”。

  穿得舒服, 御寒防晒,是我们对衣服的最初要求,如今这个要求已很容易达到。海藻碳纤维做成衣服后,穿着时能长期使人体分子摩擦产生热反应,促进身体血液循环,因此能蓄热保温,而防紫外线辐射的纤维制成衣服便可减少我们夏日撑伞的麻烦。

  不过人们不仅要求穿得暖和,还增加了许多新要求,纤维都能一一满足:过去的年代曾经流行过 “涤盖棉”、“丙盖棉”,面料外涤里棉,是因为棉和肌肤的亲和性好,而涤与丙纶结实耐磨,方便洗涤。新材料有了颠覆性的转变,可以“棉盖涤”、“棉盖丙”,新型的抗菌导湿纤维,织成的面料可以使汗液透过,却不附着,这样汗液便被排到外层的棉布层,衣服贴身面便可随时保持干爽……千变万化,只为了帮我们穿着更舒适。

  阻燃纤维是在国家“863”计划研究成果基础上开发的一种具有阻燃抗熔滴性能的高技术纤维新材料。该产品采用新一代纤维阻燃技术——溶胶凝胶技术,使无机高分子阻燃剂在粘胶纤维有机大分子中以纳米状态或以互穿网络状态存在,既保证了纤维优良的物理性能,又实现了低烟、无毒、无异味、不熔融滴落等特性。该纤维及纺织品同时具有阻燃、隔热和抗熔滴的效果,其应用性能、安全性能和附加值大大提高,可广泛应用于民用、工业以及军事等领域。

  穿上“防热衣”,可以耐几万度的高温;无机陶瓷纤维耐氧化性好,且化学稳定性高,还有耐腐蚀性和电绝缘性,航空航天、军工领域都用得着;聚酰亚胺纤维可以做高温防火保护服、赛车防燃服、装甲部队的防护服和飞行服;碳纳米管可用作电磁波吸收材料,用于制作隐形材料、电磁屏蔽材料、电磁波辐射污染防护材料和“暗室”(吸波)材料。

  聚乳酸作为可完全生物降解性塑料,越来越受到人们重视。可将聚乳酸制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、包装薄膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等。

  已非常广泛。甲壳素纤维做成医用纺织品,具有抑菌除臭、消炎止痒、保湿防燥、护理肌肤等功能,因此可以制成各种止血棉、绷带和纱布,废弃后还会自然降解,不污染环境;聚丙烯酰胺类水凝胶可能控制药物释放;聚乳酸或者脱乙酰甲壳素纤维制成的外科缝合线,在伤口愈合后自动降解并吸收,病人就不用再动手术拆线了。

  防渗防裂纤维可以增强混凝土的强度和防渗性能,纤维技术与混凝土技术相结合,可研制出能改善混凝土性能,提高土建工程质量的钢纤维以及合成纤维,前者对于大坝、机场、高速公路等工程可起到防裂、抗渗、抗冲击和抗折性能,后者可以起到预防混凝土早期开裂,在混凝土材料制造初期起到表面保护。在公路、水电、桥梁、国家大剧院、上海市公安局指挥中心屋顶停机坪、上海虹口足球场等大型工程中已露了一手。

  上用场。类似肌肉的纤维可制成“人工肌肉”、“人体器官”。聚丙烯酰胺具有生物相容性,一直是人体组织良好的替代材料,聚丙烯酰胺水凝胶能够有规律地收缩和溶胀,这些特性正可以模拟人体肌肉的运动。

  胶原是人体中最多的蛋白质,人体心脏、眼球、血管、皮肤、软骨及骨路中都有它的存在,并为这些人体组织提供强度支撑。合成纳米纤维能在骨折处形成一种类似胶质的凝胶,引导骨骼矿质在胶原纤维周围生成一个类似于天然骨骼的结构排列,修补骨骼于无形之中。

  蜘蛛丝一直是人类想要模仿制造的,天然蜘蛛丝的直径为4微米左右,而它的牵引强度相当于钢的5倍,还具有卓越的防水和伸缩功能。如果制造出一种具有天然蜘蛛丝特点的人造蜘蛛丝,将会具有广泛的用途。它不仅可以成为降落伞和汽车安全带的理想材料,而且可以用作易于被人体吸收的外科手术缝合线。

  纺织纤维的拉伸性能测试是纤维品质检验的重要内容,纺织纤维在加工和使用过程中会受到各种外力的拉伸作用而产生变形,甚至被破坏,拉伸性能与纤维的纺织加工性能和纺织品的服用性能有密切的关系。

  掌握单纤维拉伸性能的测试方法,了解电子单纤维强力仪的结构和原理,并对试样的测试结果进行处理和分析。

  3.1 采用标准:GB 9997《化学纤维单纤维断裂强力和断裂伸长的测定》、GB/T 14337《合成短纤维断裂强力及断裂伸长试验方法》

  3.2 相关标准:GB/T 14334《合成短纤维取样方法》、GB/T 14335《合成短纤维线密度测试方法》、GB 6529《纺织品的调试和试验用标准大气》等

  被测单纤维的一端由上夹持器夹持住,另一端施加标准规定的预张力后由下夹持器夹紧。测试时下夹持器以恒定的速度拉伸试样,下夹持器下降的位移即为纤维的伸长。试样受到的拉伸力通过和上夹持器相连的传感器转变成电信号,经放大器放大及A/D转换器转换后,由单片机计算出纤维在拉伸过程中的受力情况。原理框图见图2。

  7.2 调湿和测试用标准大气按GB 6529执行:温度(20±2)℃,相对湿度(65±3)%。

  从实验室样品中随机均匀取出10g作为测试样品,进行预调湿和调湿,使试样达到吸湿平衡(每隔30min连续称量的质量递变量不超过0.1%)。从已达平衡的样品中随机取出约500根纤维,均匀铺放于绒板上以备测定。

  纤维名义长度大于或等于35mm时名义隔距长度为20mm;纤维名义长度小于35mm时为10mm。

  腈纶、涤纶:0.075cN/dtex;丙纶、氯纶、锦纶:0.05cN/dtex。

  注:预张力按纤维的名义线密度计算,湿态试验时,预张力为干态时的一半,某些纤维如不适合上述预张力,经有关部门协商可另行确定。

  9.1.4 计算线《合成短纤维线密度试验方法》测定该试样的平均线min。

  9.2.2 调节夹持器距离,使上下夹持器的隔距等于纤维的名义隔距长度。

  将仪器功能设定为一次拉伸断裂测试,同时设定预加张力、初始长度、试样线密度、拉伸速度、测试次数等参数。

  9.3.1.2 取下上夹持器, 用张力夹随机地从绒板上夹取一根纤维一端,另一端用上夹持器夹紧,然后将上夹持器挂在挂钩上,试样在规定的张力下悬垂并穿过下夹持器,夹紧下夹持器。应保证纤维放在上、下夹持器的中间位置。

  9.3.1.3 按“拉伸”键,仪器开始拉伸,拉伸断裂后,下夹持器返回,显示屏显示断裂强力、断裂伸长、断裂时间、断裂功、初始模量及三个不同伸长时的应力值。

  9.3.1.4 重复测试,每个试样测试50次,直到本组测试完毕。仪器可显示和打印一组的平均值(X),标准差(S)、不匀率(CV值)及每一根试样的测试结果。

  纤维被拉伸至设定伸长值L1(即纤维总伸长)后,仪器自动停止拉伸,让纤维即处于应力松弛状态,并维持设定时间T1(即定时1)下夹持器回升,纤维内应力逐渐减小,至设定的预张力值时的伸长回复值即纤维的急弹性变形L2 。夹持器停止,让纤维继续松弛设定时间T2(即定时2)后,下夹持器继续回升到达上限位置后,再次拉伸纤维,当纤维内应力等于设定的预加张力时,对应的拉伸值为纤维的塑性变形L3,下夹持器则回升到上限位后自停,结束测试。

  选定定弹性拉伸功能,并设定预加张力、初始长度、定伸长百分率、拉伸速度、定时1(T1)、定时2(T2)、测试次数等。

  9.3.2.2 按标准要求夹好纤维,同9.3.1.2。按“拉伸”键,仪器自动测试并显示和打印L1、L2、L3、L4(总弹性L4=L1—L3)以及弹性功回复率W2/W1(其中W2为纤维回复时所做的功,W1为纤维拉伸到定伸长值时所做的功)。当到达设定的测试根数时,仪器显示或打印出L1、L2、L3、L4及W2/W1的统计值(X、S及CV)。

  根据不同的测试要求,按上述方法在仪器上设定不同的拉伸功能和相应的参数进行测试,可得到反映纤维拉伸性能的其它指标,具体操作详见单纤维强力仪的说明书。

  注:强力、断裂强度、变异系数均计算到小数点后三位,按GB 8170修约到小数点后二位。伸长率计算到小数点后二位,修约到小数点后一位。

  11.1 说明: 执行标准,仪器型号,试样名称,夹持的长度,温湿度等。

  11.2 结果计算:平均断裂强力,平均断裂强度,平均断裂伸长率,断裂强力和断裂伸长的变异系数等。

  胶原纤维被伊红染成粉红色,为粗细不等的束状结构,交叉排列,有的较直或呈波浪形,其中的原纤维大多看不清。

  弹性纤维染成蓝紫色,单条分布而不成束,纤维粗细不等,有分支,并交织成网。

  1. 棉、麻、竹等植物纤维和粘胶纤维(主要成分是纤维素):容易燃烧,产生黄色及蓝色火焰,有烧纸或草的气味。灰烬呈灰色,易飞扬。

  2.羊毛、蚕丝(蛋白质):燃烧缓慢,徐徐冒烟;燃烧时缩成一团,有特殊的焦臭味;灰烬呈小球状,一压即碎。

  ⑴尼龙:边燃烧边熔化,无烟或略有白烟。火焰小,呈蓝色。有烧焦的芹菜味,灰烬为浅褐色小硬珠,不易捻碎。

  ⑵涤纶:燃烧时边卷缩边熔化边冒烟,火焰为黄白色,有芳香味,灰烬为褐色小珠,可以用手捻碎。

  ⑶腈纶:一边缓慢燃烧,一边熔化,火焰为亮白色,有时略有黑烟,有鱼腥味,灰烬为黑色小珠,脆而易碎。

  ⑷维尼纶:缓慢燃烧并迅速收缩,火焰小,呈红色,有黑烟和特殊气味,灰烬为褐色小珠,可用手捻碎。

  ⑸氯纶:难于燃烧,当接近火焰时边收缩边燃烧,离火即灭,有氯气的气味,灰烬为黑色硬块。

  ⑹丙纶:燃烧时边卷缩边熔化,火焰明亮,呈蓝色,有燃烧蜡质的气味,灰烬为硬块,但可以捻碎。

  一些常见的纤维的中英文名称。 棉 Cotton; 腈纶 Acrylic; 麻 Linen ;氨纶 Polyurethanes ;羊毛 Wool ;丙纶 Polypropylene ;丝 Silk; 氯纶 Polyvinyl Chloride ;粘胶、人造棉、Rayon ;铜氨纤维 Cuprammonuium(Cupro) ;涤纶 Polyester ;醋酸纤维 Acetate ;锦纶 Polyamide ;尼龙 Nylon ;弹性纤维 Polythane(Elastan) ;维纶 Vinal ;人造丝 Nitrocellulose Silk 。

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