纺织材料学

1. 纺织材料学

2. 一、纺织材料的定义 二、研究内容 三、纺织材料的发展 纤维 纱线 织物 四、应关注的知识和理论 绪论

3. 纺织材料是指纤维及纤维制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。纺织材料是指纤维及纤维制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。 “纤维与纤维制品” 原料，用于纺织加工的对象 产品，通过纺织加工而成的纤维集合体。 “纤维、纱线、织物及其复合物” 形成过程可以顺序进行，也可以跳跃完成 一、纺织材料的定义

4. 以材料的组成属性命名的学科 高分子材料、金属材料、有机、无机材料、生物材料等。 “纤维材料” 将材料作为一整体去实现材料结构、形态、性质及其变化。是宏观调控微观，多为均匀结构的讨论 以材料的应用属性命名的学科 工程材料、建筑材料、组织工程材料等。 “纺织工程材料” 将材料看作一个整体，或形态尺寸宏大的各单元的整体拼接，来实现结构功能和寿命，不属微尺度 纺织材料 以表面作用及排列组合为主要特征，以微小个体纤维构造（fabricate）的纤维集合体 在材料领域中具有“性状”属性的地位 一、纺织材料的定义

5. 纺织材料的内容包括纤维及纤维集合体。 纺织材料学：是纤维和纤维集合体的结构、性能及其间相互关系的学问，包括认知、表征（文、形、式）和发展。 二、纺织材料的研究内容

6. 1 二、纺织材料的研究内容 0 “文”即文字，是人类文明的产物，原本为简化表达和记载，而今变得越来越复杂和冗长。

7. 棉纤维的形态结构模型 1 二、纺织材料的研究内容 0 “形”是物质或对象的直接表达，包括形状（照片与图像）和行为（关系和规律曲线或形态模型） 。

8. 图３　数字图形、物理模型及数学表达 1 二、纺织材料的研究内容 0 如今的图形、图像技术使其变得既直观又简便，甚至复杂的数学物理模型和材料行为过程都可以动态地表达出来。

9. ； 而 爱因斯坦相对论的质量－能量关系 甲壳素纤维的分子式 Peirce的弱环（Weak-link）定律 1 二、纺织材料的研究内容 0 “式”即数字的关系，可以将很长而又费解的文字、很大而又复杂的图形，甚至无法表达的内容，简明地表达出来。

10. 1 二、纺织材料的研究内容 0 表达还可以借助其他手段与方法来实现，称为测量。这是实际的、直接的表达。

11. fk(Exi) IN gk(Exi) OUT 某加工过程 流程方向 加工、设计过程 SK (K= 1,2,, N) 纤维性质 fi (i=1,2,, m) 成品特征 Fj (j =1,2,, n)   可加工性评价 最优组合与 最低成本原则 • 检测（各过程与效果） • 控制（纤维和纤维集合体的运动） • 优化（加工工艺与设备） 特征与质量评价 舒适、风格、 功能、易护理、 可销毁和再利用 1 二、纺织材料的研究内容 0 表达还可以虚拟地进行，即通过已有的结果，进行建模、替代实际的测量，来预见性地表达、或模拟性地表达。

12. 研究对象及其间关系

13. 纤维、纤维制品的各层和相互关系图

14. 1 研究对象及其间关系 0 • 纺织材料可以通过纤维的结合： • 使刚性的材料变得柔软，使柔性的材料变得刚硬； • 使性质均匀的材料变得各向异性，使各向异性的纤维组合成各向同性物质； • 使部分物质（液、汽、气）能够出入自然，而使其它物质（颗粒、水、微生物、汽）无法通过； • 可使材料在多孔状态下达到隔热、保暖； • 可使材料在很大的变形下保持弹性； • 可让其他材料无法实现的三维曲面造型，通过二维平面的纺织材料，柔性、自然地贴服于人体上。

15. 1 三、纺织材料的发展 0 古远天然纤维的采摘、绑扎、悬挂、编结 种植、饲养、采矿、再生、合成等方法获取初级纤维 复杂、智慧的人工机械，甚至物理、化学方法加工成的可用于产业用、家用、服装用的纤维、纱线、织物及其复合体。

16. 三、纺织材料的发展－纤维

17. 三、纺织材料的发展－纤维 1 0 人类模仿天然纤维的发展过程

18. 纤维的发展及天然纤维的作用

19. 三、纺织材料的发展－纤维 1 0 • 人类至今不及天然纤维的地方： • 如纤维的强度和弹性伸长始终不及蜘蛛丝，即实际强度无法进入其分子强度的同一个数量级。 • 如纤维的原纤结构无法像棉、毛那样可以发生多级螺旋。 • 如纤维的中空度只能达到60%，而木棉纤维达到近90%的连续中腔。 • 如纤维的表观形态无法产生像毛发类纤维的鳞片状条纹或粗糙起伏； • 羽绒纤维可形成小枝杈和奇妙的分形现象； • 兔毛：中腔的“竹节”结构。

20. 木棉的微细结构与层次

21. 1 0 分叉羽绒和竹节多髓腔兔毛的形态

22. 三、纺织材料的发展－纱线 　　纱线：短纤维，加捻，连续；长丝，抱合，稳定的形态；多根细长的纱、丝，集合，满足使用要求。 　　其基本的发展进程： 简单加捻组合或直接合并到复杂多轴系的组合； 加捻（短纤）和粘合（生丝）方式到引入编织和纠缠机制（空气变形或气流混乱化纠缠）； 从纺纱、纺丝、合股成线的分离进行到纱、丝成“线”一步完成。

23. 纱线的发展流程及可能的提示 三、纺织材料的发展－纱线 纱线不仅是由短变长（短→长）的过程，且是长→匀、单→复、匀一→复杂的过程，涉及纱、丝、线及其组合复合体。

24. 三、纺织材料的发展－纱线 Self-twist spun自捻纺 Sirospun赛络纺 Solospun分束纺 Sirofil赛络菲尔 纺 纺纱中的分合之道引出的技术进展

25. 长丝束： 从简单的变形加工，延伸到多组份、异粗细、异长度、异截面、异收缩、异卷曲的一步成形纺丝（异组合加工）。 长丝、短纤维纱的共性问题 如何能人为地控制纤维的形状，加工中的状态，成形后的形态，使其能扬长避短、优势互补

26. 三、纺织材料的发展－织物 机织物： （1）起源与发展： 藤类、竹类材料的手工编织→线、绳的手工编织→手工织机的织造→机械化织造→多维，多轴系的织机和机织物 （2）特征：交叉、刚硬和稳定

27. 三、纺织材料的发展－织物 针织物： （1）起源与发展： 　　柔软的草茎或线状物的绑扎、打结→柔软的纱、线、绳的手工圈套、编结→简单的手工器具，弯曲的勾针或直挺的细棒的圈套与编织→手摇机械针织机及自动针织机。 （2）特征：柔软易变形、三维圈套

28. 三、纺织材料的发展－织物 编织物： 直到近50年，其没有多大发展的单轴系的编织溶入于纱线制造技术； 多轴系的编织成为当今机械自动化三维、多轴向、连续一次复合成形的最杰出的方法，是高层次结构、复合材料的基本要素和象征。

29. 三、纺织材料的发展－织物 非织造布： 是人类进步中循环往复、螺旋上升规律的写照。 最典型的非织造材料：人类文明起初使用皮革、草垫、纤维絮垫、造纸等。 非织造加工在近50年中快速发展，成为简化工艺、节省时间、降低能耗的典范。

30. 三、纺织材料的发展－织物 织物作为可直接应用产品，正较多较快地转向产业用纺织品；转向非织造、复合与组合、多轴与三维；转向机织、针织、编织、非织、粘结、涂层加工体系的组合与复合，使织物结构变得更合理、轻巧和功能化。

31. 三、纺织材料的发展－表征方法 　　纤维材料的结构、性能及其相互关系的表征： 棉：美国的HVI和相关的ASTM标准； 毛：澳洲人基本解决了羊毛的系统评价和实用表征方法（如ATLAS、SiroLan-LaserScan、OFDA等）以及IWTO采纳的标准及测量方法。

32. 三、纺织材料的发展－表征方法 　　纱线的结构和功能的表征： 纱线品质评价： Uster仪器几乎包揽（除显微观察和图像处理技术的应用）。 织物的表征： 较为客观和具有理论指导意义的是织物手感（hand）与热湿舒适性（comfort）的评价方法与仪器 如川端的KES，澳大利亚联邦科学院（CSIRO）的FAST，动态悬垂表征和有限元算法模拟织物造形，以及多种暖体假人模型测量装置。

33. 三、纺织材料的发展－表征方法 由科学表征、抽象思维产生的理论，绝大多数是国外学者的贡献。 Hearle教授的缨状原纤理论、纤维转移理论和纱线力学分析； Peirce博士的吸湿、弱环、弯曲、织物结构的理论； Binns、Peirce、川端季雄、Postle等织物手感风格的观点与理论； Woodcock的织物舒适性的透湿指数等， 以及高分子材料科学中的许多经典理论和方法。

36. 四、应关注的知识与理论 1、关注工业体系及工程知识 纺织工程、化纤工程、服装工程、纺织品设计，以及计算机技术、测量与仪器、标准体系方面的知识、技术及其进展。 2、关注材料科学的知识 　　金属和无机材料：规整结构（晶体）和力学物理性质 有机和高分子材料：高分子材料的结构、性质及其相互关系；缠结、扩散、运动、松弛理论；纤维成形原理及分子设计与合成控制；高聚物的力、热、电、光、表面性质方面的理论、实验结果、假说与问题 生物材料和生物学：生物性（生物相容性、可降解性、耐久性、可传导性等），生物体、生物酶

37. 四、应关注的知识与理论 3、关注表征技术与方法　　 应多关注材料形态与结构，物理、化学、生物性质，表面分析等测量理论与方法； 应该知晓和运用统计学和现代应用数学、图形图象技术、计算机辅助算法与设计。

38. 思　考　题 • 思考题： • 　试述纺织材料学的地位及属性。（P11 T1） • 　作为纺织材料学的发展，你认为什么是基础？应用数学和计算机技术的作用为何？ （P12 T4） • 　生物技术对纺织材料的发展有何作用？ （P12 T5）