1、第十章織物的結構與性能概述紡織材料直接和主要的產品是織物，柔性平面薄層狀的物質織物的成形 ：纖維經成網固著；成紗織、編而成織物的軸與維： 一維結構、 二維結構、 三維結構； 單軸和多軸一般織物： 機織物、針織物、非織造布、編織物等特種織物： 三維結構或三維成形織物、層合或混合復合織物、可呼吸織物、電子織物等織 物 的 應 用 ： 建 筑 (architectured and construction) 、 土 工 (geotextile) 、 防 護 (safety and protective) 、 運 動 (sports and recreation) 、運輸 (automotive an

2、d transportation) 、航空航天(aviation and spaceflight )、醫用 (medical) 、軍用 (military and defence)、產業 (industrial) ，以及人類穿著用的重要的高科技紡織品 (high-tech textiles) 的基礎用材。問題： 單一或復合、二維或三維織物的結構均有定性的闡述，對結構與常用性能間的關系也有討論，但對織物結構、性能、成形及其相互間關系的定量描述還顯得比較粗淺， 尤其是對復雜結構織物及其定量表征與實際存在較大差距。章節分配（ 34 學時）本章僅對已有的理論和傳統織物結構及其常用性能作簡要介紹，并較多

3、地限于服用織物結構和性能的描述。 1. 織物的類型與結構表征 2. 纖維的介電性能 3. 纖維的靜電性質 4. 導電高聚物的導電性質1第一節織物的類型與結構表征一、織物的結構分類與名稱織物的分類方法眾多，可以根據加工方法、成形方式、基本性能、選用纖維或紗線、織物組織和結構、厚度和輕重、用途和功能等進行分類。 但作為織物結構、 性能和成形的相互關系討論，則較多地運用直接相關結構特征和成形方式進行分類。1 A 類織物：A 類為紗線按一定的排列組合結構形成織物。2 B 類織物：B 類結構中，紗線以粘結的方式成形。3 C 類織物：C 類織物為非織造布。4纖維類和非纖維類片狀物D 類為膠質物質將纖維粘結

4、在一起，并與微孔共同構成穩定的結構。 E 類薄片一般為均勻結構膜，可以是“合金”物質，亦可為多孔結構，一般較多地以涂層和覆膜成形。二、復合和層合織物各類織物簡單層合構成復合織物，以及混合、組合、交叉等方式構成復雜復合織物。三、常用織物的結構特征常用織物主要是指一般民用的普通機織物、針織物、編織物和非織造布。紗線相互交織成形（interweaving ），如機織物；紗線相互圈結成形(interlooping) ，如緯編和經編織物；紗線相互纏繞扭結成形 (intertwining or interlacing) ，如編結織物；纖維相互粘結或糾纏成形，如毛氈和非織造布；基布表面成圈或簇絨成形 (te

5、rry-looping or tufting) ，如機織、針織起絨織物和地毯。四、特殊織物的結構這里所指的特殊織物是在成形方式和結構上， 為非常規方法直接所得的織物，這類織物主要為多層復合織物，如柔性建筑頂蓬2織物；紡織結構材料，如增強編織材料、人造血管與肌腱等；涂層復合織物，如過濾防護材料。五、織物結構的作用與不均勻性1織物結構對最終用途的影響2織物結構的不均勻性織物結構的不均勻性受纖維或紗線形態和弱節的影響。 但多道加工的纖維混合，紗線織物的組合，原先的弱節已被弱化。實際織物的結構不均勻性主要表現在三方面：織物組織結構不均勻，普通織物是均勻結構，而復雜織物組織為不均勻結構。纖維或紗線的排列

6、的方向性引起的結構不對稱性和層合與起絨織物的各層異性。構成織物的單元（如紗線或纖維）聚集的缺陷和織物接縫或使用中的結構缺陷。第二節織物幾何結構與表征一、機織物的幾何結構1 Peirce的幾何模型Peirce （ 1937）對機織物的幾何模型作了下述近似描述，假設紗的截面為圓形，不考慮紗的抗彎性，并內應力為零，其幾何模型的各幾何參數為 :a(lD) cosD sin(10- 1)h (lD) sinD (1 cos )(10- 2)clal(10- 3)a1alaa(10- 4)1ll32非圓形紗線的幾何結構參數彈性曲線的曲率半徑可以由下式表達ma2(10- 5)Fx8xsin當 x = a/2

7、 時，達最大值（大于由Peirce 模型）a(10- 6)max4 sin3緊密織物的幾何學緊密織物中紗線的截面肯定發生變形，如用橢圓形截面，無法積分解出，故大多采用“跑道形”截面。這種假設，在A、B 之間紗的截面為圓形，仍采用Peirce 的模型。紗間距 a 為aB 2h2(w b)(10- 7)式中， B=b1+b2 為經、緯紗的厚度值之和；w 為紗線跑道距截面的寬度值。由于 hB2(a ) 2 , a=a-(w-b)；且 h1+h2=B，可得(a1 ) 2(a2 )2111(10- 8)B2B 24、機織物的厚度與體積分數機織物的厚度，考慮表面毛羽的影響，在幾何概念上大致可分為四種厚度，

8、分別為：含毛羽的厚度 Tmax，；織物結構相厚度 Ts；織物為等支持面時的厚度 T0；織物的壓縮變形厚度T，即織物受壓力 P 作用時的厚度。織物中的纖維填充密度取決于纖維所占的體積， 平紋織物的體積分數 Vf 為：V f2(l / d)4(10- 9)4 ( a / d)2 (T / d)式中， 為纖維在紗中得堆砌體積分數；T 為織物的厚度， TD=2d；紗線的織造角為arctan 2 (a / d )23arctan(d / a)(10- 10)二、針織物的幾何結構1線圈長度與密度4Peirce將其在機織物幾何模型的概念推廣到針織物，考慮一個針圈在兩個正交的近似圓柱體上。則其線圈長度l 為l

9、 2C W 5.94d(10- 11)式中， C是橫向圈距； W是縱向圈距（或圈高） ；d 為紗線的直徑。根據針織物的橫密 Pc 和縱密 Pw 的定義，得C50PC；W50 P(10- 12)W理論上，圈距的乘積應該是正比于線圈長度的平方，即l 2CW 或PPC PW 1 l 2(10- 13)式中 P 為線圈密度。 Munden的結果證實了這一關系。并未充滿系數 和其他參數lk1l 2llk4Cd ；WC ；k2；k3；W (10- 14)CW2 Munden 的幾何模型Munden 給出了針織線圈模型，其假設與Peirce 的彈性模型相同，討論線圈AB 段的特征。在A ， B 點作用力間的

10、距離是織物的縱向間距 W，A ，B 點垂直線間的距離相當于紗線的直徑d，由前機織物的推導式 (10-3) 可知，l ABW (1Crim )(10- 15)并有d4Crim(10- 16)W3其中 Crim為 (l ABW) W 很難測量，因線圈有三維空間的彎曲。3 針織物的厚度與體積分數T 2de2 d e(10- 17)有關針織物的體積分數，有別于覆蓋系數，可更為精確地表達織物的填充密度。三軸方向， X 為長度方向（縱向 X=W/2）； Y 是寬度方向（縱向 Y=C/2）；Z=T 為織物的厚度； 為紗線的取向角。并假設紗線為圓形，直徑為 d，當紗線擠壓時，則有XW2 ;YCmax 2 1

11、sin; 或 X tan1; Z 2dd2dd2dcosdcos若纖維在紗中堆砌的體積分數為，針織物的體積分數可被導出5V f1( X / d) 28 ( X / d) (Y / d) cos1 tan2 (2d / X )(Y / d)1tan2 (2d / Y)(10- 18)針織物的體積分數相對機織物來說較低，開始擠壓。Vf 0.2 時，紗線就三、非織造布幾何結構1毛氈傳統的毛氈，是由羊毛纖維穿插運動而糾纏成氈的結果。其它纖維采用針刺糾纏的方法，使纖維集合成氈。用針刺、編縫、粘結的方法，可以生產高質量的織物。2針刺纖維氈針刺氈為非均勻相結構，其為針刺點的糾纏結構（豎直和糾纏纖維及其針刺點

12、分布與密度），原纖維網結構（平行纖維）和過渡區結構（纖維傾斜和密度變化）的組合。針針刺纖維氈的體積分數Vf 可以導出V fV f l z / cos；Ap / Auc(10- 19)式中 Auc xy 為單元體的截面積。通常針總是刺穿織物，所以l z 1 ，則V fV f / cos(10-20)3、粘結纖維網根據纖維粘結方式，可將此類非織造布分為： （ a）纖維自粘結（熱熔與熔噴纖維） ；（ b）纖維由粉末粘結劑粘結； （ c）纖維熱軋熔融粘結；（ d）纖維與浸漬液的粘結。第三節織物的基本性能織物的性能涉及多方面的內容，大致歸納起來分為三方面。織物的基本物理和化學性質，取決于織物的結構與組成

13、；織物的可加工性，織物的易染整加工性和使用后的易處理與可再生性；織物應用中的功能與作用，如耐用性，防護作用和易護理或易使用性。尤其是服用織物的舒濕性和與人體的協調性；裝飾類織物的各種穩定性和不易污染與霉變；產業用織物的功能的有效性、耐各種老化和應用場合的適應性，極其重要。6本節僅對織物的一些基本物理性能和與服用材料相關的易加工性和使用性能作基本介紹。一織物的基本力學性能織物的力學性質涵蓋多方面，如纖維和紗線的力學性質，有靜態和動態力學性質，以表征織物的基本力學特征；有在低負荷下的織物力學行為，以模擬實際穿著和手感風格；有破壞和耐久試驗，以討論織物各種破壞的形式、條件和耐久性。這里主要給出小負荷

14、下的織物拉伸、彎曲、剪切、起拱等的描述。1織物的拉伸 織物位伸中的幾何結構變化dh1 cda1.5(10- 21) 拉伸模量的估計c情況 A：情況 B：情況 C：情況 D：情況 E： 織物各方向上的模量Ecos4( 12v12 ) sin 2cos2sin 4(10- 22)E1GE1E2式中， G 為剪切模量； v12 為織物的波松比；為位伸方向與經紗方向的夾角。2織物的彎曲與起拱 織物的彎曲BFnBy1；BFn1 cBy(1 c)(1 ) 織物的起拱（ Buckling）兩端握持的彈性體起拱的Euler表達，臨界起拱力為：Pcr42 BF(10- 23)l2d其彎曲的曲線微分方程為BFPy

15、(10- 24)ds式中， P 為壓縮力； s 為沿彎曲線的距離，其給出了曲率半徑 ds / d 與彎矩 M=Py 的關系，由此式經整理可變為dsBF /Pd =2(cos cos )(10- 25)73織物的剪切伸長方向上的應變為；原長為 l0，則伸長后的長度為l=l0(1+ )。由于面積不變，垂直方向上長度的收縮應為 l0 /(1+ )，小變形時可近似為 l0(1-)。SFF FW tan這只是特定變形角度下的靜態方程，如果連續觀察在下的位移 dx 和織物的向上收縮 dy ，即 F 力作功和重力的差值為剪切變形功。由此(10- 26)F 作用W 提升作功dy(10- 27)Sdx Fdx

16、Wdy ( F W )dxdx二、織物的耐久性耐久性質討論的是織物破壞的力學行為，其包括拉伸、撕裂、頂破、銳器割刺、沖擊、疲勞、磨損等機械的破壞，以及熱、光、電作用的降解、變形失效和擊穿破壞等。1拉伸斷裂與疲勞破壞2織物的雙軸向拉伸與頂破對球面膨脹：12PR(10- 28)2t對園柱膨脹：軸向應力1為1圓周向應力2 為2PR2t ；PRt3撕裂破壞由單縫撕裂作用的三角區來看，所得的最大張力值為：NNPN1(10- 29)TPi 1Pi 11i 1i1N1當橫向 A 紗的斷裂強力為Ty 時：T yP(10-30)1三織物的易護理性能織物的易護理（ easy-care）性能通常是指織物在使用過程中

17、的易于保養，便于使用，并能保持原有外觀特征的性能。如易洗快干、免燙或洗可穿、抗皺防縮、抗菌、防霉防蛀、機可洗、不易8沾污、不易掉色和變色、不易起毛起球等性質。其中起毛起球與織物的磨損有關，往往歸耐久性討論。四、織物的其他性能服用織物最為人們所關注的性能還有織物的手感風格，是織物在低應力下的力學性質、形狀特征和部分導熱性的綜合感覺；織物的視覺風格， 表達人們對織物外觀效果和色澤特征的綜合評價；織物的舒適性，反映織物熱濕傳導和與皮膚接觸的生理感覺；成衣加工所需的性質，如可縫紉性（sewability ）、尺寸穩定性（ dimensional stability ）、可裁剪性（ tailorabil

18、ity ），抗靜電性等；以及特殊應用的功能要求，如阻燃與耐高溫、拒水和防風、耐酸堿和化學作用、防彈防刺割、高吸水、防護隔絕等。綜上所述的各種性能，可以將服用織物的基本性能歸納為五點：力學性質、審美學有關的性質、生理需求的性質、成衣可加工性質和使用功能需求的性質。第四節織物的接觸舒適性織物視覺舒適性 (visual comfort) ，較多地體現人的心理直接感受，如面料的色彩、 光澤、組織和形態。 織物的 熱濕舒適性 (thermalcomfort )，則反映人織物環境間微氣候（ microclimate ）對人體的作用，主要為人體的生理和物理感覺，如透氣導濕性，傳熱或保暖性等。 觸覺舒適性 (

19、tactile comfort) ，稱接觸舒適性， 是指人體皮膚在受到外加織物或服飾作用時的生理感覺，具有被動和不可回避性。其作用位置是人體須遮蔽保護或保暖的皮膚。其作用形式則是局部的刺激和壓迫，往往是不愉悅的感覺 (discomfort) 。這種刺激還會引起皮下神經末梢的感應和激發，刺激周圍感應細胞，形成連鎖反應，如分泌、散發、充血、細胞收縮和疲勞，其結果往往產生生理不適和心理不悅。一、觸覺舒適性與皮膚構造接觸的舒適感源于皮膚與織物接觸時，織物對表皮層下的感覺接受器 （ sensory receptor）的刺激。 這些感受器即為人體的感覺9神經，其包括：觸覺感受器（ touch recept

20、or）、熱感受器（ thermal receptor）和痛感受器（ pain receptor）。皮膚與織物接觸時會產生各種感覺，其一般定性的描述是：癢 或 瘙 癢 （ tickle ， itch ）， 刺 癢 或 刺 痛 （ prickle ）， 刮 擦 癢（ scratchiness），局部壓迫 (localized tightness)，接觸冷感或溫感(initial cool/warm feeling) ，濕粘澀 (wet and tacky clinging) ，振動與拔拉汗毛 (fibre shedding)，過敏反應 (allergic response)等，以及表面光滑或粗糙，

21、堅硬或柔軟。接觸不適感主要包含三個方面的內容：刺癢感，粘澀與濕冷感、局部壓迫不適。皮膚的結構分為表皮層（epidermis）、真皮層（ dermis）和皮下組織。表皮層有五層結構，厚度為0.10.2mm 。真皮層中含有豐富的神經末梢（nerve fiber end）和小體感受器（recepter），以及毛細血管、汗腺、皮脂腺和立毛肌。皮膚可感知的單一的接觸感覺有：觸/壓覺、冷 /溫覺和痛覺。而對應的感受體是觸壓感受小體 （Meissner 小體和 Merkel 細胞）、壓覺環層小體（ Pacini 細胞），冷（ Krause 終球）、溫（ Ruffini 末端體）感受器和痛覺游離神經末梢（ f

22、ree fiber ends ）。二、織物的刺癢感當作用外力大于某一閾值時（ 75mgf），癢可能變換為痛的感覺。1刺癢的生理作用皮膚電極刺激實驗表明，通常在長有汗毛的皮膚表層，痛覺神經末梢分布最接近皮膚表層。要使受刺激神經纖維產生反應，必須施加一定程度的刺激，大部分的疼痛神經都是如此。刺癢感產生的閾值的探討還未見報道。2刺扎纖維的特征與作用不同纖維性狀及毛羽形態對人體產生的刺癢感是不同的。纖維性能與形狀，如直徑、長度和剛度是最為重要的影響因素。3織物的組織結構織物結構影響皮膚刺癢感，主要是織物組織的稀密程度和紗線的捻度大小。可以解釋為，毛羽是一端被織物中的紗線所抱合10握持，一端伸展在外的纖

23、維。如果織物結構松散，紗線捻度小，毛羽被握持一端的活動余地大。4其他作用和反應刺癢的其他作用主要是指人穿著衣物過程中的一些化學刺激和皮膚過敏。三、織物刺癢感的評價與消除1主觀評價方法顯然主觀評價方法與手感評價早期的主觀評價方法一樣。是以人體感覺器官的感受及描述為依據的，即在一定的外界刺激水平 S 下，刺激的增量S 與被測試者的主觀感應量R 的相互關系：R F (S) 或 R f ( S / S) ， 故 人 為 和 環 境 影 響 很 大 。 根 據Weber-Fechner 定律 ,心理反應變化量R 與S 的關系為：RK( S/ S)(11. 21)式中 K 為常數，積分上式得， RK ln S C ，R0 時，C K ln S0 。所以，RK ln( S / S0 )(11. 22)2客觀評價方法毛羽的測量法，纖維不起拱的刺扎力（ critical buckling load ） 0.75mN ，薄膜壓痕法，唱機劃片作用法等。3織物刺癢感的消除方法四、觸覺舒適性的其它內容織物的接觸冷、溫感的評價。織物與皮膚間的濕粘作用評價。人體的物理、化學調節作用的產生與表征仍鮮見報到。一般參考書參考文獻第十章思考題1 討論織物的一般結構及其于用途間的相互關系。2 從織物結構的角度討論織物功能化的方式與可能性。3 試述復合織物的基本定義與成形方法。114 試述紡織結構材料的