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纖維的化學組成和結(jié)構(gòu)形態(tài)不同,其性能也不同。纖維的性能涉及諸多方面,這些性能直接影響著服裝面料的加工難易和服裝面料的眾多性能,如服裝面料的外觀、服裝面料的手感、服裝面料的舒適性能、服裝面料的成衣加工性能以及服裝面料的強度和保養(yǎng)照料性能等。其中影響服裝面料外觀性能的主要是纖維的細度、長度、形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學性能等;影響服裝面料生理舒適性能的主要是纖維的吸濕性能、熱學性能及電學性能等;影響服裝面料耐久性能和保養(yǎng)照料性能的主要是纖維的力學性能、耐氣候性能、耐化學品性能以及纖維的保養(yǎng)性能等。
(一)密度
纖維的密度是指單位體積纖維的重量,常用g/cm3或mg/mm3來表示。它決定于纖維本身的結(jié)構(gòu),如纖維長鏈分子的相對分子質(zhì)量和結(jié)晶度等特征。纖維的密度影響服裝面料的覆蓋性。密度小的纖維具有較大的覆蓋性,制成的服裝輕便。合成纖維比其他纖維的密度小,尤其是丙綸,比水還輕。
各類常用纖維的密度
(二)纖維的力學性能
纖維在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦力、壓縮、剪切等各種外力的作用下,產(chǎn)生各種變形的性能稱為纖維的力學性能。
在服裝加工和使用中,纖維主要受到拉伸力的作用。纖維在拉伸力的作用下所表現(xiàn)出的性能,稱為纖維的拉伸性能。主要表現(xiàn)為纖維的強度、伸長、變形的難易和變形的恢復等幾個方面。
(1)纖維強度
纖維受拉伸而斷裂所需的力稱為強力。強度是指每特纖維能承受的最大拉伸力。
(2)斷裂伸長率
纖維被拉伸到斷裂時,所產(chǎn)生的伸長值稱為斷裂伸長,也稱絕對伸長。絕對伸長與原來長度的百分比即為斷裂伸長率。用斷裂伸長率這一指標可表征纖維的延伸性。纖維的斷裂伸長率越大,纖維的延伸性越好。
(3)纖維的彈性模量
纖維的彈性模量,又稱初始模量,指纖維在最初較小變形階段,其應力與應變的比值。是一個表征纖維變形難易的指標。纖維的彈性模量越大,纖維越不容易發(fā)生變形,纖維也越硬。在其他條件都相同的情況下,用彈性模量大的纖維加工的服裝面料手感比較硬、更挺括。
(4)纖維的彈性
纖維受到外力作用會產(chǎn)生變形。去除外力,纖維所產(chǎn)生的變形中有一部分會立即恢復,隨著去除外力后時間的延續(xù),又有部分變形繼續(xù)恢復,但最終仍有部分變形不能恢復。去除外力后,立即恢復的這部分變形稱為急彈性變形;去除外力后,逐步恢復的變形稱為緩彈性變形;不能恢復的這部分變形稱為塑性變形。在所有變形(急彈性變形、緩彈性變形和塑性變形的總和)中,可恢復部分(急彈性變形和緩彈性變形的和)所占的百分比,稱為彈性恢復率。
彈性恢復率可以衡量纖維的變形恢復程度,衡量纖維的彈性好壞。彈性恢復率數(shù)值越大,纖維的彈性越好,變形恢復能力越強;反之則差。用彈性好的纖維加工的面料抗皺性好,而且,在其他條件都相同的情況下,用彈性好的纖維加工的面料通常較為耐磨,也耐疲勞,服裝制品也較為耐穿。
(5)纖維的疲勞
纖維在一個大小不變的拉伸外力作用下,變形隨時間的延長而逐漸增加的現(xiàn)象稱為蠕變。纖維因蠕變也會逐漸損傷,以致斷裂,這種現(xiàn)象稱為“疲勞”。即使是很小的拉伸力,如果長期或反復作用,纖維內(nèi)部的大分子也會伸直,逐漸被抽拔、滑移,而最終解體。
勤換衣服,創(chuàng)造了不受力停頓的條件,而洗滌又加速了緩彈性變形的恢復,因此勤換勤洗衣服,衣服更耐穿。
(三)纖維的熱學性能
材料在溫度變化過程中表現(xiàn)出來的物理性能,如比熱容、熱傳導、熱穩(wěn)定性等,稱為熱學性能,其與服裝面料的加工和服用性能有密切關(guān)系。
(1)比熱容
由于水的比熱容約為一般纖維的2~3倍,纖維的比熱容隨吸濕的增加而相應增大,因此潮濕的服裝由于比熱容上升,在接觸到熱源時,溫度升高的速度沒有干燥的衣服快。
在冬季,當貼身穿著的服裝面料比熱容較大時,其瞬時冷感較強,容易造成剛穿上身時的冰涼感,令人不舒適。另外,在冬季,當人體從事大運動量活動而致身體大量出汗時,若貼身穿著的服裝面料吸濕性好而導水性差,容易造成汗水滯留在服裝面料中,使得服裝面料的比熱容顯著增大,停止運動后,身體產(chǎn)熱量下降,若不及時增加衣物,容易造成服裝從身體表面吸走大量熱量,使人體著涼、感冒。
(2)導熱
熱量從高溫物體向低溫物體傳遞的一種接觸散熱方式稱為傳導散熱,簡稱導熱。不同物體傳導散熱能力的大小與本身結(jié)構(gòu)及性狀有關(guān)。
靜止空氣的導熱系數(shù)最小,是理想的熱絕緣體,因此應使服裝材料中盡可能富含靜止空氣是提高服裝保暖性能的有效措施。水的導熱系數(shù)最大,約為纖維的10倍左右,因此服裝受潮濕潤時會使纖維導熱系數(shù)增大,導致服裝保暖性能下降。
(3)熱對纖維材料的影響
纖維在受熱過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會發(fā)生相應的變化。溫度升高會使分子運動加劇,纖維分子鏈之間的作用力減小,物理機械狀態(tài)改變,纖維最終熔融或分解。在加熱速率相同的情況下,纖維升溫的速率與其比熱容有關(guān)。比熱容越小,升溫越快。
大多數(shù)合成纖維,在熱的作用下,會經(jīng)過幾個不同的物理機械狀態(tài)(玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)),直到最后熔融。天然纖維素纖維和天然蛋白質(zhì)纖維的熔點比分解點還要高,在高溫作用下,不經(jīng)過熔融就直接分解或炭化。
(4)合成纖維的熱塑性與熱
合成纖維或其織物加熱到玻璃化溫度以上時,纖維內(nèi)部大分子間的作用力減小,纖維的變形能力將增大。這時,如果施加一定張力,強迫纖維變形,在冷卻并解除外力作用后,合成纖維面料的形狀就會在新的分子排列狀態(tài)下穩(wěn)定下來。使用中的溫度只要不超過定型溫度,纖維或織物的形狀就不會有大的變化。合成纖維的這種性能稱為熱塑性。利用纖維的熱塑性進行的這種加工處理,稱為熱定型。
服裝熨燙就是熱定型的一種形式。
影響熱定型效果的主要因素是溫度、時間和纖維材料含有的水分。熱定型加工時,合成纖維或其織物在高溫處理后若急速冷卻,可形成較多的無定形區(qū),使纖維或織物的手感較為柔軟,富有彈性,得到良好的定型效果。如果高溫處理后長時間緩慢冷卻,除了纖維和織物的變形會消失外,還會引起纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的顯著結(jié)晶化,使織物彈性下降,手感變硬。
錦綸等吸水性較大的合成纖維,所含水分可能降低纖維的大分子間的結(jié)合力,加速分子間結(jié)合點的斷開,有利于熱定型效果,因此用蒸汽定型效果比干熱定型的效果要好。
(5)纖維的耐熱性
纖維材料抵抗因熱而引起的破壞的性能,叫做耐熱性。
(6)燃燒性能
纖維是否易于燃燒及在燃燒過程中表現(xiàn)出的燃燒速度、熔融、收縮等現(xiàn)象稱為纖維的燃燒性能。纖維素纖維與臘綸纖維易燃,接觸火焰時迅速燃燒,即使離開火焰,仍能繼續(xù)燃燒。羊毛、蠶絲、錦綸、滌綸、維綸等也是可燃的,接觸火焰后燃燒,但燃燒速度較慢,離開火焰后能繼續(xù)燃燒。氯綸等含鹵素的纖維是難燃的,接觸火焰時燃燒,離開火焰后自行熄滅。石棉、玻璃纖維是不燃的,即使接觸火焰,也不燃燒。
表示纖維及其制品燃燒性能的指標分為兩類:一類是表征纖維可燃性的指標,如纖維的點燃溫度(燃燒開始的溫度)和發(fā)火點(開始冒煙的溫度),用來衡量纖維是否容易燃燒;另一類是表征纖維阻燃性的指標,如極限氧指數(shù),衡量纖維是否容易維持燃燒。極限氧指數(shù)LOI(Limited Oxygen Index)是材料點燃后在大氣里維持燃燒所需要的最低含氧量的體積百分數(shù)。
點燃溫度和發(fā)火點越低,纖維制品就越易燒著;極限氧指數(shù)越低,表示材料在點燃后越容易繼續(xù)燃燒。要達到離開火焰后立即自滅,纖維的極限氧指數(shù)應大于27%。
消防服、工作服和軍服等都要求有良好的阻燃性能,老年人和兒童的服裝也有防火要求。
提高服裝面料阻燃性能的途徑通常有兩個:一是制造難燃纖維??梢酝ㄟ^在紡絲原液中加入防火劑來生產(chǎn)難燃黏膠纖維、難燃腈綸纖維和難燃滌綸纖維等,也可以由合成的難燃聚合物紡織難燃纖維,如諾梅克斯(Nomex)和凱夫拉(Kevlar)等;二是對服裝面料進行阻燃整理,尤其是常用的棉織物和滌綸織物。通常經(jīng)阻燃整理得到的阻燃面料的阻燃性能的耐久性不及由難燃纖維加工而成的面料。
(7)合成纖維的熔孔性
在穿著過程中,合成纖維面料局部受到或接觸到溫度超過熔點的火星等微小熱體時,接觸部位會熔融形成孔洞,合成纖維的這種性能稱為熔孔性。抵抗熔孔的性能稱為抗熔性。
從50℃開始升溫至熔融或分解,滌綸和錦綸吸收的熱量遠小于棉和羊毛,說明滌綸和錦綸容易產(chǎn)生熔孔,而棉和羊毛抗熔性好。
因此,在穿著合成纖維面料的服裝時,應注意避免煙灰、砂輪火星等微小熱體的損害。
(四)纖維的電學性能
(1)電阻
電阻是表示物體導電性能的物理量。纖維的電阻一般以比電阻表示,紡織纖維常用的是質(zhì)量比電阻。電流通過單位質(zhì)量的物體且其長度為單位長度時的電阻稱為質(zhì)量比電阻。纖維是電的不良導體,質(zhì)量比電阻都很大。
影響纖維材料電阻大小的最主要因素是纖維的吸濕性和空氣的相對濕度,纖維吸濕性好、空氣相對濕度又大時’,纖維吸濕量大而電阻小。因此,棉、麻、黏膠纖維的電阻比滌綸、錦綸、臘綸等合成纖維的電阻小。
(2)靜電現(xiàn)象
纖維材料在加工和穿用過程中,會和人體及各種物體發(fā)生摩擦而產(chǎn)生靜電。如果纖維或物體的導電性不好,電荷不易逸去,就會產(chǎn)生靜電積聚。服裝在產(chǎn)生靜電積聚時易沾污,并發(fā)生纏附現(xiàn)象,致使人體活動不方便,穿著不舒服、不雅觀,甚至引起火災。
材料所帶靜電的強度,可以用電荷半衰期和比電阻表示。電荷半衰期指纖維材料上的靜電電壓或電荷衰減到原始數(shù)值的一半所需的時間。
纖維素纖維的靜電現(xiàn)象不明顯,羊毛有一定的靜電干擾,而合成纖維和醋酯纖維制品的靜電現(xiàn)象較嚴重。合成纖維及其織物常采用耐久性抗靜電處理方法。如在合成纖維聚合或紡絲時,加入親水性聚合物或?qū)щ娦缘母叻肿踊衔?;采用復合紡絲法,制成外層有親水性的復合纖維;也可以在混紡紗中混入吸濕性強的纖維,或按電位序列把帶正電荷的纖維和帶負電荷的纖維進行混紡;或混入少量的永久性抗靜電纖維或?qū)щ娎w維(金屬纖維等);對合成纖維面料還可以進行耐久性的親水性樹脂整理來避免靜電現(xiàn)象。另一方面,纖維制品也可以采用暫時性抗靜電處理方法。例如通過利用表面抗靜電劑在纖維表面形成一層薄膜,或者增強吸濕性,以降低纖維的表面比電阻,使產(chǎn)生的靜電易于逸散。
(五)纖維的吸濕性能
纖維吸收氣態(tài)水分的能力,稱為纖維的吸濕性。表征纖維吸濕性的指標是公定回潮率。為貿(mào)易等需要,一個國家(地區(qū))或國際組織對紡織材料、紡織品規(guī)定的“回潮率”,稱為公定回潮率。纖維的公定回潮率越大,說明纖維的吸濕性越好。
回潮率指纖維材料中所含有水分的重量占纖維材料干重的百分比。纖維的實際回潮率隨纖維所處環(huán)境的溫濕度的變化而變化。
服裝用纖維中,纖維素纖維和蛋白質(zhì)纖維的吸濕性好,屬親水性纖維;大多數(shù)合成纖維吸濕性較差,是疏水性纖維。
纖維吸濕后,除棉、麻等天然纖維素纖維的強力隨回潮率上升而增大外,絕大多數(shù)纖維的強力隨回潮率的上升而降低,其中普通黏膠纖維強力降低尤為突出,最高降低60%。滌綸纖維因吸濕性很差,在吸濕后強力幾乎不變。除滌綸纖維吸濕后斷裂伸長率沒有變化外,絕大多數(shù)纖維吸濕后的斷裂伸長率都有所提高。纖維吸濕后,纖維更容易變形、彈性降低,這時服裝面料更容易折皺。
纖維吸濕后還存在放熱現(xiàn)象。將1g干燥的纖維吸濕到完全潤濕時所放出的總熱量稱為“潤濕熱”。纖維吸濕放熱,有助于人體適應環(huán)境溫濕度的突然變化。例如,從20℃、40%相對濕度的室內(nèi)條件進入10℃、90%相對濕度的室外條件時,1kg羊毛服裝約放出350kJ的熱量,使人體體溫在短時間內(nèi)不至于明顯下降。在纖維及纖維制品(包括服裝在內(nèi))的存儲保管中,必須保持干燥、通風,否則會因吸濕發(fā)熱而霉變,甚至引起自燃。
纖維吸濕后導電性能增大,可降低服裝的靜電。
(六)纖維的表面性能
纖維的表面性能取決于其表面和表層的結(jié)構(gòu)特征。廣義上,纖維的表面性能包括:表面摩擦、磨損和變形;表面光學特性,如色澤特征;表面?zhèn)鲗匦?,如對熱、濕、聲、電的傳遞;表面能及表面吸附與黏結(jié)等。
纖維的表面性能與面料的性能關(guān)系密切。如羊毛纖維表面有鱗片,使順鱗片和逆鱗片方向的摩擦性能有很大差異,使羊毛面料具有縮絨性。如兔毛纖維表面很光滑,含兔毛面料在服用過程中就容易掉毛。如coolmax纖維,由于其特殊的表面溝槽結(jié)構(gòu),使coolmax纖維面料有很好的導水性(排汗性)。
(七)纖維的耐氣候性
纖維抵抗日光、風雪、雨露、霉菌、昆蟲、大氣中各種氣體和微粒的破壞作用的性能,稱為耐氣候性。纖維的耐氣候性以纖維的耐日光性為主。
日光中紫外線對纖維長鏈分子的破壞較厲害。室內(nèi)穿用的服裝及織物,由于日光不直接照射或者被玻璃濾去了紫外線,因此受日光的影響不大。但戶外穿用的服裝及使用的其他纖維制品,會受到日光不同程度的破壞。除強度下降外,還會影響顏色和光澤。各種纖維耐光性的優(yōu)劣次序大致是:
礦物纖維〉腈綸〉麻〉棉〉毛〉醋纖〉滌綸〉氯綸〉富纖〉有光黏膠纖維〉維綸〉無光黏膠纖維〉銅氨纖維〉氨綸〉錦綸〉蠶絲〉丙綸。
(八)纖維的耐化學品性能
纖維的耐化學品性能是指纖維抵抗各種化學藥劑破壞的能力。
纖維素纖維對堿的抵抗能力較強,而對酸的抵抗能力很弱。纖維素纖維染色性能較好,可用直接染料、還原染料、堿性染料及各種硫化染料等多種染料染色。
蛋白質(zhì)纖維對酸的抵抗力較對堿的抵抗力強。堿會對蛋白質(zhì)纖維造成不同程度的損傷,甚至導致分解。除熱硫酸外,蛋白質(zhì)纖維對其他強酸均有一定的抵抗能力,其中蠶絲稍遜于羊毛。氧化劑對蛋白質(zhì)也有較大的破壞性。羊毛可用酸性染料、酸性媒染染料、還原染料和活性染料染色;蠶絲用直接染料、酸性染料、鹽基染料及酸性媒染染料染色。
實際使用中常常利用各種纖維的化學性能來作為鑒別纖維的理論依據(jù),并基于纖維的化學性能來開發(fā)風格獨特的新產(chǎn)品。如絲光棉、爛花織物和機可洗羊毛衫等。
(九)纖維的保養(yǎng)性能
纖維的保養(yǎng)性能主要體現(xiàn)在服裝制品保管和照料的難易。
(1)存放
天然纖維素纖維和蛋白質(zhì)纖維都易受霉菌作用,在高溫高濕條件下尤其容易發(fā)霉。若服裝沾有油污,就會成為霉菌的營養(yǎng),導致霉菌生長,更易使服裝霉爛變質(zhì)。
蛋白質(zhì)是蠢蟲、衣蛾和蛀蟲等的食物,特別是沾有污物的蛋白質(zhì)纖維制品更易被蟲蛀。因此,含蛋白質(zhì)的纖維在存放保管時除了要保持清潔和干燥外,還應特別采取防蛀措施。
合成纖維制品對霉菌和蛀蟲的抵抗能力較強,所以存放較為方便。
(2)洗滌
纖維素纖維面料和蛋白質(zhì)纖維面料洗滌后都比較皺,需要熨燙才能平整,洗可穿性差。合成纖維面料,特別是滌綸面料,易洗快干、免熨燙,有很好的洗可穿性。