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纺材实验指导书
纺织材料实验指导书
实验一、纺织材料原料认识与鉴别
一、基本知识
凡对用来制成纺织制品的纤维称为纺织纤维。
纺织纤维细而长,有一定的强度,柔韧而有弹性,耐磨,有一定的抱合力。
纺织纤维按其来源分为天然纤维和化学纤维两大类。
天然纤维又可分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维。
植物纤维的主要组成物质是纤维素,所以又称为天然纤维素纤维,常见品种有棉和麻。
动物纤维的主要组成物质是蛋白质,所以又称蛋白质纤维,它分为毛和丝。
矿物纤维主要有石棉等。
化学纤维是经过化学工艺加工和纺丝成形而制得的纺织纤维。
按其所用原料和加工方法不同,化学纤维又可分为再生纤维、醋酯纤维和合成纤维几类。
再生纤维是以天然高聚物为原料,经过化学处理与机械加工而再生制得的纤维。
如粘胶纤维、富强纤维、铜氨纤维等。
醋酯纤维是以天然纤维素纤维为原料制成的、组成成分为醋酸纤维素酯的纤维。
合成纤维是利用低分子化合物为原料,经过化学合成与机械加工制得的纤维,其主要品种有:
聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶6、锦纶66等)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇纤维(维纶),聚丙烯纤维(丙纶)及乙烯纤维(氯纶)等。
此外,还有玻璃纤维、金属纤维和碳素纤维等。
纺织纤维的种类很多,随着化学纤维的大量发展,混纺和交织的纺织品也日益增加,而纺织品的性能与组成该纺织品的纤维性能密切相关。
因此,在纺织生产管理或产品分析中,对纤维进行科学鉴别就更为重要。
各种纺织纤维的外观形态或内在性质有相似的地方,也有不同之处。
纤维鉴别就是利用纤维外观形态或内在性质差异,采用各种方法把它们区分开来。
各种天然纤维的形态差别较为明显,而同一种类的纤维形态基本上保持一定。
因此,鉴别天然纤维主要是根据纤维外观形态特征。
许多化学纤维特别是一般合成纤维的外观形态基本相似,其截面多数为圆形,但随着异形纤维的发展,同一种类的化学纤维可以制成不同的截面形态,这就很难从形态特征上分清纤维品种,因而必须结合其他方法进行鉴别。
由于各种化学纤维的物质组成和结构不同,它们的物理化学性质差别很大。
因此,化学纤维主要根据纤维物理和化学性质的差异来进行鉴别。
纺织材料(织物)仅由一种纺织纤维构成的为纯纺织物;纺织材料(织物)由两种或两种以上纺织纤维构成的则为混纺织物、交织织物或复合织物。
由于纺织材料的混合、交织使用,及对这些材料的改性或后整理,使得纺织材料的原料鉴别更加复杂化。
因此,需对纺织材料进行全面的鉴别。
鉴别纺织材料所含原料的主要方法有:
手感目测法、燃烧鉴别法、显微镜鉴别法、溶解鉴别法、熔点鉴别法。
此外,还有红外吸收光谱鉴别法、着色试验法、密度梯度法、双折射率测定法、X射线衍射法等,而后几种在鉴别实验中较少应用。
二、实验目的
该实验要求学生通过眼看手摸(手感目测)来观察、感知纤维的长度、细度及其分布、卷曲、色泽及其含杂类型、刚柔性、弹性、冷暖感等来认识各种纤维。
选用科学有效的方法,快速、简便、正确地鉴别未知的纤维或织物的纤维原料。
鉴别纤维是一门实用性很强的技术,在生产、管理、贸易和新产品分析中经常遇到,鉴别纤维就是要根据各种纤维外观形态和内在性质的差异,采用物理或化学方法,如手感目测法、显微镜法、燃烧法、化学溶解法、着色法、熔点法、红外吸收谱法等来区别纤维,各种方法的鉴别机理、适用场合及其达到的精度有所不同。
通过实验使学生掌握不同纤维材料性能与特征,掌握各种鉴别方法,并能针对不同的纤维设计出合理、快速的鉴别方案,提高学生分析问题、解决问题的能力。
本实验为所有纺织类专业的最基本实验。
三、试验仪器及试样
试验仪器:
有普通生物显微镜、纤维细度仪、哈氏切片器、纤维熔点仪、多种化学试剂、酒精灯等。
试样:
棉、羊毛、蚕丝、苎麻、粘胶纤维、涤纶、锦纶等各种纺织纤维或织物。
并需准备载玻片、盖玻片、擦镜头纸、双面刀片、火棉胶、甘油和蒸馏水等。
利用哈氏切片器切割10—30μm厚的纤维横截面试样。
四、实验原理及方法
1、显微镜鉴别法
使用普通生物显微镜可以观察各种纤维的纵向和截面的形态。
由于各种纤维有其独特的形态特征,因此不仅可以用来鉴别纤维,同时对纱质量和产品性质也有影响。
各种纤维的纵向和截面的形态各有不同,如表1-1所列。
化学纤维生产所用的喷丝孔形状不同,可产出不同截面形状的纤维,如三角形、五叶形、Y形、中空形等。
将纤维纵向与横截面放置在显微镜下,观察其外观形态、纵向形态及横截面的情况,对照纤维的标准显微照片或标准资料鉴别未知纤维的类别。
此方法可用于各种纯纺、混纺、交织织物中纤维的鉴别,是广泛采用的一种方法。
但对于化学纤维的具体品种的鉴别比较困难,特别是异形仿天然纤维的进一步应用,使鉴别问题更加突出,必须与其他方法结合才能鉴别。
表1-1 各种纺织纤维的纵向和截面形态特征
纤维种类
纵向形态
截面形态
棉
有天然转曲
腰圆形,有中腔
羊毛
表面有鳞片
圆形或接近圆形,有些有毛髓
桑蚕丝
平滑
不规则三角形
苎麻
有横节竖纹
腰圆形,有中腔及裂缝
亚麻
有横节竖纹
多角形,中腔小
黄麻
有横节竖纹
多角形,中腔较大
粘胶纤维
纵向有沟槽
锯齿形,有皮芯层
富强纤维
平滑
圆形
醋酯纤维
有1-2根沟槽
三叶形或不规则锯齿形
维纶
有1-2根沟槽
腰圆形,有皮芯层
腈纶
平滑或1-2根沟槽
圆形或哑铃形
氯纶
平滑
接近圆形
涤纶、锦纶、丙纶
平滑
圆形
2、燃烧鉴别法
燃烧法是鉴别纤维的常用方法之一,它是利用纤维的化学组成不同,其燃烧性能也不同来区分纤维的种类。
取一小束待鉴别的纤维,用镊子夹住,缓慢地移进酒精灯火焰,仔细观察纤维接近火焰、在火焰中和离开火焰后的燃烧状态,燃烧时发出的气味,以及在燃烧后的灰烬特征,对照纤维燃烧特征表,粗略地鉴别其类别。
燃烧法实用于纯纺产品,不适用于混纺产品或经过防火、防燃及其他整理的纤维和纺织品。
几种常见的纤维的燃烧特征见表1-2。
表1-2 几种常见的纤维燃烧特征
纤维名称
接近火焰
在火焰中
离开火焰
残渣形态
气味
棉、麻、纤维、富纤
羊毛、蚕丝
涤纶
锦纶
腈纶
维纶
丙纶
氯纶
不容,不缩
收缩
收缩,熔融
收缩,熔融
收缩,熔融,发焦
收缩,微融
缓慢收缩
收缩
迅速燃烧
逐渐燃烧
先熔后烧,有溶液滴下
先熔后烧,有溶液滴下
熔融燃烧,有发光小火花
燃烧
熔融燃烧
熔融燃烧,有大量黑烟
继续燃烧
不易燃烧
能燃烧
能燃烧
继续燃烧
继续燃烧
继续燃烧
不能燃烧
少量灰白色的烟
松脆黑灰
玻璃状黑褐色硬球
玻璃状黑褐色硬球
松脆黑色硬块
松脆黑色硬块
硬黄黑色球
松脆黑色硬块
烧纸味
烧毛发味
特殊芳香味
氨臭味
有辣味
有特殊甜味
轻微的沥青味
带有氨化氢臭味
3、溶解鉴别法
溶解法是利用各种纤维在不同的化学溶剂中的溶解性能来鉴别纤维的方法,它适用于各种纺织纤维,包括染色纤维或混纺成分的纤维、纱线与织物。
此外没,溶解法还广泛用于分析混纺产品中的纤维含量。
对单一成分的纤维,鉴别时可将少量待鉴别的纤维放入试管中,注入某种溶剂,用玻璃棒搅动,观察纤维在溶剂中的溶解情况,如:
溶解、微溶解、部分溶解和不溶解等几种情况。
若混合成分的纤维或纤维量极少,则可放在显微镜载台物上放上具有凹面的载玻片,然后在凹面处放入试样,滴上溶剂,盖上玻璃片,直接在显微镜中观察,根据不同的情况,判别纤维类别。
有的溶剂需要加热,此时要控制一定的温度。
由于溶剂的浓度和加热温度不同,对纤维的溶解性能也表现不一,因此在用溶解法鉴别纤维时,应严格控制溶剂的浓度和温度,同时也需要注意纤维在溶剂中的溶解速度。
常见纤维的溶解性能见表1-4
表1-4常见纤维的溶解性能
溶剂.
纤维
种类
盐酸(30%,24℃)
硫酸(75%,24℃
氢氧化钠(5%,煮沸)
甲酸(85%,24℃)
冰醋酸(24℃)
间甲酚
(24℃
二甲基甲酰胺
(24℃
二甲苯
(24℃
棉
I
S
I
I
I
I
I
I
羊毛
I
I
S
I
I
I
I
I
蚕丝
S
S
S
I
I
I
I
I
麻
I
S
I
I
I
I
I
I
粘胶纤维
S
S
I
I
I
I
I
I
醋酯纤维
S
S
P
S
S
S
S
I
涤纶
I
I
I
I
I
S
I
II
锦纶
S
S
I
S
I
S
I
I
腈纶
I
SS
I
I
I
I
S
I
维纶
S
S
I
S
I
S
I
I
丙纶
I
I
I
I
I
I
I
S
氯纶
I
I
I
I
I
I
S
I
注:
S—溶解;SS——微溶;P——部分溶解;I——不溶解
4、药品着色法
药品着色法是根据各种纤维对某种化学药品的着色性能不同来迅速鉴别纤维品种的方法。
此法实用于未染色的纤维或纯纺纱线和织物。
鉴别纺织纤维用的着色剂和通用着色剂两种。
前者用以鉴别某一类特定纤维,后者是有各种染料混合而成,可对各种纤维染成各种不同的颜色,然后根据所染颜色的不同鉴别纤维。
通常采用的着色剂有碘-碘化钾溶液和HI纤维鉴别着色剂。
碘-碘化钾溶液是将碘20g溶解于100ml的碘化钾饱和溶液中,把纤维浸入溶液中0.5—1min,取出后水洗干净,根据着色不同,判别纤维品种。
HI纤维鉴别着色剂是东华大学和上海印染公司共同研制的一种着色剂。
具体鉴别时可将式样放入微沸的拙涩溶液中,沸染1min,时间从放入试样后染液微沸开始计算。
染完后倒去染液,冷水清洗,凉干。
对羊、丝和锦纶可采用沸染3s的方法,扩大色相差异。
染好后的标准样对照,根据色相确定纤维类别。
几种纺织纤维的着色反应见表1-3。
表1-3 几种纺织纤维的着色反应
纤维种类
Hi纤维鉴别着色剂着色
用碘—碘化钾液着色
棉
灰
不染色
麻(苎麻)
青莲
不染色
蚕丝
深紫
淡黄
羊毛
红莲
淡黄
粘胶纤维
绿
黑蓝青
铜氨纤维
黑蓝青
醋酯纤维
桔红
黄褐
维纶
玫红
蓝灰
锦纶
酱红
黑褐
腈纶
桃红
褐色
涤纶
红玉
不染色
氯纶
不染色
丙纶
鹅黄
不染色
氨纶
姜黄
5、熔点法
熔点法是根据化学纤维的熔融特性,在化学熔点仪上或在附有热台和测问装置的偏光显微镜下,观察纤维消光时的温度来测定纤维的熔点,从而鉴别纤维。
由于某些化纤的熔点比较接近,较难区分,又有些纤维没有明显的熔点/、。
因此,熔点法一般不单独应用,而是作为证实某种纤维的辅助方法。
几种化学的熔点见表1-5。
表1-5几种化学纤维的熔点
纤维种类
熔点
纤维种类
熔点
二醋酯纤维
255—220
锦纶6
215—220
三醋酯纤维
300左右
锦纶66
250—260
涤纶
255—260
锦纶11
180—185
丙纶
165—173
乙纶
125—135
氯纶
200—210
氨纶
200—230
维纶
223—239
腈纶
不明显
6.比重法
利用各种纤维比重的特点来鉴别纤维的方法。
通常采用密度梯度法测定纤维的比重,然后根据测得的纤维比重,判断该纤维的类别。
7.双折射法
纺织纤维的双折射和折射率与纤维分子的化学组成及其排列有关,不同纤维具有不同的折射率和双折射。
因此,可用测定纤维双折射来鉴别各种纺织纤维。
纤维的折射率和双折射测定通常应用液体侵没法和补偿法。
8.X射线衍射法和红外吸收光谱法
X射线衍射法和红外吸收光谱法都是研究纤维的内部结构的方法。
由于各种纤维的内部结构具有不同特征性,因而也可用来鉴别纤维,用红外吸收光谱法鉴别纤维更有效。
当X射线照射到纤维结晶区时,X射线被晶体的原子面所衍射,其衍射角度决定于X射线的波长和晶体中原子晶面之间的距离。
由于各种纤维晶体的晶体大小不同,X射线的衍射图具有不同的特性,拍摄未知纤维的衍射图与标准的纤维衍射图相对照,从而鉴别未知纤维的品种。
红外吸收光谱法是根据各种纤维具有不同的化学基团,在红外光谱中出现的特征吸收光谱来鉴别纤维。
鉴别纤维时,将未知纤维和已知纤维的红外吸收光谱进行对照,找出特征吸收基团的吸收光谱带是否相同;从而确定纤维品种。
红外吸收光谱法是鉴别纤维很有效的方法之一,它能准确而快速的对单一成分或混合成分的纤维,纱线和纺织品进行成分和含量的分析。
五、实验步骤及注意事项
纺织纤维的鉴别方法很多,单在实际鉴别时一般不能使用单一的方法,而将几种方法结合起来运用,综合分析,才能得出结论。
鉴别纤维的步骤,一般先确定纤维的大类,如区别天然纤维素纤维,天然蛋白质纤维,再生纤维和合成纤维,而后区分出纤维品种,最后作出结论。
六、思考题
1、棉和苎麻的截面形态是否一样,并说明其各自的形态特征?
2、在显微镜操作时应注意哪些事项?
实验中有何体会?
3、鉴别棉、毛、丝、麻、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶纤维,各采用何种方法最简便可靠,原因是什么?
4、如何鉴别羊毛、涤纶、粘胶纤维三合一的混纺品?
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