5绪论

一、纺织材料的概念与范畴

纺织材料学是纺织工程专业的一门基础课程。重点介绍纺织加工的原料、半成品和其各阶段产品的结构、主要性能、设计及评价依据。各种性能具体的测试方法和检测仪器的知识在纺织材料检测技术课程中介绍。

纺织材料隶属于材料科学领域，包括纺织加工用的各种纤维原料和以纺织纤维加工成的各种产品，如一维形态为主的纱、线、缆绳等；二维形态为主的网层、织物、絮片等；三维形态为主的服装、编结物、器具及其增强复合体等。这些产品可以作为最终产品由消费者直接使用，如内外衣、纱巾、鞋、帽等服用纺织品；被、帐、床单和椅罩、桌布等家用纺织品；绳索、牵引用缆绳、露天篷盖、武器中的炮衣等产业用纺织品。同时，这些产品也可以与其他材料复合制造最终产品，如帘子布与橡胶结合制造各种车辆的轮胎、作为纤维增强复合材料的增强体与基质结合制造各种机械设备和机械零件，从火车车厢、飞机壳体、风力发电设备的桨叶、公路和铁路路基增强和反渗透的土工布、防弹车的防弹装甲、火箭头端的整流罩及喷火喉管、飞机的刹车盘、海水淡化的滤材、烟囱烟气过滤的滤材等。纺织材料是工程材料的一个重要分支。

二、纺织材料的分类

纺织材料按形态分为纺织纤维、纱线及其半成品、织物等。

(一)纺织纤维(textilefibers)

纺织纤维是截面呈圆形或各种异形的、横向尺寸较细、长度比细度大许多倍的、具有一定强度和韧性的(可挠曲的)细长物体。

纺织纤维按材料类别分为有机纤维和无机纤维。纺织纤维按材料来源分为天然纤维和化学纤维。天然纤维按原料来源分为植物纤维、动物纤维、矿物纤维，其中植物纤维，又按取得部位分为种子纤维(棉、木棉、椰壳等)、韧皮纤维(苎麻、亚麻、黄麻、汉麻即无毒大麻、苘麻、罗布麻等)、叶纤维(蕉麻、剑麻等)、维管束纤维(竹纤维等)；动物纤维分为毛纤维(绵羊毛、山羊绒、骆驼毛绒、兔毛绒、羊驼毛、骆马毛、貉毛绒、狐毛、貂毛、藏羚羊毛绒等)、分泌腺纤维(桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝、蜘蛛拖丝等)；矿物纤维是天然无机化合物纤维，主要有石棉(温石棉、角闪石石棉、青石棉等)；此外还有细菌纤维等。化学纤维按聚合物来源分为有机再生纤维、有机合成纤维和无机纤维。再生纤维可由天然高聚物溶解后纺丝制得，如纤维素纤维(黏胶纤维)、蛋白质纤维、甲壳素纤维等；天然高聚物化学改性后溶解纺丝制得的纤维，有人称为半合成纤维，如铜氨纤维、硝酯纤维(纤维素硝酸酯)、醋酯纤维(纤维素醋酸酯)等。有机合成纤维是以石油、天然气、煤、农副产品为原料人工合成高聚物纺丝制得的纤维，按纵向形态分为长丝(filaments,连续长度数千米甚至更长)、短纤维(staplefibres,又区分为棉型、中长型、毛型等)；按聚合物类型分为碳链纤维(聚烯烃、聚乙烯醇、含氯纤维、含氟纤维等)和杂链纤维(如聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚醚酯、聚氨酯、聚脲、聚甲醛、聚酰亚胺等)。无机纤维有玻璃纤维、碳纤维(由黏胶纤维、聚丙烯腈纤维、沥青纤维等碳化而成)及石墨纤维、金属纤维(铜、镍、不锈钢、钛、钨、银等)、碳化硅纤维、玄武岩纤维等。化学纤维按加工过程分为初生丝、未拉伸丝、预取向丝、拉伸丝、全取向丝等；按纤维粗细分为粗线密度、中线密度、细线密度、超细线密度和纳米纤维(静电纺丝的有机纤维和无机的碳纳米管等)等；按纤维截面形态分为圆形、异形(三角、三叶、四叶、五叶、中空、偏心中空、多中空、桥形、H形、王字形等)；按纤维成分分为单一成分纤维、多种成分纤维，其中多种成分纤维又可按特征分为混抽纤维、复合纤维(皮芯、海岛、多层等)等。

纺织材料学绪论纺织纤维中具有某些特殊功能(如超高强度、超高模量、耐高温、耐烧蚀等)或某些应用性能(如防紫外、防电磁辐射、抑菌、抗菌、防臭、防蚊虫等)，有时也称高性能纤维和功能纤维。

(二)纱线及其半成品

纱线是由纺织纤维平行伸直(或基本平行伸直)排列利用加捻或其他方法使纤维抱合缠结形成连续的具有一定强度、韧性和可挠曲性的细长体。它们中较细的单股体称为纱(yarns)，多股捻合体称为线(threads)，很多股较粗的捻合体或编结体称为绳(cord,rope)或缆(cable，rope,hawser)。纱的半成品有粗纱、条(棉条、毛条、麻条等)、卷(棉卷等)。

单一品种的纺织纤维制成纱线称为纯纺纱线；两种或多种纺织纤维利用纺纱混合方法制成的纱线称为混纺纱线；两种或多种纯纺纱线加捻并合的纱、线、缆称为混并纱线或复合纱线。

纱线按纺织纤维长度分为短纤维纱线、长丝纱线及两者组成的复合纱线。

短纤维纱线按不同加工形成方法分为环锭纺纱线、转杯纺纱线、喷气纺纱线、赛络纺纱线、平行纺纱线、花式纱线等。

长丝纱线按不同变形加工方法分为加弹长丝纱(又分为低弹长丝纱、中弹长丝纱、高弹长丝纱等)、空气变形长丝纱、网络长丝纱和复合长丝纱(不同纤维品种、不同加工方法、不同特性长丝的复合纱)等。

(三)纺织品

由纺织纤维和纱线用一定方法穿插、交编、纠缠形成的厚度较薄、长及宽度很大、基本以二维为主的物体称为纺织品(textiles)。其中有织物(fabrics)和非织造织物(nonwovens)。

织物按结构及其形成方式不同分为机织物(weavingfabrics，也可称为梭织物，它是由两组或两组以上纱线用有梭织机或无梭织机编织成的织物)、针织物(knittingfabrics，它是由一组或多组纱线用针织机钩结成圈形互相串套编织成的织物，按织造方式的不同又可分为经编针织物和纬编针织物两大类)、编结物(braidingfabrics，它是由多组纱线用倾斜交编方法形成的织物)、非织造织物(nonwovenfabrics，它是开松铺层的纺织纤维层片利用各种方式包括针刺、水刺、黏合剂黏结、热压黏结、纱线缝合等使层片稳定所形成的织物；或是由平行均匀排列长丝用膜片黏托的片层形成的织物，也可称为“无纬织物”或“无纬布”)和复合织物(compositedfabrics，它是用上述四类织物和膜片等之中的两类或多类织物叠层复合而成的织物，包括机织物与针织物并联交织而成的织物，机织物、针织物或非织造织物与有机高聚物薄膜复合的织物等)。

织物按不同纺织纤维原料的种类分为棉织物、麻织物、毛织物、丝织物(丝绸)、化纤织物等纯纺织物和两种、两种以上纤维混纺纱线织制的混纺织物及两种或两种以上纯纺纱线织制的交织织物。

织物也可按织纹组织分为许多种，如机织物中的平纹组织、斜纹组织、缎纹组织等织物；纬编针织物中的平针组织、罗纹组织、双反面组织、双罗纹组织等织物；经编针织物中的经平组织、经缎组织等织物；编结物中的各种编结组织的织物等。

纺织品按用途区分为服装用纺织品、家用纺织品和产业用纺织品三大类。

三、纺织产业的发展

纺织纤维作为原始的纺织材料，人类种植、畜养、采集、利用至少已有上万年历史。近200年来，纺织工业随人口增长而迅速扩展，其总加工量增长了近45倍(图1)。各种主要纺织纤维(不计麻类纤维、矿物纤维等)占世界纺织纤维总产量的比例也发生了明显变化，天然纤维由降到37.81%，化学纤维从零增加到57.59%(图2)，2010年全球及中国纺织纤维生产形势见表1。

纺织工业是我国经济中的重要产业之一，它支撑着人民生活、国民经济、人民就业、国际贸易等。1949年以来中国各种纺织材料的产量和经济发展见表2。

图1世界纺织纤维总产量的发展图2世界纺织纤维总产量中各类纤维(不计麻纤维)的比例

表12010年全球及中国纺织纤维生产形势单位：万吨纤维品种全球产量中国产量中国进口中国出口中国加工天然纤维总计2826.97710.584343.94886.6921074.8408棉纤维2487.5665.00293.690.16958.53毛纤维小计119.9510.30320.65585.511325.4475绵羊毛(折洗净毛)111.98.5320.615.10024.04山羊绒(折无毛绒)1.450.940.04080.26460.7162兔毛(净毛)0.350.170.0010.14370.0273其他动物毛(净毛)①6.250.6630.0040.0030.664蚕丝纤维小计15.4212.9050.46950.131413.2431桑蚕丝(生丝、绢丝)15.1412.730.46950.131413.0681柞蚕丝(生丝、绢丝)0.180.17——0.17其他蚕丝(生丝、绢丝)②0.100.005——0.005麻纤维小计204.1022.37629.13350.889350.6202苎麻(精干麻)6.155.650.00010.07015.5800亚麻(打成麻)51.82.2414.21620.683615.5726黄麻(熟黄麻)62.50.0062.40630.00102.4113无毒大麻(汉麻)(精干麻)7.04.360.00020.09544.2648槿麻(熟洋麻)22.46.50剑麻(麻纤维)38.13.46蕉麻(麻纤维)14.10.15其他麻(麻纤维)③2.050.0112.51070.039222.5915续表纤维品种全球产量中国产量中国进口中国出口中国加工再生纤维总计864.4181.6491.8919.29254.24黏胶纤维357.8169.5710.2419.29160.52醋酯纤维④482.311.7281.65—93.37其他再生纤维⑤24.30.35——0.35合成纤维总计4984.262800.6773.682160.0912714.261聚酯纤维3729.62525.8030.81140.412416.20聚酰胺纤维402.41145.2020.0112.94152.27聚丙烯腈纤维197.8067.1319.640.4486.33聚乙烯醇纤维5.935.660.035—5.695聚丙烯纤维⑥599.8029.691.1672.39128.466聚氨酯纤维35.6326.691.883.8824.69其他有机合成纤维⑦13.090.500.140.030.61人工无机纤维212.3978.660.8660.00466.116碳纤维3.630.120.860.000.980玻璃纤维⑧20275——65金属纤维⑨0.150.050.006—0.05其他无机纤维⑩6.613.49—0.0040.086纺织纤维总计8888.023771.554510.3868186.0774109.4578附：其他有机合成纤维全球产量中国产量芳香聚酰胺纤维8.620.34聚酰亚胺纤维0.720.007聚苯硫醚纤维0.330.016聚氟乙烯纤维2.040.022超高分子量聚乙烯1.380.08小计13.090.465注①包括骆驼绒、牦牛绒、羊驼绒、狐绒、貂绒、乌苏里貉绒。

②包括蓖麻蚕丝、栗蚕丝、槲蚕丝。

③包括蓖麻、罗布麻、竹纤维(竹原纤维)。

④国产中大部分及进口主要用于香烟过滤嘴。

⑤包括海藻酸钙纤维、甲壳素纤维、壳聚糖纤维、聚乳酸纤维、细菌纤维素纤维。

⑥包括膜裂纤维纱。

⑦聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚全对位苯砜酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯膜裂纤维纱、聚四氟乙烯长丝、聚偏氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量高强度高模量聚乙烯纤维、聚对亚苯基苯并二唑纤维。

⑧玻璃纤维相当部分不经纺织加工直接使用。

⑨包括铜纤维、镍纤维、不锈钢纤维、金纤维、银纤维。

⑩包括碳化硅纤维、玄武岩纤维、活性炭纤维。

表2中国纺织工业发展情况一览

指标1949年1952年1957年1965年1978年1980年1985年1990年1995年2000年2005年2006年2011年原棉产量(万吨)44.44130.35164.00209.75216.70170.7424.51442.5476.8432.0571.4664.6639.9净毛产量(万吨)0.651.822.163.756.917.959.2011.9513.8514.6016.708.309.98生丝产量(万吨)0.180.560.990.912.473.544.225.6611.347.3313.2514.1510.80苎麻、槿麻、

亚麻产量(万吨)—34.635.430.9111.4113.6159.491.4449.845.520.521.6512.50化纤产量(万吨)0.00.00.025.0128.4645.0394.78165.42341.17694.001664.792025.493361.36棉型纱产量(万吨)32.765.784.4130.0238.2292.6353.5462.6542.3657.01450.51722.242894.47毛线产量(万吨)0.180.200.571.103.785.7312.5923.8061.3842.3638.7040.2030.59棉布产量(亿米)18.933.850.562.8110.3134.7146.7188.8260.2277.0484.4235.49619.82呢绒产量(亿米)0.0540.0420.1820.4240.8891.0102.1822.9516.5392.7833.2964.4485.184丝织品产量(亿米)0.500.651.453.426.117.5914.4917.1265.9137.4377.7482.176.18苎麻、亚麻布产量

(万米)18682542271125514062619898521779612907375003209769731工业生产服装

(亿件)———3.856.739.4512.6731.7596.8595.4147.98170.02254.20纺织工业总产值

(亿元)—94.3143.6220.7529.1735.5710.32312.07035.07071.9620470.625016.8954786.50纺织工业总产值占

工业总产值(%)—27.520.415.511.213.411.89.6614.559.568.1411.9511.62纺织工业利税占

全国财政收入(%)—3.85.79.89.814.56.893.115.276.274.06纺织服装占全国

消费品零售总值(%)—19.318.719.122.023.117.216.317.024.2纺织品出口总额占

全国出口总额(%)—5.217.720.322.117.713.3823.925.5020.9015.4215.1813.38纺织服装业职工

总数(万人)74.599.89200.17155.04311.21386.05585.0746.151243.411235.76978.9477.741026.38

为保障环境的可持续发展，现在纺织工业正由大量依赖石油化工资源，转向利用可再生、可降解、可循环的物质资源，其原材料更是扩及农、林、牧、渔、废弃的许多领域。它的产品既满足了服装和家用纺织品的消费，也向机械、电工材料、电子、土建、水利、农业、渔业、公路、水运、航空、航天等产业提供原材料及其增强体。因此，新型纺织原料包括高性能纤维、新功能纤维的开发和应用正在蓬勃发展，纺织材料在今后将会以更快的速度发展和提高。

思考题

1.纺织材料的范畴、纤维原料和产品分别包括哪些？

2.纺织纤维在天然纤维、再生纤维和合成纤维中有哪些最常见的种类？

3.纱线及半成品有哪些种类？

4.纺织品的种类按结构和形成方法分为哪几类？

5.纺织工业近半个世纪以来，其总加工量增长了多少倍？今后发展趋势如何？

6.纺织产品除用作服装外还在哪些方面有广泛应用？

参考文献

［1］中国纺织工业协会.中国纺织工业发展报告［M］.北京：中国纺织出版社，2001~2013.

［2］中国纺织工业年鉴编委会.中国纺织工业年鉴［M］.北京：中国纺织出版社，1980~2000.

［3］中华人民共和国农业部.中国农业发展报告2006［M］.北京：中国农业出版社，2006.

［4］中国畜牧业年鉴编委会.中国畜牧业年鉴［M］.北京：中国农业出版社，2000~2012.

［5］中国棉花信息中心.2004/2005中国棉花年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2007.

［6］WSSimpson，GHGrawshaw.Wool：ScienceandTechnology［M］.TheTextileInstitution，Boca，Ratom，Boston，NewYork，Washaington：WoodheadPublishingLimiited(CambridgeEngland)，2002.

［7］中国统计局工业交通统计司.中国工业经济年鉴，2006［M］.北京：中国统计出版社，2006.及时章纤维结构基础知识