第二节 纺织纤维的主要性能
纺织纤维的形态是指纤维的长度、细度、纤维的卷曲和转曲等，它们是纤维性状定量描述的内容，也是确定纺织加工工艺参数的先决条件。纤维的性能主要包括纤维的吸湿性、纤维的拉伸性能、纤维材料的热学性能、纤维材料的电学性能及光学性能等。
一、纺织纤维的长度
纤维的长度是其外部形态的主要特征之一。各种纤维在自然伸展状态下都有不同程度的弯曲或卷缩，它的投影长度为自然长度。纤维在充分伸直状态下两端之间的距离，称为伸直长度，即纤维伸直但不伸长时的长度，也即一般所指的纤维长度。
天然纤维的长度随动植物的种类、品系与生长条件等而不同。化学纤维的长度是根据需要而定的，可以切断成等长纤维或不等长纤维。化纤切断长度的依据是纺纱加工设备型式和与之混纺的纤维长度，主要有：
（1）棉型化纤，其长度为30～40mm，用棉纺设备纺纱，可纯纺或与棉混纺。
（2）毛型化纤，其长度为70～150mm，用毛纺设备纺纱，可纯纺或与毛混纺。
（3）中长型纤维，其长度为51～65mm，用棉纺或化纤专纺设备纺纱，生产仿毛织物，产量高，成本低，受到消费者欢迎。
（一）纤维长度的分布与指标
天然纤维的长度呈随机分布，要真实反映纤维的长度特征，须逐根测量全部纤维的长度，由于纤维数量的巨大，无法一一测试，因此采用多项指标来表征纤维的长度特征。
以棉纤维为例，棉纤维由自然生长而成，长度很不均匀，如果将一束棉纤维试样从长到短逐根排列，使各根纤维的一端位于一直线上，就可得到纤维按长度排列图，如图1-4-2所示。
如将不同长度的纤维按纤维长度范围进行分组，并称出每组重量，可得到棉纤维长度—重量分布图，如图1-4-3所示。
图1-4-2 纤维排列图
图1-4-3 棉纤维长度重量分布图
根据纤维长度与数量的对应关系，或纤维长度与质量之间的对应关系，可以求得各长度指标。各长度指标可归纳为纤维长度集中性指标和离散性指标两类。集中性指标表示纤维长度的平均性质，离散性指标表示纤维长度的不匀情况。
纤维加权平均长度是纺织纤维长度的集中性指标，是指一束纤维试样中长度的平均值。根据测试方法不同，可分为计数加权平均长度、计重加权平均长度等。计数加权平均长度是以纤维计数加权平均所得到的长度值。计重加权平均长度是用分组称重法，按长度质量分布求得的平均长度。
主体长度是指一束纤维试样中根数最多或重量最大的一组纤维的长度，称计数或计重主体长度，是常用的纺织纤维长度指标之一。
品质长度是用来确定纺纱工艺参数的纺织纤维长度指标，又称右半部（上半部）平均长度，主要指比平均长度长的那一部分纤维的计重（计数）加权平均长度。
短绒率是指计数和计重纤维长度分布曲线中短于一定界限长度的纤维量占纤维总量的百分数。界限长度按纤维品种不同而有不同规定。
（二）纺织纤维长度的测量方法
手扯法所得指标称为手扯长度，它被认为是纤维中所占数量最多的纤维长度，广泛应用于原棉的工商、农商贸易中。由于手扯法不用仪器，全凭人工操作，因此从未以任何纤维长度分布的统计理论正式下过定义。
将纤维整理成伸直平行、一端整齐的纤维束后，利用罗拉的握持和输出，将纤维由短到长并按一定组距分组后称量，从而得到纤维长度质量分布。我国原棉测长大多采用这一方法。
利用彼此间隔一定距离的梳片，将羊毛或不等长化纤整理成伸直平行、一端平齐的纤维束后，由长到短并按一定组距分组后称量，从而得到纤维长度质量分布。我国羊毛测长目前采用这一方法。
用人工或借助于梳片式长度分析仪，将纤维经过整理后，由长到短、一端平齐、密度均匀地排列在黑绒板上，从而得到纤维长度排列图。我国羊毛、山羊绒、兔毛、苎麻等测长目前采用这一方法。
将整理成伸直平行、一端平齐的纤维束切断后，求得纤维的根数平均长度。目前多用于粗细均匀、长度整齐的化学纤维。
对纤维逐根测量其长度，得到纤维长度根数分布。
利用光电式纤维测长仪，对纤维进行光电扫描，快速获得纤维的主体长度。
利用ALMETER电容长度仪测量得到纤维长度排列图或纤维长度质量分布图。适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定。
（三）纺织纤维长度与纱线质量及纺纱工艺的关系
在其他条件相同的情况下，纤维越长，且长度整齐度越好，则成纱强力就越高。这是因为在纱线拉伸至断裂的过程中，纱中纤维与纤维之间的抱合力随纤维长度的增大而提高，则纤维与纤维之间的滑脱率则相对减少，这时使纱线拉断的因素是以纤维拉断为主，滑脱次之，这样可使成纱的强度增大，同时在纺纱时断头率相应减小。
在保证成纱具有一定强度的前提下，纤维长度越长、整齐度越好，则可纺性越高，成纱条干较均匀，成纱表面光洁，毛羽较少；纤维长度短，尤其是长度整齐度很差时，短纤维在牵伸区域不受控制，容易成为浮游纤维，易形成粗细节、大肚纱等疵点，致使纱线条干恶化，成纱品质下降。
纤维长度除了与纺纱质量有关外，同时也是调节或设计各纺纱系统工艺参数的依据之一，在确定各纺纱设备的结构尺寸、各道加工工序的工艺参数（如隔距、捻系数）时，都必须保证其与所用原料的长度相互配合。如在各纺纱工序的机台上，其罗拉隔距随加工纤维的长度的增长而增大；如对成纱强度的要求一样，用长纤维纺纱时，可取较低的捻系数，这样可以提高细纱机产量，同时还可使成纱捻度小、毛羽量少，纱线表面光洁。原料的短绒率是影响成纱条干和制成率的重要因素，原料中的短绒含量越高，则纱线毛羽就越多；短绒率大的纤维纺成纱的条干也较差，故为了提高细纱强度，改善细纱条干，还必须通过精梳工序去除大量短纤维，提高原料的长度整齐度。
二、纺织纤维的细度
纺织纤维的细度是指以纤维的直径或截面面积的大小来表达的纤维粗细程度。在更多情况下，常因纤维截面形状不规则及中腔、缝隙、孔洞的存在而无法用直径、截面面积等指标准确表达，习惯上使用单位长度的质量（线密度）或单位质量的长度（线密度的倒数）来表示纤维细度。
天然纤维的细度与长度一样，是不均匀的，表现在品种、生长条件和生长部位的不均匀，且同一根纤维其各处的细度亦不相同。
化学纤维的细度比较均匀，根据需要采用不同的喷丝孔直径和拉伸倍数进行人为控制。
（一）纺织纤维的细度指标
纤维的细度指标分为直接指标和间接指标两种。
当纤维的截面接近圆形时，纤维的细度可以用直径、截面积和周长等直接指标表示。在直接指标中最常用的是直径，单位为微米（μm），常用于截面接近圆形的纤维，如绵羊毛及其他动物毛等。对于近似圆形的纤维，其截面积（A）计算可近似采用下式：
（1）线密度。我国法定计量制的线密度单位为特克斯（tex），简称特，表示1000m长的纺织材料在公定回潮率时的重量（g）。一段纤维的长度为L（m），公定回潮率时的重量为Gk（g），则该纤维的线密度Tt为：
由于纤维细度较细，用特数表示时数值过小，故常用分特（dtex）表示纤维的细度，1dtex=0.1tex。
特克斯为定长制单位，同一种纤维的特数越大，则表示纤维越粗。
（2）纤度。纤度单位为丹尼尔（denier），简称旦，又称纤度Nd，表示9000m长的纺织材料在公定回潮率时的重量（g），它曾广泛应用于蚕丝和化纤长丝的细度表示中。一段纤维的长度为L（m），公定回潮率时的重量为Gk（g），则该纤维的纤度Nd为：
由于纤度为定长制单位，同一种纤维的旦数越大，则表示纤维越粗。
（3）支数。单位质量纤维的长度指标称为支数，按计量制不同可分为公制支数和英制支数。公制支数Nm是指在公定回潮率时重量为1g的纺织材料所具有的长度（m），简称公支。英制支数Ne是指单位重量（1磅）的纺织材料在公定回潮率时的长度为840码的倍数，简称英支。一段纤维的公定重量为Gk（g），长度为L（m），则该纤维的公制支数为：
由于支数为定重制单位，同一种纤维的支数越大，则表示纤维越细。
（二）纺织纤维细度的测量方法
纤维细度（线密度、纤度、支数）的测量方法基本上采用测长称重法。
短纤维一般将其整理成束，一端排齐，切取中段一定长度（一般棉纤维10cm，毛纤维20cm）后称重、数根数，最后计算细度值。
长纤维传统采用周长1m（或其他标准尺寸）在一定张力下绕取一定圈数（如50圈或100圈，即50m或100m），达到吸湿平衡后称重计算细度值。
气流仪法是根据不同细度的纤维比表面积不同，测量试样在一定压缩比条件下的气流阻力，间接测量纤维的线密度或实心圆截面纤维的直径。
气流仪法可以测试棉纤维、羊毛纤维的细度。由于压力差与纤维粗细的相关关系是与纤维截面、纤维密度、试样筒中的试样空隙率及温湿度等因素有关的，因此不同种类的纤维的流量计压力与纤维细度指标间的对应关系不同，一种仪器只适合一种纤维的测试。在不同的温湿度条件下获得的测试值还需要进行修正。
利用气流仪原理，还可测试棉纤维的马克隆值。棉纤维的成熟度有变化时，纤维的密度与纤维的空隙率均有变化。因此，马克隆值是棉纤维线密度和成熟度的综合指标。马克隆值越大，表示纤维越成熟，线密度越大。国际标准采用马克隆气流仪来测定棉纤维的马克隆值。
将显微投影仪法一般是将纤维切成0.2～0.4mm小段，放在显微镜下放大，通过显微镜目镜中的目镜测微尺测量纤维直径；或者经投影仪放大并投影在屏幕上，用楔形尺测量纤维的直径。此法多用于测定羊毛细度，亦适用于截面接近圆形的纤维。
振动测量法是根据纤维在一定模量及一定应力下的共振频率与线密度的关系，获得单根纤维线密度的方法。振动式细度仪采用弦振动原理，纤维受力激振，并限定在上刀口和下刀口之间的长度内振动。根据振动纤维弦振动的固有频率推算出纤维的线密度。
（三）纤维细度对纤维、纱线及织物的影响
纤维细度及其离散程度不仅与纤维强度、伸长度、刚性、弹性和形变的均一性有关，而且极大地影响织物的手感、风格以及纱线的和织物的加工过程。细度不匀比长度不匀和纤维种类的不同更容易导致纱线不匀及纱疵。另外，具有一定程度的异线密度，对纱的某些品质（如丰满、柔软等毛型感）的形成是有利的。
纤维的粗细将影响纤维的比表面积，进而影响纤维的吸附及染色性能，纤维越细，其比表面积越大，纤维的染色性也有所提高；纤维较细，纱线成形后的结构较均匀，有利于其力学性能的提高。
但是纤维间的细度不匀会导致纤维力学性质的差异，最终导致纤维集合体的不匀，甚至加工过程控制的困难；此外，纤维内的细度差异，会直接导致纤维的力学弱节，不但影响外观和品质，而且最终会将影响产品的使用。
一般纤维细，纺纱加工中容易拉断，在开松、梳理中要求作用缓和，否则易产生大量短绒，在并条高速牵伸时也易形成棉结。另外，细纤维纺纱时，由于纤维间接触面积大，牵伸中纤维间的摩擦力较高，会使纱线中纤维伸直度较高。
其他条件不变时，纤维越细，相同线密度纱线断面内纤维根数越多，摩擦越大，成纱强力越高，因为成纱断面内纤维根数较多时纤维间接触面积大，滑脱概率低，可使成纱强度提高。
纤维的细度对成纱的条干不匀率有显著影响。纤维越细，成纱条干变异系数CV越低，条干均匀度越好。
细纤维可纺较细的纱。一定细度的纤维，可纺纱线的细度是有极限的。纤维细，纱截面中纤维根数增加，纺纱断头率低，因此在纱线品质要求一定时，细纤维可纺线密度低的纱线。
不同细度的纤维会极大地影响织物的手感及性能，如内衣织物要求柔软、舒适，可采用较细纤维；外衣织物要求硬挺，一般可用较粗纤维；当纤维细度适当时，织物耐磨性较好。
三、纺织纤维的卷曲与转曲
卷曲或转曲是纺织纤维的特征之一，大部分用于纺织加工的纤维或多或少都有一定的卷曲或转曲。卷曲可以使短纤维纺纱时纤维之间的摩擦力和抱合力增加，成纱具有一定的强力；卷曲还可以提高纤维和纺织品的弹性，使其手感柔软，突出织物的风格；同时卷曲对织物的抗皱性、保暖性以及表面光泽的改善都有影响。
天然纤维中棉具有天然转曲，羊毛具有天然卷曲。一般化学纤维表面光滑，纤维摩擦力小、抱合力差，纺纱加工困难，所以在加工到最终制品之前，要用机械、化学或物理方法，赋予纤维一定的卷曲。
（一）纤维的卷曲及表征
纤维的卷曲是指在规定的初始负荷作用下，能较好保持的具有一定程度规则性的皱缩形态结构。卷曲与纤维单纯地由于其形态细长而引起的纠缠弯曲是截然不同的，它是一个相对较为复杂的形态。
纤维的卷曲有自然卷曲和人工机械卷曲两种，自然卷曲如毛纤维，是由其结构形成的，人工形成的卷曲则是利用高分子聚合物的可塑性而施以机械卷曲形成的。
（1）毛纤维的卷曲。天然毛纤维自然状态下的卷曲形态，取决于毛纤维正、偏皮质细胞的分布情况。常见羊毛的卷曲形状见图1-4-4。
图1-4-4 羊毛卷曲形状
（2）其他纤维的卷曲。为了满足纺织加工的要求，提高化学纤维的可纺性，改善其他短纤维织物的服用性与风格、身骨，在其他天然纤维和化学纤维后加工时，要用机械、化学或物理方法使纤维具有一定卷曲。
化学纤维的卷曲，有的利用纤维内部结构的不对称而在热空气、热水等处理后产生卷曲；也有利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而成卷曲。如维纶、黏胶纤维在加工中不经机械方法卷曲，而只通过热空气和热水处理产生卷曲，称为热风卷曲和热水卷曲。这是因为维纶与黏胶纤维具有皮芯结构，断面是不对称的，在成型时经受拉伸，纤维内部存在不均等的内应力，当内应力松弛时，纤维收缩而产生卷曲，这种卷曲的数量较少，但卷曲呈立体型，卷曲牢度好；复合纤维内部不对称性更为明显，即由两种原液或聚合物形成一根纤维的两侧，它们的收缩性能不同，经成型或热处理后两侧应力不同而形成卷曲，这种卷曲可表现为三维空间的立体卷曲，卷曲数多，而且卷曲牢度好。
合成纤维的卷曲通常是利用其热可塑性进行机械卷曲。目前机械卷曲的主要方法为填塞箱卷曲法，将丝束从两个罗拉间送入一个金属的密闭小填塞箱中折叠填满，强迫纤维弯折，形成锯齿状二维空间的平面卷曲后，再通入蒸汽热定型，这种卷曲数量多，但卷曲牢度差，容易在纺织加工中逐渐消失；另外，卷曲在遇到其定型温度以上的温度时会被消除，其卷曲结构本质上是由于屈曲的纤维外侧和内侧的组织不同或不对称而形成的。
蚕丝、麻纤维、化学纤维长丝经拉伸、热处理、加捻退捻、热刀边刮烫、空气流翻折、网络变形或丝圈丝弧变形等也是卷曲加工。纤维卷曲形态多样，如有的具有周期性正、反螺旋等。卷曲加工可改变纺织品的风格，使之具有特殊的手感和外观，同时还可改善纤维的使用性能。
一般情况下，纤维越细，由于抗弯刚度低，应力不平衡程度高，因而卷曲更细密。
关于一般纤维卷曲性能系统测量，除卷曲形态及卷曲数之外，还要注意模量、伸长率、弹性恢复率和稳定性等。常用测试方法是使用卷曲弹性仪，且在标准温湿度条件下，将纤维（或纤维束或长丝）上端夹持悬挂，下端加各种负载，测其长度变化。计算纤维的卷曲数、卷曲率、卷曲弹性率及卷曲恢复率。
（二）纤维的转曲及表征
纤维的转曲是纤维沿轴向发生扭转的现象，棉纤维具有的天然转曲是其具有良好的抱合性能与可纺性能的主要原因之一，由此可见，天然转曲越多的纤维品质越好。棉纤维的转曲的形成，是由于棉纤维生长发育过程中微原纤沿纤维轴向正反螺旋排列，在其干缩后内应力释放而引起的结果。热湿涨或碱处理棉纤维，胞壁膨胀，转曲近乎消失。仅湿涨的棉纤维重新干燥后，转曲又恢复原状。
扁平带状的纤维的扭转，如棉纤维的天然转曲，可以直接在显微镜或投影仪中测量一定长度的纤维（通常看一个视野）上扭转180。的次数，再换算成每厘米中转曲个数，即以单位长度（1cm）中扭转180。的个数来表征。转曲角的大小也可在显微镜或投影仪测得后进行计算。
棉纤维的转曲较多时，纤维间的抱合力大，在棉纺加工中不易产生破棉网、破卷等现象，有利于纤维的纺纱工艺与成品质量。但转曲的反向却使棉纤维的强度下降。有研究表明，单位长度中反向次数多的棉纤维强度较低，反向次数少的棉纤维则强度较高。在大量的强度测试中也显示，棉纤维断裂处常靠近微原纤的反向处，也有一部分纤维断在反向处或两个反向的中间。在反向处断裂的纤维的强度较靠近反向处的强度高25%，故可以认为，反向处本身不一定是棉纤维弱环所在，但微原纤的反向确实引起了棉纤维的弱环。
四、纺织纤维的吸湿性
纤维材料能吸收水分，不同结构的纺织纤维，其吸收水分的能力是不同的。通常把纤维材料在大气中吸收或放出气态水的能力称为吸湿性。纺织纤维的吸湿性是关系到纤维性能、纺织工艺加工、织物服用舒适性及其他力学性能的一项重要特性。另外，在纤维和纺织品贸易中，须充分考虑到吸湿对重量产生的影响，以决定成本结算，故吸湿对商贸中的重量与计价有重要影响。
（一）纤维的吸湿平衡
图1-4-5 纤维材料的吸湿平衡
纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化，在一定的大气条件下，纤维材料会吸收或放出水分，随着时间的推移逐渐达到一种平衡状态，其含湿量趋于一个稳定的值，这时，单位时间内纤维材料吸收大气中的水分等于放出或蒸发出的水分，这种现象称为吸湿平衡。需要进一步指出的是，所谓的吸湿平衡是一种动态平衡状态。如果大气中的水汽部分压力增大，使进入纤维中的水分子多于放出的水分子，则表现为吸湿，反之则表现为放湿。纤维的吸湿或放湿是比较敏感的，一旦大气条件变化，则其含湿量也立即变化，由于纺织材料的性质与吸湿有关，所以在进行力学性能测试时，试样应趋于吸湿平衡状态，如图1-4-5所示。纤维的吸湿、放湿是呈指数增长的过程，严格来说，达到平衡所经历的时间是很长的，纤维集合体体积越大，压缩越紧密，达到平衡的时间也就越长。一般单纤维或3mg以下的小束，6s就基本平衡；50g的块体达到平衡约要1h或更长时间；100kg的絮包达到平衡需4～12个月。
（二）纤维的吸湿指标
纤维及其制品吸湿后，含水量的大小可用回潮率或含水率来表示。回潮率W是指纤维材料中所含水分的重量占纤维干重的百分数；含水率M是指纤维材料所含水分的重量占纤维湿重的百分数。纺织材料吸湿性的大小，绝大多数用回潮率表示。设试样的湿重为G（g），干重为G0（g），则有下列计算式：
回潮率与含水率之间的关系为：
两者与纺织材料重量的关系为：
平衡回潮率是指纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡时的回潮率。表1-4-1为几种常见纤维在不同相对湿度下的吸湿平衡回潮率。
表1-4-1 几种常见纤维的吸湿平衡回潮率
续表
由于各种纤维的实际回潮率随温湿度条件而改变，为了比较各种纺织材料的吸湿能力，在统一的标准大气条件下，吸湿过程达到平衡时的回潮率称为标准回潮率。
标准大气亦称大气的标准状态，它的三个基本参数为温度、相对湿度和大气压力。我国规定在1.01×105Pa（1个标准大气压力）下，温度20℃，相对湿度65%的大气状态为标准大气。
在实际工作中可以根据试验要求，选择不同标准级别（如一级用于仲裁检验；二级用于常规检验；三级用于要求不高的检验）。
在贸易和成本计算中纺织材料并不处于标准状态，为了计算和核价的需要，各国根据各自的具体条件，对各种纺织材料的回潮率作统一规定，称为公定回潮率。公定回潮率为折算公定（商业）重量时要加到干燥重量上的水分量对干燥重量的百分数。
通常公定回潮率接近于标准状态下的实际回潮率，但不是标准回潮率，一般稍高于标准回潮率或取其上限。各国对于纺织材料公定回潮率的规定并不一致，我国常见的几种纤维及其制品的公定回潮率见表1-4-2。
表1-4-2 几种常见纤维及其制品的公定回潮率
续表
关于几种纤维的混合原料，其公定回潮率的计算，可根据各种原料重量混合比加权平均。设W1，W2，……，Wn分别为各原料的公定回潮率，P1，P2，……，Pn为各原料的干燥重量百分率，则混纺材料的公定回潮率（W）为：
纺织材料在公定回潮率时的重量称为公定重量Gk，是交付结算的依据。
纺织材料的标准重量与实际回潮率Wa下的称见重量Ga之间的关系为：
在生产上对于标准重量的计算，再折成干燥重量G0进行计算，公式如下：
当两种纤维混纺时，成品的干重混纺比百分数折算成投料时湿重混纺比百分数的算法如下：设甲纤维的回潮率为W1，湿重混纺比百分数为g1，干重混纺比百分数为g0，乙纤维的回潮率为W2，湿重混纺比百分数为（100—g1），干重混纺比百分数为100—g0，则可得到：
（三）纤维的吸湿等温线
在一定的大气压力和温度条件下，分别将纤维材料预先烘干，再放在各种不同相对湿度的空气中，使其达到吸湿平衡，可以分别得到各种纤维在不同相对湿度下与平衡回潮率的相关曲线，即吸湿等温线，如图1-4-6所示。
由图1-4-6可见，虽然不同纤维材料的吸湿等温线并不相同，但曲线的形状都是反S形，这说明它们的吸湿机理本质上是一致的。当相对湿度小于15%时，曲线斜率比较大，说明在空气相对湿度稍有增加时，平衡回潮率增加很多，这主要是因为在开始阶段，纤维中极性基团直接吸附水分子；当相对湿度在15%～17%时，曲线斜率比较小，由于纤维自由极性基团表面已被水分子所覆盖，再进入纤维的水分子主要靠间接吸附，并存在于小空隙中，形成毛细水，所以纤维在此阶段吸收的水分比开始阶段减少；当相对湿度很大时，水分子进入纤维内部较大的空隙，毛细水大量增加，特别是由于纤维本身的膨胀，使空隙增加，表面的吸附能力也大大增强，进一步增加了回潮率上升的速率，故表现在曲线的最后一段，斜率又有明显的增大。
图1-4-6 各种纤维的吸湿等温线
1—羊毛2—黏胶纤维3—蚕丝4—棉5—醋酯纤维6—锦纶7—腈纶8—涤纶
纤维吸湿等温线的形状说明了纤维吸湿的阶段性，同时也说明了纤维吸湿绝不是一种机理在起作用。由图1-4-6可知，在相同的相对湿度条件下，不同纤维的吸湿平衡回潮率是不相同的，这表明不仅不同纤维的吸湿性能有差异，而且它们的吸湿机理也不完全相同，可能偏重于某一种吸湿方式。如吸湿性较高的纤维，S形比较明显；吸湿性差的纤维，S形不明显，这说明纤维开始形成水合物的差异比较大。另外，需要指出的是：吸湿等温线与温度有密切的依赖性，故其一般均在标准温度下试验而得，如果温度过高或过低，即使是同种纤维，吸湿等温线的形状也会有很大的不同。
（四）吸湿滞后现象
相同的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡时，两种平衡回潮率是不相等的，且放湿达到的平衡回潮率大于吸湿达到的平衡回潮率，这种现象称为纤维的吸湿滞后性。如图1-4-7所示，纤维吸湿达到平衡所需要的时间和放湿达到平衡所需的时间是不同的。
图1-4-7 纤维吸湿、放湿与时间的关系
纤维的吸湿滞后性，更明显地表现在纤维的吸湿等温线和放湿等温线的差异上，纤维的放湿等温线，是指一定的纤维在温度一定，相对湿度为100%的空气中达到最大的回潮率后，再放在各种不同相对湿度的空气中，所测得的平衡回潮率与空气相对湿度的关系曲线，如图1-4-8所示。同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合，而形成吸湿滞后圈。滞后值与纤维的吸湿能力有关。一般的规律是，吸湿性好的纤维差值比较大，而涤纶等吸湿性差的合成纤维，吸湿等温线与放湿等温线则基本重合。有资料表明，在标准状态下几种常见的纤维因吸湿滞后性造成的误差范围，羊毛为2.0%，黏胶纤维为1.8%～2.0%，棉为0.9%，锦纶为0.25%。
纤维吸湿滞后性产生的原因可以归结为以下方面的影响：在吸湿或放湿的过程中，纤维表面到内部存在着水分子蒸汽压力的势能差，当吸湿时，水汽压力的势能外高内低；当放湿时，水汽压力的势能内高外低。在纤维中的非结晶区或晶区的界面间，纤维大分子链上的亲水基团（如羟基）相互形成横向结合键——氢键，即带有较多的横向连接键。当大气的相对湿度增加时，大气中水分子进入纤维时需要克服这些纤维分子间的氢键力，才能被纤维吸收，由于水分子的挤入，纤维分子间微结构单元间的距离会被拉开。在此基础上，当蒸汽压力减小时，由于已经有较多的极性基团与水分子结合，水分子离开要赋予更多能量，故同一种纤维尽管在相同的温湿度条件下，但处于吸湿中的纤维与处于放湿中的纤维内部结构并不相同，其无定形区大分子的交键数不同，前者大于后者；同时吸湿后水分的进入使纤维内的孔隙和内表面增大，这种变形通常是塑性变形，在应力去除后，回复也不可能是完全的，因而导致吸湿条件的改善，纤维能保持更多的水，阻碍水分的离去，所以纤维从放湿达到平衡比从吸湿达到平衡具有较高的回潮率。
图1-4-8 纤维的吸湿滞后现象
纤维的吸湿滞后性在加工及性能测试中必须予以注意，因纤维的各种物理性质都与纤维的回潮率有关，故在检验纺织材料的各种物理性能时，为了得到准确的回潮率指标，避免试样由于历史条件不同造成的误差，不仅需要统一在标准大气条件下进行吸湿平衡，还要预先将材料在较低的温度下烘燥（一般在温度为40～50℃的条件下去湿0.5～1h），使纤维材料的回潮率远低于测试所要求的回潮率，然后再使之在标准状态下达到吸湿平衡，以尽量减少吸湿滞后性所造成的误差，这一过程被称为试样的预调湿。
（五）温度对吸湿的影响
影响纤维吸湿的外因主要是吸湿时间、吸湿滞后和环境温湿度。温度对纤维吸湿的影响比相对湿度要小，其一般规律是温度越高，平衡回潮率越低。这主要是因为在相对湿度相同的条件下，空气温度低时，水分子热运动动能小，一旦水分子与纤维亲水基团结合后就不易再脱离。空气温度高时，水分子热运动动能大，纤维大分子的热振动动能也随之增大，这样会削弱水分子与纤维大分子中亲水基团的结合力，使水分子易于从纤维内部溢出。同时，存在于纤维内部空隙中的液态水蒸发的蒸汽压力也随温度的上升而升高，这样会导致水分子容易溢出。因此，在一般情况下，随着空气和纤维温度的升高，纤维的平衡回潮率会下降。另外，在高温高湿的条件下，纤维会因热膨胀，导致内部孔隙增多，故使其平衡回潮率略有增加。
纤维在一定大气压力下，相对湿度一定时，平衡回潮率随温度而变化的曲线，称为纤维的吸湿等湿线。图1-4-9是羊毛和棉的吸湿等湿线，它们表明了平衡回潮率随温度变化的情况。
（六）纤维结构与吸湿的关系
纤维吸湿后会使纤维的质量、形态尺寸、密度等发生变化，其间的主要关系分述如下：
纤维材料吸湿后的重量随吸着水分量的增加而成比例地增加。纺织材料的重量，实际上都是一定回潮率下的重量，因此正确表示纺织材料的重量或与重量有关的一些指标，如纤维或纱线的线密度、织物的面密度等，应取公定回潮率时的重量，即公定重量。
图1-4-9 羊毛和棉的吸湿等湿线
纤维吸湿后，其长度和横截面均要发生膨胀，体积增大，而且这种膨胀表现出明显的各向异性，即直径方向膨胀大，而长度方向膨胀小。这种各向异性也说明纤维内部分子排列结构在长度方向和横向明显的不同。由于纤维中长链大分子沿轴向排列，水分子进入无定形区，打开长链分子间的联结点（氢键或范德瓦耳斯力），使长链分子间距离增加，使纤维横向容易变粗。至于纤维长度方向，是由于大分子不完全取向，并存在有卷曲构象，水分子进入大分子之间而导致构象改变，使纤维长度有一定程度的增加，但其膨胀率远小于横向膨胀率。
吸湿对纤维密度的影响，开始时是随着回潮率的增大而密度上升，以后又下降。这是由于回潮率小时，吸附的水分子与纤维以氢键结合，而氢键长度短于范德瓦耳斯力的结合长度，故纤维吸附水分子后增加的体积比原来水分子体积小，从而使密度有所增加。实验表明，大多数吸湿性较高的纤维在回潮率为4%～6%时密度最大。待水分子大量进入孔隙后，纤维的体积显著膨胀，从而使纤维密度反而降低。纤维密度与回潮率间的关系如图1-4-10所示。
图1-4-10 纤维密度与回潮率的关系
1—棉2—黏胶纤维3—蚕丝4—羊毛5—锦纶
五、纺织纤维的拉伸性能
纺织纤维在纺织加工和纺织品的使用过程中，会受到各种外力的作用，这就要求纺织纤维必须具有一定的抵抗外力作用的能力，同时纤维的强度也是纤维制品其他物理性能得以充分发挥的必要基础。
纺织纤维是长径比很大的柔性物体，轴向拉伸是其受力的主要形式，纤维的拉伸性能是衡量其力学性能的重要指标。
（一）拉伸性能的基本指标
表示纺织材料抵抗拉伸能力的指标有很多，基本可以分为与拉伸断裂点有关的指标以及与拉伸曲线有关的指标两种。
（1）断裂强力。断裂强力是指纺织材料受外界直接拉伸到断裂时所需的力，是表示拉伸力绝对值的一种指标，法定计量单位是N，常用的有cN、mN、kN等。断裂强力是强力的绝对值，与纺织材料的粗细有关，所以其大小对于不同粗细的纺织材料而言，没有可比性。
（2）相对强度。相对强度是指单位细度的纺织材料所能承受的最大拉力，包括断裂应力、断裂强度和断裂长度等。
①断裂应力。指纺织材料单位截面积上能承受的最大拉伸力，这是各种材料通用的表示材料相对强度的指标，一般用σ表示，法定计量单位为N/m2（Pa），但常用N/mm2（MPa）表示。计算公式为：
式中：σ为断裂应力（N/mm2）；P为断裂强力（N）；S为截面积（mm2）。
②断裂强度。指单位细度（1tex或1旦）的纤维或纱线所能承受的最大拉力，单位为N/tex或N/旦。计算公式为：
式中：p为特克斯制断裂强度（N/tex）；Tt为材料的线密度（tex）。
③断裂长度。指单根纤维或纱线悬挂重力等于其断裂强力时的长度，单位为km。在生产实践中测定时不是用悬挂法，而是按强力折算出来的。计算公式为：
式中：Lp为断裂长度（km）；g为重力加速度。
相对强度的三个指标之间的换算式为：
式中：γ为材料的密度（g/cm3）；p为特克斯制断裂强度（mN/tex）。
（3）断裂伸长率。断裂伸长率是指纺织材料在拉伸力作用时拉伸到断裂时的伸长率，单位为百分率。断裂伸长率可表示纺织材料承受最大负荷时的伸长变形能力。计算公式为：
式中：L0为加预张力伸直后的长度（mm）；L为拉伸伸长后的长度（mm）；La为断裂时的长度（mm）；ε为伸长率；εp为断裂伸长率。
纺织材料在拉伸过程中，应力和应变同时发展，发展过程的曲线即拉伸曲线。当横坐标为伸长率ε，纵坐标为拉伸应力σ时，拉伸曲线称为应力—应变曲线。典型曲线如图1-4-11所示，断裂点a对应的拉伸应力σa即断裂应力，对应的伸长率εa即断裂伸长率。
不同材料的拉伸变形形状不同，图1-4-12为常用纤维应力—应变曲线图。与拉伸变形曲线有关的指标如下。
（1）初始模量。初始模量指拉伸变形曲线上起始段（图1-4-11，Ob段）斜率较大部分的应力与应变之比，即曲线起始阶段的斜率。初始模量的大小表示纺织纤维、纱线和织物在受拉伸力很小时抵抗变形的能力，反映了纤维的刚性。初始模量大，表示材料在小负荷作用下不易变形，刚性较好，其制品比较挺括；反之，初始模量小，表示材料在小负荷作用下容易变形，刚性较差，其制品比较软。
图1-4-11 拉伸应力曲线—伸长曲线图
图1-4-12 不同纤维应力应变曲线图
几种常用纤维的拉伸性能见表1-4-3。由表中数据可知，涤纶的初始模量最高，湿态时几乎与干态相同，所以涤纶织物挺括，而且免烫性能好。富强纤维的初始模量干态时较高，但湿态时下降较多，所以免烫性能差。锦纶的初始模量低，所以织物较软，没有身骨。羊毛的初始模量比较低，故具有柔软的手感。棉的初始模量较高，而麻纤维更高，所以具有手感硬的特征。
表1-4-3 几种常见纤维的拉伸性能参考表
续表
（2）屈服应力和应变。图1-4-11曲线上的b点为屈服点，这一点对应的拉伸应力为屈服应力（σb），对应的伸长率就是屈服应变（εb）。屈服点是在拉伸变形曲线上，由斜率较大转向斜率较小时的转折点，或者说是纺织材料从弹性变形到黏弹性变形的转折点。
过屈服点后，纺织材料伸长率明显增加，其中不可回复的伸长量和回复缓慢的伸长量占较大的比例，因此，在其他指标相同的情况下，屈服点高的纤维不易产生塑性变形，形成的织物尺寸稳定性好。
（3）断裂功。断裂功是指拉断纺织材料所做的功，也就是纺织材料抵抗外力破坏具有的能量。即拉伸曲线如图1-4-13所示中曲线Oa下的面积。断裂功根据定积分公式计算：
式中：P为拉伸负荷（cN），在P的作用下伸长dl所需的微元功dW=Pdl；la为断裂点a的断裂伸长（mm）；W为断裂功，一般以mJ（毫焦耳）为单位，对于强力低的纤维也可以用μJ（微焦耳）。
图1-4-13 直接记录的拉伸图
目前的电子强力仪已经能够根据上述积分原理计算断裂功。断裂功的大小与试样长度和粗细有关，所以对于不同长度和粗细的试样，没有可比性。
（4）断裂比功。断裂比功是指拉断单位体积（mm3）的纤维或纱线所需做的功，即折合成同样截面积、同样试样长度时的断裂功。其计算公式：
式中：Wd为拉伸断裂比功（10—5J/mm3）；S为试样实际截面积（mm2）；L0为试样拉伸时的名义隔距长度（mm）。
（二）纤维的拉伸断裂机理
纺织纤维在整个拉伸变形过程中的具体情况十分复杂。纤维开始受力时，首先是纤维中各结晶区之间的非晶区内长度最短的大分子链伸直，也就是成为接近于与纤维轴线平行而且弯曲最小的大分子（甚至还有基原纤）。接着，这些大分子受力拉伸，使化学键长度增长、键角增大。在这个过程中，一部分最伸展、最紧张的大分子链或基原纤被逐步地从结晶区中抽拔出来。这时，也可能有个别的大分子主链被拉断。这样，各个结晶区逐步产生相对移动，使结晶区之间沿纤维轴向的距离增大，非结晶区中基原纤和大分子链段的平行度（取向度）提高，结晶区的排列方向也开始顺向纤维轴；而且，部分最紧张的大分子由结晶区中抽拔出来后，非结晶区中的大分子长度差异减小，受力的大分子或基原纤的根数增多。如此，大分子或基原纤在结晶区内被抽拔移动越来越多，被拉断的大分子也逐步增加（图1-4-14）。这样继续进行到一定程度，大分子或基原纤间原来比较稳定的横向联系受到显著破坏，使结晶区中大分子之间或基原纤之间的结合力抵抗不住拉伸力的作用（例如氢键被拉断等），从而明显地相互滑移，大批分子被抽拔（对于螺旋结构的大分子，则使螺旋链伸展成曲折链），伸长变形迅速增大。此后，纤维中大部分基原纤和松散的大分子都因抽伸滑移作用而达到基本上沿纤维轴向被拉直并平行的状态，结晶区也逐步松散。这时，由于取向度大大提高，大分子之间侧向的结合力可能又有所增加，所以大多数纤维的拉伸曲线的斜率又开始有所上升。再继续拉伸，结晶区更加松散，许多基原纤和大分子由于被长距离地抽拔，有的头端已从结晶区中拔出而游离，部分大分子被拉断，头端也呈游离状态。最后，在整根纤维最薄弱的截面处断开（一部分基原纤和大分子被拉断，其余全部从对应的结晶区中抽拔出来）。
图1-4-14 纤维内部大分子拉伸示意图
（三）影响纤维拉伸性能的因素
（1）大分子结构方面的因素。纤维大分子的柔曲性（或称柔顺性）与纤维的结构和性能有密切关系影响分子链柔曲性的因素是多方面的一般而言，当大分子较柔曲时，在拉伸外力作用下，大分子的伸直、伸长较大，所以纤维的伸长较大。
纤维的断裂取决于大分子的相对滑移和分子链的断裂两个方面。当大分子的平均聚合度较小时，大分子间结合力较小，容易产生滑移，所以纤维强度较低而伸度较大；反之，当大分子的平均聚合度较大时，大分子间的结合力较大，不易产生滑移，所以纤维的强度较高而伸度较小。例如，富强纤维大分子的平均聚合度高于普通黏胶纤维，所以富强纤维的强度大于普通黏胶纤维。当聚合度分布集中时，纤维的强度也较高。
图1-4-15 不同拉伸倍数下黏胶纤维聚合度对纤维强度的影响
图1-4-15所示是在不同拉伸倍数下黏胶纤维的聚合度对纤维强度的影响。开始时，纤维的强度随聚合度增大而增加；但当聚合度增加到一定值时，再继续增大，纤维强度也不再增加。
（2）超分子结构方面的因素。纤维的结晶度高，纤维中分子排列规整，缝隙孔洞较少较小，分子间结合力强，纤维的强度、屈服应力和初始模量都较高，而伸度较小。但结晶度太大会使纤维变脆。此外，结晶区以颗粒较小、分布均匀为好。结晶区是纤维中的强区，无定形区是纤维中的弱区，纤维的断裂则发生在弱区，因此无定形区的结构情况对纤维强伸度的影响较大。
取向度好的纤维有较多的大分子沿纤维轴向平行排列，且大分子较挺直，分子间结合力大，有较多的大分子承担作用力，所以纤维强度较大而伸度较小。一般，麻纤维内部的分子绝大部分都和纤维轴平行，所以在纤维素纤维中它的强度较大；而棉纤维的大分子因呈螺旋形排列，其强度较麻低。化学纤维在制造过程中，拉伸倍数越高，大分子的取向度越高，所制得的纤维强度就较高而伸度较小。图1-4-16表示由拉伸倍数不同而得到的取向度不同的黏胶纤维的应力—应变曲线。由图可见，随着取向度的增加，黏胶纤维的强度增加，断裂伸长率降低。
图1-4-16 不同取向度的黏胶纤维的应力—应变曲线
（3）纤维形态结构方面的因素。纤维中存在许多裂缝、孔洞、气泡等缺陷和形态结构不均一（纤维截面粗细不匀、皮芯结构不匀，以及包括大分子结构和超分子结构的不匀）等弱点，这必将引起应力分布不匀，并产生应力集中，致使纤维强度下降。例如，普通黏胶纤维内部的缝隙孔洞较大，而且形成皮芯结构，芯层部分的分子取向度低、晶粒较大，这些都会降低纤维的拉伸强度和耐弯曲疲劳强度。
空气的温湿度会影响纤维的温度和回潮率，影响纤维内部结构的状态和纤维的拉伸性能。
（1）温度。在纤维回潮率一定的条件下，温度高，大分子热运动动能高，大分子柔曲性提高，分子间结合力削弱。因此，一般情况下，温度高，拉伸强度下降，断裂伸长率增大，拉伸初始模量下降。
（2）空气相对湿度和纤维回潮率。纤维回潮率越大，大分子之间结合力越弱。所以，一般情况下，纤维的回潮率升高，则纤维的强度降低、伸长率增大、初始模量下降。但是，棉麻等纤维有一些特殊性。因为棉纤维的聚合度非常高，大分子链极长，当回潮率提高后，大分子链之间氢键有所削弱，增强了基原纤之间或大分子之间的滑动能力，反而调整了基原纤和大分子的张力均匀性，从而使受力大分子的根数增多，使纤维强度有所提高。
纺织材料吸湿的多少，对它的力学性质影响很大，绝大多数纤维随着回潮率的增加而强力下降，其中黏胶纤维尤为突出，但棉麻等天然纤维素纤维的强力则随着回潮率的上升而上升。所有纤维的断裂伸长都是随着回潮率的升高而增大。常见几种纤维在润湿状态下的强伸度变化情况见表1-4-4。
表1-4-4 常见几种纤维在润湿状态下强伸度的变化情况
当进行束纤维强力测试时，由于各根纤维的强度并不均匀，特别是断裂伸长率不均匀，试样中各根纤维伸直状态也不同，这就会使各根纤维不同时断裂。在外力作用下，伸长能力小、伸直度较高的纤维首先达到伸长极限即将断裂时，其他纤维并未承受到最大张力，故各根纤维依次分别被拉断。由于束纤维中这种单纤维断裂的不同时性，使得所测束纤维强力必然小于单根纤维强力之和。当束纤维中纤维根数越多时，断裂不同时性越明显，测得的平均强力就越偏小。
由于纤维各处的截面积并不完全相同，而且各截面处的纤维结构也不一样，因而同一根纤维各处的强度并不相同，测试时总是在最薄弱的截面处被拉断并表现为断裂强度。当纤维试样长度缩短时，最薄弱环节被测到的概率下降，从而使测试强度的平均值提高。纤维试样截取越短，平均强度越高；纤维各截面强度不匀越厉害，试样长度对测得的强度影响也越大。
试样被拉伸的速度对纤维强力与变形的影响也较大。拉伸速度大，测得的强力较大。
六、纺织纤维的热学性能
纺织材料在不同温度下表现的性质称为纺织材料的热学性质。它是纺织材料的基本性能之一，在大多数情况下它表现为物理性质的变化，但也有化学性质的变化，如线性大分子的交联与解交联、氧化反应、热裂解等。纤维材料的热学性质包括常温下和不同温度与介质下表现的热学特性两大类。
（一）常温下储存和传递热量的能力
纺织材料在常温下具有捕捉静止空气和储存水分及热量的能力。这种能力大小的衡量可从两个角度描述，一个角度是储存和传递的数量，另一角度是速度，分别用比热与热量传递系数进行表述。
（1）常见纤维的储热能力。纺织材料储存热量的能力常用比热表达。比热是使质量为1g的纺织材料，温度变化1℃所吸收或放出的热量，其计算如式：
式中：C为比热[J/（g.℃）]；m为材料质量（g）；△T为材料温度变化值（℃）。
它是单位质量物体改变单位温度时吸收或释放的内能。各种干燥纺织材料的比热见表1-4-5所示。
表1-4-5 各种干燥纺织材料的比热
在不同温度下测得的纺织材料的比热，在数值上是不同的，但温度的影响一般不大，只有在100℃以上时才可能比较明显。静止干空气的比热为1.01J/（g.℃），与干燥纺织材料的比热较接近；水的比热为4.18 J/（g.℃），为一般干纺织材料比热的2～3倍。因此，纺织材料吸湿后，其比热相应地增大。吸湿后的纺织材料，可以看成是干材料与水的混合物。
（2）纤维的比热对纤维加工和使用的影响。比热大小反映了材料温度变化与其所需能量之间的关系，它的变化规律对纺织加工工艺和材料的使用性能有着重要意义。
对于快速热加工的纺织工艺，其热量的供应要考虑材料的比热，否则热量过剩，会导致材料破坏和解体；热量不足，会使温度不够，热定形效果不佳。
比热大的纤维，如锦纶，吸收热量后温度不易变化。因此，用锦纶丝制成的夏季服用面料，与皮肤接触有明显的“冷感”。具有较大比热的纤维还可用于需要抵御温度骤变的场合，可自适应地实现热防护。
（1）指标。纺织材料具有多孔性，纤维内部和纤维之间有很多孔隙，而这些空隙内充满了空气。因此，纺织材料的导热过程是比较复杂的。
纺织材料的导热性用导热系数λ表示，法定单位是W/（m.℃），即指当厚度为1m的材料两表面的温差为1℃时，1h内通过1m2的材料所传导的热量的焦耳数，其计算式如下：
式中：λ为导热系数[W/（m.℃）]；Q为传递热量（J）；△T为材料温度变化值（℃）；t为材料厚度（m）；A为材料面积（m2）；H为传热时间（h）。
λ值越小，表示材料的导热性越低，它的热绝缘性或保暖性越好。
绝热率表示纺织材料的绝热性。绝热率的测试是将试样包覆在热体外面，测量保持热体恒温所需供给的热量。设Q0为热体不包覆试样时单位时间的散热量（J），Q1为热体包覆试样后单位时间的散热量（J），则绝热率T为：
式中：△t 0热体不包覆试样时单位时间的温差（℃）；△t 1为热体包覆试样时单位时间的温差（℃）。
很明显，纺织材料的绝热率与试样的厚度有关。试样越厚，单位时间内散失的热量越少，绝热率就越大。
（2）纺织材料的热量传递能力。纺织材料常以不同形态用作绝热层或保温层，而这种保温层实际上包括纤维、空气和水分等，热在其中的传导，不但有纤维自身的热传导，也有热的对流与辐射。一般测得的纺织材料的导热系数是纤维、空气和水分混合物的导热系数。
静止空气的导热系数最小，也是最好的热绝缘体，因此，纺织材料的保暖性主要取决于纤维层中夹持的空气的数量和状态。在空气不流动的前提下，纤维层中夹持的空气越多，纤维层的绝热性越好；而一旦空气发生流动，纤维层的保暖性就大大下降。试验资料表明，纤维层的密度在0.03～0.06g/cm3范围时，导热系数是最小的，即纤维层的保暖性最好。从制造化学纤维的角度来看，提高化学纤维保暖性的方法之一就是制造中空纤维，使每根纤维内部夹有较多的静止空气。
水的导热系数是纺织材料的10倍左右。因此，随着回潮率的提高，纺织材料的导热系数增大，保暖性下降。此外，纺织材料的温度不同时，导热系数也不同，温度高时导热系数略大。
（二）不同温度与介质时的热力学特性
热力学性质是指在温度的变化过程中，纺织材料的力学性质随之变化的特性。绝大多数纤维材料的内部结构呈两相结构，即晶相（结晶区）和非晶相（无定形区）共存。对于晶相的结晶区，在热的作用下其热力学状态有两种：一种是熔融前的结晶态，其力学特征表现为刚性体，且具有强力高、伸长小、模量大的特性；另一种是熔融后的熔融态，其力学特征表现为黏性流动体。两者可以用熔点来区分。对于非晶相的无定形区，在热的作用下其热力学状态有脆折态、玻璃态、高弹态和黏流态，分别按变形能力的大小采用脆折转变温度、玻璃化转变温度、黏流转变温度来划分。
图1-4-17 纤维材料的典型力学曲线
纺织纤维中的合成纤维在不同的温度条件下常具有玻璃态、高弹态与黏流态，将这类纤维在一定拉伸应力作用下，以一定的速度升高温度，同时测量试样的伸长变形随温度的变化，可以得到如图1-4-17所示纤维材料的典型热力学曲线。
玻璃态的特征是形变很困难，硬度大，类似玻璃，故称玻璃态。一般纤维在常温下均处于玻璃态。高弹态的特征是形变很容易，而且当外力解除后，链段的运动使大分子发生卷缩，变形又逐渐回复，具有高弹性。黏流态的特征是形变能任意发生，具有流动性。把高聚物加热到熔融时所处的状态就是黏流态。玻璃态、高弹态与黏流态这三种物理状态，随着温度的变化可相互转化。
（1）玻璃化温度Tg。由玻璃态转变为高弹态的温度称为玻璃化温度。从分子运动论的观点来看，玻璃化温度就是纤维内部大分子开始能够以链段为单位自由转动的温度。纤维大分子链越僵硬，极性基纤维的玻璃化温度就越高。纤维的结晶度增高或大分子间交联键的形成，都会提高纤维的玻璃化温度。
天然橡胶的玻璃化温度为—73℃，在室温时已处于高弹态。纺织纤维的玻璃化温度一般都高于室温，所以在室温下织物都能保持一定的尺寸稳定性和硬挺性。在玻璃化温度以上时，对织物稍加负荷，即可使其发生很大的变形。
（2）黏流化温度Tf。由高弹态转变为黏流态的温度称为黏流化温度或黏流转变温度。黏流态时，大分子间能产生整体的滑移运动，即黏性流动。黏流转变温度是纤维材料失去纤维形态逐渐转变为黏性液体的最低温度，也是纤维材料的热破坏温度。流动温度的高低，与分子聚合度有密切关系，聚合度越大，流动温度越高。大多数高聚物在300℃以下变为黏流态，许多高聚物包括一些合成纤维，都是利用其黏流态下的流动行为进行加工成型的。
天然纤维和再生纤维素纤维等不存在上述热力学三态，加热到足够高温时，便发生分解。常见纤维的热转变温度如表1-4-6所示。
表1-4-6 常见纤维的热转变温度
（1）热可塑性。热可塑性是指加热时能发生流动变形、冷却后可以保持一定形状的性质。大多数线型聚合物均表现出热塑性，很容易进行挤出、注射或吹塑等成型加工。
涤纶、锦纶、丙纶等合成纤维具有较好的热可塑性。将这类合成纤维或其织物加热到玻璃化温度以上时，纤维内部大分子之间的作用力减小，分子链段开始自由转动，纤维的变形能力增大。在一定张力作用下强迫其变形，会引起纤维内部分子链间部分原有的价键拆开以及在新的位置重建；冷却和解除外力作用后，合成纤维或织物的形状就会在新的分子排列状态下稳定下来。只要以后遇到的温度不超过玻璃化温度，纤维及其织物的形状就不会有大的变化，利用这种热塑性对合成纤维进行的加工处理称为热定形。纺织材料中，变形丝（除了空气喷射变形法）的加工形成、涤纶细纱的蒸纱定捻、合成纤维织物或针织物的高温熨烫等，都是热定形的具体形式。
影响热定形效果的主要因素是温度和时间。热定形的温度要高于合成纤维的玻璃化温度，并低于软化点及熔点。温度太低，达不到热定形的目的；温度太高，会使合成纤维及其织物的颜色变黄，手感发硬，甚至熔融黏结，使织物的服用性能遭到损坏。在一定范围内，温度较高时，热定形时间可以缩短；温度较低时，热定形时间需要较长。在温度和时间这两个因素中，温度是决定热定形效果的主要因素，足够的时间是为了使热量扩散均匀。此外，适当降低定形温度，可以减少染料升华，使织物手感柔软。
合成纤维织物经热定形处理后，尺寸稳定性、弹性、抗褶皱性都有很大改善。
天然纤维与再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维等非热熔性纤维，不具有热塑性。但天然纤维中的羊毛纤维也称其有热塑性，它的本质与合成纤维的热塑性不同。羊毛纤维的热塑性是在热湿条件下，其大分子构型由α螺旋链结构向β折叠链结构的转变。
（2）热收缩性。一般的固体材料受热作用而温度上升时，都会发生轻微的膨胀，即长度或体积有所增加。合成纤维则相反，受热后发生收缩。原因是合成纤维在纺丝成型过程中，为了获得良好的力学性能，曾受到拉伸作用，使纤维伸长几倍，因此纤维中残留内应力，因玻璃态的约束而未能回缩；当纤维的受热温度超过一定限度时，纤维中的约束减弱，从而产生收缩。这种因受热而产生的收缩，称为热收缩。
在生产过程中，如果将热收缩率差异较大的合成纤维进行混纺或交织，则印染加工过程中可能在织物表面形成疵点。因此，纺织厂应检验各批合成纤维的热收缩率，作为选配原料的参考。此外，合成纤维纯纺或混纺织物或针织物，在纺织染整加工过程中不断地受到拉伸作用，特别是湿热条件下的拉伸作用，会导致织物内部积累一定数量的缓弹性伸长和塑性伸长，而且在湿热条件下产生的缓弹性伸长在一般大气条件下的收缩是很缓慢的，从而使织物在穿用过程中经洗涤或熨烫时发生热收缩。因此，为了生产质优且尺寸稳定的合成纤维织物和针织物，需要进行热定形加工。
织物接触到热体在局部熔融收缩形成孔洞的性能，称为熔孔性。织物抵抗熔孔现象的性能，称为抗熔孔性。它也是织物服用性能的一项重要内容。
对于常用纤维中的涤纶、锦纶等热塑性合成纤维，在其织物接触到温度超过其熔点的火花或其他热体时，接触部位就会吸收热量而开始熔融，熔体随之向四周收缩，在织物上形成孔洞。当火花熄灭或热体脱离时，孔洞周围已熔断的纤维端就相互黏结，使孔洞不再继续扩大。但是天然纤维和再生纤维素纤维在受到热的作用时不软化、不熔融，在温度过高时会分解或燃烧。表1-4-7所示为常见织物的抗熔孔性。
表1-4-7 常见织物的抗熔孔性
实践证明，织物的抗熔孔性大约在450℃以上即为良好。由表1-4-7可以看出，棉、毛等天然纤维织物的抗熔孔性都很好；腈纶织物与毛织物接近；涤纶和锦纶的抗熔孔性较差，其织物需要进行抗熔整理，但是，当它们与棉、毛等天然纤维或黏胶纤维混纺时，混纺织物的抗熔孔性可以得到明显改善。
此外，织物的质量与组织等对织物的抗熔孔性也有影响，在其他条件相同时，轻薄织物更容易熔成孔洞。
（三）热质变特性
纺织纤维在高温下保持其力学性能的能力称为耐热性。纺织纤维的耐热性根据纤维材料受热时机械性能的变化进行评定。纺织纤维的热稳定性是指材料对热裂解的稳定性。纺织纤维的热稳定性根据材料受热前后在正常大气条件下性能的变化来评定。当受热温度超过500℃时，材料的热稳定性称为耐高温性。纺织纤维受热的作用后，一般强度下降，下降的程度随温度、时间及纤维种类而异。几种主要纺织材料的耐热性能见表1-4-8。
表1-4-8 纺织材料的耐热性能
棉纤维与黏胶纤维的耐热性优于亚麻、苎麻；特别是黏胶纤维，加热到180℃时强度损失很少，可制作轮胎帘子线。羊毛的耐热性较差，加热到100～110℃时即变黄，强度下降，通常要求干热不超过70℃，洗毛不超过45℃。蚕丝的耐热性比羊毛好，短时间内加热到110℃，纤维强度没有显著变化。
合成纤维中，涤纶和腈纶的耐热性较好，不仅熔点或分解点较高，而且长时间受到较高温度的作用时，强度损失不超过30%；在相同温度下处理1000h，仅稍有变色，强度损失不超过50%。锦纶的耐热性较差。维纶的耐热水性能较差，在水中煮沸，维纶织物会发生变形或部分溶解。
纤维材料抵抗燃烧的性能称为阻燃性。纤维的燃烧是一种纤维分子快速热降解的过程，该过程伴随有化学反应和大量热量的产生，燃烧所产生的热量又会加剧和维持纤维的燃烧。
各种纺织材料的燃烧性能不同。纤维素纤维与腈纶易燃烧，燃烧迅速；羊毛、蚕丝、锦纶、涤纶、维纶等是可燃烧的，容易燃烧，但燃烧速度较慢；氯纶、聚乙烯醇—氯乙烯共聚纤维等是难燃的，与火焰接触时燃烧，离开火焰后自行熄灭；石棉、玻璃纤维等是不燃的，与火焰接触也不燃烧。
纤维燃烧所造成的危害是显而易见的，纤维的阻燃性是构成纺织品安全防护的一项重要内容。各种纤维可能造成的危害程度，与纤维的点燃温度、火焰传播的速度和范围以及燃烧时产生的热量有关。几种主要纺织纤维的点燃温度和火焰最高温度见表1-4-9。
表1-4-9 纺织纤维的点燃温度和火焰最高温度
纺织材料的可燃性大都采用极限氧指数LOI表示。极限氧指数是指材料点燃后在氧—氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数。
极限氧指数大，说明材料难燃；极限氧指数小，说明材料易燃。在普通空气中，氧气的体积比例接近20%。从理论上讲，纺织材料的极限氧指数只要超过21%，在空气中就有自灭作用。但实际上，发生火灾时，由于空气中对流等作用的存在，要达到自灭作用，纺织材料的极限氧指数需要在27%以上。一些纯纺织物的极限氧指数如表1-4-10所示。
表1-4-10 纯纺织物的极限氧指数
根据LOI值，可将纺织材料分为易燃、可燃、难燃、不燃四类，如表1-4-11所示。
表1-4-11 根据LOI的纤维分类
提高纺织材料的阻燃性有两个途径，即对纺织材料进行阻燃整理和制造阻燃纤维。
阻燃整理是利用各种阻燃整理剂在制品上形成阻燃层，以降低制品可燃性物质的释放，或阻隔热量对纤维的作用，或阻断氧化反应的进行，从而达到阻燃的目的。这种方法实施简单，但它存在阻燃剂引起人体致癌和耐洗牢度不高等问题。
阻燃纤维的生产有两种方法：一种是在纺丝液中加入阻燃剂，纺丝制成阻燃纤维，如阻燃黏胶纤维、阻燃腈纶、阻燃涤纶等改性纤维；另一种是由合成的耐高温高聚物纺制成阻燃纤维，如间位芳纶、对位芳纶、聚苯并咪唑（PBI）、聚对苯撑苯并二唑（PBO）、聚酰亚胺、聚苯硫醚（PPS）、聚芳砜酰胺（PSA）、酚醛纤维、聚四氟乙烯纤维等。
七、纺织材料的电学性能
纺织材料在加工和使用过程中，会发生许多电学现象，主要包括材料的导电性质、介电性质和静电现象。
（一）导电性质
在电场作用下，电荷在材料中定向移动而产生电流的特征称为材料的导电性质。材料根据导电能力可分为超导体、导体、半导体和绝缘体。干燥的纺织材料为绝缘体，在工业和国防工业中作为绝缘材料。
材料的导电能力主要与材料对电流的阻碍作用有关，其物理量常用电阻表示。纺织材料导电性质的常用表征指标有体积比电阻、质量比电阻和表面比电阻。
（1）体积比电阻（ρV）。体积比电阻指单位长度上所施加的电压与单位截面上流过的电流之比，即：
式中：ρV为体积比电阻，即电导率（Ω.cm）；U为电压（V）；R为电阻（Ω）；I为电流（A）；S为材料面积（cm2）；L为材料长度（cm）。
在数值上，体积比电阻等于材料长1cm和截面积为1cm2时的电阻值。
（2）质量比电阻（ρm）。对于纺织材料来说，由于截面积或体积不易测量，所以其导电性能一般不采用体积比电阻，而采用质量比电阻。
质量比电阻是指单位长度上的电压与单位线密度上的电流之比，即：
式中：ρm为质量比电阻（Ω.g/cm2）；W为材料质量（g）；γ为材料密度（g/cm3）。
纺织材料的质量比电阻可以通过测试时材料的电阻值、质量及电极间的距离直接计算得到。由质量比电阻与体积比电阻的关系可求得体积比电阻。
在数值上，质量比电阻等于试样长1cm和质量为1g时的电阻值。
（3）表面比电阻（ρs）。因为纤维柔软且细长，体积或截面积难以测量，而纺织材料的导电现象主要发生在材料表面，因此常用表面比电阻来表征材料的电学性质。
表面比电阻是指单位长度上的电压与单位宽度上的电流之比，即：
式中：ρs为表面比电阻（Ω）；B为材料宽度（cm）。
在数值上，表面比电阻等于试样长1cm和宽度为1cm时的电阻值。
各种材料的电阻较大，因此常用质量比电阻的对数来表达纺织材料的导电性，常见纤维的质量比电阻的对数见表1-4-12。从表中可以看出，天然纤维中棉、麻纤维的比电阻较低，羊毛和蚕丝较高；化学纤维中合成纤维的比电阻较大。
表1-4-12 常见纤维的质量比电阻
（1）回潮率对导电性能的影响。对于大多数吸湿性能好的纤维，在空气相对湿度为30%～90%时，纤维材料的含水率（M）与质量比电阻（ρm）之间存在以下经验公式：
ρmMn=K或lgρm=—lgM+lgK
式中：n、K为经验常数。
各种纤维及纱线的n和lgρm值见表1-4-12。含水率低时（棉低于3.5%、黏胶低于7%、羊毛和蚕丝低于4%），含水率（M）与质量比电阻的对数（lgρm）接近直线关系。在影响纺织材料回潮率的诸多外部因素中，空气相对湿度的影响比较显著，尤其是吸湿性纤维，由于相对湿度变化而引起材料质量比电阻的变化可达4～6个数量级。
常见纤维的含水率对纤维质量比电阻的影响见图1-4-18。在中等湿度范围内，材料达到吸湿平衡时，空气相对湿度与质量比电阻的对数lgρm也近似呈直线关系。
（2）环境温度对导电性能的影响。与大多数半导体材料一样，纺织材料的电阻值随着温度升高而降低。一般认为，温度升高，纤维与杂质等电离的电荷增加，纤维的体积增大，比电阻降低。棉纤维的质量比电阻随温度的变化关系如图1-4-19所示。
（3）纤维伴生物对导电性能的影响。天然纤维中有利于纤维吸湿能力的伴生物，例如棉纤维中的果胶、毛纤维中的脂汗、丝纤维中的丝胶，都可以降低纤维的比电阻，增加纤维的导电能力。在化学纤维中，特别是吸湿能力较差的合成纤维，在纤维中添加含有抗静电成分的化纤油剂，能大大地降低纤维的比电阻，改善纤维可纺性。
图1-4-18 含水率对纤维质量比电阻的影响
图1-4-19 棉纤维的质量比电阻随温度的变化关系
（4）测试条件对导电性能的影响。测试比电阻时，电压的高低、测试时间的长短和使用的电极材料，对材料比电阻的测试值有一定影响。当电压较高时，测得的比电阻偏小，故不同电压条件下测试的电阻值无可比性。随着测试时间的增加，所测比电阻值增加，因此在测试时读数要迅速，一般要求在几秒钟内完成。测试所用的电极材料不同，测试结果亦不同，目前电阻测试仪常采用不锈钢做电极材料。
（二）介电性质
干燥纺织材料的电阻较大，在外电场的作用下，因分子极化而具有电介质的性质，即在静电场中，材料表面出现感应电荷，形成内部电场，减小外电场强度。如果将电介质填充到电容器中，电容器容量将会增加。
衡量介电现象强弱的物理量为相对介电常数，也称介电常数（ε）。以电容器为例，介电常数是指充满电介质的电容器的电容增大倍数，即：
式中：C为充满电介质时的电容量；C0为充满真空时的电容量。
介电常数为一无量纲的量，它的大小就表示绝缘材料储存电能的能力。表1-4-13列出了几种纤维的介电常数，供参考。在工频（50Hz）条件下，干燥纤维材料的介电常数在2～5范围内，真空的介电常数等于1，空气的介电常数接近于1，液体水的介电常数约为20，而固态水的介电常数为81。
表1-4-133 几种纤维的介电常数
（1）纤维内部结构。对介电常数影响较大的纤维内部结构主要是纤维相对分子质量、分子极性及分子堆积密度。相对分子质量较小、极性基团极性较强、基团数量较多和分子堆积紧密的材料，介电常数较大。
（2）外部因素。纤维集合体由纤维、纤维伴生物、空气和水四部分组成，因此纤维材料的介电常数大小会受到纤维材料的填充密度、纤维在电场中的排列方向、纤维含杂、环境温度、相对湿度、电场频率等众多因素的影响。
图1-4-20 纤维介电常数与含水率的关系
由于水的介电常数远大于纤维，因此回潮率对纤维的介电常数有较大影响。如图1-4-20所示为纤维介电常数与含水率的关系。利用这一特性，将一定量的纤维材料作为电容器介质，通过测试电容器电容量，可间接地测试纺织材料的回潮率。
温度升高会使材料的介电常数增加，其原因是温度升高有利于极化分子在电场中取向。频率对介电常数的影响表现为随着外电场频率的增加，材料的介电常数减小，这与极性分子的取向运动总是滞后于电场频率的变化有关，当频率较大时，这种滞后现象越明显。
（三）静电现象
纺织材料之间及纺织材料与加工机件间相互接触、摩擦或挤压时，由于电子转移并产生电荷积聚，从而使一种材料带正电荷，另一种材料带负电荷的现象，称为纺织材料的静电现象。静电现象是一个动态过程。对于金属来说，由于它们是电的良导体，电荷极易漏导而不会积累。对于高聚物的纺织纤维来讲，它们的比电阻很高，特别是吸湿能力差的合成纤维的比电阻更高，极易积聚电荷。
两个绝缘体摩擦分开后，所带电荷极性与材料的介电常数有关，介电常数大的，静电电位高，带正电荷；相反，介电常数小的，静电电位低，带负电荷。
纺织材料所带静电的强度，用单位质量的材料带电量表示。纤维的最大带电量接近相等，而静电衰减速度却不大相同。决定静电衰减速度的主要因素是材料的表面比电阻。
织物的表面比电阻越大，电荷半衰期越长。因此，如果把纺织材料的表面比电阻降低到一定程度，静电现象就可以防止。
在纺织加工过程中，静电的作用会使纤维黏结或分散，材料分层不清。纺纱梳棉时爬道夫、绕斩刀，纤维网不稳定；并条、粗纱、细纱时绕皮辊、绕罗拉，条子、纱线发毛，断头增多；络筒时筒子塌边，成形不良；整经时纱线相互排斥或纠缠，影响纱线间的张力及整经的顺利进行；织造时经纱相互纠缠、开口不清，造成松紧经甚至断经，影响产品质量。
在服装的使用过程中，静电现象则会影响服装的穿着性能。不同材质的服装产生的静电会使衣服相互纠缠，穿着不便。衣料与皮肤电荷不同时，会相互吸附，影响穿着的舒适及美观。化纤类衣服因静电现象严重，特别容易吸附空气中带异性电荷的尘埃微粒，易使衣服黏污，而且特别易吸附头皮屑；贴身穿着时，会使皮肤产生刺痒感，穿着舒适性下降。化纤类服装在穿着过程中，由于摩擦起电，产生的静电压很高，在触摸金属物件等可导电物或与人握手时会放电，产生电击感而令人不适。
静电现象除了产生不利因素外，还可加以利用，例如：静电纺丝、静电纺纱、静电植绒等。
纺织加工中消除静电的思路有三条，一是增加材料的导电能力，减少电荷的积聚；二是发生相反的电荷，中和静电荷；三是减少材料与材料间、材料与机件间的摩擦，防止静电荷的产生。具体的方法与措施有：
（1）适当提高空气相对湿度。提高空气相对湿度，能增加纤维的回潮率，降低纤维的比电阻，从而增加纤维的导电能力，及时逸散静电荷，减少电荷积聚，消除静电作用。对于羊毛和醋酯纤维，要产生明显的防静电效果，车间的相对湿度要提高到65%以上。对于吸湿能力较强的纤维，这一方法较为有效。而对于吸湿能力较差的纤维，提高车间相对湿度来消除静电的效果并不明显，相反，还可能恶化劳动条件和成纱质量，锈蚀机器设备。
（2）使用抗静电剂。抗静电剂的抗静电本质是使用表面活性剂，增加纤维的吸湿能力，降低纤维表面比电阻。这一方法是一种暂时的处理方法，达不到永久的抗静电效果。
（3）不同纤维混纺。一是在易产生静电的合成纤维中，混入吸湿能力较大的天然纤维或再生纤维，提高合成纤维的回潮率；二是混纺的两种纤维，在加工中与机件摩擦产生相反电荷而相互中和；三是混入少量的有机或导电纤维，增加纤维的导电能力。例如，在织物中混入质量混纺比为0.2%～0.5%的金属导电纤维，能达到永久、优良的抗静电效果。
（4）使用抗静电纤维。抗静电纤维的类型有：在制造合成纤维时，加入亲水性基因或链节；嵌入导电性碳粉或金属粉末；制造具有亲水性皮层的复合纤维。这些抗静电纤维通过纤维吸湿能力增加或提高导电能力来降低材料的静电现象。
（5）纤维上油。毛纤维纺纱一开始就加入和毛油，减少纤维间以及纤维与机件间的摩擦，以防止静电现象。化纤生产中上的油剂，也具有润滑剂成分，能达到减少摩擦的目的，降低静电。
（6）加工机件接地或尖端放电。高速运转的机件应尽可能接地，以便尽快地泄漏纤维与机件的静电荷；或在纤维及其制品通道中设置尖端放电针，使电荷迅速逸散。
八、纺织材料的光学性质
当光线投射到纺织材料的表面时，在纤维与空气的界面上产生光线的反射与折射。各个方向的反射光的强弱，决定纺织材料的光泽；而进入纤维的光线分成两条折射光，它们以不同速度在纤维内部进行折射，并部分被纤维所吸收。材料吸收光能后，其性质逐渐有所变化。
（一）反射与光泽
光泽是纺织材料的重要外观性质。光泽的强弱，主要由纺织材料对光的反射情况而定。当光线射到纺织材料的表面时，在纤维和空气的界面上同时产生反射和折射，光的一部分被反射，另一部分折射光在纤维内部进行，当达到另一界面时，再产生反射和折射。由于纤维结构的复杂性和在纤维集合体中纤维排列得错综复杂，纤维对光线的反射、折射、吸收及衍射等情况是非常复杂的。许多纺织纤维本身是透明的，但织物的透明度则大大降低。但纤维集合体的光泽主要取决于纤维对光的反射和纤维的排列状态。当纤维表面平滑一致，纤维彼此平行排列时，投射到界面上的光线，将在一定程度上沿一定角度被反射，反射光较强，纤维集合体的光泽就强。如果纤维表面粗糙不平。纤维排列紊乱，反射光就以不同角度向各个方向漫射，纤维集合体的光泽就暗。粗羊毛的鳞片稀，且紧贴在毛干上，表面比较平滑，反射光较强，毛的光泽也强。细羊毛的鳞片稠密，在毛干上贴紧程度较差，羊毛光泽柔和。如果羊毛鳞片受损伤，羊毛的光泽就变得暗。制造半光或无光化学纤维的方法，就是在纺丝液中或纺丝熔体中加入少量的折射率不同的小颗粒状态的消光剂（二氧化钛），造成反射光漫射的条件，达到消光的目的。
在纤维的形态结构因素中，除纤维的表面状态影响光的反射因而也影响纺织材料的光泽外，纤维的层状结构及纤维的横断面形状，也是影响光泽的主要因素。
当具有层状构造的纤维受到光线照射时，在纤维表面发生第一次光的反射与折射。一部分光线从纤维表面反射出来，而折射入纤维内部的折射光在到达纤维的第一、第二层界面时，发生第二次光的反射与折射。折射后的光线继续进入纤维的第二层，当到达纤维的第二、第三层界面时，发生光的第三次光的反射与折射。这个过程逐层进行。最后，所有从纤维内部各层界面上反射出来的强度不同的内部反射光，部分被纤维吸收，部分仍回到纤维表面射向界外，并且在纤维表面形成一散射层，使纤维表面的反射光量增加，纤维的光泽较强，光泽柔和均匀，有层次，不耀眼。
纤维横截面的形状很多，它们的光泽效应差异很大，其中有典型意义的是圆形和三角形。以相同的入射光量比较，三角形截面纤维存在部分全反射现象，光泽较强。而圆形截面纤维，光线在任一界面上的入射角都和光线进入纤维后的折射角相等，在任何条件下都不能形成全反射。因此这类纤维的透光能力较三角形截面纤维强，纤维外观比较明亮。
（二）折射与双折射
当一束光由空气照射到各向异性晶体表面时，一般情况下，在晶体内将产生两束折射光，这种现象称为双折射。同一束入射光在晶体内所产生的两束折射光中，其中一束光遵从折射定律，而另一束光一般情况下并不遵从折射定律，即其折射线一般不在入射面内，并且当两种介质一定时，折射线随入射角的改变而变化，前者称为寻常光，简称为O光；后者称为非（寻）常先，简称为E光。
晶体中存在一些特殊方向，沿此方向传播的光不发生双折射，这些特殊方向称为晶体的光轴，只有一个光轴的晶体称为单轴晶体。大部分纺织纤维属于单轴晶体，即光线只沿此光轴方向射入时，不发生双折射现象，顺这个方向所引的任何直线，都叫纤维的光轴，纤维的光轴一般是与纤维的几何轴相平行的。
进一步分析可知，在纤维内部分解成的两条折射光都是偏振光，且振动面相互垂直，其中遵守折射定律的寻常光的电场振动面与光轴垂直，其折射率用n⊥表示；另一条不遵守折射定律的非常光的电场振动面与光轴平行，其折射率用n∥表示。在非光轴方向，O光和E光的折射率n⊥和n∥不同，光在纤维内部的速度vO和vE也不同。大多数纤维是正晶体，在不同方向上vO＞vE，因此O光叫快光，E光叫慢光。纤维的双折射能力用双折射率△n（△n=n⊥—n∥）表示。
常见纤维折射率、双折射率见表1-4-14。需指出的是，纤维是不均匀材料，试样内纤维之间在性质上是不同的，且通过一个纤维断面的折射率也是变化的，因此表中数据仅供参考。
表1-4-14 常见纤维折射率、双折射率
续表
（三）耐光性
纺织材料在储存和穿用过程中，因受各种大气因素的综合作用，材料的性能逐渐恶化，如变色、变硬、变脆、发黏、透明度下降、失去光泽、强度下降、破裂等，以致丧失使用价值，这种现象叫老化，这种试验叫大气老化试验或气候试验。如果在大气因素中突出太阳光的作用，排除风吹、雨淋等的影响，则称材料抵抗太阳光作用的性质为耐光性，这种试验叫耐光性试验。
在天然纤维和人造纤维中，羊毛和亚麻的耐光性是较好的；棉和黏胶纤维的耐光性较差；耐光性最差的是蚕丝。在合成纤维中，腈纶的耐光性是最好的；涤纶的耐光性较好，接近羊毛；锦纶的耐光性最差，和蚕丝接近；丙纶和氯纶的耐光性也差。