第一节 纤维的细度
纤维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。
当用线密度及几何粗细来表达纤维细度时，其值越大，纤维越粗；而在使用单位质量纤维所具有的长度来表达纤维细度时，其值越大，纤维越细。
一、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类。
（一）直接指标
主要指直径、截面积及宽度等纤维的几何尺寸表达。
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，通过光学显微镜或电子显微镜观测纤维的直径d和截面积A。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，其截面积计算可近似采用下式：
（二）间接指标
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，故常采用分特（dtex）或毫特（mtex）表示纤维的细度，且1dtex=10-1tex，1mtex=10-3tex。
特克斯为定长制，如果同一种纤维的特数越大，则纤维越粗。
2.纤度 旦尼尔（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：
纤度为定长制，如果同一种纤维的旦数越大，则纤维越粗。
3.公制支数 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、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，设纤维的公定重量为Gk（g），长度为L（m），则该纤维的公制支数为：
公制支数为定重制，如果同一种纤维的公制支数越大，则纤维越细。
（三）细度指标的换算
线密度（Tt）、纤度（Nd）和公制支数（Nm）的数值可相互换算，其换算关系如下：
纤维的截面为圆形时，如已知纤维密度，则纤维直径与线密度、纤度或公制支数之间可相互换算。设纤维直径为d（m），密度为δ（g/cm3），则
由上式可知，各种纤维因受到各自密度（表2-1）不同的影响，当线密度、纤度、公制支数分别相同时，其直径并不相同。密度越小，纤维直径越粗。例如，1.50dtex的涤纶直径为：
1.50dtex的丙纶直径为：
表2-1 各种干燥纤维的密度δ 单位：g/cm3
天然纤维由于每根纤维沿长度方向细度不匀（棉纤维、各种麻纤维中段粗两端细；羔羊毛纤维根端粗梢端细，成年羊毛纤维两端粗中间细），因此线密度又分为中段线密度和全长线密度。如陆地棉纤维全长线密度约为中段（10mm）线密度的85.75%，海岛棉的全长线密度约为中段（10mm）线密度的91.90%。
二、纤维的细度不匀及其指标
纤维的细度不匀的内容主要包括两方面，一是纤维之间的粗细不匀，二是单根纤维沿长度方向上的粗细不匀。长期以来，对纺织纤维纵向及横截面形态和结构特征的分析都借助于高分辨率的光学显微镜或电子显微镜以及现代光电图像处理技术。但是对于离散较大的天然纤维，绝大多数不仅截面非圆形而且有不规则的空腔，因此，除毛纤维外基本不用直径测量方法。
（一）各类纤维的细度不匀
天然纤维的细度常因在生长过程中受到自然环境及其他因素的影响而存在很大差异。就棉纤维而言，棉纤维的细度（即线密度）与棉纤维形态和结构有关。一方面，棉纤维的外周长在生长的初期已确定；另一方面，纤维的胞壁不断增厚，即成熟度提高，棉纤维的细度与外周长和成熟度直接相关。由于外周长与棉的品种和产地，甚至与棉株、棉籽的生长部位有关，而成熟度与生长条件和采摘时间有关，所以棉纤维的细度主要取决于棉花品种、生长条件等。因此，不仅同一棉包的棉纤维存在着粗细不同，同一根棉纤维也呈现两端细、中段粗的不对称截面形态变化，其线密度同样是中间粗、两端细，不对称的。
对于毛纤维细度及细度不匀的重要性更为突出，绵羊毛纤维细度的差异主要是受到绵羊的品种、年龄、羊体上生长部位及一个毛丛内羊毛的差异等的影响，另外绵羊毛纤维因生长季节和饲养条件的变化也会有明显的粗细差异（粗细差异可达3～10μm），并且其截面形态也会有所变化。国产绵羊毛纤维直径形态及变化规律较为相似，从毛尖向毛根开始逐步增粗，达到最粗处后，逐步下降，达到最细处后再逐步增粗。
麻纤维的粗细差异更为显著，各种麻纤维不仅受生长条件、初生韧皮纤维细胞和次生韧皮纤维细胞生长期不同等影响，造成单纤维的粗细差异大（变异系数可达30%～40%），而且工艺纤维因纤维分裂度的随机性导致的粗细差异更大。
蚕丝的粗细差异在蚕茧结构上较为明显，茧衣和蛹衬的丝较细不能缫丝，而茧层的丝相对较粗也是中段粗两端细，经过缫丝并合后所得到的生丝的细度及细度不匀，由茧丝的并合根数及茧丝的细度差异决定，所以缫丝并合时的粗细搭配较好，则生丝的均匀性就较好。
化纤长丝的线密度是其成形过程中的主控参数，故其细度均匀性总体来说较天然纤维好。在生产过程中由于受到温度、时间、牵伸力等因素的影响，不同时间生产的长丝直径也有差异，从喷丝孔出来的长丝直径会沿着其长度的方向发生变化。传统的静态测量方法只能够反映长丝某一段的直径，很难准确地得到连续长丝的直径和细度不匀。现在多使用条干均匀度仪连续测量或在线测量的方法来测试长丝束及其成品的直径和细度不匀。
化学短纤维的细度及其均匀度则主要是借鉴天然纤维的相关指标来表达。
（二）细度不匀指标及分布
1.不匀率指标 由细度的定义可知，对细度不匀较为合理的表达应为纤维直径或线密度的差异。也就是说通过纤维的平均直径及其离散指标或平均线密度及其离散指标来表示纤维的细度不匀是最有效的，相关的离散指标主要包括直径或线密度的标准差 σ及其变异系数CV值。
图2-1 纤维直径分布直方图及分布示意图
2.纤维间细度不匀的分布 在纤维分组测量的基础上，将纤维直径的测试结果用直方图表示，不但可以反映出该批羊毛纤维细度的分布状况，还可以计算出纤维细度的离散系数。其直径分布曲线可如图2-1所示。
纤维平均直径的计算公式为：
式中：
维的平均直径，μm；
di——纤维测定后，数据整理分组，以组中值为每组纤维的代表直径，μm；
ni——每组测量的纤维根数，根；
n（d）——直径为di组的纤维根数的密度函数；
dmax，dmin——分别为被测纤维的最粗、最细直径，μm。
可用标准差σ表示纤维的每个试验值对其平均数的差异情况，计算公式为：
式中：N——试验纤维总根数，根。
变异系数CVd（又称离散系数）（%）的计算公式为：
纤维、纱线、织物各种指标在计算算术平均值和变异系数时均采用上述计算方程式。
三、纺织纤维细度测量方法
纺织材料细度测量方法很多，由于有湿胀、干缩的变化。因此细度测量规定必须在标准温湿度环境（20℃，相对湿度65%）中平衡后进行。
细度（线密度、纤度、公制支数）测量方法基本上是测长称重法。短纤维整理成束，一端排齐或者中段切取后，称重、数根数，或按长度分组、称重、数根数。按式（2-1）～式（2-3）计算。多份试样测试后计算算术平均数、标准差和变异系数。
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），达到吸湿平衡后称得重计算。
圆形截面的纤维可以测平均直径及变异系数，一般将纤维整理成束，中段切取一定长度（0.2～3.0mm，不同仪器要求不同），将其均匀分散后在光学显微镜、光学扫描仪、激光扫描仪、电子显微镜或其他仪器中逐根测量并记录直径后计算分布，并计算算术平均数、标准差、变异系数、粗端5%概率的直径、一定直径（如25μm）以上粗纤维的概率等。
除此之外，对不同纤维对象还有其他测试方法，举例如下。
（1）振动测量法：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，求出单根纤维的线密度。
（2）气流仪测量法：根据不同细度的纤维比表面积不同，使试样在一定压缩比条件下测量气流阻力的方法间接测量纤维的线密度或实心圆截面纤维的直径。麻纤维脱胶后分裂程度也可用气流仪测量。
（3）声阻仪测量法：根据不同细度纤维比表面积和共振频率不同，试样在一定压缩比条件下测量声振动的阻尼系数，折算成纤维的线密度或平均直径。
四、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。但另一方面，具有一定的异线密度，对纱的某些品质（如丰满、柔软等毛型感）的形成是有利的。
（一）对纤维本身的影响
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，最终将影响产品的使用。
（二）对纱线质量及纺纱工艺的影响
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。设纤维的线密度为Tt1，成纱的线密度为Tt2，细纱截面中平均纤维根数即Tt2/Tt1，当成纱中不计纤维细度的变异时，则纱线条干变异系数的极小值如下：
因此纤维越细时，纱的条干变异系数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，细纤维可纺细线密度的纱线。
（三）对织物的影响
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。具体影响见表2-2。
表2-2 纤维细度与功能的关系
