第二节 纤维的截面形状

纤维的截面形状随纤维种类而异，天然纤维具有各自的形态，化学纤维则可以根据人们的意愿设计异形喷丝孔，从而获得具有各种异形截面的纤维，此外，即使喷丝孔相同，也可通过控制纤维的成形过程而形成不同的截面形状。

截面形状影响纤维的卷曲状态、比表面积、抗弯刚度、密度、摩擦性能等，并与纤维的手感、风格及性能密切相关，进而在纤维复合成纱时，不同截面形态的纤维在纱线截面内的填充程度也不同，这同样也会影响到最终织物产品的品质。

天然纤维中毛纤维大部分为圆形，棉纤维接近腰圆形，木棉纤维为近圆形，丝纤维近似三角形，麻纤维为椭圆形或多角形等。

一、纤维异形化

非圆形截面的化学纤维称为异形纤维。为了使纤维品种多样化，国内外不断研究利用物理、化学和机械等方法使合成纤维变性，以改善其性能，扩大其使用范围，使化学纤维从形态、性能上模仿天然纤维，并向超天然纤维的方向发展。

纤维截面变化又称异形化，是物理改性的一项重要手段，可分为两种：一种是纤维截面形状的非圆形化，包括轮廓波动的异形化和直径不对称的异形化；另一种是截面的中空和复合化。异形截面纤维一般蓬松度较好，抗起毛起球，可以消除化纤光滑的手感，可以解决丝的光泽和丝鸣问题；异形中空丝与常规纤维相比改变了纤维集合体的密度、热阻、孔隙率、蓬松度、纤维截面的极惯性矩、比表面积，中空纤维的空隙内有大量的静止空气，从而可提高其热阻和保暖性能；中空纤维降低了纤维的密度，实现了纤维材料的轻量化；纤维中空化还可以提高纤维截面的极惯性矩，即提高了纤维的刚度；纤维中空化改变了其光学特性，中空部对光的漫反射可增强纤维的不透明感；中空化可以提高纤维的孔隙率、蓬松度及比表面积，从而改善了纤维集合体的湿热传递特性，可以使织物具有较好的吸湿、透气、保温功能。中空微孔纤维也可作为过滤材料。常见的异形纤维及中空异形纤维截面如图2-2所示。

纤维异形化的发展过程是逐渐从单一改变纤维直径到纤维截面轮廓的波动，从单孔到多孔，从单组分到多组分，从对称到不对称，甚至从径向截面异形丝发展到纵向随机变形的异形丝。这不仅丰富了纺织纤维的内容，而且使纤维制品及其性能趋向于多样化、功能化和舒适化。常见异形截面纤维的形状与所突出的功能效果见表2-3。

二、异形纤维的特征与指标

异形纤维与一般圆截面的纤维相比具有下列特征。

（1）具有优良的光学性能，如涤纶仿真丝织物采用三角形截面丝后，织物表面光泽优雅；锦纶三角形截面丝则使织物具有钻石般的光泽；多叶形丝可使织物表面消光，光泽柔和。

（2）能增加纤维的覆盖能力，提高抗起球能力。

（3）能增加纤维间的抱合力，使纤维的蓬松性、透气性及保暖性均有提高。

（4）可减少合成纤维的蜡状感，使织物具有丝绸感，并能增加染色的鲜艳度。

（5）表面沟槽起到导汗、透湿作用。同时还可增大比表面积，有利于水分蒸发，从而使织物具有快干的性能。

异形纤维上述各项性能的优劣，主要决定于其不同的截面形状及异形度的大小。纤维异形度是纤维截面形态相对于圆形的差异程度，也是表示异形纤维符合异形规格程度的指标。

（一）径向异形度及其变异系数

径向异形度D是异形纤维截面外接圆半径R（μm）与内切圆半径r（μm）差值对某一指定径向参数的百分数。

1.相对径向异形度D_R（%）

2.平均径向异形度D_M（%）

3.理论径向异形度D_r（%）

式中：r₀——截面积折算为正圆形的半径，即根据该纤维线密度值理论换算所得的半径，μm。

式中：d——由线密度折算得实心圆直径，μm。

D_R、D_M和D_r相应的变异系数为CVD_R、CVD_M和CVD_r。

（二）截面面积异形度及其变异系数

截面面积异形度S是异形纤维外接圆面积（πR²）与某一指定半径圆面积（π r²）的差值相对于外接圆面积的百分数。

1.相对截面面积异形度S_R（%）

2.平均截面面积异形度S_M（%）

3.理论截面面积异形度S_r（%）

S_R、S_M和S_r相应的变异系数为CVS_R、CVS_M和CVS_r。

径向异形度、截面面积异形度及其变异系数主要用于对纤维截面的轮廓波动异形的表达。

（三）截面中空度

中空纤维在壁厚较小时易被压扁，这样会使空腔缩小。实际有效空腔截面积占有效外周界内截面积的百分数为截面中空度，它的表示符号是C_o。