一、纤维材料的分类与基本性能参数
（一）纤维材料的分类
纤维的种类很多，但通常根据其制造方法和化学成分不同分为天然纤维和化学纤维两大类。
纤维材料详细分类如下：
（二）纤维材料的基本性能参数
在表征纤维材料的性能时，常常遇到诸如细度、支数、纤度、强度等指标，下面逐一介绍。
1.细度
细度是表示纤维、纱线的粗细程度，它是纤维材料性能的重要指标之一。细度通常可用纤维的直径或截面积表示，实际应用中则采用与组织有关的间接指标线密度表示。单位长度（1000m）的纤维或纱线所具有的质量（g）称为“tex（特）”，而“dtex（分特）”则为1/10tex。它是纤维材料与织物材料的法定计量单位，至于以前常用的公支（支数）、旦（den）等纤维材料与织物材料计量单位已不允许单独使用。
tex、公支（支数）、旦（den）3种单位制存在如下换算关系：
den×支数=9000
tex×支数=1000
den=9×tex
den=90×dtex
2.强度
断裂强度是纤维、纱线以及纺织物性能的重要指标之一，具体又可分为绝对强力和相对强度两种。
①绝对强力：绝对强力是指纤维或纱线在连续增加负荷的作用下，直至断裂时所能承受的最大负荷，单位是N。
②相对强度：由于纤维和纱线的截面形状不规则，并含有空隙，不易精确测定截面积。而实际纤维的组织又以特或分特表示，故纤维的相对强度是指每特（分特）纤维被拉断时所能承受的力。
纤维的相对强度若在干燥条件下测定称干强度，在湿润条件下测定称湿强度。
3.回弹率
把纤维拉伸到一定的伸长率（一般为2%～5%），当外力除去后，在60s内形变恢复的程度称回弹率，以百分数表示。回弹率越高，表示纤维的耐疲劳性能越好。
4.初始模量
纤维的初始模量（也称杨氏模量）为纤维受拉伸时，当伸长为原长的1%时所需的应力。初始模量可表征纤维对小延伸的抵抗能力，或表征当施加一定的负荷于纤维时，纤维产生形变的大小。纤维的初始模量值高，说明施加同样大小的负荷时不易产生形变，即尺寸稳定性好。纤维的初始模量取决于高聚物的化学结构及分子间相互作用力的大小。
5.吸湿率
纤维于20℃下、相对湿度为65%时测定的含水量，称为吸湿率或称回潮率。
二、天然纤维
所谓天然纤维是指从自然界中直接索取的，或经人工栽培、饲养而获得的纺织纤维。
（一）棉纤维
在天然釬维中，棉纤维具有极其重要的地位，它是纺织工业的重要原料之一；也是制鞋工业的必需品。棉纤维是棉花植株的种子外面密生的棉絮，将籽棉经过轧花机，把棉籽和纤维分开，所得的纤维叫原棉（也称皮棉），俗称棉花。原棉的每根纤维称为棉纤维。
1.棉纤维的分类
按棉纤维的长短、粗细不同，棉纤维可分为细绒棉、长绒棉及粗绒棉3种。
细绒棉又称陆地棉，是我国原棉的主要品种。棉花色泽洁白，纤维细，长度为25～31mm，纤维直径为17.19μm。
长绒棉又称海岛棉，盛产于非洲尼罗河流域，有著名的埃及长绒棉，一部分苏丹长绒棉也属海岛棉系统，其色泽呈乳白色或淡黄色，纤维细长，长度在33mm以上，最长的可达50～70mm，纤维直径为13.15μm。目前，我国也有少量陆海杂交的陆地长绒棉，质量比海岛棉差。
粗绒棉又称中棉，纤维短而粗，长度为13～25mm，纤维直径为20.21μm，色白，属亚洲棉或非洲棉系统，在我国栽培历史悠久，但由于产量低，质量差，已趋淘汰。
2.棉纤维的特性
棉纤维主要由纤维素组成（占90%～94%），其次是水分、脂肪、蜡质等。纤维素是一种碳水化合物，元素组成为碳44.4%，氢6.2%，氧49.4%，分子式为[C6H10O5]n，聚合度至少在6000以上，一般为1000～156000。它是扁带形中空的管状物，中空腔内含有水分、色素及含氯物等。高度成熟的棉纤维几乎没有中腔，纤维的成熟度越小则中腔越大。
棉纤维的主要特性如下：
①吸湿性较好。棉纤维具有吸收水分和散发水分的性能。在常态下，棉纤维的吸湿度8%～9%；在饱和湿度的空气中，其最高吸湿度可达20%～30%；当温度超过105℃时，棉纤维内所含的水分便会全部挥发而散失。
②保温性好。棉纤维的主要成分是纤维素，纤维素是热的不良导体，同时棉纤维又是多孔性物质，其中的空气也是热的不良导体，不易传热，从而增强其保温性能。
③耐热性较好。棉纤维一般在温度100℃时，其坚牢度并不受影响；当温度达到120℃时，纤维有发黄的现象；但当温度升高到150℃时，棉纤维内部结构松解，强力降低，纤维素便遭到破坏；当温度继续升高到250℃时，就会发生火花而迅速燃烧起来。
④耐光性较好。光长期照射后，强度稍有下降，经实验证明，棉纤维被日光照射940h后，其强力下降50%左右，若长期光照会被逐渐氧化变脆，强力降低，因而耐光性是有限的。
⑤棉纤维的抗碱能力较强。遇到碱性物质也不会损坏。因为组成棉纤维的物质是纤维素，纤维素耐碱但不耐酸，所以常用碱来除掉棉纤维中的杂质，用碱来进行精炼和精洗。但如果把棉纤维放进高温的碱液中蒸煮，就引起氧化而强力降低。因此，棉布制品在去污除垢时，不宜用加热的浓碱液蒸煮。
⑥棉纤维不耐酸。因为其组成物质是纤维素，有机酸一般不会损伤棉纤维，但无机酸有损伤作用，损伤程度随酸的种类、浓度和酸液的温度等因素不同而异。因此，棉织品染整时，一般不采用酸性染浴。棉布制品不宜和酸接触。
⑦棉纤维不耐微生物。在温度和湿度较高的条件下，棉纤维会被微生物破坏，使其生霉变质。
⑧棉纤维有一定强度。吸湿后强力增加，湿强大于干强。
⑨断裂伸长率较低。干态时为6%～8%，湿态时为7%～11%。
⑩棉纤维较粗，耐磨性尚好。
总之，棉纤维一般具有一定的强度，且吸水性、耐热性、保温性、耐光性较好，容易染色，耐洗涤、耐漂白，所以实用价值较大。
（二）麻纤维
麻纤维属于天然纤维中的植物纤维，是从植物茎部剥下来的韧皮层，是植物纤维中的茎纤维。麻的种类很多，可以作为纺织材料的有苎麻、亚麻、黄麻等，但其主要为苎麻。
苎麻的主要特性如下：
①强力和耐磨性高于棉纤维，吸湿性也高于棉纤维，且湿强大于干强。
②抗水性能优越，不易因水浸而发霉腐烂。
③对酸、碱的反应与棉纤维相似，即耐碱不耐酸。
④耐光性能好，光照后强度几乎不下降。
⑤断裂伸长率比较小，为1.5%～2.3%。
⑥对热的传导快，穿着具有凉爽感。
亚麻是从亚麻植物的韧皮部分获得的。亚麻和苎麻的区别在于亚麻纤维比苎麻纤维短而细。亚麻具有类似于苎麻的特性，也具有同样的用途。
总之，麻纤维的硬度、强度较大，光泽较好，耐水性强，表面光滑，接触时有凉爽感；但缺少弹性，难以伸长，易起皱。故麻布是以坚牢耐穿、爽滑透凉而著称。
麻纤维主要用作制造高强度、耐水性好的织物材料，用麻纤维制成的麻线和织成的麻布均是制鞋工业的良好材料。
（三）蚕丝
蚕丝属于天然纤维中的动物纤维，是从蚕茧上取得的，又称丝纤维。它的主要成分为蛋白质类。蚕丝分为家蚕丝和野蚕丝两种，家蚕丝即桑蚕丝，野蚕丝的种类较多，主要是柞蚕丝。蚕丝中以桑蚕丝为主。
桑蚕丝的主要特点如下：
①桑蚕纤维细而长，一个蚕茧上的蚕丝其长度短的可达600～800m，长的可达1200～1500m。
②桑蚕纤维具有较好的强度，其强度大于毛，小于麻，接近于棉。
③断裂伸长率大于麻、棉，小于毛。
④吸湿性好。吸湿能力大于棉，小于毛
⑤对酸有一定的抵抗能力，对碱比较敏感。
⑥丝的耐磨性一般。
⑦耐光性差，经过一定时间光照后，强度显著下降。
⑧蚕丝不耐盐。如将丝纤维放入0.5%的食盐水中浸渍15个月，会使丝纤维组织破坏。
⑨蚕丝是绝缘体，可用来做绝缘材料。
⑩蚕丝的耐热性能一般比较稳定。
总之，丝纤维细长而柔软，又有一定的强度和弹性，富有光泽，在稀酸溶液中具有一定的抵抗力，但对碱的抵抗力差，不耐盐溶液。易染色，染色后得到美丽的色彩。受日光照射后，强度变弱。主要用于制造薄而轻、色泽鲜艳、富有悬垂性的服装材料，由丝纤维纺制的丝线常用于制鞋工艺中。
（四）毛纤维
毛纤维属天然纤维中的动物纤维，其组成物质主要是蛋白质。毛纤维主要有羊毛纤维、兔毛纤维、骆驼绒等，其中以羊毛为主，我国毛纺工业所用的羊毛原料绝大部分是绵羊毛。
羊毛纤维的特点如下：
①羊毛纤维的弹性好，回弹率较高，其制品在使用过程中不易起皱。
②吸湿率高，为天然纤维中吸湿能力最优良的纤维。在通常状态下，羊毛回潮率一般为14%左右，在潮湿空气中达30%，饱和点可达50%。
③耐磨性能一般。其摩擦因数是可变的，顺摩擦阻力小，摩擦因数小，逆摩擦则相反。
④耐光性较差。长期光照后颜色变黄，弹性和强度均降低，手感变得粗硬。毛织品洗后需晾在阴凉通风处，防止日光暴晒，可延长织品寿命。
⑤强度是天然纺织纤维中最低的。
⑥断裂伸长率是天然纤维中最大的，可达25%～35%。
⑦耐酸不耐碱。因羊毛属于蛋白质纤维，对酸类侵蚀作用的抵抗力比植物纤维强得多；所以纯毛织物可做化工厂防酸劳保之用。对碱的抵抗能力比棉纤维差。(www.xing528.com)
⑧具有缩绒性。缩绒性是指在湿热条件下给羊毛或毛织物以机械力（反复挤压揉搓），毛纤维能相互咬合成毡，毛织物缩短变厚的性质。
⑨羊毛纤维极易被虫蛀，抗蛀性很差。
⑩具有可塑性。羊毛在蒸汽的作用下，纤维膨胀、发软，失去弹性，此时如把羊毛压成各种形状，并将其迅速冷却，虽解除压力，但已形成的形状却经久不变，称为可塑性。它能增加织衫的美感。
总之，毛纤维具有弹性好，不易起皱，可塑性、吸湿性好等特性，可制成贵重的毛织品；但也有强力低、耐光性差、有缩绒性、易受虫蛀等缺点。其毛织品在制鞋工业中可作为高级轻便鞋的面料。
（五）石棉纤维
石棉纤维的化学组成因其蕴藏地区不同而异，一般组成为：二氧化硅39%～43%，三氧化二铝0～1.5%，三氧化二铁和氧化铁0.2%～0.5%，氧化镁40%～41.5%，氧化钙和氢氧化钠0～0.3%，水13%～14.5%。
石棉纤维的特点是绝热，能防火，电绝缘性好，防腐强度极高；缺点是耐酸性较差等。
三、化学纤维
（一）人造纤维
在人造纤维中，本书将主要介绍黏胶纤维和玻璃纤维。
1.黏胶纤维
黏胶纤维发明于1891年，1909年正式投入工业化生产。黏胶纤维在20世纪50年代发展最快，到60年代发展趋于平衡。黏胶纤维具有如下特点：
①干态强度较高，湿态强度较低，如普通黏胶纤维的湿态强度为干强度的45%～55%。
③耐热性好，在100～120℃时，强度不下降，而且还因高温使纤维含水量降低，以至强度有所提高。
④耐疲劳性较差，耐候性良好。
⑤化学稳定性差，和棉纤维相比，易受酸的侵蚀。
2.玻璃纤维
玻璃纤维是一种人造无机纤维，采用不同的原料组分和生产方法可以制造出不同用途的玻璃纤维。玻璃纤维的类型主要是按化学组成来划分，一般可分为E玻璃、C玻璃、S玻璃，其化学成分见表8-1。
表8-1 玻璃纤维的成分 单位：%
玻璃纤维的特点如下：
①强度高，模量高，伸长率低，尺寸稳定性好。
②耐热性和化学稳定性好。在300℃时，于短时间内性能不受影响，24h后强度下降20%。
③耐曲挠性和耐磨性差，密度大，吸湿性低。
④电绝缘性能好。
（二）合成纤维
合成纤维是由合成高分子化合物再经加工而制得的纤维，如锦纶、涤纶、维纶、丙纶等。合成纤维及其织物已成为重要的制鞋材料，广泛用于人造革基布、鞋面料、辅料等方面。
1.聚酰胺纤维
不同品种聚酰胺纤维的密度值不一样，同一品种由于其结构不同，成型方法的差异等均可造成其密度值不等。不同品种聚酰胺纤维采用常规法成型所得纤维密度与熔点值见表8-2。
表8-2 不同品种聚酰胺纤维密度和熔点值
聚酰胺纤维的特点如下：
①强度高、弹性好。聚酰胺纤维因其规整性好、结晶度高，所以强度高。它是目前已工业化生产的合成纤维中强度较高的一种纤维，其单位质量强度比黏胶纤维高1.5～1.8倍。聚酰胺纤维还具有回弹性高等优点，例如，聚酰胺纤维的回弹率为99%（伸长10%时），高于聚酯纤维和黏胶纤维。聚酰胺纤维的断裂伸长率为20%～50%。
②耐疲劳性和耐磨性好。聚酰胺纤维耐多次变形性仅次于涤纶纤维，而高于其他天然纤维和化学纤维。聚酰胺纤维的耐磨性优于所有的纺织纤维，就单根纤维耐磨性测定结果而言，其耐磨性为棉花的10倍，羊毛的20倍，黏胶纤维的50倍。
③耐热性和耐光性差。聚酰胺纤维的耐热性和热稳定性较差，加热会使纤维老化变色、强度下降、收缩率增加。例如聚酰胺纤维经150℃、1h老化后，强度保持率为69%；经150℃、5h老化后，纤维即变黄。提高聚酰胺纤维耐热性的方法是在聚合时加入热稳定剂。
聚酰胺纤维耐光性差，在日光下长时间照射后，会使纤维变色发黄，并且造成强度下降。
④聚酰胺纤维耐碱性好，但耐酸性不够好，浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸易造成纤维部分分解并同时溶解。
聚酰胺纤维主要用于服装、制鞋、汽车、橡胶、装饰等行业。近年来采用在聚酰胺纤维中加入有机锡和有机汞化合物作为抗菌剂的方法，可制备防臭抗菌纤维（又称抗微生物纤维）。抗菌防臭聚酰胺纤维是制造鞋垫、运动鞋、袜子、运动服等制品的理想材料。
2.聚酯纤维
聚酯纤维中主要品种有聚对苯二甲酸乙二酯纤维（PET），它是以对苯二甲酸和乙二醇为主要原料，经过缩合聚合反应、熔融纺丝等工艺而制得，是合成纤维中最重要的品种之一，我国商品名称为涤纶纤维。
涤纶纤维的特点如下：
①强度高、模量高。涤纶纤维的强度比锦纶纤维稍低，湿态强度与干态强度大致相等，涤纶纤维抗冲击强度比聚酰胺纤维高4倍，比黏胶纤维高20倍。在已工业化生产的各类合成纤维中，以涤纶纤维的模量最高。聚酯纤维的断裂伸长率与聚酰胺纤维接近，为20%～50%。
②弹性高、耐磨性好。涤纶纤维的弹性接近于羊毛，抗皱性优良，经180℃高温定型处理后，虽经水洗也不起皱。涤纶纤维的耐磨性仅次于锦纶纤维，优于其他天然纤维及聚丙烯腈纤维。
③耐热性和热稳定性好。涤纶纤维的耐热性和热稳定性较好。在150℃的热空气中加热168h，强度仅损失15%～30%；受热1000h，强度损失50%，而一般纤维在此条件下经200～300h即分解。
④耐光性好、吸湿性低。涤纶纤维的耐光性仅次于腈纶，与棉相近，例如在日光下照射600h后，强度仅损失60%。
涤纶纤维由于其吸湿性低（0.5%左右），织物可穿性好，但透气性差。
⑤涤纶纤维的耐酸性好，尤其是耐有机酸，但耐碱性差。这是因为涤纶大分子上的酯基在碱性条件下易产生水解。
涤纶纤维在工业上用途较广，在制鞋行业主要用于缝纫线等。
3.聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维是先由聚乙烯醇纺制成纤维，再用醛类进行缩醛化处理而制得的聚乙烯醇缩甲醛纤维。我国商品名称为维纶纤维。
维纶纤维的特点如下：
①维纶纤维中，短纤维的性状接近棉花，而长丝则像蚕丝，维纶纤维的密度比棉低20%。维纶纤维具有较高的强度和耐磨性，且初始模量高。若采用维纶与棉花各50%混纺，所得织物的强度较纯棉织物高60%左右，耐磨性提高50%～100%。
②维纶纤维另一大特点是吸湿性好，优于其他合成纤维。例如，在温度20℃、湿度65%时，回潮率为4.5%～5%。此外，维纶纤维的耐光性很好，长期日晒后，强度几乎不变。就耐光性而言，维纶纤维优于聚酰胺纤维、棉花和黏胶纤维。
③维纶纤维的回弹性较差，其织物易起皱，但其回弹性高于黏胶纤维和棉纤维。此外，维纶纤维的耐热水性不好，在沸水中收缩达5%，若在沸水中连续煮沸3～4h，可使织物变形或发生部分溶解现象，但维纶纤维在干态下的耐热性较好。
④维纶纤维的另一主要缺点是染色性差，织物色泽不够鲜艳。
维纶纤维的用途主要是代替棉花，或与棉花混纺使用。近年来采用聚乙烯醇与5—硝基呋喃丙烯醛进行缩醛化，可制得抗菌防臭纤维。这种纤维由于在大分子结构上带有杀菌作用的基因，可用于制造鞋袜、手套等用品，达到预防和治疗真菌疾病的目的。
聚乙烯醇纤维原料易得，成本低廉，性能较好，使用范围较广，故在世界各国引起重视。但是近年来，由于涤纶、锦纶、腈纶等性能更加优良的纤维的大量使用，使维纶纤维产量有所下降。
4.聚丙烯纤维
聚丙烯纤维是以丙烯为原料，经聚合纺丝制成的纤维，故称聚丙烯纤维，我国商品名称为丙纶纤维。丙纶纤维是世界四大合成纤维之一，它的相对密度为0.91，是现有纺织纤维中最轻的纤维品种。丙纶纤维的基本性能如下：
①强度高、弹性好。丙纶纤维的强度与高强度的锦纶、涤纶纤维相当，且湿态时强度没有损失，断裂伸长率为15%～35%。丙纶纤维的回弹率位于聚酯纤维和聚酰胺纤维之间，当伸长率为5%时，其回弹率为85%～98%。丙纶纤维的初始模量低。
②耐磨性好、化学性质稳定。丙纶纤维具有较好的耐磨性，其耐磨性接近涤纶纤维，但低于锦纶纤维。丙纶纤维耐化学腐蚀性好，特别对无机酸、碱稳定性极好。
③相对密度和吸湿性小。在所有合成纤维中，丙纶纤维吸湿性最小（回潮率小于0.03%），相对密度最小。
④耐光性和染色性差。丙纶纤维的耐光性能差，容易老化，为了提高其耐光性，丙纶纤维纺丝时需添加防老化剂。由于聚丙烯大分子结构中不含极性基团或可反应的官能团，并且结构中缺乏适当容纳染料分子的位置，不易染色。
5.腈纶
腈纶又称为奥纶，学名叫聚丙烯腈纤维，是由聚丙烯腈经过熔融纺丝而制得。
因腈纶具有一些优良的性能，加之原料价廉而易得，所以投产以来发展迅速，仅次于涤纶和锦纶，居于第三位。腈纶性能接近羊毛，多用来和羊毛混纺或作为羊毛的代用品，因此，又有“合成羊毛”之称。但腈纶主要还以蓬松耐晒而著称。其主要特点如下：
①耐晒性最佳，它的耐光性和耐候性除了含氟纤维外，是天然纤维和化学纤维中最好的。
②耐腐蚀性较好。它对酸、氧化剂等较稳定，但耐碱性较差，纤维遇稀碱或氨水变黄，遇浓碱时则纤维遭破坏。
③比较耐热，其耐热性仅次于涤纶。一般在200℃时纤维才能被软化。
④保暖性好。实验证明，腈纶的保暖性比羊毛还好，且轻松柔软。
⑤结构紧密，纤维吸湿性低，其吸湿率一般情况下为1.5%，所以织品易洗快干，但穿着不如天然纤维织品舒适。同时也由于结构紧密，吸湿性低，染料分子不易浸入纤维内部，染色性差。
⑥强度不如锦纶、涤纶和维纶，但比羊毛高1～2.5倍。
⑦弹性和抗皱性能不够理想，特别是遇热水要变形，因此腈纶织品的保型性不如羊毛织品。耐磨性特差，比羊毛低得多。所以纯腈纶织品和腈纶含量高的混纺织品易磨损断裂。
③可单独纺制100%制品，也可与羊毛、棉花、人造短纤维等制成混纺制品，还可做被褥、衣服等的填充材料。
6.氯纶
氯纶学名叫聚氯乙烯纤维，由于氯纶耐热性差，虽发明较早，但发展速度一直很慢。它是由聚氯乙烯经过纺丝等处理后而制得。
氯纶的主要特点如下：
①氯纶的强力稍小。其强力略次于棉花，大于羊毛，但耐磨性比棉花和羊毛都好。
②耐化学腐蚀性。比锦纶、涤纶、维纶好，在浓酸、浓碱中强度几乎不变。
③吸湿性差。吸湿率为0.3%，易洗快干，穿着闷热。但氯纶织品经摩擦产生静电现象比较显著，纱线间相互排斥，增加了空隙，使织品蓬松、柔软，充满空气，所以富有弹性（可与羊毛相比），保暖性好，氯纶棉毛衫裤对风湿性关节炎有一定的护疗作用。耐热性差是氯纶最大的缺点，在70℃收缩，100℃分解。
④不易燃烧。因分子中含有大量的氯（约占总质量的75%），氯在一般情况下极难氧化。因此，氯纶织品即使在火焰上燃烧，也只能使接触火焰部分的纤维收缩熔化，这种难燃性在国防上有特殊用途。
氯纶可与棉花、羊毛、黏胶等纺织纤维混纺，也可以纯纺制成毛线和棉毛衫裤。
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