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第一章 纤维的弱节结构特征 1．弱节的定义与内涵 纤维弱节的概念，由Peirce最早提出，但只是指在力学性质上较弱部位。 而这种力学性质上的弱点，必然与该部位的结构状态有关，故又称其为“结构弱节”或“形态弱节”。 纤维的结构弱节是指纤维内部结构中和外观形态上存在着明显的结构不均匀性和缺陷。 形态弱节则是指纤维明显的几何细颈部位，纤维生长或加工过程中的缺陷，以及纤维受自然和人为作用的损伤处。 弱节分类： 一是纤维的内部结构弱节，一般采用电子显微术和微区电子衍射和X射线衍射技术分析，但弱节区域太小太少，寻找与观察都极为困难。 二是形态细节或细颈，即纤维生长的较细部位，这类特征大都采用纤维轮廓测量法来表征。 三是自然侵蚀和人为损伤的形态结构缺陷，采用SEM观察。 2．纤维弱节的特征（以羊毛纤维为例） (1) 纤维的细节： 实际观察结果如SEM照片所示，细节的主要特征是纤维均匀、逐渐地由粗变细，再由细变粗的形态。其变细的速度不同，如图 (a)～(b)所示的其间差别。一般逐渐变细、变粗是羊毛形态的正常观象，其很难构成羊毛真正意义上的弱节。对图 (c))所示的快速变细的形态，有可能构成纤维的弱节。 (2) 天然生长的形态缺陷： 羊毛纤维天然生长中的缺陷如图所示，如图 (a)所示的纤维表面风蚀部位；图 (b) 的鳞片鼓胀和受损点；图 (c)纤维局部畸形变化。 (3) 人为加工中的损伤： 人为的机械作用，对纤维形成损伤，其损伤形式主要如图所示。图中(a)为纤维受大曲率的弯曲和挤压作用结果；(b)为平压的压扁结果；(c)为锐器损伤的变形等的损伤。纤维的机械作用损伤，会造成纤维形态的剧烈畸变和纤维强伸性的衰减。 (4) 内部结构缺陷：纤维内部的结构缺陷是一个很难确切发现和表征的结构部位，尤其是微区结构弱节，即导致纤维破坏的应力集中点，或裂纹与缺陷。通常的内部结构弱节是以定性的方式来描述，即纤维两相结构中的无序低密和无缚结分子的部位；或纤维微细组织结构中，组织块间的间隙和孔洞；以及晶格结构中的缺陷与错位。故较多的研究与表征是针对纤维的断裂面特征。如图涤纶纤维（a）纤维表面的裂纹或缺陷引起的“V”字漏斗形加平面断口，以及图（b）纤维结构的缺陷引起的多阶梯加滑移面的断裂端。 3. 纤维弱节结构的表征 （1）纤维弱节的力学特征 纤维在外力作用下会伸长并最终断裂，这种断裂不是发生在纤维的最细部位，就是断裂在结构缺陷处。总之，纤维的断裂总是发生在纤维的最弱部位。 纤维力学行为可分为均匀结构相的力学行为，称为“正常拉伸断裂”；和缺陷结构的力学行为，称“结构弱节拉伸断裂”。 传统讨论中有意识、或无意识地较多地关注纤维的正常断裂过程和指标，其原因是： ①人们很少真正地测量纤维的应力，而是纤维的受力值与纤维平均直径的相对比值； ②纤维弱节的几何尺寸对整个纤维来说太小、太隐蔽，而纤维的断裂，却实实在在地是由于这些极小部分的作用而致； ③纤维弱节的最主要表现为纤维的力学性能的退化。 因此在理论和实践上，最方便和最直接的方式是以纤维的力学行为来表征其弱节的特征和弱节量。 右图为羊毛不同断裂行为的拉伸曲线 。 显然，纤维弱节断裂应力和应变低于图中的临界应力和临界应变。这一曲线特征和临界应力、应变值，可用于纤维弱节和非弱节（正常）断裂的判断。 （2）纤维弱节断裂的判定准则与方法 纤维弱节断裂的判断准则，即为上面提到的纤维的临界应力，或临界比强度 (cN/tex)和临界应变。 由纤维的实际断裂应力（或比强度T）和断裂应变，以及其拉伸曲线的特征，便可判断纤维是弱节断裂，还是正常断裂，并可计算纤维弱节断裂的概率。 由于实测中可以测得纤维沿其长度方向上的粗细轮廓图。由此可以分出纤维断裂的部位，最细点处断裂和非最细点处断裂。根据其实际断裂部位的粗细值可以换算得纤维的截面面积或线密度值，求出纤维的实际断裂应力（或比强度T）和断裂应变值，从而给出纤维弱节的特征和比例的综合评价。 第二章 纤维的浸润性质 一．概述 纤维的浸润，或称纤维的润湿，是指纤维与液体发生接触时的相互作用过程，其包括两类现象。 一是纤维与液体的平衡浸润，即当液体与纤维表面接触后，其状态基本上不发生变化而保持稳态的浸润，故又称作静态浸润。 二为纤维的非平衡浸润，即液体与纤维接触后，整个浸润过程中的液固界面在不断地扩展，固、液、气交汇点在不断移动，此又称为铺展浸润，或动态浸润。 对于平衡态浸润，可以由Young-Dupré方程直接描述 式中， 为表面张力，为单位长度上的作用力；下标S，L，V分别表示固、液、气态；为接触角，如图所示。一般常用接触角或cos 来表示材料的浸润性，即： 对于非平衡浸润，即铺展过程，