纺织纤维的结构特征
所谓纤维的结构特征就是构成该纤维的长短分子的组成及它们在空间的排列位置。它包括：当纤维处于平衡状态时，组成纤维的长短分子之间的几何排列，纤维的断面结构、形状，纤维内的空洞、裂隙以及微孔的大小和分布等。
（一）纤维的分子结构特征
纤维的分子和排列形成了纤维的结构特征，而这种特征正是影响纤维的物理性质和化学性质的主要因素。纺织纤维都是由高分子化合物所组成的，不同纤维具有不同的高分子化合物成分及排列形式。
1.纤维的分子结构组成 服用纤维高分子化合物的最基本组成单元是呈长链状的大分子，它是保持该物质各种属性的，且能独立存在的基本单元，因此常把纤维的分子结构称为链结构。纤维的长链大分子由许多相对分子质量不大、化学结构相同或不完全相同的单个小分子，依靠共价键联结而成。所以在纤维的长短分子中，常常会出现一种或几种重复出现的链节。纤维分子链既细又长，在没有外力作用下，不可能保持直线状态，而是呈现各种各样的卷曲，这种特性称为链的柔顺性。链的柔顺性对所组成的纤维性能有相当大的影响。服用纤维的高分子化合物一般是直线型长链大分子，其链节可以是完全相同的（如纤维素、聚乙烯等），也可以是基本相同的（如蛋白质等），这种链节称为“单基”。纤维素的单基是葡萄糖剩基，蛋白质的单基是α－氨基酸剩基，涤纶的单基是对苯二甲酸乙二酯。分子中含有单基的数量称为聚合度。一般条件下，纤维分子的聚合度越大，纤维的强度也越大。天然纤维的聚合度取决于纤维的生长条件和纤维的品种。化学纤维的聚合度可以通过生产工艺进行调节。
2.纤维的一般特征 纺织纤维中每根纤维都是由许多长链分子组成，而长链分子依靠相互之间的作用力聚集起来，排列堆砌成整根纤维。长链分子在纤维内的排列无一定的规律。在同一根纤维内有些区域大分子片段排列较为整齐（称为结晶区），而有些区域大分子片段排列不整齐（称为非晶区）。因此纺织纤维结构中包含结晶态和非结晶态两部分。从整根纤维来看，表现出两方面的特征。
第一是大分子排列方向和纤维轴线方向的关系。在纺织纤维中，大部分大分子的排列方向（或大部分分子链段的排列方向）是和纤维轴线方向相同的，大分子排列方向与纤维轴向符合的程度称为“取向度”。纤维的取向结构使纤维许多性能产生各向异性，如力学性能，强度、模量在纤维轴向上提高，而伸长性降低；在热收缩和湿膨胀性能上，纤维轴向出现热收缩，径向膨胀，而湿膨胀径向大于轴向；纤维的热传导、电学、声学和光学性能也会有明显的各向异性。
第二是纺织纤维中结晶区的比例用“结晶度”来表示。结晶度一般是指结晶区的体积占纤维总体积的百分数。纤维结晶度较高时，纤维中缝隙、孔洞较少，密度较大，吸湿比较困难，强度较高，变形较小。
（二）纤维的形态结构特征
所谓纤维的形态结构是指纤维中尺寸比较大的分子敛集结构特征，这可在光学显微镜、电子显微镜下或原子力显微镜（AFM）观察得到。如纤维的各级微观结构、纤维的断面形状、纵向特征，以及纤维内部存在的各种缝隙、孔洞等。
一般将形态结构按尺度和部位分为表观形态、表面结构和微细结构三类。表观形态：主要研究纤维外观的宏现形状与尺寸，包括纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等；表面结构：主要涉及纤维表面的形态及表层的构造，是微观形态与尺度的问题；微细结构：是指纤维内部的有序区（结晶或取向排列区）和无序区（无定形或非结晶区）的形态、尺寸和相互间的排列与组合，以及细胞构成与结合方式。其中影响纤维服用性能的形态结构特征主要指纤维的表观形态。
1.纤维的长度 纤维长度直接影响纤维的加工性能和使用价值，反映纤维本身的品质与性能，故为纤维最重要指标之一。纤维长度与纱线质量、织物外观，以及织物手感等关系极为密切。一般而言，纤维越长，成纱强度越高，因此织物的坚牢度较好；在保证一定成纱强力的基础上，纤维越长，可纺制较细的纱线，织制出较为轻薄的面料，也可以使纱线少加捻，制成的织物手感柔软舒适；此外，纤维越长，纱上的纤维头端露出较少，因而服装外观光洁，毛羽少，不易起毛、起球。反之，由短纤维制成的织物外观则比较丰满，且有毛羽。
棉花、羊毛、亚麻等天然纤维，在同等纤维细度下，纤维长度越长，长度均匀度越好，品质也越好。纤维长度过短，会导致纺纱困难。棉纤维长度一般在40mm以下；毛纤维平均长度为50～120mm；苎麻纤维较长，约为120～250mm；亚麻纤维的长度较短，在20～30mm之间。
化学纤维的长度因用途而定，可加工成长度接近天然短纤维的三种短纤维类型：棉型纤维的长度在51mm以下，接近于棉纤维长度，制成的织物外观特征接近于棉织物；毛型纤维长度在76～150mm之间，类似于羊毛纤维长度，制成的织物外观特征类似毛织物；中长纤维的长度介于51～76mm之间，在棉纤维和毛纤维的长度之间，用来织制仿毛型织物。
2.纤维的细度 纤维细度是指纤维粗细的程度，它是衡量纤维品质的重要指标，也是影响纱线与织物性能的重要因素。纤维的细度对所纺织纱线的粗细均匀度、抗弯刚度、强度以及纱线及织物的光泽有较大的影响。纤维越细，手感越柔软，由其制成的面料光泽越好，容易得到丰满蓬松的效果，但易起毛、起球。在纱线粗细相同的情况下，纤维越细，纱线断面内的纤维根数就越多，纱线强力越好。外观粗犷厚重的织物所用的纤维通常长而粗，精细轻薄的织物所用的纤维一般较细，同时较细的纤维还可以制成透气性良好和仿丝绸效果良好的服装面料。
纤维细度的表征方式有直接和间接两种。直接指标是用纤维的直径和截面积直接描述纤维粗细的指标，适于圆形纤维。直径常以微米为单位。间接指标是由纤维质量或长度确定，即定长或定重时纤维所具有的质量（定长制）或长度（定重制），无截面形态限制。定长制有线密度和纤度两种形式，单位分别为特克斯（tex）和旦尼尔（旦）；定重制主要采用公制支数（公支）和英制支数（英支）表示。
（1）线密度。我国法定计量单位规定，纤维（或纱线）的细度统一用线密度表示，单位为特克斯（tex），简称特。表示1000m长的纤维（或纱线）在公定回潮率时的质量（g）。纤维常采用更细的分特（dtex）表示，即10000m长的纤维所具有的质量（g），为1/10特。
线密度的计算公式为：
式中：Tt——纤维的线密度，tex；
Gk——纤维公定回潮率时的质量，g；
L——纤维的长度，m。
特数俗称号数，线密度越大，纤维越粗。
（2）纤度。9000m长纤维在公定回潮率时的质量（g），称为纤度，单位为旦尼尔（Denier），简称旦。计算公式为：
式中：ND——纤维的纤度，旦；
Gk——纤维公定回潮率时的质量，g；(https://www.daowen.com)
L——纤维的长度，m。
纤度（旦）与线密度（分特）的转换关系为：
化纤长丝与蚕丝的细度常用纤度表示。纤度越大，纤维越粗。
（3）英制支数Ne。英制支数简称英支，是指在公定回潮率下，1磅重的纱线所具有的标准长度的倍数。棉和棉型混纺纱的标准长度为840码。即：
英制支数与线密度的转换关系为：
棉纤维的细度常用公制支数表示。
（4）公制支数Nm。公制支数简称公支，是指在公定回潮率时1g纤维或纱线所具有的长度（m），即：
公制支数与线密度的转换关系为：
毛、麻纤维的细度常用公制支数表示。公制支数越大，纤维越细。
（5）直径与截面积。具有圆形截面的纤维，如羊毛或其他动物毛纤维可直接用直径来表示，非圆形截面的纤维直径常指该纤维等面积圆的直径。由于纤维很细，以微米（μm）为单位，近似圆形的计算为A=πd2/4。
纤维直径可按以下各式与纤维其他线密度指标进行换算：
上式中γ表示纤维的密度（g/m3）。由上式看出，纤维细度值相同，其直径可能不同，受到纤维密度γ的影响。常见纤维密度见表2－1。
表2－1 常用纤维的密度
3.纤维纵向结构与截面形态 不同类型的纤维，其纵向形态和横截面形态差异很大，通过显微镜观察可以发现各自的截面形态。常见的几种纤维的截面形态如表2－2所示。
表2－2 常见纤维的纵横向形态
续表
从表2－2中可以看出，纤维的纵向结构主要有以下几种类型：
（1）转曲或横节结构。表面粗细不匀，有转曲或有横节，或有各类细小突起，如天然纤维素纤维。这种结构使纤维互相啮合，利于纺纱加工。
（2）鳞片状结构。出现在大部分的动物毛发中，如羊毛纤维。这种结构有利于纺纱加工，纤维易在加工中毡合而形成特有的毛呢表面风格。
（3）沟槽结构。纤维的表面呈现纵向的细沟槽，使纤维具有较好的可纺性，最典型的是普通黏胶纤维的表面细沟槽。
（4）平滑结构。熔融纺丝制成的合成纤维（如锦纶）和精练蚕丝具有这种结构，表面平滑，不利于纤维之间的相互啮合，纺纱加工较为困难。
（5）表面多孔结构。多见于涤纶和腈纶织物经改性处理后的纤维表面，有利于改善吸水、吸湿、染色性能和手感。
从纤维的截面形状来看，天然纤维都非圆形，即使是截面最接近圆形的细羊毛纤维严格意义上也是椭圆形的。化学纤维中，熔融法制得的纤维一般为圆形截面，但干法、湿法纺丝因溶剂析出收缩的原因或有特殊要求的异形纤维，都是非圆形的。
源于对天然纤维的表面形态模拟，化学纤维加工制造过程中其横截面形态发生了巨大变化，由单纯的圆形截面衍生出各种异形截面，如三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形等。与圆形截面纤维相比，异形截面纤维在光泽效应、手感、染色性能、耐污性、蓬松性、透气性、保暖性等多个方面均有较好的改观。因此，改变纤维表面结构是材料改性的有效途径，可改善纤维的吸水性、吸湿性和外观风格等。例如，化学纤维尤其是合成纤维表面较光滑，常有蜡状感或挺而不柔感等，进行卷曲加工就可在纤维纵向产生明显的卷曲，改善手感、弹性和蓬松性等。对涤纶等合成纤维进行化学处理以改变表面状态可模仿真丝。羊毛的凉爽或防缩免烫整理也是通过破坏或改变表面的鳞片而实现。
服用纤维的种类众多，而且形态结构各异，从而导致其性能不尽相同，而各自的性能特征决定了服装的生产工艺、服装外观、服用性能以及服装保养等方面的不同。因此，人们对服装的各种要求，最终体现在对纤维原料的服用要求上。与服装加工及服用性能直接相关的纺织纤维的基本性能主要包括纤维的细度、长度、形态结构、密度、吸湿性、力学性能、热学性能、电学性能、耐气候性和耐化学品性能等。
（三）纤维的密度
纤维的密度是指单位体积纤维的质量，常用g/cm3或mg/mm3来表示。纤维的密度取决于纤维本身的化学结构，纤维长链分子的相对分子质量和纤维的结晶度都与之有关。纤维的密度直接影响织物的覆盖性，在重量相同的情况下，密度小的纤维具有较大的覆盖性；反之，覆盖性较小。当服装面料的组织结构以及服装款式、尺寸相同时，由密度小的纤维制成的服装重量较轻，而密度较大的纤维制成的服装重量则较重。从穿着舒适性角度考虑，无论是在夏季还是冬季，人们更乐于接受重量较轻的服装，特别是在穿衣较多的冬季，质轻、保暖的服装更受人们的欢迎。表2－1列出了常用纤维的密度。从表中可以看出，合成纤维的密度要比其他纤维小，尤其是丙纶，比水还轻，适合于制作水上运动的服装。