科普纺织
2022年6月29日 星期三

       作为科普纺织，先提一个有趣的问题：纸张能做服装面料吗？
       回答问题之前，先普及一下基本知识。

纺纱

织布

       纺织指纺纱和织布。纺织的基本原料是棉、麻、丝、毛等天然纤维和纤维素纤维、锦纶、涤纶、丙纶、腈纶等人造纤维。把纤细柔软的纤维加工制成合乎使用要求的纱和布，其实远非想象的那样简单，例如使纤维处于受控运动状态就不是容易的事情。纤维不是刚性材料，无法用车、削、铣、刨等用于刚性材料的加工方法加工纤维制品。
纤维有长纤维和短纤维之分，长纤维处于卷绕状态，短纤维处于无序状态，把纤维制成布（专业术语叫织物）需要经过各种纺纱和织造工序。我国是纺织大国乃至纺织强国，占多一半的全世界纤维加工总量，是唯一的纺织门类和品种、上下游产业链齐全的国家，是支撑世界纺织工业体系平稳运行的核心力量。我们没有理由不为拥有世界领先水平的纺织工业感到自豪。

乔其纱

氨纶纤维弹性手套

碳纤维复合材料车体 

      由纺纱和织造得到的纺织品是我们每天生活之必需。头上戴的，身上穿的，手上套的，脚上着的都离不开纺织品。纺织品有的薄如蝉翼（乔其纱），有的轻如鸿毛（聚乙烯织物），坚者超过铁石（碳纤维制品），柔者胜似橡胶（氨纶纤维制品）。当然现在纺织品应用已经扩展到了很多工业领域，例如医学、各类工程领域等。最近我们经常戴的口罩里子就是非织造布的种类之一。
       纺织品随人类文明演化而发展。一万多年前原始人开始用柔性纺织品保护身体免受环境侵害，然后出现棉、麻、丝、毛和其他纤维组成的复杂结构纺织品。 纺织品除服装或家纺产品外，还应用于绳索、过滤材料、增强材料和柔性建筑材料等工程场合。相比于其他工程领域，整个纺织领域精细力学分析和设计相对落后，经验设计在纺织制造业中一直占据主导地位。新纤维材料、新纺织技术、新社会生活模式不断出现，推动了纺织科技的发展。
       纺织作为一门工程技术，研究的对象是纤维集合体和加工中所使用的机械（物理、力学的）和化学方法。集合体中的纤维，形成离散度很大的分布。这种特性又往往与周围环境（如气温、湿度）有密切关系。因此纺织作为一门应用科学技术，并不能简单地搬用基础学科的成果。例如应用流体力学分析气流纺纱输送管与气流杯内的纤维流动就远比航空中的各种流体动力学分析复杂得多。纺纱规律带有统计学性质，使描述带有某种不确定性。这一点有些和气象学相似。
       最后回答问题：
       纺织品通过柔软而又细长纤维借助纤维间摩擦形成兼具柔软、有规则表面纹理和强度的特性，使纺织品在低应力下柔软、在高应力下由于纤维间相互抱合锁结而不致破坏。形成高质量纺织品需要高质量纤维和复杂而又合理的纤维集合方法，由此形成纤维间既紧密接触抱合但又能相互滑移的集合状态。例如，纸张和短纤维复合材料板材制造中，使用低价值木浆纤维在浆液中高速混合集结，形成具有纸张和短纤维复合材料板特性的产品，该类产品虽然制备效率高，但易撕裂、易折皱、低湿强、表面过于光滑、短纤维堆砌结构过于致密。更重要的是纸张材料虽然柔软，但无法产生双曲率效应。纸张材料可以沿单轴向弯曲卷绕，但不能双轴向同时弯曲卷绕，否则会形成弯曲尖点或奇点，这不具有纺织品所要求的特性。纺织品由于纤维间相互滑移，在双轴向弯曲或卷绕下使弯曲尖点或奇点处应力释放，消除弯曲尖点或奇点，在双轴向弯曲下仍具有光滑曲率区域。这是纺织品具有优美悬垂感、在人体运动时具有舒适性屈曲变形的重要原因。因此，纸张不能做服装面料。

厚呢大衣      

       纺织品的优雅美感和柔软手感来自于纤维之间在高应力时的相对滑移。对于传统工程材料，为达到柔软效果，最可行的方法就是降低材料厚度。当材料厚度足够小时，薄板将具有一定柔软性。但对于织物等纺织品，即使很厚（如厚呢大衣），也能借助织物内纤维间相互滑移达到柔性效果，同时纤维间相互滑移不影响织物结构整体性。这种宏观连续、微观离散的纤维集合体结构特征构成了我们日常所见的丰富多彩纺织品。