纖維化學與物理復習總匯

1、結(jié)晶度：結(jié)晶高分子中，晶相部分所占的百分率，反映了高分子鏈聚集時形成結(jié)晶的程度。取向：在外力作用下，高分子鏈沿外力場方向舒展并有序排列的現(xiàn)象。解取向：當外力消除之后，取向排列的大分子自動回復到自由卷曲狀態(tài)的現(xiàn)象。高分子各結(jié)構(gòu)層次研究哪些內(nèi)容？高分子結(jié)構(gòu)包括鏈結(jié)構(gòu)（一級結(jié)構(gòu)）和聚焦態(tài)結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)）。鏈結(jié)構(gòu)包括近程結(jié)構(gòu)（一次結(jié)構(gòu)）和遠程結(jié)構(gòu)（二次結(jié)構(gòu)）。近程結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)單元的化學組成（主鏈、端基）、結(jié)構(gòu)單元的鍵合（方式、序列）、分子鏈的鍵合（線型、支化、星型）、共聚物結(jié)構(gòu)、高分子鏈的構(gòu)型。遠程結(jié)構(gòu)：相對分子質(zhì)量及其分布、分子鏈構(gòu)象、分子鏈旋轉(zhuǎn)及剛?cè)嵝跃奂瘧B(tài)結(jié)構(gòu)包括三次結(jié)構(gòu)和高次結(jié)構(gòu)。三次結(jié)構(gòu)：晶態(tài)

2、結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)高次結(jié)構(gòu)：織態(tài)結(jié)構(gòu)球晶：當結(jié)晶性聚合物從濃溶液中析出或從熔體猝冷卻結(jié)晶時，通常形成球晶。畫出線型非晶態(tài)高聚物溫度-形變曲線，列出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度，用運動機理說明三種力學狀態(tài)線型非晶態(tài)高聚物的溫度-形變曲線如下：玻璃化溫度(Tg)以下為玻璃態(tài)區(qū)；玻璃化溫度到粘流溫度(Tf)之間為高彈區(qū)；粘流溫度到分解溫度(Td)之間為粘流態(tài)區(qū)。玻璃態(tài)：（運動單元是側(cè)基、原子、原子團）硬如玻璃且脆弱。溫度低，分子間作用力大，物理結(jié)點多，熱運動能量不足以使大分子和鏈段運動。當受到外力作用時，只能使鍵角、鍵長產(chǎn)生變化，其形變很小，屬于普彈形變。高彈態(tài)：（運動單元是鏈段）溫度高，體

3、積膨脹，分子間作用力相應(yīng)減小，熱運動能量可以克服某些物理結(jié)點的牽制，從而使鏈段發(fā)生熱運動，但整個大分子還不能相對移動。當外力作用時，由于鏈段運動改變大分子的構(gòu)象而引起很大的形變，外力消除后，形變總會回復，故稱為可逆的高彈形變。粘流態(tài)：溫度更高時，熱運動能量通過鏈段運動沿外力方向傳遞、擴散，可使整個大分子的重心產(chǎn)生相對移動。高分子的分子間力很大，黏度很高，流動阻力也很大。受力產(chǎn)生不可逆形變，稱為塑性形變。玻璃化溫度：非晶態(tài)高聚物的高彈態(tài)和玻璃態(tài)的相互轉(zhuǎn)化溫度。黏流溫度：大分子可剛好產(chǎn)生相對移動時的溫度。從分子運動的本質(zhì)來看，非晶態(tài)高分子的三種物理狀態(tài)可理解為：鏈段運動被凍結(jié)的狀態(tài)是玻璃態(tài)，鏈段可

4、自由運動的狀態(tài)是高彈態(tài)，大分子可以相對移動的狀態(tài)是粘流態(tài)。試述影響高分子玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素。答：主鏈的結(jié)構(gòu)、側(cè)基的極性、幾何立構(gòu)因素、相對分子質(zhì)量、交聯(lián)、共聚、增塑8. 如何理解分子鏈愈長剛性愈大？答：鏈段愈短，說明主鏈上能獨立運動的單元愈多，鏈的柔性愈大，反之剛性較大。分析高分子鏈柔順性的原因，大分子鏈柔性有哪兩種表示方法？答：高分子鏈柔順性的原因：高分子鏈很長；高分子鏈上成千上萬的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。大分子鏈柔性表示方法：均方末端距，鏈段長度。高分子柔韌性的條件、參數(shù)和影響因素？答：長鏈結(jié)構(gòu)是高分子獲得柔韌性的必要條件，高分子具有柔性的根本原因：分子內(nèi)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。表征分子鏈的參數(shù)：均方末端距

5、、鏈段長短。均方末端距比值越大，剛性越大；鏈段越短，柔性越好。影響因素：主鏈含C-O、C-N、Si-O更具柔性，引入苯環(huán)、雜環(huán)，柔性減小；取代基對稱，柔性增大，取代基極性強、體積大，柔性弱。3.分子內(nèi)或分子間形成氫鍵,會增加分子鏈的剛性.黏彈性：聚合物的形變性質(zhì)依賴于時間而且可逆，介于理想彈性體和理想黏性體之間，因此可看作是黏性體和彈性體的結(jié)合，稱為黏彈性。力學松弛現(xiàn)象：聚合物的力學性質(zhì)隨時間而變化的現(xiàn)象總稱為力學松弛現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：在一定溫度、恒定應(yīng)變的條件下，高分子物內(nèi)部的應(yīng)力隨時間的延長而逐漸減小的現(xiàn)象稱之。蠕變：指一定溫度和較小的恒定外力作用下，高分子的形變隨時間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象

6、1. 圖（1）表示蠕變過程。a表示線形，b表示交聯(lián)。交聯(lián)分子鏈與分子鏈之間不能產(chǎn)生相對移動，不能產(chǎn)生第三段形變，故蠕變可完全恢復。圖（2）表示應(yīng)力松弛過程。a表示交聯(lián)，b表示線形。交聯(lián)（1） （2） 不能產(chǎn)生質(zhì)心位移，應(yīng)力只能松弛到平衡值。高分子物溶解過程包括溶脹和溶解兩個階段。試分析高聚物先溶脹后溶解的原因。答：高聚物的溶解過程可以看成是高分子分子間的作用力逐漸被大分子與溶劑分子之間的作用力取代的過程，溶解時溶劑首先滲入高分子物內(nèi)部，起初只有少數(shù)鏈段間的吸引力得到拆散，并與溶劑分子相互混合，而整個大分子還不能發(fā)生相互分離，從而造成了高分子物體積顯著增大的現(xiàn)象。隨著取代過程的不斷進行，高聚物分

7、子間的作用力逐漸被拆散，最終高聚物的分子均勻分散在溶劑中，形成均相體系，即發(fā)生溶解。與低分子化合物比較，高聚物的溶解過程有何特點？晶態(tài)、非晶態(tài)和交聯(lián)高聚物的溶解行為有何不同？答：與低分子化合物相比，主要有三方面的特點：（1）溶解過程緩慢，首先溶脹，然后溶解；（2）可溶性結(jié)晶聚合物只有破壞之后才能溶解；（3）高分子的溶解能力隨分子量的增大及結(jié)晶度的提高而下降。晶態(tài)高聚物：溶解比非晶態(tài)聚合物困難，溶解時必須先吸收足夠的能量，使分子運動破壞晶格，使溶劑分子能滲入晶區(qū)，然后再發(fā)生溶脹和溶解。極性結(jié)晶聚合物：選用極性相當?shù)娜軇谑覝叵录纯扇芙?；非極性結(jié)晶聚合物：在室溫下，許多溶劑只能起微小的溶脹而

8、不能溶解，只有將體系加熱到熔點附近使結(jié)晶區(qū)的晶格發(fā)生破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙Y(jié)晶區(qū)，進而發(fā)生溶脹和溶解。非晶態(tài)高聚物：線型或支鏈小而少的支鏈型的高分子物，一般能溶解，首先發(fā)生溶脹，然后溶解，若分子量太大，則沒有合適的溶劑，只能發(fā)生溶脹，不能溶解。體型高分子物：只能發(fā)生一定程度的溶脹（有限溶脹）。為什么未硫化的橡膠應(yīng)力可松弛到零，而經(jīng)硫化的橡膠不能松弛到零？答：未硫化的橡膠：大分子間不存在共價交聯(lián)，在外力作用下，鏈段能夠運動，其承受的應(yīng)力逐漸消耗于克服鏈段運動的內(nèi)摩擦力，因而其應(yīng)力可以松馳到零。硫化的橡膠：大分子間產(chǎn)生了共價交聯(lián)，這種共價交聯(lián)不能在應(yīng)力的作用下通過分子熱運動解開，交聯(lián)力圖使高分子保持一定的

9、形狀，因而必然存在著與外力相抗衡的內(nèi)部應(yīng)力，所以應(yīng)力不能松弛到零。吸濕等溫線：纖維在一定的溫度下，通過改變相對濕度所得到的平衡回潮率曲線。不同纖維的吸濕等溫線不同。棉纖維的吸濕等溫線顯示反S形？原因：首先和無定形區(qū)的親水基形成單分子層吸附，結(jié)合水 水分子繼續(xù)進入纖維空隙，多分子層吸附，游離水 吸濕膨化，新的吸濕中心增加，毛細作用，斜率上升吸濕滯后現(xiàn)象原因：(為什么吸濕性強的纖維的脫濕等溫線與吸濕等溫線不重合？)水分子進入纖維后，纖維素分子間的氫鍵被纖維素分子與水分子間的氫鍵所代替形成新的氫鍵，在解吸過程中（水分子離開纖維，無定型區(qū)纖維素分子之間的氫鍵重新形成），但由于受內(nèi)部阻力的抵抗，纖維素分

10、子與水分子之間的氫鍵不能全部可逆的打開，故吸著的水較多，因而有較高的平衡回潮率，形成吸濕滯后現(xiàn)象濃堿引起棉纖維發(fā)生劇烈溶脹的主要原因：纖維素大分子上的羥基可視為具有弱酸性的基團，它與濃堿作用時，可能生成醇鈉化合物，同時也可能生成加成化合物，鈉離子是一種水化能力很強的離子，固定在它周圍的水分子很多，或說其水化層很厚，當它與纖維素大分子結(jié)合時，有大量水分子被帶入纖維內(nèi)部，從而引起纖維的劇烈溶脹。Lyocell容易原纖化，是因為：取向度高，縱向結(jié)合力較強，橫向結(jié)合力較弱，這種結(jié)構(gòu)使 得纖維可沿縱向?qū)⒏毜睦w維逐層剝離出來，尤其是濕態(tài)下 經(jīng)機械摩擦力作用，這種現(xiàn)象更明顯。極度原纖化會使織物 表面起球。

11、在極度原纖化作用下，原纖相互纏結(jié)使織物表面產(chǎn)生起球現(xiàn)象。有利：可使織物獲得桃皮絨風格； 不利：是使織物產(chǎn)生毛茸茸外觀。蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)：蛋白質(zhì)分子中除末端的氨基與羧基外，側(cè)鏈上還含有許多酸、堿性基團，因而蛋白質(zhì)具有既像酸又像堿一樣的性能，是典型的兩性高分子電解質(zhì)膜平衡原理。答：蛋白質(zhì)與酸、堿作用時，還有另一個重要現(xiàn)象，即將纖維放在不同PH的介質(zhì)中，纖維內(nèi)部和外部（溶液）的PH值往往不一致，也就是H或OH在纖維，內(nèi)、外部是不均勻的，并且會受到電解質(zhì)濃度影響。羊毛的縮絨性。答：羊毛的縮絨性主要是由于其表面有鱗片結(jié)構(gòu)，纖維移動時，順鱗片方向和逆鱗片方向的摩擦系數(shù)不同，在反復的外力作用下，每根纖維都帶有

12、與它纏結(jié)在一起的纖維向著毛根的指向緩緩滑動，從而使纖維緊密糾纏結(jié)合。此外羊毛的高拉伸與回復性能以及羊毛纖維具有的穩(wěn)定卷曲，也是促進羊毛縮絨的因素。棉纖維耐堿不耐酸，蛋白質(zhì)纖維耐酸不耐堿。1. 蛋白質(zhì)的基本組成單元：氨基酸。2. 過縮：將受到拉伸應(yīng)力的羊毛纖維在熱水或蒸汽中處理很短時間，然后除去外力并在蒸汽中任其收縮，纖維能夠收縮到比原來長度還短，這種現(xiàn)象稱為過縮。原因：外力和濕熱作用使肽鏈構(gòu)象發(fā)生了變化，原來的次價鍵被拆散，但因處理時間很短，尚未在新的位置上建立起新的次價鍵，多肽鏈可自由收縮，故產(chǎn)生過縮。3. 暫定：若將受到拉伸應(yīng)力的羊毛纖維在熱水或蒸汽中處理稍長時間，除去外力后纖維并不會回復

13、到原來長度，但是在更高的溫度條件下處理纖維仍可回縮，這種現(xiàn)象稱為暫定。原因：是次價鍵拆散后，在新的位置上尚未全部建立起新的次價鍵或次價鍵結(jié)合得尚區(qū)不穩(wěn)固，只能使形態(tài)暫時固定，遇到適當?shù)臈l件仍可收縮。4. 永定：如果將伸長的羊毛纖維在熱水或者蒸汽中處理更長時間 如12h，則外力去除后，即使再經(jīng)蒸汽處理，也僅能使纖維稍微收縮，這種現(xiàn)象稱為永定。原因：這是由于處理時間較長，次價鍵被拆散后，在新的位置上又建立起新的穩(wěn)固的次價鍵，使多肽鏈的構(gòu)象穩(wěn)定下來，從而能阻止羊毛纖維從形變中恢復原狀，所以產(chǎn)生永定。蠶絲的鹽縮：蠶絲纖維在氯化鈣、硝酸鈣等中性鹽類的濃溶液中處理，會發(fā)生顯著的膨潤、收縮的現(xiàn)象，稱為鹽縮。

14、 SCN- I- Br- NO3- Cl- CH3COO- C4H4O6- SO4- F-鹽縮原理：氯化鈣、硝酸鈣等中性鹽中的金屬離子具有較強的水合能力，當Ca2+等離子進入蠶絲無定形區(qū)時會帶入大量的水分子，引起蠶絲纖維的劇烈溶脹。在較高溫度下，Ca2+等離子引起的溶脹作用可破壞絲素蛋白質(zhì)大分子間的鹽鍵、氫鍵和范德華力等各種結(jié)合力。在無張力條件下，絲素纖維內(nèi)蛋白質(zhì)大分子鏈的構(gòu)象發(fā)生變化，產(chǎn)生自由卷曲，宏觀上表現(xiàn)為纖維或織物的急劇收縮。說明大分子鏈柔順性及其影響因素。柔韌性：高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)。內(nèi)旋轉(zhuǎn)單鍵數(shù)目越多，構(gòu)象數(shù)越大，柔韌性越好。主鏈結(jié)構(gòu)：主鏈全部有單鍵組成，鏈的柔順性越好。如

15、：-Si-O- - C - N - - C - O - C - C 取代基：取代基極性越強，數(shù)目越多，鏈的柔順性也就越差；直接連在主鏈上的非極性取代基體積越大，空間位阻越大，使鏈的剛性增加，非極性不連在主鏈上，體積越大，柔順性就越好。氫鍵：如分子內(nèi)或分子間形成氫鍵，就會增加分子鏈的剛性。支化交聯(lián)：支鏈越長，柔順性越差；交聯(lián)含30%以上，大大影響柔順性。合成纖維在生產(chǎn)的過程中先拉伸在熱定形由于拉伸取向可以使纖維強度成倍、成十倍地增加，因而，幾乎所有的合成纖維都必須進行牽伸，但牽伸是纖維強度提升的同時將出現(xiàn)脆性，為此，常常將取向后纖維進行適當?shù)臒崽幚?，促使小的鏈段解取向，消除?nèi)部應(yīng)力，而整個鏈不解取向。熱處理的另一個作用是減少纖維在沸水中的收縮率，經(jīng)熱處理，鏈段已經(jīng)發(fā)生卷曲，在使用過程中不會再變形。1. 試畫出非晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并詳述此應(yīng)力-應(yīng)變曲線。A：彈性極限點 Y：屈服點 B：斷裂點A：彈性極限應(yīng)變 A：彈性極限應(yīng)力B：斷裂伸長率 B：斷裂強度Y