第一章纖維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)

1、1第一章第一章 纖維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)纖維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)2 紡織纖維的分子都很大，常由數(shù)百至數(shù)萬(wàn)原子紡織纖維的分子都很大，常由數(shù)百至數(shù)萬(wàn)原子組成，稱(chēng)為組成，稱(chēng)為大分子或高分子大分子或高分子，紡織，紡織纖維纖維則則由成千由成千上萬(wàn)個(gè)大分子上萬(wàn)個(gè)大分子組成。組成。 纖維的結(jié)構(gòu)即，纖維的大分子的組成、大分子纖維的結(jié)構(gòu)即，纖維的大分子的組成、大分子的排列方式等影響了纖維的性能。的排列方式等影響了纖維的性能。 纖維結(jié)構(gòu)主要包括纖維結(jié)構(gòu)主要包括高分子鏈的結(jié)構(gòu)高分子鏈的結(jié)構(gòu)和和高分子的高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)（又稱(chēng)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)）及（又稱(chēng)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)）及其其形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)。 3第一節(jié)第一節(jié)

2、纖維大分子結(jié)構(gòu)纖維大分子結(jié)構(gòu)一、纖維大分子主鏈的化學(xué)組成一、纖維大分子主鏈的化學(xué)組成 纖維大分子主鏈?zhǔn)怯赡硞€(gè)纖維大分子主鏈?zhǔn)怯赡硞€(gè)結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元以化學(xué)鍵以化學(xué)鍵的方式的方式重復(fù)連接重復(fù)連接而成的而成的線型長(zhǎng)鏈分子線型長(zhǎng)鏈分子。主要由碳。主要由碳和氫兩元素構(gòu)成，還可有氧、氮、硫等。和氫兩元素構(gòu)成，還可有氧、氮、硫等。（1）單基（鏈節(jié)）：構(gòu)成纖維大分子的基本化學(xué)）單基（鏈節(jié)）：構(gòu)成纖維大分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元。 （2）聚合度）聚合度 n ：構(gòu)成纖維大分子的單基的數(shù)目，：構(gòu)成纖維大分子的單基的數(shù)目，或一個(gè)大分子中的單基重復(fù)的次數(shù)?；蛞粋€(gè)大分子中的單基重復(fù)的次數(shù)。聚氯乙烯結(jié)構(gòu)式聚氯乙烯結(jié)構(gòu)

3、式:聚氯乙烯聚氯乙烯單基單基:4l常用纖維的常用纖維的n大小：大?。好蕖⒙榈木酆隙群芨呙?、麻的聚合度很高 ，成千，成千上萬(wàn)；上萬(wàn)；羊毛羊毛 576；蠶絲；蠶絲 400；粘膠：粘膠：300-600；5 按按主鏈構(gòu)成主鏈構(gòu)成的化學(xué)組成，纖維大分子可以分的化學(xué)組成，纖維大分子可以分為以下三種：為以下三種：1.均鏈高分子：主鏈由一種原子組成均鏈高分子：主鏈由一種原子組成2.雜鏈高分子：主鏈由兩種或兩種以上的原子組成雜鏈高分子：主鏈由兩種或兩種以上的原子組成3.元素有機(jī)高分子：主鏈上含有磷、硼、鋁、硅等元素有機(jī)高分子：主鏈上含有磷、硼、鋁、硅等元素，并且側(cè)鏈上含有有機(jī)基團(tuán)。如碳化硅纖維等。元素，并且側(cè)鏈

4、上含有有機(jī)基團(tuán)。如碳化硅纖維等。如聚丙烯纖維：如聚丙烯纖維：如聚酯纖維：如聚酯纖維：6二、側(cè)基與端基二、側(cè)基與端基 側(cè)基：分布在主鏈兩側(cè)。影響大分子的力學(xué)性側(cè)基：分布在主鏈兩側(cè)。影響大分子的力學(xué)性質(zhì)和耐化學(xué)性質(zhì)等。可通過(guò)接枝進(jìn)行纖維改性。質(zhì)和耐化學(xué)性質(zhì)等?？赏ㄟ^(guò)接枝進(jìn)行纖維改性。2. 端基：分布在大分子兩端，且與端基：分布在大分子兩端，且與“單基單基”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有很大差別。影響纖維的光、熱穩(wěn)定性等。可有很大差別。影響纖維的光、熱穩(wěn)定性等。可利用端基上的活性官能團(tuán)進(jìn)行纖維改性。利用端基上的活性官能團(tuán)進(jìn)行纖維改性。7三、纖維大分子鏈的內(nèi)旋性及柔曲性三、纖維大分子鏈的內(nèi)旋性及柔曲性1、內(nèi)旋性：纖維大分

5、子內(nèi)的單基之間在鍵長(zhǎng)、鍵角、內(nèi)旋性：纖維大分子內(nèi)的單基之間在鍵長(zhǎng)、鍵角保持不變條件下，相鄰單基可繞單鍵旋轉(zhuǎn)的特性。保持不變條件下，相鄰單基可繞單鍵旋轉(zhuǎn)的特性。 單鍵內(nèi)旋示意圖單鍵內(nèi)旋示意圖82. 柔曲性：指纖維大分子在一定條件下，通過(guò)內(nèi)柔曲性：指纖維大分子在一定條件下，通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)而可形成各種形狀的性質(zhì)。旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)而可形成各種形狀的性質(zhì)。分子鏈柔曲性示意圖分子鏈柔曲性示意圖9纖維大分子結(jié)構(gòu)與柔曲性的關(guān)系纖維大分子結(jié)構(gòu)與柔曲性的關(guān)系:l1)主鏈上原子價(jià)鍵的旋轉(zhuǎn)性：旋轉(zhuǎn)性較好如主鏈上原子價(jià)鍵的旋轉(zhuǎn)性：旋轉(zhuǎn)性較好如C-C鍵、鍵、C-O鍵，柔曲性鍵，柔曲性；含共軛雙鍵時(shí)，如；含共軛雙鍵時(shí)，如-C=

6、C-，或芳雜環(huán)時(shí)，柔性，或芳雜環(huán)時(shí)，柔性；l2) 側(cè)基較少，柔曲性側(cè)基較少，柔曲性；l3) 主鏈四周側(cè)基分布對(duì)稱(chēng)，柔曲性主鏈四周側(cè)基分布對(duì)稱(chēng)，柔曲性；l4) 側(cè)基的極性（作用力）和體積大，柔曲性側(cè)基的極性（作用力）和體積大，柔曲性；l5) 溫度溫度，內(nèi)旋轉(zhuǎn)加劇，大分子鏈柔曲性，內(nèi)旋轉(zhuǎn)加劇，大分子鏈柔曲性；10四、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布四、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布 聚合度聚合度n可由大分子相對(duì)分子質(zhì)量和單基相對(duì)可由大分子相對(duì)分子質(zhì)量和單基相對(duì)分子質(zhì)量的比值求得。分子質(zhì)量的比值求得。 大分子相對(duì)分子質(zhì)量可用很多方法測(cè)得，但大分子相對(duì)分子質(zhì)量可用很多方法測(cè)得，但其不是一個(gè)定值，而是呈現(xiàn)一個(gè)分布，因此其相其

7、不是一個(gè)定值，而是呈現(xiàn)一個(gè)分布，因此其相對(duì)分子質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。對(duì)分子質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。 纖維大分子相對(duì)質(zhì)量的大小，對(duì)纖維的拉伸、纖維大分子相對(duì)質(zhì)量的大小，對(duì)纖維的拉伸、彎曲、沖擊強(qiáng)度等有很大影響。彎曲、沖擊強(qiáng)度等有很大影響。 單基單基11第二節(jié)第二節(jié) 纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu) 在分子間作用力下，纖維內(nèi)大分子間的排列和在分子間作用力下，纖維內(nèi)大分子間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)稱(chēng)為纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為超分子堆砌結(jié)構(gòu)稱(chēng)為纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為超分子結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 纖維凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)（與大分子結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝有纖維凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)（與大分子結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝有關(guān)）影響纖維的使用性能。關(guān)）影響纖維的使用性能

8、。12 一、纖維大分子間的作用力一、纖維大分子間的作用力 纖維大分子間的作用力使纖維中的大分子形成纖維大分子間的作用力使纖維中的大分子形成一種較穩(wěn)定的相對(duì)位置，或較牢固的結(jié)合，使纖維一種較穩(wěn)定的相對(duì)位置，或較牢固的結(jié)合，使纖維具有一定的物理機(jī)械性質(zhì)。具有一定的物理機(jī)械性質(zhì)。l 大分子間的作用力：范德華力、氫鍵、鹽式鍵、大分子間的作用力：范德華力、氫鍵、鹽式鍵、化學(xué)鍵化學(xué)鍵l 結(jié)合力的能量大?。夯瘜W(xué)鍵鹽式鍵氫鍵范結(jié)合力的能量大小：化學(xué)鍵鹽式鍵氫鍵范德華力德華力13 二、纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)二、纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu) 主要包括主要包括結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)、原纖結(jié)構(gòu)向

9、結(jié)構(gòu)、原纖結(jié)構(gòu)、液晶結(jié)構(gòu)、織態(tài)結(jié)構(gòu)。、液晶結(jié)構(gòu)、織態(tài)結(jié)構(gòu)。141.結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu) l 結(jié)晶態(tài)大分子有規(guī)律地整齊排列的狀態(tài)結(jié)晶態(tài)大分子有規(guī)律地整齊排列的狀態(tài)。 結(jié)晶區(qū)：結(jié)晶區(qū)：.的區(qū)域。的區(qū)域。 特點(diǎn)：大分子鏈段排列規(guī)整；結(jié)構(gòu)緊密，縫特點(diǎn)：大分子鏈段排列規(guī)整；結(jié)構(gòu)緊密，縫隙、孔洞較少；相互間結(jié)合力強(qiáng)，互相接近的基隙、孔洞較少；相互間結(jié)合力強(qiáng)，互相接近的基團(tuán)結(jié)合力飽和。團(tuán)結(jié)合力飽和。 152.非結(jié)晶結(jié)構(gòu)非結(jié)晶結(jié)構(gòu)l非結(jié)晶態(tài)大分子無(wú)規(guī)律地亂排列的狀態(tài)，非結(jié)晶態(tài)大分子無(wú)規(guī)律地亂排列的狀態(tài)， 也稱(chēng)無(wú)定形態(tài)也稱(chēng)無(wú)定形態(tài)。 非結(jié)晶區(qū)：非結(jié)晶區(qū)：.的區(qū)域。的區(qū)域。 特點(diǎn)：大分子鏈段排列混亂，無(wú)規(guī)律；結(jié)構(gòu)

10、特點(diǎn)：大分子鏈段排列混亂，無(wú)規(guī)律；結(jié)構(gòu)松散，有較多的縫隙、孔洞；相互間結(jié)合力小，松散，有較多的縫隙、孔洞；相互間結(jié)合力小，互相接近的基團(tuán)結(jié)合力沒(méi)有飽和?；ハ嘟咏幕鶊F(tuán)結(jié)合力沒(méi)有飽和。 16結(jié)晶度：結(jié)晶度：纖維內(nèi)部結(jié)晶區(qū)體積占纖維總體積的纖維內(nèi)部結(jié)晶區(qū)體積占纖維總體積的百分率。百分率。 結(jié)晶度對(duì)纖維性能的影響：結(jié)晶度對(duì)纖維性能的影響： 結(jié)晶度結(jié)晶度: 纖維的拉伸強(qiáng)度、初始模量、硬纖維的拉伸強(qiáng)度、初始模量、硬度、尺寸穩(wěn)定性、密度度、尺寸穩(wěn)定性、密度；纖維的吸濕性、染料；纖維的吸濕性、染料吸著性、潤(rùn)脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性吸著性、潤(rùn)脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性。 結(jié)晶度結(jié)晶度：纖維的吸濕性、染色性：纖維

11、的吸濕性、染色性；拉伸強(qiáng)；拉伸強(qiáng)度較小，變形較大，纖維較柔軟，耐沖擊性，度較小，變形較大，纖維較柔軟，耐沖擊性，彈性有所改善，密度較小，化學(xué)反應(yīng)性比較活彈性有所改善，密度較小，化學(xué)反應(yīng)性比較活潑。潑。 173.取向結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu) 纖維中大分子鏈、鏈段和晶體的長(zhǎng)度方向沿纖維中大分子鏈、鏈段和晶體的長(zhǎng)度方向沿纖維的幾何軸向呈現(xiàn)一定夾角排列，這種排列方纖維的幾何軸向呈現(xiàn)一定夾角排列，這種排列方式稱(chēng)為大分子的取向排列。式稱(chēng)為大分子的取向排列。l取向度大分子排列方向與纖維軸平行（或取向度大分子排列方向與纖維軸平行（或符合）的程度符合）的程度。 取向度與纖維性能間的關(guān)系：取向度大時(shí)，取向度與纖維性能間的關(guān)系

12、：取向度大時(shí)，大分子可能承受的軸向拉力也大，纖維拉伸強(qiáng)度大分子可能承受的軸向拉力也大，纖維拉伸強(qiáng)度較大，伸長(zhǎng)較小，模量較高，各向異性明顯。較大，伸長(zhǎng)較小，模量較高，各向異性明顯。 結(jié)晶與取向是兩個(gè)概念，結(jié)晶度大的取向度不結(jié)晶與取向是兩個(gè)概念，結(jié)晶度大的取向度不一定高。一定高。184.纖維的原纖結(jié)構(gòu)纖維的原纖結(jié)構(gòu) 纖維中包含了大分子、基原纖、微原纖、巨纖維中包含了大分子、基原纖、微原纖、巨原纖、細(xì)胞、纖維等層次結(jié)構(gòu)。原纖、細(xì)胞、纖維等層次結(jié)構(gòu)。（1）基原纖：通常由幾根或幾十根直線鏈狀大）基原纖：通常由幾根或幾十根直線鏈狀大分子，按照一定的空間位置排列，相對(duì)穩(wěn)定地形分子，按照一定的空間位置排列，相

13、對(duì)穩(wěn)定地形成結(jié)晶態(tài)的大分子束。成結(jié)晶態(tài)的大分子束。（2）微原纖：由若干根基原纖平行排列結(jié)合在）微原纖：由若干根基原纖平行排列結(jié)合在一起的大分子束。一起的大分子束。（3）原纖：由若干根基原纖或微原纖基本平行）原纖：由若干根基原纖或微原纖基本平行排列結(jié)合在一起形成更粗大些的大分子束。排列結(jié)合在一起形成更粗大些的大分子束。19（4）巨原纖：是由原纖基本平行堆砌得到的更）巨原纖：是由原纖基本平行堆砌得到的更粗大的大分子束。粗大的大分子束。（5）細(xì)胞：細(xì)胞壁（巨原纖或微原纖堆砌而成）細(xì)胞：細(xì)胞壁（巨原纖或微原纖堆砌而成）和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)組成。和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)組成。 并非所有纖維都具有上述每一個(gè)結(jié)構(gòu)層次，大并非所有纖維都具有上述每一個(gè)結(jié)構(gòu)層次，大部分合成纖維僅具有從基原纖、微原纖到原纖的部分合成纖維僅