第一章纤维的结构..doc

第一章　纤维的结构 1．纤维结构：纤维的固有特征和本质属性，决定纤维性质； 涵盖微观到分子组成，宏观到纤维形貌； 结构多样性与结构层次有多种划分。 2．结构层次的模糊，纤维的微细结构(fine structure)：可以追溯到19世纪。但卓有成效的研究和结构理论的提出与验证是在20世纪的上半叶，近五十年又在许多纤维结构理论和分析方法上有新的突破。 3．纤维微细结构的研究，通常采用的研究方法有： 光学显微术(optical microscopy)和电子显微术(electron microscopy)：扫描电子显微镜SEM (scanning electron microscope)和透射电子显微镜TEM (transmission electron microscope)， X射线和电子衍射法（X-ray Electron diffraction）， 红外（infra-red）、紫外（ultraviolet）、荧光（fluorescence）和喇曼光谱法（Raman spectrum），太赫兹光谱分析法 核磁共振法（nuclear magnetic resonance）， 表面分析法（surface analysis）， 原子力显微镜AFM（atomic force microscope）或扫描隧道显微镜STM（scanning tunneling microscope）等方法[,]。 热分析法（thermal analysis）， 动态和断裂力学法， 质谱分析法（mass spectrometry）。 4．纤维结构的研究的发展、问题、未知性和不确定： 基本形式：对纤维微细结构作文字或简单模型图来描述。 基本原因：结构的复杂和多样性、表征方法的局限性、以及人们的认识。 第一节 纤维结构理论 一、缨状微胞理论 　一百多年前N?geli的理论认为，在淀粉及植物的细胞膜中，均由亚微观的结晶颗粒所组成。这种颗粒，他称之为微胞(micelle)，如图1- 1所示。 Meyer和Mark (1928)[] 等提出了一种改进的微胞学说，如图1- 2所示。 Spearkman(1931)[]对羊毛结构的讨论也提出类似的模型。 图1- 1 N?geli的微胞结构 图1- 2 Meyer的微胞结构及微胞中结晶形式 30年代的争论： 纤维素及其他聚合物分子的长度的问题。早期的微胞说（micelle theory）1930年以前，由于对分子长度的不确定。Hengstenberg和Mark等（1928）根据Ｘ射线衍射法观察认为苎麻的微胞约600?长，50?宽，而粘胶纤维的则为300?长，40?宽。因为300-600?与其分子长度的估计相接近，故把这个长度作为纤维素分子的长度。 关于纤维究竟是由分离的晶体所组成，还是由连续的均匀的分子所组成的问题。Staudinger(1932)发展了这种认识[]，他通过对聚合物的详细测定，得出分子长度尺寸比上述微胞长度要大得多的结论，如图1- 3所示。Neale(1933)等也认为，天然棉纤维素是由连续的单元所组成，它们之间由化学价键所键合，而不是由分离的，象砖块一样的微胞单元组合而成。 Meyer认为分子是相当短的，其聚合度约为200。而Staudinger则认为，在天然纤维素中，聚合度在2000以上，在再生纤维素中，约400-800。分别相当于10000?及2000-4000?长度。 图1- 3 Staudinger的结晶高聚物的连续结构 由于纤维分子长度比原猜测的要长得多，因此，对原来分离状的微胞学说产生冲击。 “缨状微胞”（fringed-micelle）说出现，如图1- 4所示。 假设分子将通过若干个微胞，而在微胞之间则为一非结晶区，或称之为无定型区。通过这些连续的分子网络将微胞结合在一起。长链分子间的规整排列构成结晶微胞。而伸出的无规则排列的分子成为缨状须丛。故称为缨状微胞理论(fringed micelle theory)。 图1- 4 缨状微胞结构, a) Abitz等假设, b) Kratky假设 图1- 5 从结晶到无定型的分子有序度 缨状微胞结构理论，初步统一了关于微胞及连续结构之间的矛盾。但边界解释，存在分歧。 两种看法： ①结晶区是由分散的结晶体所组成，在结晶区之间，由无序排列的分子链连接起来，而结晶区与非结晶区的界面是明确的。（两相结构） ②Howsmon和Sisson(1954)则认为[]，在结晶区与非结晶区之间，不存在着明确的界限，但是确实存在着高序区向低序区的逐步转化，如图1- 5所示。（单相不均匀） 这两种观点的典型缨状微胞结构的画法如图1- 6所示。两相结构观点，略占上风。 图