07-第6章 纤维的表面性质.ppt

第六章 纤维的表面性质 第六章 纤维的表面性质 第一节 纤维表面的内涵 一、表面的基本概念 1. 纤维表面的定义 指纤维表层0.5~5nm内的组成、结构和其亚微米尺度及其以下的表观形态。 形态亚微米尺度（submicro-scale）、厚度纳米尺度（nanoscale）和分子尺度（molecular scale） 2. 表面能 所谓表面能，又称表面（自由）能，是指形成单位面积表面所消耗的功。 二、纤维表面涉及的内容 1. 纤维表面结构内涵 表面厚度（2nm~50nm ）、表面形态、表面组成（表层内粒子的构成及分布 ）、和表面结构（狭义的：表面中分子的聚集态结构 ） 2. 纤维表面所涉及的基本物理性质 摩擦性质、浸润性质、纤维表面的热学、光学、电学性质，以及表面缺陷引起的力学性质劣化等 3. 纤维表面结构与性质的一般分析方法 4. 纤维的表面改性 纤维表面改性是纤维表面分析研究的主要目的，是期望通过有效方便的表面处理获得理想、实用、新型纤维的主要方法 第二节 纤维的表面特征 一、天然纤维的表面特征 1. 棉纤维棱脊状条纹：棉纤维干瘪收缩，表层和S1层起拱所致。交叉移动时轻微跳动，铮铮作响，可纺性，“起绉”表面结构 2. 毛发类纤维 二、化学纤维的表面特征 1. 再生纤维 2. 普通合成纤维 三、表面改性和高性能纤维的表面特征 1. 纤维粗糙化改性 增加纤维的有效外露面积，增加单位面积表面的吸附能（表面张力） 2. 纤维柔软化改性 改善纤维表面的摩擦性，上柔软剂，或表面涂层覆膜 3. 合成纤维的丝光改性 主要是通过表面刻蚀的方式，在纤维表面产生微坑，通过微坑的反光聚焦作用产生闪光点 4. 高性能纤维的表面特征 芳纶（Kevlar）是液晶纺丝，无明确的表层结构，受剪切作用后，产生原纤劈裂伸出的表面 第三节 纤维的摩擦性质 一、纤维摩擦中的基本现象 1. 摩擦系数 传统表达的局限 2. 粘－滑现象 产生粘－滑现象的本质原因是纤维的静、动摩擦力或静、动摩擦系数的差异所致 3. 摩擦的对称性 二、摩擦机理与测量 1. 纤维的摩擦机理 第四节 纤维的浸润性与芯吸 一、纤维浸润（wetting）现象 1. 平衡与非平衡浸润 2. 浸润的滞后性 固体表面第一次浸润（θ1）和第二次浸润（θ2 ）间存在的差异 二、纤维浸润性测量 1. 接触角θ测量 2. 浸润力的测量 3. 铺展速度的测量 三、纤维芯吸与表征 1. 纤维集合体的浸润现象 纤维集合体的浸润有毛细吸水的现象，或称芯吸。 芯吸作用与单纤维的浸润作用和孔隙形状因子有关 2. 芯吸高度 Fad ：粘附力，摩擦作用的大小与相对滑移速度有关 Fl ：锁结力，宏观形态的锁结造成了接触点处的卡扣和锁结 Fp ：耕犁力，由于材料变形，剪切而被刨刮、耕犁的力 Fad，Fl和Fp均为接触面积A、粗糙度r、相对滑移速度v的函数 图6-24 绞盘法测量原理示意图 2. 纤维摩擦性质的测量 若F=μN 代入上式得： T1=m；T0=m-FS,D；θ=π ∴ ∴ ∵ 图6-25 纤维抽拔法实验原理 （a）不加压可测单纤维的抱合力F0f；加压可测摩擦阻力Fτf （b）可测单纤维在粘结剂中的粘结力 图6-26 刮动法测量装置原理图 典型的非对称测量 图6-27 平衡浸润模型 （1）平衡态浸润（静态浸润） 气、液、固三相交汇点b受力达到平衡（∑X=0），达到平衡不变的液体形状 Young-Dupré方程 随遇稳态 ?1 完全不浸润 θ=180? 负浸润 ?0 不可浸润 90??θ?180? 零浸润 0 无浸润 θ=90? 正浸润 ?0 可浸润 0?θ90? 或称铺展 1 完全浸润 θ＝0° 状态 cosθ 可否浸润 θ 表6-4 平衡浸润的几种形式 接触角θ：指气－液切面与固－液界面间，含液体的夹角 接触角θ值表达固体的浸润性 （2）非平衡浸润（铺展浸润、动态浸润） 在理论上已转化为氢键或化学键作用的吸附过程，Young-Dupré方程不再适用 铺展浸润的特征：液滴在固体表面上的展开成膜，原有的固－气界面消失 3. 伪浸润现象 指由于材料的表观形态与真实形态存在差异，或材料表面不同组份的组合使液滴的三相交汇点落在某一位置或组份中，而引起的表观接触角不能表达或不能完全表达真实浸润性的现象 图6-28 粗糙表面浸润模型图 图6-29 不同组份表面的浸润模型 形态伪浸润 组份伪浸润 表观接触角θA≠θB≠θ，θA’=θA’’=θB’=θB’’=θ为真正的接触角 不同组份的区域趋向于微观化时，θ