东华大学纺织材料学第二章PPT.ppt

第三节 典型纤维的结构与特征 一、典型天然纤维的结构与特征 1. 棉纤维的结构与特征 （1）分子构成及分子间结构 纤维素： 单基：?-葡萄糖剩基 聚合度n：6000-15000 结晶晶格为单斜晶系，纤维中2/3为结晶区， 取向度较高（20-30o) 图2-9 棉纤维原纤中(纤维素I)的晶胞结构 （2）细胞形态与构成 棉纤维纵、横截面 棉纤维是细长的，有天然转曲，纤维转曲数一般为6－10个/mm；截面呈腰圆形带中腔；为扁平管状纤维，头端变细、封闭，尾端稍细为截断开口状，是单细胞纤维。 （3）各层次结构 图2-10 棉纤维的形态结构模型 表皮层：润滑、防水 初生层：网状原纤，约束、保护 次生层：原纤与纤维轴呈螺旋状排列 棉纤维的天然转曲是由于次生层中的原纤螺旋排列所致。 2. 麻纤维的结构特征 苎麻 截面：腰圆形，有中腔，有裂纹 纵向：有横节、竖纹 亚麻 截面：多角形，有中腔 纵向：有横节、竖纹 （2）形态结构：麻纤维种类多，结构特征各不相同 （3）工艺纤维为单纤维加胶质的复合结构 （1）分子结构与分子间结构 与棉对比 3. 羊毛纤维的结构特征 图2-11 角蛋白大分子的构成及分子间作用 （1）羊毛纤维的组成 羊毛纤维的基本组成是α氨基酸螺旋形大分子。 分子间作用力： 氢键、盐式键、二硫键 形成结晶和原纤结构 单基：?-氨基酸剩基 图2-12 羊毛纤维各层次结构综合示意图 （2）羊毛纤维的组织结构 羊毛纤维是多细胞结构体，主要有两类细胞：鳞片细胞和皮质细胞，皮质细胞又有正皮质细胞和副皮质细胞之分；较粗的羊毛在皮质层中心还有髓质层。 图2-13 羊毛鳞片表层膜结构示意图 （3）羊毛的鳞片 鳞片为角质化细胞,细羊毛60-80个鳞片/mm。 鳞片的作用是保护羊毛内层组织、并与纤维光泽有关； 羊毛纤维发生不同方向摩擦时，会产生摩擦的各向异性，即顺鳞片、逆鳞片的摩擦系数不同，称为差微摩擦效应，可产生羊毛集合体的毡化现象。 图2-14 羊毛纤维的天然卷曲 （4）羊毛的皮质细胞 主要成分为角质蛋白（角朊），分为正皮质细胞和副皮质细胞； 正皮质细胞原纤化结构明显，层次分明、堆砌紧密； 副皮质细胞也是原纤化结构，无明显巨原纤结构、堆砌密度较松； 正、副皮质细胞的结构差异，是羊毛的整体外观形态呈弯曲状的主要原因。 羊毛角朊大分子间通过二硫键形成交联网络结构,是羊毛具有热定形和弹性回复的主要机制。 图2-15 羊毛纤维的细胞间质 （5）细胞间质 细胞间质的结构是典型的三明治结构。 4. 蚕丝的结构特征 图2-16 蚕丝分子结构 （1）分子构成及结构 蚕丝无细胞结构，大分子也是α氨基酸构成，但为β折叠链（锯齿）构象，称为丝蛋白质。 丝素由结晶区和非晶区组成，结晶度40%-50%。 丝素中有原纤结构 分子间作用力： 氢键 图2-17 蚕丝的各层次结构综合示意图 （2）微细结构及形态 蚕丝由丝胶和丝素构成，丝胶包覆与丝素之外，丝素是蚕丝纤维的主体。 二、典型再生纤维素纤维的结构特征 1. 几种粘胶纤维的典型结构 图2-18 纤维素Ⅱ的晶格结构示意图 分子构成：与棉同 聚合度：300-550 结晶度：40-50% 结晶结构：主要是纤维素Ⅱ形成的折叠链片晶结构 取向度：无原纤结构，取向度较低 表2-2 再生纤维素纤维的结晶度与聚合度 纤维 结晶度(%) 聚合度 普通粘胶 30～35 250～300 富强粘胶 45～50 500左右 强力粘胶 50～55 300～350 Modal 42～46 350～450 Tencel? 48～52 500～550 浆粕 55～65 600 表2-3 纤维素纤维的光学取向因子比较 纤维 取向因子 粘胶 低牵伸(普通粘胶) 0.54 高牵伸(强力粘胶) 0.88 铜氨粘胶 0.74 苧麻 0.97 海岛棉 0.72 陆地棉 0.62 图2-19 几种再生纤维素纤维的截面形态 2. Lyocell纤维 图2-20 水中膨润后的纤维结构示意图 纤维内部结构紧密、有原纤结构、孔隙少 三、典型合成纤维的结构 1. 常规合成纤维 图2-21 涤纶纤维的分子及晶格示意图 （1）涤纶（PET) 大分子结构：由苯环、酯基、亚甲基构成； 结晶度、取向度高； 存在折叠链片晶 图2-22 尼龙66的晶胞结构图 （2）锦纶（PA) 分子链由酰胺键（—CONH—）连接； 酰胺键使分子间有氢键作用，形成晶区，并使纤维具有一定吸湿性； 分子链易发生内旋转运动，纤维柔性、弹性高。 图2-23 腈纶分子堆砌与单元晶