第2章 纤维的结构特征课件.ppt

第二章 纤维的结构特征 纤维结构： 组成纤维的结构单元相互作用达到平衡时在空间的几何排列。 大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性等； 超分子结构（supermolecular structure ）：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度、侧序分布等； 形态结构（morphological structure ）：表观形态（纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等 ）、表面结构、微细结构（原纤结构与排列 ）。 （2）非晶态：纤维大分子无规则聚集排列的状态。 ①非晶区（无定形区，amorphous region ） 纤维大分子无规则聚集排列的区域。 非晶区特点： a.大分子链段排列混乱，无规律； b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞； c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。 直接影响着纤维的吸湿、染色、热定形、力学弹性及伸长等 2、取向度（orientation degree） （1）定义：大分子排列方向与纤维轴向吻合的程度称作取向度 。 （2）取向度与纤维性能间的关系： 取向度大→大分子可能承受的轴向拉力也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较高，光泽较好，各向异性明显。 3、侧序（lateral order）：在垂直于纤维取向轴方向上分子链排列的有序性。 高聚物分子链间具有强次价力，例如氢键相互作用时，分子间的侧向排列具有有序性，甚至完全规整的有序排列。 测定方法：将试样置于逐渐增加浓度或温度的溶剂内，依次测定各物理量，如溶胀、溶解、收缩、吸附或吸收等性质的变化。凡侧序较低的部分首先受到溶剂的影响而发生相应的变化。 三、纤维的分子结构（molecular structure ） （二）、聚合度n（degree of polymerization ） 1、定义：构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子中的单基重复的次数。 2、常用纤维的n： 棉、麻的聚合度高，成千上万；羊毛576；蚕丝400；粘胶300－600；化学纤维聚合度不宜过高。 一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有一定的分布。 3、聚合度与力学性质的关系 n→临界值，纤维开始具有强力；n↑，纤维强力↑；但增加的速率减小；n至一定程度，强力趋于不变。 n的分布：n分布集中，分散度小，对纤维的强度、耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。 （三）、纤维大分子链的内旋性、构象及柔曲性 1、内旋性（internal rotation ）：纤维大分子内的单基之间在键长键角保持不变条件下，相邻单基可绕单键旋转的特性。 3、柔曲性 （1）定义：指纤维大分子在一定条件下，通过内旋转或振动而形成各种形状的难易程度的特性。 （2）纤维大分子结构与柔曲性的关系： ①主链弹性好，柔曲性↑ ②侧链较少，柔曲性↑ ③主链四周侧基分布对称，柔曲性↑ ④侧基间（大分子间）作用力较少，柔曲性↑ ⑤温度↑，内旋转加剧，大分子链柔曲性↑ （3）单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源；大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一。 （四）、链原子的类型与排列 1、碳链大分子： 大分子主链都是靠相同的碳原子以共价键形式相联接的。 如乙纶、丙纶、腈纶——可塑性比较好，容易成型加工。 2、杂链大分子： 大分子主链除碳原子以外，还有其他原子，如氮、氧等，即主链是由两种以上的原子所构成的。 例如：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶 3、梯形和双螺旋形大分子 纤维的主链是像一个梯子和双股螺旋的结构。 例如：碳纤维，石墨纤维主链是双链形式。 （五）、大分子构型 定义：指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组 第二节 纤维的结构特征与测量 一、纺织纤维结构的一般要求 纤维必须具有一定的长度和细度、有较高的长径比、具备形成一维材料的基本条件； 从聚集态结构的角度看，要求分子排列有一定的结晶和取向，使分子间和轴向作用力增强，从而使纤维具备必要的强度和形态稳定性，但又必须有一定的无定形区，以使纤维具有可及性和可加工性； 从大分子组成和结构上说，分子量要较高，且分子量分布应比较窄，支链较短，侧基要小，以得到粘度适当的熔体及溶液和浓度足够高的溶液。 纤维化学结构的测量 质谱分析 通过对纤维样品的气相离子的质量电荷比，对纤维的组成和链结构进行定量化的表征 红外吸收光谱 可对高聚物或混合物的极性基团及其含量的吸收带强度进行识别和定量分析 紫外与可见光谱 可测定在10～400nm紫外吸收光谱范围及400～800nm可见光范围具有不饱和链及不对称电子的分子。 核磁共振光谱 可测定在外部磁场作用下，分子内部发生化学位移的核群及吸收带，以及相邻核的信息，计算出各吸收强度与各核群的比例。可用于大分子的构型及构象和分子量的分析。 纤维聚集态结构的测量