03-第2章 纤维的结构特征.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 典型天然纤维的结构与特征 棉纤维 麻纤维 羊毛 蚕丝 典型再生纤维素纤维的结构特征 典型合成纤维的结构 常规合成纤维 差别化纤维 2、羊毛纤维的组织结构 鳞片：角质化细胞，细羊毛的鳞片约60～80个/mm，粗羊毛约40～50/mm 正皮质：基原纤→微原纤→巨原纤→细胞，约55~70％ 。 基原纤：由2～4根α氨基酸螺旋形角朊组成，直径1～3nm。 微原纤：由9＋x(或2)，或7＋x根基原纤组成，直径7～8nm，其中含有1nm左右的缝隙和空穴。 巨原纤：呈环芯分布、堆砌紧密、含硫量低，直径约100 ~ 300nm，长度约为10 ~ 20μm。 副（偏）皮质：基原纤→微原纤→细胞核残留物→细胞 堆砌密度松，含硫量高，微原纤的堆砌时而规整，时而无序，交替出现，为典型的柔性结构 第二节 纤维的结构特征与测量 典型天然纤维的结构与特征 棉纤维 麻纤维 羊毛 蚕丝 典型再生纤维素纤维的结构特征 典型合成纤维的结构 常规合成纤维 差别化纤维 纤维结构特征的测量 纤维化学结构的测量 质谱分析 通过对纤