纤维结构基础知识(优质课件2圆).ppt

纺织材料学纤维结构基础知识本章知识点1.纤维的大分子结构2.纤维的凝聚态结构3.纤维结构的研究测试方法及特点第一章纤维结构基础知识我们已知,可供纺织加工使用的纤维原料品种有许多种类，他们具有不同的物理、化学特性，进而在不同使用环境中表现出各自的使用特性，并决定其应用价值和应用领域范围。纤维是由一种或多种高分子通过某种形式集聚堆砌而成，其所表现出来的某种使用特性，取决于构成纤维的大分子组成、结构以及其聚集结构状态和纤维中各种组成成分含量比例、分布状态。第一章纤维结构基础知识这些大分子的组成元素或基团、排列方式以及它们之间的相互作用构成纤维各项内在性能。而他们又受到纤维加工工艺的影响，不同加工工艺的选择，可以使材料性质得到最大限度的表现。因此学习纤维结构是开发新型纤维品种、设计纤维生产加工方式和工艺、了解纤维的各种物理性能和使用特性的基础。第一章纤维结构基础知识对于纤维结构的研究和认识有一个逐步发展的过程，其研究历史可追朔到十九世纪中后期，其中代表人物为Nageli等，到二十世纪二十年代，人们开始应用了X-射线衍射（WAXD）分析纤维，对纤维结构有了逐步深入的认识。Seifriz、Meyer、Herrmann、Gerngross、Kratky、Mark、Frey-Wyssling、VanderWyk、Hermans、HessKiessig、Gotze、Hess、Mahl、Gutter、Bumn、Sherer、Alexander、Hudson、Stuart、Jane、Boulton、Battista、Hohenstein、Ullman、Cumberbirch和Harland等人分别提出过不同的纤维的细微结构模型，对纤维结构的研究做出过重大贡献。特别是Hearle和他的同事对纤维结构进行了不懈的探索，他们所提出的模型至今影响着现在人们对纤维结构的认识，学习和阅读上述科学工作的参考文献，对进一步认识和研究纤维结构无疑是必不可少的。第一章纤维结构基础知识纤维通过自然生物合成或人工制造的方法形成，是有成千上万根大分子组成，纤维内大分子将会根据加工形成条件的不同，按照一定的规律排列构成纤维整体结构形态，不同纤维的结构呈现复杂多样性。为了能够清晰地认识和表征纤维结构，一般采用将纤维的微细结构（finestructure）按照不同的结构层次进行分析，如图1-1。纤维结构的内容主要包括高分子链的结构以及高分子的凝聚态结构（又称聚集态结构、超分子结构）以及形态结构。第一节纤维大分子结构一、纤维大分子主链的化学组成及连接方式纤维大分子主链是由某个结构单元（链节）以化学键的方式重复连接而成的线型长链分子。链结构中主要是由碳和氢两元素构成，还可以有氧、氮、磷、氯、硫、铝、硅、硼等元素。这些元素是构成纤维的基础物质，它们之间通常是以共价键的形式连接。按主链构成的化学组成，纤维大分子可以分为以下三种：第一节纤维大分子结构1、均链大分子（homochainpolymer）主链均由一种原子以共价键组成的大分子链，通常是以碳-碳共价键相连而成，这类大分子一般由加聚反应制得。该类纤维品种如聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维等。第一节纤维大分子结构2、杂链高分子（heterochainpolymer）主链有两种或两种以上的原子组成的高分子链。通常由碳-氧、碳-氮、碳-硫等以共价键相联结而成，主要通过缩聚反应或开环聚合而成。该类纤维品种有聚酰胺纤维、聚酯纤维等，其特点为高分子链刚性较大，力学性能和耐热性较好，但由于主链中含有极性基团，易于产生水解、醇解和酸解。第一节纤维大分子结构3、元素有机高分子（elementaryorganicpolymer）高分子主链上含有磷、硼、铝、硅、钛等元素，并在其侧链上含有有机基团的高分子。该类纤维品种有碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维等，此类纤维具有有机物的弹性和塑性，也具有无机物的高耐热性，属于高性能纤维。第一节纤维大分子结构构成纤维大分子主链的结构单元称为“单基”，不同纤维大分子，其单基组成结构是不同的。如纤维素的单基为α-葡萄糖剩基；蛋白质单基是α-氨基酸剩基；聚酯单基是对苯二甲酸乙二酯。各种纤维的单基结构式如表1-1所示。第一节纤维大分子结构大分子长链中，大分子链的键接方式可以由一种结构单元组成，称其为均聚物纤维；也可以由两种或两种以上的结构单元组成，称为共聚物纤维。在均聚物纤维