纤维化学与物理

1、 第一章 纤维素纤维 1、画出棉纤维的横向形态结构图，并标示出其各部分的名称，以及各部分的物质组成，描述纵向结构。 初生胞壁次生胞壁胞腔 横向形态结构： 初生胞壁：主体是纤维素，但含较多杂质。 次生胞壁：主要是纤维素。 胞腔：原生质残渣（沉积在纤维内壁上），蛋白质，矿物盐，色素。 /毫米，纤维越细，捻数越多。棉纤维的纵向形态：扁平带状，有天然扭曲，6-10捻 2、麻纤维形态结构的主要特征是什么？ 横向：椭圆形或多角形，内有胞腔；纵向：有竖纹或横节（麻节）。 3、写出纤维素的分子结构式，指出其分子结构特征 OHOHHCHOHOHHCH22HOOOHHHHOHHOHHOHOHHHHHOHOHOHO

2、HHHOOOHOHCHHOHOHCHH222n?2 -d-分子结构特征：1.由?葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成，含大量甙键。(缩醛性质)相邻葡萄糖环倒置，在纤维素大分子上对称分布，形成晶格；无定形区可以有阶梯2. 式。 3.重复单元数不等于聚合度（以倒置式代表纤维素的结构式） ，重复单元数=（。n-2)/2DP=n 含有大量羟基，可发生醇类的反应。分子间可形成氢键。4.)潜在醛基(甙羟基伯羟基仲羟基13左端12中间121右端 、比较棉、丝光棉、麻、普通粘较纤维的聚集态结构（包括无定形部分、结晶度、取向度、适用的聚集4 态结构模型） 棉、麻：可用缨状原纤维模型。它们的无定形区是由原纤之间由一

3、些大分子联结起来形成的。普通粘胶纤维：适用缨状微胞模型，无定形区的大分子链无规卷曲且相互缠绕，结晶区和非结晶区不 能截然分开，同一根分子链可能穿过晶区和非晶区。 麻纤维：聚合度高，结晶度高，取向度高。 棉纤维：聚合度高，结晶度高，取向度较高。 粘胶纤维：聚合度低，结晶度低，取向度低。 丝光棉比普通棉取向度大，结晶度小。 曲线的差异（模量、断裂强度、断裂S-S、画出棉、麻、普通粘较纤维的5S-S曲线，比较棉、麻、粘胶的 延伸度、屈服点等）并从结构的角度进行解释。 Stress-strain Curve亚麻棉应力粘较应变 麻棉粘胶强度：低中高延伸度：高低中屈服点：有无无初杨氏模量：低高中评价：软弱

4、硬强硬脆 从结构来分析：一般取向度越高，结晶度越高，强度越高，模量越大，断裂延伸度越小。 断裂肌理不同： 棉麻（天然纤维素纤维）断裂肌理：由于大分子排列的不整齐性，纤维上存在薄弱环节，当纤维受力时，会在此处首先断裂，这是共价键先断裂。原因：聚合度高，取向度高，结晶度高，氢键共价键。 粘胶纤维的断裂肌理：分子间氢键断裂，产生相对滑移。原因：聚合度低，取向度低，结晶度低，氢键干强力。水有润滑作用，能缓和应力不匀，部分消除弱点，分子间建立交联，强度下降。 粘胶：湿强力粘胶纤维的强度。 8、纤维素纤维的形变机理是什么？ 氢键交键的形变：形变很小，类型：普弹形变，可恢复。 分子链间或结构单元的取向：形变

5、较大，类型：（强迫）高弹形变，Tg以上时可恢复。 分子链间的滑移：形变大，类型：塑性形变，不可恢复。 9、什么是纤维的弹性？其大小用什么来表征？弹性大小会影响织物的哪些服用性能？从分子结构和聚集态结构来分析纤维素纤维中棉、麻、粘胶的弹性性质。 纤维的弹性：纤维变形后回复原状的能力。 纤维弹性指标:形变回复度，功回复度。 弹性影响织物的外观：回弹性高，外观挺括； 耐用性：回弹性高，耐用性高。 棉、麻纤维弹性差的原因：主链是糖环。比较僵硬，内旋转困难，难产生高弹形变，一般产生普弹形变。氢键太多。分子间氢键进一步限制了内旋转，低形变时，可产生普弹形变，高应力时，氢键可被拆散，产生分子链段的移动，形变

6、较大，分子链段移动到新的位置后，可产生新的氢键，将形变固定“应变硬化”现象。 粘胶弹性差的原因：除上述原因同外，粘胶分子量小，结晶度小，取向度低。变形特点：分子链易滑移，易产生塑性形变。弹性小，湿态弹性更小。 10、织物的耐用性与纤维的哪些物理机械性能有关？ 强度：足够高后，就不是主要因素。 延伸度：越高耐用性越好。 弹性：越大耐用性越好。 外力：越小耐用性越好。 松弛时间：越长耐用性越好。 各因素的影响作用：高应力时，强度起决定作用；低应力时，弹性起决定作用。 11、什么是纤维的吸湿率和含水率？纤维的吸湿性能与哪些因素有关？与织物的服用性能有何关系？ 吸湿率（回潮率）：纺织纤维内水分质量与绝

7、对干燥纤维质量之比的百分数。 含水率：纺织纤维内水分质量与未经烘干纤维质量之比的百分数。 影响纤维吸湿性的因素：极性基团（羟基、氨基）越多，吸湿率越大；吸湿发生在无定形区和结晶区表面；吸水量与无定形区含量成正比。 吸湿性越高，舒适性（吸湿排汗）、抗静电性越好，防污性越差。 12、酸对纤维素纤维的作用发生在大分子结构的何部分？什么反应？酸的作用？对结构和性能有什么影响？为了保持纤维的性能，在用酸处理时要注意些什么？纤维素纤维在受酸处理后的损伤可以从哪几个方面判断？ 酸对纤维素纤维的作用发生在大分子结构的甙键，属于水解反应。 酸降解对纤维素纤维的影响：聚合度降低：甙键断裂后，纤维素纤维聚合度降低，

8、分子量下降，水解产物是水解纤维素，完全水解产物是葡萄糖。末端增加：潜在醛基增加，还原性增加铜值增加。强度下降：聚合度、分子量下降。 酸处理注意事项：纤维素纤维对弱的有机酸有一定的稳定性，可小心使用；温度越高，降解越大，高温强酸是最危险的；使用强酸后一定要充分洗净，决不能带酸烘干；降解程度与时间成正比，与酸接触时间越短越好。 酸损伤的测定：聚合度越低，损伤越严重；铜值越大，损伤越严重；强度越低，损伤越严重。 13、纤维素的氧化降解形成哪些产物？对纤维的强度有何影响？ 种。7纤维素的氧化降解产物：不同的氧化剂会形成不同的降解产物，共 ：同时将相邻的两个羟基氧化成醛；有潜在损伤。HIO4 ：只能将醛

9、基氧化成羧基，末端的潜在醛基，先经其他氧化剂氧化的产物；氧化作用缓和；NaClO2 无潜在损伤。 NaClO：将羟基直接氧化成醛基；氧化作用较剧烈；有潜在损伤。 ，”对纤维强度的影响：表面上看分子链未断裂，分子量不下降，强力不下降；但有可能发生“潜在损伤 将氧化后的纤维先经碱煮处理再测其强力，强力下降。 14、什么是纤维的潜在损伤，其机理和条件是什么？用什么方法测出漂白以后的潜在损伤？现象：氧化后的纤维直接测定其强力时，强力无明显下降，氧化的产物只是某些葡萄糖环“潜在损伤” 发生破裂，并无真正的分子链断裂。将氧化后的纤维先经碱煮处理再测其强力，强力下降。从而使分子量降机理：还原型氧化纤维素发生

10、反应造成纤维素分子链断裂，-醚键分裂，“潜在损伤” 低，强度降低。 -+-+LCORCOHH+LCROCOHH+-OHH -+OR+OHRCCL+LCCOH 分裂条件： -C上接负电性强的基团 -C上有H -C上有醚键 碱性条件 测量漂白后的潜在损伤的方法： 氧化后的纤维直接测定其强力时，强力无明显下降 用铜铵溶液（碱性）测定氧化产物的分子量时，分子量降低 将氧化后的纤维先经碱煮处理再测其强力，强力下降 15、试述纤维素纤维的碱氧化作用，为什么印染厂规定轧碱以后的棉织物不能长时间堆置在布车中？ 碱氧化作用：在高温碱性条件下，纤维素会发生损伤。 原因（防止纤维素被氧化和降解）： 高温下，空气中的

11、氧气将纤维素氧化，碱有催化作用 氧化纤维素在碱性条件下发生分裂 高温下，碱可能会从末端开始使纤维素逐渐降解 第二章 聚酯纤维 1、涤纶的分子结构与分子结构特征 OOCOCHCHOHOCHCHCOH2222 涤纶的分子结构： n结构特征： PET是具有对称性苯环结构的线型分子，没有大的支链，因此分子线型很好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。 PET分子中的 刚性较大，因此，纯净的PET熔点高。 由于分子内C-C键的内旋转，故分子存在两种空间构象 分子链的结构具有高度的立体规整性，所以苯环几乎处在同一个平面上，这样使得相邻分子上PET 的凹凸部分便于彼此镶嵌，从而具有紧密敛集能力和结晶倾向。分

12、子间没有特别强大的定向作用力，相邻分子的原子间距均是正常的范德华距离，其单元晶格PET 属三斜系，大分子呈平面性。 2、试述涤纶的聚集态结构（结晶度、取向度、聚集态结构模型） 。涤纶的结构比较紧密（无定形区也较紧密）2）厘米(%)密度（克/结晶度取向度产品1.3351.337初生丝（常规纺丝）完全无定形差1.384060较高商品丝1.4551.498全结晶(理论)较高完全结晶 涤纶分子的基本结构中虽含有苯环，难以绕单键内旋转，该部分较为硬挺，但在基本结构单元中还存在一定数量的亚甲基，能比较容易地绕单键内旋转，显得比较柔顺，因而涤纶分子就能在该处发生折叠，形成折叠链结晶。因此，涤纶是伸直链和折叠

13、链结晶共存的体系，即可用折叠链-缨状原纤模型来解释。 3、涤纶纤维热收缩的原因是什么？怎么提高其热稳定性？ 涤纶热收缩的原因：无定形区分子链的解取向；产生折叠链结晶。 提高涤纶热稳定性方法：热定形作用： 4、结合涤纶的结构，试述涤纶的S-S曲线以及弹性性质，并与棉和粘胶进行比较？ 高强度聚酯纤维负荷一般聚酯纤维棉纤维延伸度某些纤维的负荷-延伸曲线 涤纶大分子是线型分子链，分子上侧面没有连接大的基团和支链，因此涤纶大分子是分子间紧密结合在一起而形成的结晶，使纤维具有较高的机械强度和形状稳定性。 涤纶与棉相比：初始模量较高；断裂强度高得多；断裂延伸度大得多；断裂功大。 涤纶弹性比棉和粘胶好很多，原

14、因： 亚甲基有较大的柔性，从形变中回复能力较强。 大分子间的联结点（结晶）稳定，成为恢复原状的基点，新位置不会建立新的联结点。 不易变形（弹性模量较大）原因：结晶度高，取向度高。 5、从分子结构和聚集态结构来说明涤纶纤维的吸湿性、染色性以及静电现象。 涤纶吸湿性差的原因： 极性基团太少，缺少吸湿中心； 结构紧密，孔隙小 涤纶的染色较困难的原因： 纤维结构紧密孔穴小，染料难进入纤维内部。 缺少极性基团：吸湿溶胀小，不易与水溶性染料结合。 无活性基团，染料无法与纤维发生共价键结合。 静电现象严重的原因：涤纶吸水性差，表面具有较高的比电阻，因此当它与别的物体相互摩擦并又立即分开时，涤纶表面易积聚大量

15、电荷而不易逸散，产生静电。 、涤纶纤维与酸碱的作用如何？（写出反应方程式）6OO-+ OH H或-+OH+ HOC+ HOOHC 涤纶的耐酸性很好：弱酸煮沸也无显著损伤；强酸低温下稳定，高温下有损伤。 。剥皮现象”涤纶的耐碱性差，碱使聚酯发生降解反应，碱处理涤纶产生“ 、试说明涤纶纤维受碱处理时发生的现象及其原因？7便溶解在水里，表层分子水解到一定程度后，：涤纶受碱作用由表及里的，碱处理涤纶产生“剥皮现象” 使纤维一层层剥落，从而强度降低，纤维变细的现象。 纤维强度、质量变小；纤维变细、变轻，纤维表面变得凹凸不平。原因：酯键在碱中水解，分子量降低，水解部分逐渐脱离纤维；涤纶具有较大的疏水性，无

16、定形 区结构紧密，碱液渗透困难，水解反应由表及里，逐层进行。 锦纶第三章 分子结构661、简述尼龙-6和OHCOHNH(CH)52n 尼龙-6分子结构OHNH(CHH)NHOC(CH)CO4262n 尼龙-66分子结构 的聚集态结构，及其超分子结构模型。-6和66、简述尼龙2的初生丝有结晶无取向。因为尼龙分子的柔性大，链段运动容易，结晶速度快，熔体凝固66尼龙-6和 的时间内可以形成结晶，但链段运动大，轴向分子链状态无法固定，因此无取向。 聚集态模型：折叠链缨状原纤模型。 3、锦纶为什么具有高超的弹性？ 大量的亚甲基，大分子柔性比涤纶好得多，纤维发生形变后，分子能通过内旋转回复。 结构较疏松，

17、无定形区易充分卷曲。 玻璃化温度较低。 、从结构的角度分析比较涤纶、锦纶的弹性特性。4 锦纶的弹性比涤纶好很多，原因： 锦纶含大量的亚甲基，分子柔性大，而涤纶分子中含有苯环，分子刚性大，不易发生内旋转。 锦纶结构较疏松，无定形区易充分卷曲，而涤纶结晶度大，分子结构紧密。 5、简述锦纶的吸湿性和染色性与涤纶有何不同？锦纶吸湿性在合成纤维中较好，但由于锦纶具有两性端基和疏水链，因此可用于吸湿性关系小的染料 染色。 ：可用酸性染料，可与羊毛同浴染色。+）-NH端基胺基（3 ：阳离子染料染色，牢度差很少用。COO-端基羧基：端基羧基（） 疏水链（大量亚甲基）：分散染料染色。 6（若反应写出方程式）、简

18、述锦纶与酸碱的反应性能。 酸可催化酰胺键水解，但不严重，在浓的强酸中，锦纶可溶解，强度迅速下降。 碱可催化酰胺键水解，锦纶耐碱性比涤纶稍好，比蚕丝和羊毛好得多。因为酯键比酰胺键更易碱催 化水解。锦纶中的酰胺键比羊毛和蚕丝少得多，且锦纶的结晶度高。 第四章腈纶 、腈纶的分子结构。三个组成单元各起什么作用？各举一例1COOH CCHCHCHCHCHCHCH 222 2 COONaCNCHCOOCHCN23第三单体第一单体第二单体 作用单体特性常用化合物单体名称主要单体纤维主体丙烯腈第一单体以上85%占决定纤维的主要性质减弱分子间作用力丙烯酸甲酯中性单体使纺丝液易于制备第二单体甲基丙烯酸甲酯常为酯类

19、提高纤维的弹性和热塑性有利于染料进入纤维内部丙烯磺酸钠酸性单体可用阳离子染料染色衣康酸单钠盐（常用）颜色鲜艳牢度好第三单体乙烯吡啶2-碱性单体可用酸性染料染色 2、试述腈纶聚集态结构特征，（什么是蕴晶） 腈纶没有真正的结晶，只有蕴晶（准晶） 横向有序，纵向无序。 聚丙烯腈大分子具有不规则的螺旋棒状构象。 原因： 腈纶氰基偶极力大。氰基在分子内因极性相同产生很大斥力，使大分子成螺旋状。氰基在大分子间因极性相反产生很大吸引力，在大分子之间还可以形成氢键，在这种斥力和引力的作用下，大分子活动受阻，很难形成规则的螺旋状。 大分子由于是多元共聚，因此结构复杂、不规则，使腈纶难产生三维有序的真正结晶。 3

20、、为什么腈纶适合制作膨体纱？ 膨体纱是用普通纤维和高收缩纤维混纺后经过松弛处理而得。 腈纶是高收缩纤维，因为：蕴晶高分子物不如一般结晶高分子物稳定，在玻璃化温度以上腈纶很易变形，可再次拉伸1.11.6倍，使螺旋棒状结构变成伸直状结构，被再次拉伸的纤维结构很不稳定，受热后会发生较大收缩。 4、腈纶在高温下结构和性能有什么变化？高温会生成什么产物？ 热处理提高蕴晶完整性（不能提高结晶度），消除内应力。 被拉伸的腈纶纤维结构很不稳定，受热后会发生较大的收缩。高温下，腈纶的模量低，强度低，延伸度大，在Tg以上，染料对腈纶的上染速度突增。高温下聚丙烯腈的重排和环化，产生碳化产物。 5、试述腈纶的拉伸性能

21、及弹性，在湿热的作用下有什么特点？ 聚丙烯腈纤维的断裂强度和延伸度比涤纶和锦纶都差；弹性比锦纶、羊毛和涤纶都差。 温湿度共同作用下，强度、模量明显下降，很易拉伸和变形。 6、腈纶的耐酸、耐碱性及其在酸碱作用下的损伤机理？并与涤纶、锦纶进行比较。（若反应写出方程式） 耐酸性好：一般酸性条件损伤很小；高温、高浓度强酸有较大损伤 耐碱性差：弱碱损伤较小；强碱损伤较大；强碱使腈纶泛黄（生成脒基） 与涤纶锦纶不同，腈纶水解是发生在支链氰基上，使大分子溶解。而涤纶、锦纶在酸碱作用下水解发生在主链上，使大分子断裂、降解。 7、腈纶有什么特殊的优越性能？（耐腐、防霉、耐光氧化性） 腈纶耐光氧化性能在合成纤维中

22、最好，防霉、防腐性能都好。 第五章 蛋白质纤维 1、何谓肽、肽链、肽键？ 肽：由肽键相连接的缩氨酸 肽链：多个肽键连接的缩氨酸 肽键：蛋白质分子中的酰胺键 2、蛋白质大分子间以哪些键相互连结？NHCO 氢键-+N HCOO 3 ：末端或侧基上的羧基和氨基，在一定条件下形成。盐键（离子键）CHSCHS 22 二硫键：一般由胱氨酸提供，主要存在于羊毛中。 疏水键：非极性基团之间的作用力 3、什么是蛋白质的等电点？ pH值。等电点：蛋白质上正负电荷数相等时的值有何不同？用唐能膜平衡理论及其公式来说明，的介质中，纤维内外的PH4、蛋白质纤维放在不同PH 并说明何时内外相同？ pH值不同。在不同pH介质

23、中，纤维内部和外部的 与蛋白质离子电荷相同的可迁移离子的浓度纤维内低于纤维外。 与蛋白质离子电荷相反的可迁移离子的浓度纤维内高于纤维外。H3N+PCOOH 等电点以下：蛋白质存在状态为 内 H+内， 外 H+外 H2NPCOO- 等电点以上：蛋白质存在状态为 pH内pH外 H+外 H+内， 5、试述蚕丝和羊毛的形态结构。纤维截面纵向其他光滑、均匀的三角形洁白桑蚕丝棒状三边相同、角略钝圆有气孔有一定的卷曲和条较扁平、锐角三角形柞蚕丝纹或楔形有色素 羊毛由三层组成： 鳞片层：组成：片状角质细胞，作用：保护羊毛 形态：鱼鳞状覆盖，由毛干指向毛尖。 皮质层组成：纺锤形细胞组成 O皮质细胞：含硫量低，易

24、于染色，反应活性高，总处于外侧 P皮质细胞：含硫量高，不易染色，反应活性低，总处于内侧 形态：卷曲状，双边异构分布。 髓质层（粗羊毛中存在）：薄膜细胞组成，结构疏松，内部充有空气。 6、蚕丝和羊毛的分子结构有何差异？（主要氨基酸组成和大分子构象） 7、蚕丝和羊毛聚集态结构的主要特征？ 8、简述蚕丝、羊毛的主要物理机械性能（模量、屈服应力、弹性、强度、断裂延伸度）上的差异，并说 明产生这些差异的原因？（从结构上说明）断裂延伸度断裂强度模量纤维屈服点弹性中桑蚕丝低高高高高高羊毛低低低 原因：羊毛结晶小，取向度低，因此羊毛模量低，屈服应力低，强度低。羊毛蛋白质中侧基含胱氨酸，当纤维发生形变时，二硫键

25、被拉伸，内能升高；放松时，二硫键具有较强的回复力。这种形变回复称这种形变回复称为熵弹性。羊毛熵弹性-螺旋构象，可产生大的形变，为内能弹性。羊毛的蛋白质分子为 和内能弹性都高，所以弹性好，断裂延伸率大。蚕丝氨基酸侧基小，结构规整。取向度高，大分子排列紧密，空隙小。并且成丝过程中吐丝 口有挤压力和抽伸作用，使蚕丝的取向度高。所以蚕丝模量、强度、屈服应力高、弹性差、断裂延伸度小。、什么是羊毛过缩、暂定、永定？此时羊毛的结构发生了什么变化？并试用热水对二硫键的化学作用来9 解释。 的现象。3分之2过缩：将羊毛拉伸并受热很短时间，再在热水中去除负荷，羊毛会缩到原长 暂定：将羊毛拉伸并受热一定时间，去除负荷再受热水处理，也会缩到比原来短的长度的现象。 永定：将羊毛拉伸并受热长时间，去除负荷再受热水处理，也会缩到比原来更长的现象。 热水对二硫键的化学作用： 切断二硫键： 二硫键的重建或其他共建交联键： 过缩：二硫键拆散但未重建（时间太短），外力拆去后分子可自由收缩。 暂定：二硫键拆散并在新位置部分重建，但部分重建后不稳定，部分回缩。 永定：二硫键拆散并在新位置重建，不易再回缩。 10、试总结二硫键的化学作用中的“切断”与“重建”反