纤维化学与物理总结

1、*仅供参考，总结时间仓促，错漏之处望指出1、加成聚合反应，简称加聚反应，产物加聚物 加聚反应：由不饱和烯类单体及环状化合物，通过自身加成聚合反应生成聚合物的反应。聚合物组成同单体。例如： 2、缩合聚合反应，简称缩聚反应，产物缩聚物缩聚反应：指含有两个或两个以上官能团的小分子化合物，通过官能团间的缩合作用形成聚合物的反应，在形成聚合物的同时，还要生成一些简单的低分子副产物，如水、卤化氢、氨或醇等。聚合物组成和单体不同。例： 3、 结构层次（1）高分子的链结构（一级结构，分子内结构：指单个分子的结构和形态，研究的是单个分子链中原子或基团的几何排列。分一次和二次结构。一次结构（近程结构或化学结构）：

2、a.高分子组成和构型，指的是单个高分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。 a.高分子组成：主要研究分子链中原子的类型和排列，化学结构分类，结构单元的连接顺序，链的结构成分，高分子的支化、交联与端基，相对分子质量和相对分子质量分布等。 b.高分子构型：主要研究取代基围绕特定原子在空间的排列规律。如各类异构现象。（2）一次结构的确定：单体聚合反应确定。（3）一次结构的改变：不能任意改变。改变必须通过化学反应即价键的变化实现。一次结构对高分子物性能的作用：决定性作用。（2）.二次结构（又称远程结构）：单个大分子在空间的形态即构象。 a.构象（形态）产生的原因：主价键的内旋转和分子的热运动

3、。 b.构象的特点：随条件和环境的变化而变化；大分子中化学键保持不变。 c.线型大分子空间形态：伸直状、无规线团状、折叠状、螺旋状等。*总结：结构层次图 4、 柔顺性（1）柔顺性（简称柔性）：高分子链可卷曲的性能，或者说高分子链能改变其构象的性质。 刚性：柔性对应面。（2）高分子链具有柔性的原因：a.高分子链很长。b.高分子链上成千上万单键的内旋转。（3）判断大分子柔性应考虑的因素：a.整个大分子构象改变时位能的变化。b.大分子间相互作用的情况。A.主链起决定性作用：a.主链为单键时的元素组成，键长较长，键角较大的键，易内旋转，柔性大。一般杂链比碳链内旋转容易。b.主链上芳、杂环： 芳、杂环难

4、绕单键内旋转，柔性差。c.主链上双键（双键本身不能自由内旋转）B.支链: a.较短：分子链间距离，分子链内旋转容易，柔性。过长：阻碍内旋转，柔性。b.交联程度较小（交联之间的距离大于链段长度）：影响不大，如含硫 2 3%的橡胶。程度太大：柔性下降，如含硫 30%以上的橡胶。C.分子链的长短: a.分子链长，可旋转的单键多，柔性高。b.相对分子质量达一定值（例如104），相对分子质量对柔性无影响。D.分子间的作用力: a.小：柔性大，非极性主链柔性好。b.主链相同，带极性侧基柔性小。c.分子间或分子内形成 H 键，柔性下降。E.分子结构的规整性: 结构规整，易结晶，一旦结晶，柔性大大，如聚乙烯。

5、F.影响柔性的外界因素：如温度，温度，分子热运动，内旋转，柔性。 例： 聚丁二烯、聚异戊二烯：主链中有双键，内旋转位垒及分子间的作用力小，柔性充分表现出来，橡胶。 聚乙烯：主链为CC键，内旋转位垒较小，但易结晶，大分子间的作用力大，塑料。 锦纶 66：大分子链中有CN键，分子链柔性较好，但大分子间存在较大的 H 键，易结晶，单键的内旋转受到阻碍，纤维。，柔性好。因双键邻近单键内旋转容易。，形成大键，不能内旋转，柔性差。(4)表示方法：用受阻内旋和自由内旋的均方末端距比值的1/2次方来表示大分子的柔性，值1。值越小，柔性越好5、结晶和取向的异同点相同点：都与大分子有序性相关。不同点：有序性程度不

6、同。结晶：三维有序，是自发过程。取向：一维或二维有序，非自发过程，取向的高分子物各向异性，未取向的各向同性。能结晶的一般都能取向，而能取向的不一定都能结晶。6、 高分子物结晶对其力学性能的影响：与结晶度和晶粒尺寸密切相关。结晶度，拉伸强度。温度Tm，结晶度，硬度，形变能力，但晶粒尺寸过大，结构均匀性差，受外力易应力集中，使拉伸强度和冲击强度。7、 高分子的分子运动单元： 聚合物分子的运动是一个松弛过程：在一定的外力和温度条件下，聚合物从一种平衡状态通过分子热运动达到相应的新的平衡状态需要克服运动时运动单元所受到的大的内摩擦力，这个克服内摩擦力的过程称为松弛过程。 若对某一非晶态聚合物试样施加一

7、恒定外力，观察试样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该聚合物试样的温度-形变曲线晶态聚合物的力学状态及其转变 若Tm >Tf ，则当晶区熔融后，非晶区已进入黏流态，不呈现高弹态； 若Tm <Tf ，晶区熔融后，聚合物处于非晶区高弹态，只有当温度>T f时才进入黏流态。由于晶区限制了形变，因此在晶区熔融之前，聚合物整体表现不出高弹态。8、 结晶高分子物拉伸过程的形变特性 段：应力增加很快，伸长很小，应力和应变成正比，曲线为一直线，试样被均匀拉长百分之几或百分之十几。普弹形变。键长、键角变化引起的。Y点：屈服点，出现一个或几个细颈即b。段：应力不变，应变不断增加。细颈

8、和非细颈的截面积保持不变，而细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至试样完全变细d，即图中试样由b至d的变化。不同的高分子物在此阶段发生的形变不同，聚酰胺、聚酯及支链的聚乙烯等可达500%，线型的聚乙烯可达1000%。段：变细后的试样重新被均匀拉伸，应力随应变的增加而增加，直到断裂点X。9、纤维素纤维结晶度：棉纤维70%，麻纤维90%。丝光棉纤维约50%。粘胶纤维40%。取向度：以晶体长轴与纤维轴的夹角即螺旋角表示，螺旋角越小，取向度越高。棉68度，麻是2035度，黏胶是34度*总结：三种纤维素纤维的情况麻：聚合度、结晶度、取向度高。棉纤维：聚合度、结晶度高，取向度较高。粘胶纤维：聚合度、结

9、晶度、取向度低。10、纤维素纤维的吸湿性很强：标准回潮率棉7%，粘胶1314%。原因：分子上大量的OH，可和水分子形成H键。吸附水种类结合水：OH直接吸附水，有热效应，能使纤维素溶胀。游离水：间接吸附，无热效应，不能使纤维素溶胀11、纤维在外力作用下的断裂机理（课本P186-187） （1）麻、棉纤维的断裂机理棉、麻纤维，聚合度、结晶度及取向度都较高，分子间形成大量的氢键，其分子间次价力总和主价键力，在外力作用下，很难使分子链间发生相对滑移，它的断裂很可能是由于超分子结构中存在缺口、弱点，在外力作用下，弱点首先被破坏，缺口逐渐扩大，进而应力集中于少数分子链上，最终这些了分子链被拉断，导致纤维断

10、裂。而麻的结晶度、取向度棉，所以 麻的强度棉。棉、麻湿强干强的原因：水的增塑作用，消除了纤维中的部分弱点，使应力分布趋于均匀，因而强度增加。若在棉纤维分子间建立交联，则强度下降。棉织物防皱整理后强力下降。 （2）粘胶纤维的断裂机理粘胶纤维聚合度、结晶度、取向度低都较低，分子间次价力总和主价键力，在外力作用下，容易发生分子链间或其结构单元间的滑移而使纤维破坏而使纤维断裂。粘胶干强湿强的原因：水使大分子之间的作用力下降，更有利于分子链或结构单元之间的相对滑移。在粘胶纤维的分子链间适当引入交联，增加了分子间的结合，不利于分子链或结构单元间的相对滑移，可提高了纤维的强度。（3）棉、麻、粘胶三种纤维断裂

11、延伸度大小的原因：麻：取向度最高，故断裂延伸度最小。棉：取向度比麻小，故棉的延伸度比麻大。粘胶纤维：结晶度、取向度均较小，模量也小，故断裂延伸度最大。（4） 应力或形变超过了屈服点：可能会产生一定的强迫高弹形变（纤维素纤维的Tg很大），甚至塑性形变，此时，伴有氢键的拆散和在新位置的再交键，以及晶体的拆散和取向再结晶，放松后，未断的交键有促使纤维恢复原状的作用，但受到新的氢键的阻碍，因而只能部分缓缓回缩，造成形变回复率降低，弹性较差。（5） 弹性比较 棉、麻纤维：聚合度、取向度、结晶度都较大，初始模量也高，能忍受较大的应力作用而不发生很大的形变，放松后能回复原状，有较好的弹性。 粘胶纤维：聚合度

12、、取向度、结晶度和初始模量较小，屈服应力小，受外力作用分子链易发生滑移而产生塑性形变，故弹性小，湿态时，分子间的作用力小，更容易发生分子链间的滑移，因而弹性更小。12、碱对纤维素的作用 (1)结论：碱一般不会影响纤维素大分子链结构。纤维素的耐碱性很好！纤维素制品的染整加工尽量在碱性条件下进行！(2) .丝光 a.概念：常温在一定张力下以1824%烧碱溶液处理棉织物（T/C织物）和棉纱线（T/C纱线），然后洗去碱液，从而改善棉纤维的性能，这一过程称之。丝光后的织物或纱线可获得丝一般的光泽。 *施加张力的目的：浓NaOH溶液会使天然纤维素膨化，纵向收缩，直径增大。 *碱缩：纺织品在松弛状态下经烧碱

13、溶液处理，结果纺织品变得紧密而富有弹性的工艺。机织物：一般织物丝光。针织物、毛巾等：纱线丝光。b.丝光原理 浓碱使棉纤维发生了不可逆的剧烈溶胀。水洗去碱后，纤维不能完全回复到原来的状态，使纤维的形态结构和聚集态结构发生了不可逆的变化。和水的作用不同。 浓碱不仅能进入纤维的无定形区，而且能深入纤维的结晶区，部分地克服晶体内的结合力，使晶格发生一定程度的改变，但不能克服晶体内所有的结合力，故不能发生无限溶胀。c.丝光过程纤维素的变化 d.丝光棉纤维的特征 .物理机械性能的变化：与张力有关。 *在一定范围内：张力，纤维取向度，断强，断延。 *丝光时张力的控制：原长丝光。 原因：棉织物在浓碱中会明显收

14、缩（纤维溶胀的异向性）。 *碱缩或丝光，均使纤维的强度。消除了纤维中的弱点。.尺寸稳定性：丝光消除了纤维内的内应力，尺寸稳定性，棉织物丝光俗称棉定形。 .光泽 未丝光棉：截面腰子形，纵向有天然扭曲，对光漫反射大。 丝光棉：截面接近圆形，天然扭曲，对光的反射。光泽。原因：丝光时纤维发生了强烈的溶胀。13、 氧化反应的形式（1）剧烈氧化：CO2和H2O。（2）缓和氧化：氧化纤维素。C6OH醛基、羧基；C2OH、C3OH不破环氧化酮基；C2OH、C3OH破环氧化醛基、羧基；分子末端潜在醛基羧基（3）氧化纤维素的性质： *聚合度：不一定比原来的低，强力不一定。 *产物：不均一的化合物的混合物。 *组成

15、：与原来的纤维素不同，随氧化剂的种类及氧化条件的不同而不同。 *在碱液中的溶解度：，特别是醛基含量高的氧化纤维素，对碱液特别不稳定。14、 天丝（Lyocell纤维）的结构（1）化学结构：纤维素，与棉相似，平均聚合度500550，普通粘胶。（2）形态结构：截面：椭圆性或近似圆形。纵向：用NMMO溶剂湿法纺丝的Lyocell 纤维表面较光滑。皮芯层结构：有，但皮层很薄，呈半透明状。（3）聚集态结构：晶体结构：纤维素。结晶度和取向度：Modal（莫代尔或木代尔）纤维及普通粘胶，晶体粒子较大。X射线法测得的结晶度63.9%，双折射率0.0350.072，粘胶（0.02）。（4）物理机械性能断裂强度：

16、棉和其它再生纤维素纤维，干强接近涤纶，因取向度高，湿强干强，约85%干强。可制高支轻薄织物。断裂伸长率：粘胶。湿态的干态的。初始模量：高，是普通粘胶的数倍，湿态下很高。织物尺寸稳定性较高，较耐折皱。（5）吸湿膨化性和舒适性吸湿膨化性：吸湿性介于棉和粘胶之间。吸湿后溶胀异向性明显，横向膨化率达40%，纵向0.03%。遇水有结构紧绷及僵硬现象，湿加工易折痕、擦伤。吸湿溶胀异向性的原因：大分子间纵向结合力较强，横向结合力较弱。舒适性：不仅吸湿性好，而且导湿性也好，热传导能力大，使人体感到“凉感”。“凉爽纤维” 。染色性能：良好。棉及粘胶染色的染料都适用，以活性为主。 （6）稳定性：湿模量高，水中收缩

17、率较低，织物具有就好的洗涤稳定性。化学稳定性：耐酸、耐氧化还原性：与天然纤维素纤维类似，生产时，尽量减小酸、碱及氧化剂等对纤维的损伤。具体：室温对酸较稳定，温度，纤维耐酸性；对碱液的稳定性较高，如20时，天丝在5%的NaOH溶液中的溶解度为19%，纤维强度几乎没有改变。因其对碱溶液的稳定性较高，与棉纤维混纺能进行丝光。*（7）原纤化a.原纤化特征：原纤化：纤维沿长度方向将更细的微细纤维逐层剖离出来。具有原纤结构纤维特有的。Lyocell 纤维：有明显的原纤结构，易原纤化。b.原纤化对性能的影响整根纤维的力学性能未有明显变化，原纤化仅是单个原纤沿纤维表面纵向裂开。整理后的织物有泛白或霜白的效果；

18、极度原纤化，纤维会纠结在一起导致外观起球。c.原纤化性能的双重效应：优点：可利用原纤化的特征，使得产品具有不同的风格手感，如获得“桃皮绒”的效果。缺点：给染色、整理乃至服装洗涤带来许多麻烦。对要求表面光洁的织物，影响外观。有泛白或霜白的现象。Lyocell 纤维织物在染整加工时要进行酶处理，除去织物表面的茸毛。15、Modal （莫代尔）纤维（具体内容见P189190）（1）Modal纤维的结构化学结构：纤维素，平均聚合度普通粘胶。形态结构：横截面：不规则，类似腰圆形，有皮芯层结构。表面：光滑，聚集态结构：结晶度、取向度Lyocell，普通粘胶，结晶度47.0%，取向因子为0.530，皮层结晶度较低，取向度较高；芯层结晶度较高，取向度较低。