纤维结构（课堂PPT）

纤维结构1研究纤维结构的目的纤维结构的概念研究纤维结构纤维结构测试分析方法2研究纤维结构的目的了解结构与性能关系，以便我们正确选择和使用纤维，更好地掌握生产条件提通过各种途径改变纤维结构，有效地改变性能，设计并生产具有指定性能的纤维和纺织产品。3

纤维结构定义是指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。4※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、大分子链柔曲性等聚集态结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度、侧序分布等（形态结构）：纵横向几何形态、径向结构、表面结构、孔洞结构等纤维结构包括：5一、纤维的大分子结构纺织纤维除了无机纤维（玻纤、石棉纤维、金属纤维）等外，绝大多数都是高分子化合物（即高聚物）,分子量很大。61、单基（链节）m定义：构成纤维大分子的基本化学结构单元。A′－A－A……A－A－A〞或A′－(A)n－A〞A——单基；

A′、A〞——端基；

n——聚合度；7常用纤维的单基

纤维素纤维：-葡萄糖剩基蛋白质纤维：-氨基酸剩基涤纶：对苯二甲酸乙二酯锦纶：己内酰胺丙纶：丙烯腈纶：丙烯腈8单基的化学结构、官能团的种类决定了纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色性等，单基中极性官能团的数量、极性强弱对纤维的性质影响很大。92.聚合度n: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。(n=int(M/m))

注:大分子的分子量＝单基的分子量×聚合度n低时，一般来说，纤维的强度低些，湿强度也低些，脆性明显些。10常用纤维的n：棉麻的聚合度很高，成千→上万；羊毛n＝576；

蚕丝n＝400再生纤维素纤维

300-600涤纶130

晴纶1000－1500

维纶n＝1700

丙纶n＝310-430

一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有一定的分布→高聚物大分子的多分散性。11聚合度与力学性质的关系

强度P聚合度nno

制造化纤时，要控制n的大小n太小——强度不好；n太大——纺丝困难123、纤维大分子链的支化、构型

纤维大分子的形状由于单基的键接方式的不同，可以分为三种构造形式：线型linear枝型branched网型network(crosslinked)13144、纤维大分子链的内旋性及柔曲性（1）纤维大分子链的内旋性、构象大分子链中的单键能绕着它相邻的键按一定键角旋转，称为键的内旋转。分子链由于围绕单键内旋转而产生的原子在空间的不同排列形式称为构象。纺织纤维大分子一般都呈卷曲着的构象。151617（2）纤维大分子链的柔曲性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。单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有很大影响。182)纤维大分子结构与柔曲性的关系主链上原子链弹性好，链节易绕主轴旋转，∴柔曲性↑；侧链较少，链节易绕主轴旋转，∴柔曲性↑主链四周侧基分布对称，链节易绕主轴旋转，∴柔曲性↑；侧基间（大分子间）作用力较少，链节易绕主轴旋转，∴柔曲性↑；温度↑，内旋转加剧，大分子链柔曲性↑。19柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用下，易被拉伸，易形成结晶。单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有很大影响。20二、纺织纤维的聚集态结构（一）、大分子间作用力（次价键力）

纤维大分子间的作用力与大分子链间的相对位置，链的形状、大分子排列的密度及链的柔曲性等有关。这种作用力使纤维中的大分子形成一种较稳定的相对位置，或较牢固的结合，使纤维具有一定的物理机械性质。21

纤维大分子的次价键力包括范得华力、氢键、盐式键、化学键、其产生的原因及特点如下22

名称产生原因特点范得华力定向力产生于极性分子间，是由它们的永久偶极矩作用而产生的作用能量3～5千卡/克分子

与温度有关诱导力由相邻分子间的诱导电动势产生的，产生于极性分子与非极性分子之间1.5～3千卡/克分子

与温度有关色散力由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的偶极矩而产生的。产生一切非极性分子中。0.2～2千卡/克分子

与温度无关氢键大分子侧基（或部分主链上）极性基团之间的静电吸引力（如－NH，－COOH，－OH，－CONH等）能量1.3～10.2千卡/克分子距离2.3～3.2A

与温度有关盐式键在部分大分子侧基上，某些成对基团之间接近时，产生能级跃迁的原子转移，从而基团间形成相互结合的化学键是化学键中作用力较弱的一种，能量30～50千卡/克分子

化学键少数纤维的大分子之间存在这桥式侧基。化学键主要包括共价键、离子键和金属键能量50～200千卡/克分子

23四种结合力的能量大小：化学键＞盐式键＞氢键＞范得华力

四种结合力的作用距离：化学键＜盐式键＜氢键＜范得华力24纤维大分子主要是通过范德华力和氢键聚集在一起。分子间力的大小取决于：

1.单基化学组成（原子团多少、极性集团数目、极性强弱）

2.聚合度

3.分子间距离25

定义：具有一定构象的大分子链通过分子链间的作用力而相互排列、堆砌而成的结构。纤维的超分子结构是在天然纤维的生长过程或化学纤维的纺丝成形及后加工过程中形成的。

（二）、超分子结构（聚集态结构）26

高聚物的基本性质取决于大分子结构，而实际高聚物材料或制品的使用性能则直接取决于在加工过程中形成的超分子结构（聚集态结构）。聚集态结构具体所指纤维高聚物的结晶与非晶结构、取向与非取向结构。27三、典型合成纤维的结构1.常规合成纤维(1)涤纶纤维(PET)涤纶纤维或聚酯纤维，其大分子链化学结构式为：单基由一个苯环、两个酯基和两个亚甲基(－CH2)构成。（聚对苯二甲酸乙二酯）

28(2)锦纶纤维(PA)锦纶或聚酰胺纤维或尼龙主要特征是大分子链由酰胺键(－CONH－)连接，主要品种锦纶6和锦纶66，化学结构式如下：锦纶66锦纶629特征基团：有极性集团-CONH-；-NH2；-COOH；单基较长，无支链，属柔性基团锦纶是柔曲大分子，空间呈平面锯齿形。有范德华力、氢键力；结晶度比涤纶略低30锦纶性质（1）机械性质

强度高，伸长大；弹性好，耐磨性好，织物的保形性和挺括性较差。（2）吸湿染色性

W=4.5%，比涤纶好（3）热学性质

耐热性差；安全使用温度：锦纶6低于93°C，锦纶66低于130°C

熔点：215°C（锦纶6），250°C（锦纶66）（4）耐光性差（5）耐碱不耐酸（6）密度较小：1.14g/cm3

31(3)腈纶纤维(PAN)—CH2

—CH(CN)—第一单体：丙烯腈（超过85%）第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹性、柔软性，同时还有利于染料分子进入。

第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲染料的基团改善纤维的染色性。321.结构大分子结构空间螺旋形，使得分子不易靠拢无结晶区，只有高序区、低序区（准结晶结构）2.性质

强度较低，伸长较大；

初始模量：E锦纶<E腈纶<E涤纶；

弹性：比棉、麻、粘胶好，但比羊毛、涤纶、锦纶差；

染色性较好；没有明显的熔点，不会产生熔孔现象；

含有氰基，耐光性特别好；

耐酸也耐碱；

密度较小：1.17g/cm333晴纶纤维纵、横截面34(4)丙纶纤维(PP)—CH2

—CH(CH3)—采用等规共聚，全同结构，呈螺旋形，无极性基团，几乎不吸湿分子间不存在强的化学结合力。等规聚丙烯分子量相当高，具有较高的立体规整性，易结晶。结晶度高，发脆易老化，碳氢键能量小，不耐日晒35

机械性质：强度较高，伸长率较大，初始模量不高，弹性很好，耐磨性好。吸湿染色性：吸湿性、染色性很差热学性质：熔点低，耐湿热不耐干热耐光性特别差，易老化化学稳定性很好，耐酸、耐碱、耐其他化学试剂

密度最轻：0.91g/cm3

丙纶纤维性质36

1.结构：皮芯层结构，截面形状：浓度30%，哑铃状；浓度40%，圆形；

大分子主链呈平面锯齿形。

（5）维纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维）37维纶性质机械性质：强度较高，伸长率不大，初始模量比涤纶低，

弹性较差，耐磨性较好。

吸湿染色性：W=5.0%,在合纤中，吸湿性居于首位;

染色性不好，色泽不鲜艳。

热学性质：耐干热稳定性较好，耐热水性较差。

耐碱不耐强酸；

耐光性、耐腐蚀性较好；

热传导系数低，保暖性较好；38(6)氨纶（聚氨基甲酸酯）结构嵌段共聚物由具有柔性的不结晶的低分子软链段（如聚酯或聚醚链段）和具有刚性的结晶的硬链段（如二异氰酸酯）共聚而成。

性质

机械性质：强度较低，伸长率大（450-800%），初始模量低，弹性特别好吸湿性较差W=0.8-1%热学性质：在日光照射下稍微发黄，且强度稍有下降耐酸碱性较好、耐光性好密度小：1.0-1.3g/cm3氨纶纤维一般不单独使用，而是与其它纤维混合使用。39纤维结构测试分析方法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。